Umieć się znaleźć

Z solnych podziemi

Idea wykorzystania zalegających na głębokościach od kilkuset do 1,8 tys. m pod ziemią pokładów soli kamiennej do budowy podziemnych magazynów gazu (PMG) powstała w latach 50. ubiegłego wieku.

Postanowiono wówczas wykorzystać naturalne cechy fizyczne i chemiczne soli, czyli jej zwięzłość, nieprzepuszczalność dla gazu, plastyczność odkształceń, a także nie wchodzenie w reakcję z magazynowanym gazem. Prekursorami tej techniki były Stany Zjednoczone oraz niektóre kraje Europy Zachodniej. Od tego czasu, w krajach wysoko uprzemysłowionych system ten rozwijał się bardzo szybko i aktualnie na świecie eksploatowanych jest ponad 1 tys. komór magazynowych, przy czym liczba ta ciągle wzrasta. Rozwój podziemnych magazynów gazu w złożach soli kamiennej związany jest głównie z koniecznością posiadania odpowiedniej rezerwy magazynowej pozwalającej na zachowanie ciągłości w odbiorze i dostarczaniu surowca. W przypadku niektórych krajów, uzależnionych od dostaw z odległych stron świata, możliwość przechowywania dużych ilości gazu gwarantuje bezpieczeństwo energetyczne.

Do podstawowych kryteriów geologiczno-górniczych decydujących o przydatności złóż soli kamiennej do budowy podziemnych magazynów gazu, należą m.in.: głębokość zalegania złoża, budowa geologiczna, skład mineralny i chemiczny górotworu solnego, tektonika, właściwości geomechaniczne górotworu, warunki hydrogeologiczne oraz tzw. właściwości ługownicze, czyli zdolność do wypłukiwania soli ze złoża. O wyborze lokalizacji podziemnej kawerny w złożu soli decydują również parametry techniczno-środowiskowe takie jak: położenie złoża, dostępność do niego z powierzchni, uwarunkowania środowiskowe, możliwość zagospodarowania solanki pochodzącej ze złoża oraz kryteria ekonomiczne.

Jak wynika z doświadczeń światowych najkorzystniejsze warunki do lokowania tego typu komór występują na głębokości 900-1,5 tys. m. Decyduje o tym wielkość ciśnień magazynowania i konwergencja (stosunek ubytku objętości komory w efekcie jej samozaciskania do jej początkowej objętości). Za miąższość pokładu soli przyjmuje się wartość 150 m, co pozwala na uzyskanie magazynu o pojemności ok. 200 tys. m³, przy maksymalnej średnicy komory wynoszącej 60 m.

W Polsce, prace studialne mające na celu budowę podziemnego magazynu gazu w pokładach soli, rozpoczęły się na początku lat 80. XX w., a budowę pierwszej kawerny rozpoczęto się w 1989 r. w okolicy Mogilna. Obecnie magazyn ten pozwala na składowanie ponad 400 mln m3 gazu w 11 komorach. Dodatkowo jest w dalszym ciągu rozbudowywany do 20 komór i pojemności 800 mln m3. Od 2009 r. budowany jest w rejonie Trójmiasta drugi w Polsce PMG Kosakowo. Do jego stworzenia wykorzystuje się, zalegające na głębokości ok. 1 tys. m, złoże soli kamiennej Mechelinki. Projektowana pojemność tego magazynu to ok. 300 mln m3 gazu.

Kawerny w Kosakowie rozmieszczone się na złożu, w siatce trójkąta równobocznego o boku 250 m, co gwarantuje bezpieczną odległość między komorami. Pierwszym etapem przygotowania inwestycji jest wykonanie odwiertów ługowniczych. W otworach umieszcza się i cementuje kolumny rur, które zapewniają właściwą izolację przewiercanych poziomów, jak również w przypadku ostatniej kolumny rur, tzw. eksploatacyjnej, szczelność przyszłej komory. W trakcie odwiertów i po ich zakończeniu prowadzi się wiele testów, których zadaniem jest potwierdzenie całkowitej szczelności przyszłej komory magazynowej oraz szczelności płaszcza cementowego zabudowanych kolumn rur w otworze.

Po wykonaniu odwiertów przystępuje się do ługowania, czyli wypłukiwania soli ze złoża. Polega to na tłoczeniu wody do odwiertu, rozpuszczaniu soli i odbiorze solanki. Ługowanie komory odbywa się w kierunku z dołu do góry, poprzez okresowe podnoszenie rur ługowniczych i poziomu izolacji stropu. Solanka zrzucana jest do Zatoki Puckiej, poprzez dyfuzory zainstalowane 2,8 km od brzegu. Cały proces rozprowadzania solanki w wodach Zatoki jest szczegółowo monitorowany i odbywa się zgodnie z administracyjnymi decyzjami środowiskowymi.

Kształt geometryczny wykonanej komory przypomina „gruszkę”, ze ścianami łagodnie schodzącymi się „ku górze”. Taki kształt części stropowej zapewnia stabilne utrzymanie jej ścian na okres całej eksploatacji. Dla poszczególnych komór ustala się maksymalne i minimalne ciśnienia magazynowania. Maksymalne ma gwarantować bezpieczeństwo eksploatacji, natomiast minimalne ogranicza tzw. konwergencję. W celu zapewnienia szczelności komór, po wyługowaniu, a przed wtłoczeniem gazu, wykonuje się test szczelności, przy użyciu azotu. Polega on na wtłoczeniu azotu pod ciśnieniem, zamknięciu zaworów i pomiarze zmian ciśnienia w czasie. Po pozytywnych testach komora zostaje zakwalifikowana jako magazyn gazu ziemnego i wyznaczone zostają parametry eksploatacyjne.

Odwiert eksploatacyjny wyposażony jest w odpowiednią instalację wewnętrzną i napowierzchniową, która zapewni bezpieczną pracę komory. Na powierzchni, na wylocie otworu, zainstalowana jest specjalna głowica wyposażona w czujniki i zawory gazowe sterowane automatycznie i ręcznie. Wewnątrz rur, którymi wtłacza się i odbiera gaz, na głębokości ok. 1 tys. m, znajduje się zawór bezpieczeństwa. Jego działanie polega na automatycznym, samoczynnym zamknięciu przepływu gazu w przypadku uszkodzenia instalacji na powierzchni.

Ponadto eksploatacja kawern wymaga okresowych badań zarówno kształtu komór, jak i stanu technicznego wszystkich elementów wyposażenia. Badania komór polegają na pomiarach geofizycznych, które określają ich kształty i informują o faktycznych zmianach wielkości. Natomiast badania stanu technicznego odwiertów polegają na sprawdzeniu, przy pomocy kamery doprowadzanej do otworu, stanu rur i instalacji oraz na wyciągnięciu do przeglądu zaworu bezpieczeństwa.

Budowany PMG Kosakowo jest na bieżąco monitorowany w zakresie oddziaływania na środowisko, szczególnie jeśli chodzi o warunki zrzutu solanki do Zatoki Puckiej. Podczas eksploatacji magazynu prowadzony będzie też stały monitoring polegający na pomiarze obecności metanu w punktach kontrolnych, wykonanych zgodnie z „Programem monitoringu w otoczeniu PMG Kosakowo”. Monitorowane będą również emisje zanieczyszczeń, wielkość odpadów i zrzut ścieków. Z pomiarów i badań sporządzane będą sprawozdania i raporty.

Zakończenie inawestycji planowane jest na 2016 r., dla klastra A, czyli 5 komór magazynowych, z tym że budowa 2 pierwszych zakończy się w 2014 r., 2 kolejnych w 2015 r., a ostatniej – w 2016 r. Z kolei plany budowy klastra B, czyli kolejnych 5, zakładają ich powstanie do 2022 r. Koszt całej inwestycji to kilkaset milionów złotych.

Podziemne magazyny gazu są najlepszym rozwiązaniem w zakresie magazynowania tego surowca. Przemawiają za tym zwłaszcza względy bezpieczeństwa. Same „zbiorniki” znajdują się głęboko pod ziemią, a ich zabezpieczenie sprowadza się do stosunkowo prostych systemów na powierzchni. Dlatego na świecie taka forma magazynowania gazu jest najpowszechniejsza.

Teresa Laskowska
prezes Investgas SA