Inmag Gaze Curs 1

5/27/2018 Inmag Gaze Curs 1

1/78

1

INTRODUCERE

Gazele naturale extrase din cmpurile de petrol i gaze sunt folosite din ce n cemai mult pentru a satisface necesarul de energie. Inflexibilitatea produciei de gaze dinaceste cmpuri nu corespunde cererii variabile a pieii. nmagazinarea subteran agazelor naturale comprimate n cmpuri de petrol i gaze este folosit ca o tehnologieobinuit eficient nc din 1915, n vederea reglrii livrrii de gaze pentru a satisfacecererea.

nmagazinarea gazelor naturale (n rezervoare subterane sau supraterane),reprezint un proces eficient care combin furnizarea constant de gaz natural, prinintermediul conductelor de transport, cu cererile variabile ale pieii, care depind devreme sau de considerente economice. Pe lng funcia de acoperire a vrfurilor deconsum, depozitele de gaze au i rolul strategic de a asigura furnizarea de gaze n cazuride urgen (calamiti, cutremure, etc).

Pe timpul verii, cnd capacitatea de transport a conductelor depete cu multcererea de consum, gazul natural este depozitat urmnd a fi extras cel mai adesea nperioada de iarn, cnd consumul de gaze crete foarte mult, sau n funcie deconsiderentele economice din perioada respectiv.

Acoperirea vrfurilor sezoniere de consum se poate face prin nmagazinaresubteran a gazelor n depozite situate n apropierea marilor centre de consum.

Depozitarea subteran a gazelor se poate face n zcminte epuizate total sau parial, nacvifere sau n rezervoare subterane criogenice sau n caverne formate din smburi desare.

Depozitarea subteran a gazelor n rezervoare situate n jurul marilor centre deconsum apare preferabil atunci cnd sursele de gaze sunt amplasate la distane deordinul sutelor de kilometri i atunci cnd condiiile tehnice ale structurilor permitrealizarea unor capaciti de producie la niveluldebitelor solicitate n anotimpul friguros.

Pentru acoperirea vrfurilor sezoniere de consum, gazele naturale suntnmagazinate, n prezent n lume, n:

zcminte de hidrocarburi depletate (parial sau total depletate);acvifere;

caviti saline;nmagazinarea gazelor naturale lichefiate n rezervoare sau alte depozite etane(caviti saline, caviti miniere, etc).

n ultimii ani s-au fcut cercetri pentru descoperirea unor noi metode denmagazinare i crearea de noi depozite cum ar fi:

crearea de depozite n caverne sapate n roci care apoi sunt etanate;nmagazinarea gazelor n caverne (saline sau miniere) refrigerate (29 C);depozitarea gazelor naturale n rezervoare speciale sub form de criohidrai.n Romnia, depozitarea gazelor naturale se face doar n zcminte de

hidrocarburi depletate.

1. NMAGAZINAREA SUPRATERAN A GAZELOR NATURALE

1. 1 Consideraii generale

Debitul necesar unei reele de distribuie are urmtoarele componente:a) debitul necesar aparatelor industriale de utilizare care au un consum relativ

constant idebitele variabile;b) obiective industriale care folosesc gazele naturale drept combustibili sau materie

primca i consumul casnic, social, cultural i administrativ.Datoritacestei structuri, n transportul i distribuia gazelor naturale se nregistreaz

variaii orare, diurne i sezoniere de consum, n funcie de natura abonailor. Pentru


2/78

2

acoperirea vrfurilor orare de consum se folosete una sau mai multe din urmtoarelemetode:

- nmagazinarea gazelor n conducte magistrale de transport (noaptea);- depozitarea gazelor n rezervoare metalice supraterane situate n apropierea

punctelor de consum;- depozitarea gazelor n distribuitoare inelare de presiune nalt;- folosirea simultana combustibilului gazos cu cel lichid.Pentru satisfacerea vrfurilor diurne i sezoniere de consum se pot folosi separat sau

combinat urmtoarele soluii:

nmagazinarea subteran a gazelor n zcminte depletate sau n acvifere;crearea de depozite de gaze lichefiate (GNL, GPL); dotarea conductelor magistrale cu staii intermediare de recomprimare a gazelor;interconectarea sistemelor de transport gaze;aplatizarea curbei de consum.

1.2. nmagazinarea gazelor n conducte magistrale

Cea mai simpl metod folosit pentru preluarea vrfurilor orare de consum oconstituie folosirea capacitii de nmagazinare a conductelor magistrale. Ea se

realizeaz ntre perioada de consum maxim (cnd datorit faptului c debitul nominal al

conductei este mai mare dect debitul consumat, iar presiunea n punctul final ajunge lavaloarea maxim) i perioada de consum minim (cnd necesarul de gaze este mai maredect debitul nominal al conductei iar presiunea n punctul final atinge valoarea minim).

Capacitatea de nmagazinare a unei conducte este cu att mai mare cu ctpresiunea la intrarea n conducta este mai mare i cu ct volumul acesteia este mai mare(eficiena maximo prezintsistemele de transport interconectate). n intervalul n care seface nmagazinarea, capacitatea de transport a conductei se diminueaz pe msur cepresiunea la captul final al conductei crete.

1.3. Rezervoare metalice supraterane

Rezervoarele metalice folosite pentru nmagazinarea gazelor n stare naturalsunt

de joaspresiune (0,05 bar sau 500 mm HaO presiune relativ); ele se numesc umede saucu etanare hidraulic(figura 1.1) i rezervoare cu etanare uscat(fig. 1.2). Domeniul defuncionare al rezervoarelor de nalt presiune este de la 5 la 7 bar.

Rezervoarele uscate au urmtoarele avantaje: la volume mai mari de 10000 3Nm , consumul de metal este mai mic dect la

rezervoarele umede (la rezervoare de 200000 3Nm consumul de metal se reduce lajumtate);

presiunea specificpe sol este mai micdect la rezervoarele umede;cheltuielile de exploatare sunt mai reduse;folosirea rezervoarelor uscate nu crete umiditatea gazelor i deci nu nghea iarna;reglajul presiunii la o valoare constant se realizeazmai uor; singura cauz

de variaie a presiunii o constituie frecarea pistonului la perete; la construcii ngrijiteaceastvariaie nu depete 1,5.10-3bar.La rezervoarele uscate pereii interiori ai cilindrului trebuie s fie de bun calitate,

astfel nct etanarea care se realizeaz cu inele de cauciuc sau cu benzi de piele s nupermit ptrunderea gazelor deasupra pistonului (pericol de explozie - la gaz metan, pentruexplozie este necesar un amestec de doar 5.... 15% volum aer).

Gazele trebuie s fie bine uscate pentru ca iarna s nu se formeze ghea carear periclita etaneitatea sistemului.

Rezervoarele de nalt presiune sunt instalaii simple, fr pri mobile,exploatarea acestora fiind deci, uor de automatizat. Au form cilindric i pot fi montate,


3/78

3

att vertical, ct i orizontal.

Fig. 1.1.Rezervor umed Fig. 1.2. Rezervor uscat

Capacitatea necesar a rezervoarelor se calculeazpe baza graficului de consumzilnic. Volumul de gaze care poate fi livrat din rezervoare se numete capacitatea delucru a acestora. DacV estevolumul rezervoarelor, pi- presiunea maximde lucru i p

- presiunea la intrare n reea, capacitatea de lucru este0p

ppV i

. Atunci cnd

presiunea n rezervoare scade pn la valoarea presiunii de intrare n reea,

capacitatea de lucru este utilizat integral. Dacpresiunea din rezervoare scade numai

pnla valoarea pf> p, volumul extras din rezervoare va fi0p

ppV fi

.

Raportul dintre acest volum i capacitatea de lucru a rezervoarelor:

pp

ppK

i

fiu

(1.1)

se numete coeficient de utilizare a capacitii de lucru.

1.4. Depozitarea gazelor n dis tribuitoare inelare

Parcurile de rezervoare reprezinto investiie considerabildin cauza consumului

de metal necesar pentru construirea lor; nseamn c nmagazinarea gazelor nrezervoare de nalt presiune este neeconomic. Cea mai bun exemplificare oreprezint determinarea presiunii de nmagazinare corespunztoare unui volum optim.Din ecuaia generala gazelor:

0000 RTZVp (1.2)

RTZVp

rezult:0

00 1

p

p

T

T

ZV

V


4/78

4

sau:

Z

fp

p

T

T

ZVV

11 0

0

0 (1.3)

Reprezentarea grafica funciei (1.3), redat n figura 1.3. aratcvolumulde gaze ce poate fi nmagazinat n rezervoare este la 160 bar, ceea ce conduce la unconsum imens de material i folosirea compresoarelor speciale pentru ncrcarea

acestor rezervoare foarte puternice.

Fig. 1.3. Variaia volumului de gaze nmagazinate n recipieni de nalt presiune

n loc de utilizarea parcurilor de rezervoare se poate folosi un sistem redat n figura1.4.

Mai multe conducte magistrale, venind din zone diferite sunt interconectate lasosire printr-o conduct inelar, cu diametral mare, amplasat n afara perimetrului deconsum. n acest fel se asigur o continuitate a livrrilor de gaze, se utilizeazmai eficientcapacitile de transport ale conductelor i se mrete substanial cantitatea de gaze care

poate fi nmagazinat n conducte n timpul nopii pentru a satisface vrfurile deconsum de a doua zi. Un astfel de sistem constituie cel mai eficient regulator de debit atuncicnd vrful orar de consum este pronunat.

1.5. Interconectarea sistemelor de transport gaze naturale

Dac debitul de gaze necesar pentru acoperirea vrfurilor de consum este mai

mare dect debitul maxim al unei conducte magistrale, se recomand folosireaconductelor interconectate.

Interconectarea sistemelor de transport gaze prezint mai multe avantaje nprocesul tehnologic de alimentare cu gaze a consumatorilor situai n diferite zone;dintre acestea reamintim urmtoarele:

- mrirea siguranei n exploatare; n cazul apariiei unei defeciuni pe un tronson,alimentarea total sau parial a consumatorilor se face prin celelalte tronsoane aflate nfunciune;


5/78

5

Fig. 1.4. Interconectarea conductelor magistrale de transport gaze naturale

- mrirea supleei funcionrii sistemului de alimentare cu gaze prin creareaposibilitilor de a se efectua schimbarea sensului micrii gazelor prin conducteleinterconectate (prin schimbarea nivelului produciei surselor de gaze) i a regimurilor

tehnologice pe conducte, ceea ce permite utilizarea optim a capacitilor de extracie ide transport;

- utilizarea maxim a capacitilor de extracie i de transport al conductelor prinmeninerea unei presiuni maxime la exploatri i a unei presiuni minime la sosire; deficitultemporar de debit pe o conduct poate fi compensat dintr-o alt conduct n care existun excedent de debit.

n perioadele de vrf orar i diurn din perioada de iarn, interconectarea sistemelorde transport poate realiza debite suplimentare de 15 - 20%.

1.6. Aplatizarea curbei de consum a gazelor

Pentru mbuntirea indicilor de eficien economic ai alimentrilor cu gaze se

caut s se aplatizeze, pe ct posibil, vrfurile de consum. n acest sens trebuie ca napropierea extremitilor sistemelor de transport instalaiile de utilizare s fie astfelconcepute nct s poat trece oricnd de la combustibili gazoi la cei lichizi sau solizi.Astfel de consumatori pot utiliza gazele naturale numai 6 - 8 luni pe an, trecnd apoi lafolosirea altor combustibili n sezonul rece; se recomand, de asemenea, folosireapermanent a gazelor n procesele tehnologice de baz,ceilali combustibili fiind folosiinumai pentru nclzit.

Aplicarea sistemului de consum mixt de combustibil, respectiv n suplimentareadeficitului de gaze n perioadele de vrf prin ali combustibili solizi sau lichizi estedeterminat de disponibilitile care exist n zon.


6/78

6

2.NMAGAZINAREA SUBTERAN N ZCMINTELE DE PETROL I GAZE

2.1. Necesitatea nmagazinrii gazelor

Funcia principal a unui depozit subteran de gaze este de a regulariza livrareapentru vrfurile de consum i cererea sezonier. n afar de aceasta, instalaiile de

nmagazinare pot asigura furnizarea de gaze de la rezervele de siguran (n ateptare),n cazul ntreruperii n alimentarea normal i pot ajuta la conservarea energiei utilizndgaze asociate care, altfel, ar trebui trimise la facl.

Pentru nmagazinarea subteran, gazele naturale sunt injectate n rezervoarelesubterane de iei i gaze cnd cererea pieii scade sub producia surselor de alimentarei este extras din depozit, pentru a suplimenta livrarea la nivelului solicitat cnd cerereadepete acea producie.

Zcmintele de iei i gaze sunt preferate ca depozite subterane pentru cantitinsemnate de gaze, n msura n care capacitatea de conservare a acestor rezervoareeste demonstrat de existena acumulrilor de hidrocarburi. Mai mult dect att, suntdisponibile informaii despre proprieti i comportarea rezervorului din faza de explorarei din perioada de producie a zcmntului de iei i gaze.

Totui trebuie investigat individual dac rezervoarele de iei/gaze sunt convenabilepentru nmagazinarea gazelor, n scopul exploatrii ntregului sistem n mod eficient, ndeplin siguran i compatibil din punct de vedere al condiiilor de mediu.

Primul depozit ntr-un zcmnt depletat a fost realizat n anul 1915 n WelandCounty, Ontario, Canada, iar primul depozit n acvifer s-a construit n 1946 n Kentucky. nprezent, pe ntreg globul, sunt amplasate 425 de depozite n zcminte depletate i 82depozite n acvifere. Capacitatea total de nmagazinare se ridic la valoarea de243109 m3 i un volum total de 502109 m3.

n sezonul cald (mai-octombrie), consumul se reduce i producia de gaze crete.Pe de alt parte, magistralele de transport-depozitare au o capacitate limitat, astfel c s-ar putea ca la un moment dat producia de gaze s depeasc posibilitile de transport

ale magistralei. Evident c nu se va reduce producia de gaze ci, surplusul de gaze va fidepozitat n rezervoare subterane situate n vecintatea marilor consumatori. Deasemenea, avnd n vedere declinul produciei de gaze din Romnia se impune formareaunor rezerve suplimentare de gaze din import, n special n sezonul cald. cnd i preulacestora este mai sczut.

Ca rezervor subteran de nmagazinare al gazelor poate fi utilizat orice zcmntcare poate primi gaze sub presiune, Ia volumul reclamat, gaze ce pot fi apoi cedate cuuurin n perioada de consum ridicat.


7/78

7

Depozitarea subteran a gazelor combin eficient o alimentare constant cu ocerere variabil, cu un avantaj economic. Figura 2.1 ilustreaz msura n carecapacitatea constant a conductelor de transport este modelat ntre cererea sczut dinlunile de var i cererea crescut din lunile de iarn cnd un spaiu de depozitare estedisponibil.

Fig. 2.1 Ilustrarea caracterului sezonier al consumului

n Romnia, consumul de gaze are caracter sezonier. Astfel, exist o perioadrece (noiembrie-aprilie) cnd consumul de gaze este foarte ridicat. n acelai timp, frigulprovoac o serie de dificulti n antiere, astfel c de multe ori producia de gaze scaden acest sezon.

2.2. Criterii de selecie a rezervoarelor subterane

Pentru realizarea unui depozit de nmagazinare se aleg zcminte alctuitedin colectoare puternic consolidate, deoarece cderile de presiune n timpulproceselor repetate de injecie-extracie sunt foarte mari comparativ cu cele dinperioada de exploatare. Avnd n vedere c procesul de nmagazinare-extracie serepet periodic, fiind prin excelen nestaionar, n proiectarea lui se folosesc modele decalcul numeric.

De obicei, se prefer ca nmagazinarea s se realizeze ntr-un singur strat,cu o grosime suficient pentru realizarea capacitii dorite, dar exist i depozite ncare gazul este nmagazinat n mai multe straturi, care sunt separate n culcu iacoperi de frontiere impermeabile. Problema stabilitii straturilor i a formriiconurilor de ap n exploatare este urmrit cu atenie, pentru c gradu l deconsolidare determin un anumit ritm de exploatare, iar prezena apelor determinapariia criohidrailor. Presiunea maxim de lucru a depozitelor nu va depi presiuneainiial de zcmnt, iar presiunea minim este impus de dimensionarea instalaiilor de


8/78

8

suprafa.Condiiile care stau la baza alegerii zcmintelor depletate, pentru a deveni

candidate la convertirea n depozite, sunt de dou categorii: geologice i geografice.Ca aezare geografic a zcmntului, acesta trebuie s satisfac urmtoarele

condiii:zcmntul trebuie s fie apropiat de zonele de consum;zcmntul trebuie s fie apropiat de infrastructura de transport i distribuie.

Din punct de vedere geologic, condiiile minime necesare pentru realizareadepozitelor n acvifere i n zcminte depletate sunt:existena unei formaiuni cu o deschidere suficient de mare pentru realizarea

capacitii necesare;stratul colector trebuie s aib porozitate i permeabilitate suficient de mare

pentru realizarea depozitului, deoarece porozitatea zcmntului ne arat cantitatea degaz ce poate fi nmagazinat n respectivul rezervor, iar permeabilitatea determin ratade injecie extracie a gazului din rezervor;

existena unui ansamblu de straturi impermeabile n acoperiul i culcuulstructurii, care smpiedice migrarea gazului.

Formaiunile favorabile pentru nmagazinare sunt localizate n bazinelesedimentare.

Din punct de vedere petrografic, formaiunea rezervor este alctuit din:roci impermeabile n culcu i acoperi argile sau marne;nisipuri, gresii bine consolidate, silice cuaroas n care cimentul leag granulele

dar nu umple interstiiile;gresiile potrivite sunt destul de rare, n general gresiile bune sunt intercalate cu

gresii srate argiloase sau calcaroase i cu bancuri de argile; calcare dolomitice (zcmintele carbonatice) sunt mai puin cercetate dect

zcmintele grezoase i prezint variaii de facies dificil de prevzut, variaii depermeabilitate, dimensiuni variabile ale porilor, determinnd un blocaj ireversibil (cantitide gaz nerecuperabile).

Din punct de vedere tectonic, cvasitotalitatea structurilor cercetate pentrunmagazinare subteran sunt anticlinale.

Ca rezervor subteran de nmagazinare al gazelor poate fi utilizat orice zcmntcare poate primi gaze sub presiune, Ia volumul reclamat, gaze ce pot fi apoi cedate cuuurin n perioada de consum ridicat. Ca rezervoare subterane de nmagazinare agazelor pot fi utilizate,

- zcmintele de gaze depletate;- cupolele zcmintelor de iei;- zcmintele de ap;- domurile de sare.Pentru a putea fi utilizat ca rezervor subteran pentru nmagazinarea gazelor,

zcmntul trebuie s ndeplineasc dou condiiide baz:- s fie puternic consolidat, deoarece n procesul de nmagazinare-exploatare se

lucreaz cu cderi de presiune cu mult mai mari dect n cazul exploatrii unui zcmntde gaze propriu-zis;- s fie etan pentru a nu avea pierderi de gaze.nmagazinarea gazelor n zcminte epuizate energetic, preferabil depozitrii n

acvifere, fr ape active marginale sau talp, reprezint una din variantele care s-auimpus din punct de vedere economic cu condiia c fondul de sonde existent s poat fifolosit, iar rezervorul s fie perfect etan pentru a asigura conservarea volumului de gazinjectat; porozitatea i permeabilitatea trebuie s fie ct mai mari, iar adncimea s fierelativ redus, astfel nct presiunea de injecie s fie ct mai mic.

Se recomand s se evite nmagazinarea gazelor n zcminte epuizate care au


9/78

9

produs n regim mixt (destindere elastic a gazelor i rocii i avansarea apei dezcmnt) deoarece presiunea de injecie poate depi posibilitile de comprimare saupresiunea de fisurare a rocii.

2.3. Caracteristicile de baz ale zcmntului de depozitare

Un depozit de gaze trebuie s fie capabil s livreze att debitul zilnic ct icantitatea total pe timp friguros fra avea o presiune de comprimare prea mare sau o

zestre de gaze mare folosit drept tampon. Zestrea este esenial la realizareadepozitelor subterane.

Caracteristicile principale ale rezervorului pentru nmagazinare sunt:1. impermeabilitatea n capul stratului (capac sau acoperi) pentru a mpiedica

pierderile de gaze;2. porozitate i permeabilitate ridicat a formaiunii;3. adncime suficient a formaiunii pentru a asigura presiunea de lucru;4. absena apei sau posibilitatea de control a acesteia;5. prezena ieiului liber (dup exploatare) se folosete cu succes i se prefer

unei formaiuni care nu are lichid;6. o formaiune puternic consolidat pe vertical;7. ntindere acceptabil i un volum de gaze acceptabil care nu necesit o zestre

prea mare pentru creterea presiunii;8. posibilitatea de a se preta la fisuri hidraulice;9. volumul necesar nmagazinrii unei cantiti de gaze impuse;10. absena oricrei faze lichide (ap sau iei).Depozitul este un mediu poros - permeabil solid cu un capac format din roci

impermeabile, care nu permit migrarea fluidelor pe vertical. Apa din zona de depozitarese poate afla total sau parial dedesubtul nisipului unde se afl gazul depozitat, sau nlateral.

Zcmintele de gaze epuizate (depletate) sunt primele candidate pentrutransformarea n depozite. Mrimea zcmntului este determinat prin calcul pe bazadatelor geologice sau prin datele de producie corelate cu presiunile de zcmnt.

Pentru a lua n considerare un cmp de gaze epuizat, trebuie s avem n vederec volumul de gaze ce urmeaz a fi vehiculat, prin transformarea sa n depozit, reprezint80 pn la 100 % din volumul iniial de gaze. Acest volum de gaze trebuie recuperat n120 de zile ceea ce reprezint un timp maxim de recuperare aferent unui ciclu dedepozitare. Aceasta presupune mai multe sonde dect cele folosite n procesul deproducie i un sistem de colectare adecvat mult mai mare dect n faza de exploatare.

Pentru ca un rezervor de gaze s corespund scopului pentru care a fost alestrebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:

a) gazul tampon trebuie s asigure o "presiune de baz, astfel nct ntreagacantitate de gaze nmagazinat (total nmagazinat) s poat fi livrat consumatorilor ntimpul prevzut pentru ciclului de extracie. Aceast presiune de baz trebuie s permiti exploatarea depozitului la sfritul ciclului de nmagazinare n regim optim de

funcionare.b) gazul curent trebuie s asigure o presiune maxim, peste presiunea de baz,care s permit extracia n timp util (ciclu de extracie) a volumului de gaze injectate.

Presiunea de baz este determinat n funcie de:- numrul de sonde care echipeaz depozitul;- capacitatea de comprimare;- capacitatea rezervorului;- capacitatea de livrare (extracie);- capacitatea de injecie;- eficiena economic.


10/78

10

Pentru clarificarea unor aspecte legate de vehicularea gazelor n vedereadepozitrii se fac urmtoarele precizri:

Gaz curent - volumul total de gaze extras - injectat ntr-un zcmnt de depozitarerezervor peste volumul total de gaz tampon (zestre). Acesta este volumul maximdisponibil pentru livrare n timpul unul ciclu (injecie - extracie).

Gaz tampon (zestre) - volumul total de gaze nerecuperabil (gaz economicrecuperabil nativ sau gaz strin) care exercit o presiune n roca rezervor pentrumeninerea unui debit minim necesar de livrare a gazelor n timpul unul ciclu.

Capacitate de livrare - debitul de gaze al unul depozit exprimat ca o mrime nNm3/zi, la un volum total de gaze, cunoscut, depozitat n zcmnt la o presiune derezervor cunoscut (de fund) i la o presiune de refulare la gura sondei dat.

Gaz strin- volumul de gaz extern, injectat ntr-un rezervor de nmagazinare careexercit n rezervor o presiune manometric superioar presiunii manometrice la care anceput nmagazinarea.

Capacitatea de injecie- debitul de gaze exprimat n milioane metri cubi, injectat nrezervor (pompat) la o presiune corespunztoare a gazului n rezervor i o presiune deinjecie la capul de erupie al sondei.

Total nmagazinat - volumul de gaze strin injectat n rezervorul de nmagazinaren timpul unei perioade date.

Volumul maxim de gaze depozitat - bilanul, maxim volumetric dintre volumul degaze total nmagazinat i volumul de gazetotal livrat din depozit.Gaz nativ - volumul de gaz indigen aflat n structura de nmagazinare. Acesta

trebuie s includ volumul total de gaz recuperabil i nerecuperabil, care exercit opresiune manometric de la "0" la o presiune manometric corespunztoare nceputuluiciclului de nmagazinare.

Total extras - volumul de gaze extras dintr-un rezervor ntr-o perioad dat detimp.

Presiune maxim n rezervor- presiunea manometric maxim, fie la gura sondeisau la talpa sondei dup cum este specificat, exercitat de volumul de gaze lacapacitatea maxim a rezervorului.

Rezervor de nmagazinare - acea parte a unei structuri (gazeifere sau petroliere)

sau acea zona cu limita de porozitate definit, care poate fi folosit n mod eficient pentrua reine gazele la o presiune maxim (determinat) n rezervor.

Capacitatea maxim a rezervorului - volumul total de gaze din rezervor careexercit o presiune manometric de la "0" pn la presiunea manometric maxim dinrezervor. Acesta trebuie s includ gazul nativ (recuperabil i nerecuperabil) gazultampon i gazul curent.

nmagazinarea gazelor ntr-un zcmnt depletat de gaze, nu va ridica problemedeosebite avnd n vedere c fluidul injectat n strat este foarte apropiat structural de celexistent i deci, va exista compatibilitate aproape deplin.

n cazul zcmintelor de iei, injectarea gazelor n cupola acestora sau creareaunei cupole secundare de gaze va avea, n mod sigur, efecte favorabile i asuprarecuperrii ieiului. Va trebui totui, reconsiderat proiectul de exploatare al zcmntuluide iei.

Utilizarea zcmintelor de ap ca rezervoare subterane pentru gaze ridic uneleprobleme destul de dificile. n primul rnd, injectarea gazelor n strat necesit presiunimai ridicate pentru a dezlocui apa din pori. n al doilea rnd, din cauza dizolvrii gazelorn apa de zcmnt vor aprea pierderi substaniale de gaze.

n al treilea rnd, la extragerea gazelor, vor crete cheltuielile cu uscarea acestora.Mai apare, de asemenea, problema criohidrailor, legat de umiditatea gazelor.

De altfel, aceste aspecte apar i n cazul rezervoarelor din zcmintelor de iei igaze, mai cu seam dac exist un acvifer activ. n cazul domurilor de sare, cu ajutorul


11/78

11

unor sonde spate n acestea se creeaz caverne prin dizolvarea srii, unde pot fidepozitate gazele. Utilizarea acestor domuri de sare ridic ns, o serie de problemelegate de stabilitatea structurilor respective, sigurana mediului etc.

Rezult deci, c cele mai adecvate pentru constituirea de rezervoare subterane denmagazinare a gazelor sunt zcmintele de gaze depletate. Totui, condiiile locale suntcele care, n final vor duce la selectarea acestora.

2.4. Transformarea zcmintelor depletate n depozite de nmagazinare agazelor

Zcmintele de gaze depletate sau parial epuizate se preteaz cel mai bine latransformare n rezervoare subterane pentru depozitarea gazelor.

Pentru a se transforma un zcmint depletat n depozit subteran pentrunmagazinarea gazelor naturale trebuie s se parcurg urmtoarele etapede proiectare:

- Colectarea informaiilor primare geologice i de inginerie de zcmnt, din fazade exploatare primar i care s cuprind suprafaa rezervorului, grosimea formaiunii,presiunea iniial de zcmnt, temperatura zcmntului, compoziia gazelor iproducia n raport cu presiunea de zcmnt.

- Verificarea sondelor existente i evaluarea strii tehnice a acestora din punct devedere mecanic (aderena inelului de ciment, integritatea coloanelor), interveniile suferitepe parcursul exploatrii primare i alte aspecte.

- Determinarea volumului rezervorului ce poate fi folosit pentru exploatareadepozitului.

- Determinarea sondelor ce vor asigura injecia i extracia gazelor ntr-un ciclude depozitare.

- Determinarea capacitaii de comprimare necesare, evaluarea reelei decolectoare i conducte i condiiile ce trebuie s le ndeplineasc gazul depozitat.

Pentru a se determina cantitatea maxim nmagazinat n rezervor se stabiletepresiunea maxim i presiunea minim de lucru a depozitului. Presiunea maxim arezervorului se calculeaz pe baza informaiilor furnizate de ingineria de zcmnt,corelate cu condiiile de etaneitate a sondelor.

Fig.2.1.Graficul raportului (p/z) n funcie de cantitatea de gaze extrase


12/78

12

La sondele vechi se face o verificare a strii inelului de ciment prin msurtori cuultrasunete pentru a se verifica etaneitatea i aderena acestuia. n cazul n care prinmsurarea grosimii de perete a coloanelor se constat o uzur avansat a acestora seva introduce un liner cimentat sau un liner cu packer cu fluid necoroziv in spaiul inelar.

Graficul raportului dintre presiunea de zcmnt p i factorul de compresibilitate zin funcie de cantitatea de gaze extrase (fig. 2.1.)permite calcularea rezervei iniiale ideterminarea cantitii de gaze ce se poate nmagazina la o anumit presiune, dacfrontiera depozitului este impermeabil.

nmagazinarea subteran a gazelor n zcminte acvifere se realizeaz utilizndcapacitatea natural de receptivitate a stratului poros i permeabil, care iniial esteinundat cu ap dulce sau srat. Procesul de nmagazinare subteran const ndeplasarea apei din poriunile superioare ale acviferului ntr-o zon inferioar cu ajutorulgazelor injectate. Pentru a putea depozita gazele naturale ntr-un acvifer, presiunea deinjecie trebuie s fie cu 1-2 MPa mai mare dect presiunea iniial a acviferului, iardebitul de injecie depinde de comportarea stratului.

Pentru a realiza procesul de nmagazinare ntr-un zcmnt acvifer trebuiendeplinite simultan urmtoarele condiii geologice:

- stratul n care se realizeaz nmagazinarea trebuie s aib o porozitate i opermeabilitate suficient de mare pentru a permite desfurarea n bune condiii a

proceselor de injecie a gazelor n strat;- stratul din acoperi s aib un grad ridicat de impermeabilitate pentru a mp iedicamigrarea gazelor ctre alte formaiuni (capcane);

- structura pe care se dorete realizarea procesului de nmagazinare trebuie saib forma de dom, dispunnd de condiii de etanare suficiente pentru a garantacapacitatea de nmagazinare necesar,

Fig. 2.5. Schema de principiu a unui depozit de nmagazinarea gazelorn zcminte acvifere


13/78

13

Formaiunile n care se realizeaz nmagazinarea e de dorit s fie localizate nisturi sedimentare, iar stratul impermeabil situat deasupra rezervorului trebuie s fieformat din argil sau marn. Stratul rezervor poate fi format din:

- Calcare, dolomite, cret (rezervoare carbonatice). Formaiunile carbonatice suntmai puin cutate dect rezervoarele de gresie deoarece prezint variaii lateraleimportante i dificile de facies i de permeabilitate, iar dimensiunea porilor variaz iatrage dup sine capcane ireversibile pentru o cantitate uneori important de gaze;

- Nisip;- Gresie. n general formaiunile rezervor de tip gresii curate sunt intercalate cu

gresii murdare argiloase sau calcaroase precum i de bancuri de argil.Studiul geologic al acviferului poate ajuta la extinderea zonei de gaze afectat n

curs de exploatare, iar interpretarea datelor obinute din sonde forate pentru exploatarepot conduce la cunoaterea mai n detaliu a imaginii geologice a structurii studiate. Rocilecare formeaz acviferul sunt constituite din particule de material solid care sunt cimentatecu ajutorul unui liant, n timp ce prin spaiile rmase goale se realizeaz curgerea fluidelorn zcmnt. Cele dou proprieti (porozitate i permeabilitate) sunt insuficiente pentru acaracteriza un rezervor i de aceea trebuie cunoscute proprietile capilare care suntdependente de natura rocii, de natura fluidelor care curg prin aceasta ct i de locul undesau aflat fluidele de-a lungul timpului n roc. Pentru a prevedea mecanismul dezlocuirii

apei de ctre gaze ntr-un zcmnt acvifer este necesar s se cunoasc caracteristicilerocii: porozitatea, permeabilitatea i presiunea capilar. Datele necesare pentru acaracteriza o roc se obin att prin prelevarea de carote ct i cu ajutorul msurtorilorgeofizice.

Studiile realizate n exploatarea depozitelor de gaze din acvifere vor conineurmtoarele elemente de baz:

- evaluarea performanelor i a poziiilor de amplasare a zcmntului,- definirea i dimensionarea echipamentului de baz;- studii de evaluare economic;- dimensionarea echipamentului complementar;- evaluarea valorilor medii locale ale caracteristicilor hidraulice: porozitatea,

permeabilitatea pe baz de teste de interferen ntre sonde etc.;

Fig. 2.6. Schema de dezlocuire a apei de ctre gaze


14/78

14

- observarea variaiei presiunii n sondele din acvifer;- ntocmirea de studii pentru cunoaterea distribuiei saturaiei i a limitelor

zcmntului considerat.Dac un acvifer are proprieti uniforme n toate direciile prin injecia gazelor n

strat se va produce o deplasare uniform a apei i se formeaz o interfa gaze -ap (fig.2.6). Trebuie avut n vedere c presiunea de injecie s nu depeasc 0,71,5 MPa,presiunea iniial a acviferului.

Dac se admite c acviferul este foarte mare, n comparaie cu z presiunea degaze din zcmnt, n perioada de injecie va evolua conform relatiei:

d

aa

i pkh

pp 5,18

(2.1.)

unde: peste presiunea iniial de zcmnt [0,1MPa],qa- debitul constant cu care apa este deplasat [m

3/zi] ,

k- permeabilitatea rocii [D],

a - vscozitatea apei [mPa s],

h- grosimea acviferului [m],pd- presiunea adimensional.Funcia pdse determin din figura 2,7cu ajutorul timpului adimensional td definit

astfel:

aaa

drm

ktt

310*6,8

(2.2.)

unde:t estetimpul, zile,m - porozitatea rocii,

a - compresibilitatea apei din roc [10/MPa],ra raza acumulrii [m],Cumulativul de ap dislocuit Wese calculeaz cu relaia:

dieae Qpprmw 28,6 (2.3.)

unde:Weeste cantitatea de ap;p- presiunea gazelor [0,1MPa],pi- presiunea iniial a acviferului [0,1MPa],Qd - debit adimensional, care se determin din figura 2.8 cu ajutorul timpului

adimensional.


15/78

15

Fig.2.7 Fig.2.8

Dac se consider un spaiu poros saturat cu ap n care se ncearc dezlocuireaacesteia cu gaze naturale n timpul procesului respectiv apar urmtoarele fenomene:

- primul drenaj, care reprezint operaia de dezlocuire de ctre un fluid (gaze) a

altui fluid care a saturat iniial roca;- drenajul propriu-zis, care const n operaia de modificare a saturaiei gazelor nroc;

- inhibarea, care reprezint operaia invers de dezlocuire a gazelor de ctre ap;- presiunea de dezlocuire, care are la baz surplusul de presiune necesar

ptrunderii gazelor n roca iniial saturat cu ap, ea se determin n laborator;- presiunea de prag, definit ca presiunea care permite gazelor s traverseze un

eantion de roc saturat cu ap;- saturaia n ap ireductibil, ce reprezint apa care nu poate fi dislocuit de

ctre gaze i careia valori de 1020% n roci cu permeabilitate mare i poate atinge 60%n roci puin permeabile;- gazele pierdute, definite de saturaia n gaze reziduale, care este de ordinul 1530%.

Gazul final nerecuperat constituie o parte foarte important 3060% din stoc.


16/78

16

Fig. 2.9 Evoluia relaiei presiune capilar-saturaie pentru procesulde nmagazinarea gazelor ntr-un acvifer

2.5. Proiectarea proceselor de injecie extracie n depozitele subterane degaze naturale

Proiectarea transformrii unui zcmnt de iei sau gaze ntr-un depozit denmagazinare a gazelor trebuie realizat avnd la baz toate informaiile i dateleimportante obinute despre zcmnt.

Controlul i analiza acestor informaii trebuie s dovedeasc cun zcmnt deiei i/sau de gaze este corespunztor pentru a fi transformat ntr-un depozit subteran degaze.

Instalaiile de suprafa i de fund trebuie proiectate lund n calcul sistemul denmagazinaren toate condiiile de lucru care pot fi ntlnite n instalaii.

Analiza i calculele trebuie efectuate folosind metode acceptate n domeniu itoate datele importante confirmate prin acte doveditoare.

Elementele majore ale proiectrii vor fi introducerea gazelor n gaura de sond,gradienii de curgere i de presiune n gaura de sond, gradienii din sistemul decolectare, instalaia de comprimare i n final din sistemul de transport al gazelor.

2.5.1. Concepte i consideraii de baz n proiectarea depozitelor subterane

nainte ca un proces de depozitare subteran a gazelor naturale s treac la fazade proiectare i dezvoltare, trebuie fcut un studiu de pia amplu care s documentezei s determine ct mai exact cerinele pieii. Un astfel de studiu trebuie s includinfluena climei asupra consumului de gaze i studii sezoniere asupra spaiilor ce suntafectate de astfel de variabile cum ar fi: mrirea sau micorarea zile/nopi, existenanorilor, a zpezii, a soarelui i ali factori.

n predicia vremii, pentru a fundamenta trimiterea gazelor la pia, se utilizeazadesea nregistrarea temperaturilor pe o perioad de 50 ani (sau un numr specificat de

ani). Acestea sunt obinute din nregistrrile statice ale vremii.Se determin, de asemenea, factorii grad-zi i de ncrcare. Factorul grad-zi (saudeficiena grad-zi) este calculat ca diferena ntre temperatura de 18,3 oC itemperatura medie pentru o anumit zi. Gradele - zi sunt nsumate pentru ntregul anpentru a le corela nainte de a trimite gazele la consumator.

Un aspect important n predicia cererii pieii se leag de predicia livrrilor n ziuai la ora de vrf.

n fiecare zon, luat n particular, determinant pentru clieni sunt factorii deconsum raportai la pieele comerciale, industriale i casnice. Cunoscnd numrul deconsumatori proiectai, utiliznd factorii de consum prestabilii (factorii grad - zi i dencrcare) pentru diferite piee, se determin ziua medie i ziua de vrf, doi parametriimajori de proiectare.

Odat ce cerinele totale ale pieii sunt determinante pentru fiecare lun, pentruclasele de servici (cum ar fi spaiile rezideniale, comerciale, spaiile nclzite, industrial -continuu sau cu ntrerupere) poate fi pregtit un plan pentru alimentarea conductei inecesitile de depozitare.

Proiectarea unui proces de nmagazinare a gazelor presupune rezolvareaurmtoarelor aspecte:

- delimitarea ct mai exact a volumului zcmntului, n vederea stabiliriicapacitii de nmagazinare;

- determinarea presiunii maxime de lucru (aceasta nu trebuie s depeasc


17/78

17

presiunea iniial azcmntului pentru a evita fisurarea colectorului);-determinarea volumului de lucru al rezervorului;-stabilirea reelei de sonde de injecie-extracie;-fixarea sondelor piezometrice necesare pentru urmrirea procesului de injecie-

extracie a gazelor;-alegerea staiei de comprimare a gazelor.

2.5.2. Proceduri de proiectare a depozitelor n zcminte depletate i acvifere

Aa cum s-a vzut i din prezentarea de mai sus, ponderea cea mai mare ncadrul depozitelor o are depozitarea n zcminte depletate de gaze. Utilizarea unuirezervor depletat permite folosirea instalaiilor de extracie i distribuie rmase dintimpul cnd cmpul era productiv, fapt ce conduce la scderea costurilor de convertirea respectivului rezervor.

Zcmintele depletate mai ofer i avantajul c structura lor intern este foartebine cunoscut.

Elementele principale n proiectarea unui depozit sunt: capacitatea total,debitele de injecie i extracie, cderile de presiune n strat, n sond i n conductelede suprafa.

n figura 3.4 sunt prezentate principalele elemente ale unui depozit ntr-un

zcmnt depletat.Pentru a stabili bazele de proiectare i dezvoltare realse pleacde la elementelede baz ce constituie sistemele de depozitare, ncepnd cu sursele de alimentare cugaze, conductele de transport i depozitare, sistemele de distribuie, pn aproape depiaa de consum.

2.2.2.2. Alegerea variantelor de depozitare

Odat ce planul de depozitare este stabilit, urmeaz cutarea i alegereavariantelor de depozitare. n funcie de dimensiune, poziie, acces la surse de alimentarea magistralei de transport, ca rezervoare de depozitare subterana gazelor naturale potfi utilizate urmtoarele:

1. Zcminte de gaze depletate;

2. Zcminte de gaze cu condensat depletate;3. Zcminte de iei depletate;4. Acvifere;5. Caverne n domuri de sare.Zcmintele de gaze depletate reprezint cea mai buna soluie, deoarece sunt

perfect compatibile pentru calitatea gazului.Zcmintele de gaze cu condensate sunt de preferat, dar apar probleme la

curgerea bifazic.Zcmintele de iei depletate sunt satisfctoare, dar apar probleme referitoare la

ieiul rezidual.Varianta acviferului va evalua mai multe caracteristici suplimentare, naintea

cerinelor specifice.Daccele patru categorii nu ofero varianta bunse vor folosi pentru depozitarecavernele saline.

2.2.2.3.Succesiunea pailor n proiectarea nmagazinrii subterane

Pentru depozitarea sau dezvoltarea noilor uniti de nmagazinare, obiectivele uneicompanii sunt de a asigura servicii ctre clienii si, la un cost minim posibil. Se specificnevoia de a prevedea x metri cubi pe zi, pentru y zile calde ntr-un sezon, se determinfactorul de ncrcare al regimului de depozitare n funcie de raportul "zi de vrf" la "zimedie", de livrare a gazelor. Pentru a ajunge la obiective proiectate trebuie parcurse mai


18/78

18

multe etape.

Date de intrare

Se ncepe prin descrierea zcmntului: poziia geografic, datele geologice,succesiunea stratigrafic, hri structurale, hri cu izopace, diagrafii. Urmeaz apoidatele de carote i fluide, care includ permeabilitatea i porozitatea, saturaia n apireductibil(din carote si diagrafii), masa specifica gazelor, compoziia i vscozitatea.Avem, de asemenea, nevoie de date din acoperi. Foarte importante sunt curbele depresiune capilarde mbibare i de drenaj. Ultimul set de date sunt cele despre sondeleexistente, datele incluznd performana de refacere a presiunii sondelor, date deechipare, potenial de deschidere, curgere bifazic, indice de productivitate invers.

Etape de proiectare inginereasc

Proiectarea se focalizeaz pe perna de gaze, care este direct asociat cupresiunea maxima ciclului de depozitare. Stabilirea pernei de gaze fixeazpresiuneaminim i maxim a ciclului de depozitare la orizontul de stocare. Se determina apoipresiunile la diverse puncte a instalaiilor de suprafa. Se proiecteaz sistemul decolectare i accesoriile sale: separatoare,nclzitoare, regulatoare. Sistemul de colectarepoate fi de tip bucl, stea, tuf, n funcie de topografia locului, numrul de sonde,presiune, debit. Se fac analize economice pentru a determina aspectele comparabileasupra costului, profitului, ratei de revenire. Numai dup ce sunt fcute analizeleeconomice comparative finale se face recomandarea de alegere a variantei optime aproiectului.

Depozitul este un mediu poros-permeabil solid cu un capac format din rociimpermeabile, care nu permite migrarea fluidelor pe vertical. Apa din zona de depozitarese poate afla total sau parial dedesubtul nisipului unde se afl gazele depozitate, sau nlateral. Sondele de injecie - extracie sunt echipate corespunztor n zona de depozitarea gazelor. n acest sens dac sondele sunt vechi, atunci ele pot fi echipate cu filtrecorespunztoare n dreptul stratului prin izolare cu packere sau dac sunt sonde noi sepot executa filtre n gaur netubat pentru creterea afluxului de gaze n sond.

Alegerea presiun ii maxime n rezervo rDac un rezervor este folosit n ciclul de injecie - extracie la o presiune maxim,

mai mare dect presiunea iniial de zcmnt, eficiena economic a depozitului crete.La noi n ar nu se exploateaz depozitele de gaze la o presiune mai mare dect

presiunea iniial de zcmnt. n alte ri unde depozitele se exploateaz la o presiunepexpI> piz, practica a demonstrat c beneficiile sunt mai mari.

Frecvent, depozitele de gaze cu mpingere elasticde ap, ct i cele din acviferesunt exploatate la o presiune pex> piz.

La depozitele de gaze aflate n exploatare n S.U.A. gradientul de presiune nrezervor poate fi pn la 15,33 kPa /m (0,1583 bar/m).

Avnd la baz descrierea general a rocii acoperi, a copertei, situaia structural,

capacitatea de etanare a faliilor i starea tehnic a tuturor sondelor care strpungformaiunea de nmagazinare trebuie determinat presiunea maxim de exploatarepentru a evita orice dislocare mecanic, trecerea gazelor prin roca acoperi i mprtierilaterale necontrolate ale gazelor.

n situaiile n care presiunea maxim de exploatare anticipat depetepresiunea iniial din rezervor, trebuie investigat detaliat i demonstrat existena icontinuitatea unei roci acoperi etane la gaze. Trebuie manifestat atenie larecuperarea de carote din roca acoperi pentru teste de etanare.

Caracterizarea rocii acoperi i a copertei trebuie s specifice:- litologia;


19/78

19

- caracteristicele hidraulice i petrofizice, dac este aplicabil presiunea capilarlimit i permeabilitatea;

- geometria n cea ce privete structura, grosimea, ntinderea lateral;- discontinuiti geologice sau alte particulariti care pot afecta etanarea la

presiuni superioare presiunii iniiale n rezervor;- gradienii de fracturare.Avnd la baz investigaiile menionate mai sus privitor la roca acoperi, la

integritatea tehnic, presiunea maxim de exploatare a rezervorului trebuie evaluatpentru cel mai slab (sensibil) punct din depozit i de asemenea pentru toate zonelendeprtate i situaii structurale care sunt n comunicare hidraulic cu depozitul, nscopul evitrii:

- oricrei dislocri mecanice a rocii acoperi prin fracturare;-oricrei ptrunderi de gaze n roca acoperi prin mpingerea apei n afara rocii

Fig.8.3 Gradienii de presiune ai fluidelor n rezervorul de gaze


20/78

20

acoperi, prin faliile din formaiune sau prin defectele tehnice din sonde;Presiunea mrit de exploatare a rezervorului este limitat de cea mai mic

valoare a presiunii dintre:- presiunea de fracturare;- presiunea la care gazul poate ptrunde n copert sau la suprafa datorit

integritii insuficiente;- presiunea calculat rezultat din presiunea apei din roca acoperi plus presiunea

capilar limit a rocii acoperi (dac este aplicabil).Limita superioar a presiunii de injecie este presiunea necesar pentru

fisurarea rocii din stratul superior, de obicei presiunea litostatic sau presiuneaexercitat de roca protectoare.

Multe zcminte de gaze sunt puse n exploatarea pn la o presiunecorespunztoare coloanei de ap sau coloanei de ap srat (determinat de adncimeasondei la obiectivul respectiv).

Uzual, gradientul de presiune este de 9,73 + 11,76 kPa/m sau 0,0973 + 0,1176bar/m.

n figura 3 se red o diagram a mrimilor hidraulice, ale coloanelor de ap i apsrat de diferite concentraii.

Proiectele pentru cmp (zcmnt) sunt potrivite cu varia iile de consum de la

sfritul perioadei reci. De exemplu, cnd 70 % din gazul curent a fost extras, presiuneasczut din rezervor este prevzut i folosit cu curbele de performan ale sondeipentru a obine debitul sondei. Apoi numrul de sonde necesar poate fi stabilit mpreuncu puterea de comprimare instalat astfel nct procesul de extracie al gazului curent sse desfoare n concordan cu acoperirea vrfului de consum. De asemenea, se are nvedere i ncadrarea n timpul aferent ciclului deextracie.

n mod frecvent, presiunea de extracie este astfel stabilit nct scurgerea gazelordin sonde s se fac liber.

Experimentele au confirmat c dac la presiunea iniial de zcmnt se adaug odiferen de presiune p = p - piz, rezultatele concretizate n randamentul unui ciclu denmagazinare sunt foarte bune. Transpus n gradieni de presiune, experiena arat cadugnd la gradientul de presiune corespunztor lui piz, 14,70 kPa/m capacul se

comport normal. Deja pentru capace consolidate, ntrite (acoperiuri) s-au folosit cusucces valori de 15,86 kPa/mpeste gradientul iniial.

Folosirea rezervorului (zcmntului) la un nivel de presiune maxim, va conduce nmod normal Ia o capacitate maxim de depozitare i la cea mai ridicat capacitate deproducie pentru sonde (debite), deci atingerea scopului.

Dac capacul (acoperiul) zcmntului este slab consolidat, pentru siguran sepoate folosi ca presiune maxim de exploatare, presiunea iniial de zcmnt. Pentrudepozitele aflate n exploatare n Romnia avem urmtoarea situaie:

Nr. crt. Depozitul Presiunea de baz Presiunea iniialde zcmnt

Presiune maximde exploatare

UM - bar Bar bar

1. Bilciureti 45 233 81

2. Urziceni 60 135 75

3. Blceana 59

4. Srmel

5. Tg. Mure

Presiunea de baz este presiunea minim care asigur extracia gazului curent


21/78

21

ntr-un ciclu de extracie. Aceasta presiune de baz este dictat i de considerenteleeconomice. Exemplu: la depozitul de gaze Bilciureti, are valoarea pb = 45 i asigurastfel:

- transportul gazelor ctre consumatori n punctul Butimanu unde se face legturacu reeaua de transport;

- extracia gazului curent nmagazinat.

Fig. 8.4 Ciclurile de presiune pentru un rezervor subteran etan

Presiunea de baz, variaz n limite mici funcie de variaia presiunii din sistemul

de transport precum i funcie de debitul zilnic extrasntr-o anumit perioad de timp.Presiunea de baz pentru unele depozite poate fi i presiunea de aspiraie pentrustaia de compresoare n timpul extraciei. Acest caz este valabil pentru acele depozite degaze a cror presiune de baz nu poate asigura presiunea necesar transportului gazelorsau nu poate asigura extracia gazului curent.

Presiunea de baz este de asemenea egal cu presiunea de refulare a staiei decomprimare n procesul de nceput de injecie. Aceasta nseamn c pbtrebuie corelatcu instalaia de comprimare a gazelor n vederea injectrii lor n rezervor.

Presiunile de operare n depozite sunt notate zilnic (orar) ca o siguran deexploatare a rezervorului, prin observaiile de la sondele piezometrice.


22/78

22

Curbele de presiune aferente ciclurilor de depozitare sunt relativ apropiate inchise, aa cum se vede n figura 4.

La rezervoarele a cror permeabilitate este mai sczut, curbele de presiune audeprtare mai mare (un histerezis mai pronunat).

Comportarea dinamic a rezervorului

Informaiile de la testele de sond, presiunea i istoricul datelor de producie de ladepozitul propus i formaiunile nconjurtoare trebuie analizate pentru a estimacapacitatea de nmagazinare a rezervorului iar proprietile sale dinamice trebuiedeterminate de un studiu de bilan material, simularea comportrii rezervorului sau altemijloace. Trebuie evaluate comportarea presiunii i migrarea posibil maxim ahidrocarburilor n viitor.

Operaiile de adncime din vecintatea rezervorului

Cerinele de proiectare, construcie i monitorizare a oricrui depozit propus pentrunmagazinare trebuie s ia n considerare toate activitile de adncime din vecintate,din trecut sau prezent, cum ar fi: rezervoare de iei i gaze, acvifere de ap dulce,activiti miniere sau alte instalaii de nmagazinare subteran.

Operaiile la oricare depozit propus pentru nmagazinare i cele de la activitile deadncime din vecintate trebuie s fie compatibile ntre ele.

Trebuie folosite toate informaiile existente i necesare pentru a evalua influenapotenial a unei amenajri de nmagazinare asupra activitilor de adncime nvecinate.

Capacitatea depozitului

Pentru a determina capacitatea depozitului (volumul rezervorului) este necesar sse cunoasc plaja presiunilor de lucru (presiunea minim de exploatare, presiunea debaz, presiunea maxim).

Exploatarea zcmintelor de gaze poate s aduc foarte multe informaii despreprocesul de extracie i mai precis se poate stabili relaia producie - presiune.

O diagram a presiunii zcmntului raportat la factorul de compresibilitate (p/Z)n funcie de cantitatea de gaze extras (G) este redat n figura 5, permite calcului

resursei iniiale de gaze i de asemenea volumul porilor pentru depozitarea gazelor.Dac avem mpingere de ap, relaia p/Z = f(G)poate s conduc la valori mai mari fade realitate. Pentru un zcmnt epuizat de joas presiune, cantitatea de gaze extrasraportat la cderea de presiune unitar i poate s ofere informaii mult mai precise (fig.5.). Evoluia presiunii de zcmnt funcie de cumulativul de gaze extras pentru perioada1962-1983 referitor la zcmntul Bilciureti este redat n figura 6.

Cumulativul de gaze injectat funcie de presiunea de injecie n rezervor este redatn figura 7.

Metodologia de proiectare a nmagazinrii subterane

Metodologia de proiectare a nmagazinrii subterane este urmtoarea:

Reevaluarea imaginii geologice a unitilor hidrodinamice:Stratigrafia, n cazul n care au mai fost spate sonde dup ultimul studiu de

exploatare avizat.Tectonica i caracterul de etaneitate al faliilor prin interpretarea investigaiilor

hidrodinamice efectuate prin sonde.Trasarea harilor cu izobate, izopachite, izoperme, izocore, izosaturaii, izo-ap

interstiial, seciuni geologice pentru fiecare bloc tectonic, etc.Evaluarea parametrilor fizico-hidrodinamici ai zcmintelor:Presiunea static i temperatura de zcmnt.


23/78

23

ntocmirea buletinului de analiz a gazelor ce urmeaz a fi nmagazinate ifolosirea sa mpreun cu diagrama PVT pentru evaluarea presiunii i temperaturiipseudoreduse; aceste valori ne permit estimarea unor proprieti ale gazelor (Z -factorulde abatere de la legea gazelor perfecte, - vscozitatea dinamic, - factorul decompresibilitate, etc.).

Evaluarea porozitii, permeabilitii efective pentru gaze i a saturaiei n ap dinanalizele pe carote, investigaii geofizice i/sau hidrodinamice.

Determinarea grosimii efective a stratului din diagrafii geofizice.Alegerea ciclului injecie-extracie (mai-octombrie, noiembrie-aprilie).Stabilirea sondelor de injecie i a celor de extracie.Calculul resurselor i rezervelor:Prin metoda volumetric:Resursa iniial a unui zcmnt de gaze care produce n regim elastic va avea

expresia:

gi

aibib

SmVG1

1 (1.9)

iar la presiunea static p,

gai b

SmVG1

1 (1.9)

n aceste relaii Veste volumul brut al zcmntului, m- porozitatea, Sai - saturaian ap ireductibil, iar bgeste factorul de volum al gazelor.

Cumulativul de gaze extras (rezerva) din intervalul de presiune (pi p) va fi egalcu:

ggiai

bbSmVG

111 (1.9)

iar factorul de recuperare, n orice moment va fi:

gi bG

G 11

(1.9)

deoarece:

pf

T

T

p

pZbg

1

0

0 (1.9)

Aa cum rezult din diagrama pVT, cu ct presiunea static este mai mare cu attfactorul de volum este mai mic i deci i factorul de recuperare al gazelor injecta te nzcmnt va fi mai mic.

Prin metoda bilanului material (din datele de comportare):

15,288

1T

Z

pSmhAG

i

iaipi (1.9)

1.6.1. Proiectarea nmagazinrii gazelor n zcminte care au produs n regimelastic

Istoricul de producie (figura 1.5)Reprezentarea grafic a datelor de producie va conduce la dreapta

i

j

ij G

G

Z

p

Z

p 1 (1.10)


24/78

24

n carejG , reprezint cumulativul produs pn ce presiunea static atinge valoarea jp , iar

iG reprezint resursa iniial de gaze. Aceasta se obine prin extrapolarea dreptei pn lavaloarea p/Z= 0.

Fig. 1.5. Istoricul de producie pentru zcminte care au produs n regim elastic

Dac datele de producie sunt corect nregistrate, resursa geologic iniialdeterminat din grafic va corespunde valorii ei determinat folosind metoda volumetric.De asemenea, dac se impune presiunea de abandonare, din acelai grafic se obinerezerva recuperabilitii i odat cu aceasta factorul final de recuperare, ir GG / .

Determinarea presiunii medii la sfritul primei perioade de injecie

iiI G

IG

Z

p

Z

p1

1

1 (1.11)

n care G este cumulativul extras pn la nceputul injeciei iar 1

I reprezintcumulativul de gaze injectat n prima perioad de injecie.

Determinarea presiunii statice medii la sfritul primului ciclu de producie

(extracie):

iiE G

IGG

Z

p

Z

p 11

1

1 (1.12)

Determinarea presiunii medii la sfritul ciclului "n" de injecie, respectivproducie

i

n

j

j

n

j

j

inI G

IGG

Z

p

Z

p 1

1

11 (1.13)

i

n

j

j

n

j

j

inE G

IGG

Z

p

Z

p 1

1

11 (1.14)


25/78

25

Fig. 1.6. Variaia presiunii intr-un proces de nmagazinare-extracie

n situaia n care volumul de nmagazinare a gazelor este mai mare dect cel deextracie, variaia presiunii statice a zcmntului n funcie de timp, din momentul zero(nceperea procesului de nmagazinare) pn n momentul atingerii presiunii maxime decomprimare (pcmax) este redat n figura 1.6.

1.6.2. Proiectarea nmagazinrii gazelor n zcminte care au produs nregim mixt

lstoricul de producie:Curba real a variaiei funciei (p/Z) =f(G) obinut din datele de producie este

redat n figura 1.7 (curba 2) observndu-se c scderea presiunii este mai mic dect lazcmintele care au produs n regim elastic (dreapta 1); reiese nc o dat c presiuneade abandonare este mai mare, ceea ce conduce la un factor de recuperare mai mic.

Diferena valorilor parametrului (p/Z) corespunznd curbei 2 i dreptei 1 permitedeterminarea influxului de ap (W) care ptrunde din acvifer n zona saturat cu gaze.

Variaia presiunii n timp, prin cumulativul Geste dat de ecuaia:

igi

i

iij

Gb

W

G

G

Z

p

Z

p

1

1

(1.15)

n care factorul de volum are forma:

i

o

o

gj

Z

p

p

T

Tb

(1.16)

Acum din expresia (1.15) se deduce imediat:


26/78

26

gii

i

j bGG

G

Z

p

Z

p

W

11

2

1 (1.17)

De asemenea se poate determina, n orice moment, volumul de pori saturat cugaze:

jojp WVV )( (1.18)

sau reducerea procentuala a acestuia:

00

)(

V

WV

V

V jojp

(1.19)

n care V0este volumul de pori iniial saturat cu gaze, iar jW este influxul total de ap n

momentul j.n cazul n care nu exist puncte care s defineasc curba 2 se va folosi modelul

redat mai jos.Debitul cu care produce sau injecteaz o sond va avea valorile:

22 dsp ppIPQ (1.20)respectiv:

22 sinjinj ppIPQ (1.21)n care:

sr

rpTZ

ThkaIP

s

c

4

3ln0

0

(1.22)


27/78

27

Fig. 1.7. Istoricul de producie pentru zcminte care au produs n regim mixt

unde: aeste lungimea contactului ap-gaze, radiani; k - permeabilitatea efectiv fa degaze; h - grosimea efectiv a stratului; Z- factorul de neidealitate; rc- raza echivalent azcmntului de arie A, egal cu 5,0/A ; s - factorul total de sond (imperfeciuneadup modul de deschidere, dup gradul de deschidere etc.); ps - presiunea static azcmntului; pd- presiunea dinamic a sondei; pinj- presiunea de injecie.

Determinarea presiunii medii la sfritul ciclului n de injecie, respectiv producie seva face cu relaiile:

gii

n

j

j

i

n

j

j

n

j

j

nI

bG

W

G

IGG

Z

p

Z

p

1

1

1

1

1

1

(1.23)

gii

n

j

j

i

n

j

j

n

j

j

inE

bG

W

G

IGG

Z

p

Z

p

1

1

1

1

1

1

(1.24)


28/78

28

Proiectarea nmagazinrii subterane a gazelor folosind metodele numerice

S-a artat anterior c proiectarea exploatrii zcmintelor de hidrocarburi ca i aproceselor de nmagazinare subteran a gazelor naturale n zcminte depletate s-afolosit un model matematic analitic bazat pe ecuaia difuziei (ecuaie ce derivate parialede ordinul doi de tip parabolic i soluiile acesteia, pentru condiiile limit i iniiale impusede ctre modelul fizic al unitii hidrodinamice studiate).

n anumite situaii n evaluarea parametrilor proceselor de producie i/sau de

injecie se pot folosi metode numerice, care ns conduc la soluii aproximative.Aceste metode numerice folosesc forme simplificate ale ecuaiilor fundamentale decurgerea gazelor naturale prin medii poroase, care se obin prin convertirea acestora nsisteme de ecuaii algebrice.

Modelarea numeric apeleaz la una din proceduri:Folosirea diferenialelor finite,Folosirea elementului finit,Folosirea sistemelor de inteligen artificial.Cea mai folosit metod de aproximare a derivatelor pariale ce intervin n ecuaiile

generale de curgere este metoda bazat pe diferenele finite. Aceste diferene pot firegresive, progresive i centrale.

Domeniul n care are loc curgerea fluidului se discrediteaz intr-o reea uniformpentru a facilita transformarea ecuaiilor cu derivate pariale, valabile pentru un ntregzcmnt, n ecuaii algebrice uor de rezolvat dar valabile numai n punctele reelei dediscretizare.

Metodele explicite sunt acelea care evalueaz valorile parametrilor necunoscui cudate de producie cunoscute (din istoricul de producie sau injecie). Cele mai cunoscutedintre acestea sunt:

Metoda explicit fundamentalMetoda explicit a direciilor alternativeMetoda Du fort FrenkelMetoda Larkin Baracat ClarkMetoda Euler modificat

Metoda Runge Kutta.Metodele implicite sunt acelea n care calculul valorilor parametrilor necunoscui lanoul pas de timp necesit rezolvarea ntregului sistem de ecuaii algebrice. Cele maiutilizate sunt urmtoarele:

Metoda implicit fundamentalMetoda Crank NicholsonRezolvarea sistemelor de ecuaii algebrice se poate face prin metode directe sau

iterative.Dintre metodele directe cea mai folosit este metoda Thomas care se aplic n

cazul matricei sistemului de ecuaii trigonal.Metode iterative cele mai folosite:Metoda JacobiMetoda Gauss SeidelMetoda supralaxrii succesive.Metodele iterative sunt cele mai folosite deoarece pentru pstrarea valorilor

matricei, spaiu pentrumemorie este mai redus.Reelele neuronale, ncadrate n sistemul de inteligen artificial, permite

rezolvarea unor probleme complexe pentru care nu exist un algoritm dar posed uneleexemple de soluii.

Sistemele de inteligen sunt realizate prin asimilarea structurii i funcionriisistemului nervos uman. Reelele neuronale artificiale sunt alctuite dintr-un numr mare


29/78

29

de noduri n care sunt amplasate elemente de procesare ce poart numele de neuroni.Reelele neuronale au avantajul c dispun deun anumit set de date care se pot

generaliza i sintetiza caracteristicile relevante.

3.4. Moni tor izarea

Pentru a verifica dac cerinele de mai sus sunt ndeplinite, trebuie implementatesisteme de monitorizare i proceduri specifice.

Principala activitate const n monitorizarea volumelor de gaze injectate i extrase,presiunile de nmagazinare i determinarea distribuiei spaiale a fazei gazoase(mprtierii fazei gazoase n spaiu).

Sistemul de monitorizare instalat trebuie utilizat de operator n mod regulat pentrua controla comportarea i etaneitatea depozitului.

Pentru monitorizarea depozitului sunt msurate regulat presiunile stabilizate dincapul de erupie de la sondele de exploatare i observare. Pentru controlul comportriidepozitului aceste presiuni pot fi transformate n presiuni de adncime. n plus esterecomandat s seexecute teste de presiune de fluid n scopul verificrii presiunilor denmagazinare i a verificrii conversiei presiunilor din capul de erupie n presiuni de fluid.

Avnd la baz datele de monitorizare trebuie s fie verificat rezerva din depozit iconcepia de proiectare a rezervorului. Dac este necesar, modelul de rezervor trebuie

revizuit, iar estimarea comportrii depozitului adus la zi.Pentru controlul integritii, operatorul trebuie s verifice n mod regulat presiunile

din spaiul inelar de la toate sondele.Orice abatere trebuie nregistrat i evaluat pentru a stabili dac este nevoie de a

se lua msuri de remediere.

3.4.1. Sistemul de monitor izare

Sistemul de monitorizare trebuie s fie proiectat pentru a verifica conservareagazului i integritatea rezervorului de nmagazinare n timpul exploatrii. Proiectareapresupune achiziia de date cum ar fi: presiuni reprezentative pentru rezervor i presiunin spaiile inelare, cantitatea i calitatea gazelor injectate i produse i, dac este

aplicabil, rezultatele carotajelor geofizice de saturaie.Dac este necesar, pot fi implementate n sistemul de monitorizare sonde deobservaie.

Comportarea depozitului, ntinderea fazei gazoase i identificarea oricror pierderitrebuie analizate, de ex. prin calcule de bilan material sau studii de simulare.

Pentru fiecare proiect va fi stabilit individual cel mai potrivit sistem de monitorizare.

3.4.2. Monitorizarea stocuri lor de gaze depozitate n rezervoare subterane

Gazele naturale reprezint acel potenial energetic care poate fi stocat n cantitimari n depozite subterane, n aceeai stare n care este utilizat la consumatorul final,fr a fi supus transformrilor i ntreruperilor. Sigurana n exploatare a depozitelorprecum i volumul foarte mare al gazelor naturale, impun urmrirea foarte strict a

procesului tehnologic de nmagazinare i livrare. Monitorizarea stocurilor de gazedepozitate este necesar pentru depistarea la timp a eventualelor pierderi sau a erorilorde msurare ce pot aprea n timpul procesului de stocare i livrare.

Gazul tampon (perna de gaze) reprezint volumul total de gaze nerecuperabil careexercit o contrapresiune n roca rezervor pentru meninerea unui debit minim, necesar lalivrarea gazelor n timpul unui ciclu.

Gazul de lucru (curent) reprezint volumul total de gaze ce se poate livra n timpulunui ciclu. Gazul tampon i gazul curent, mpreun au costurile cele mai ridicate peansamblul procesului de nmagazinare. n aceste condiii este normal s se doreascgsirea unor metode de evaluare a cantitii de gaze din depozitul subteran. Gazele sunt


30/78

30

msurate la introducerea i apoi la extragerea din depozit. Diferena ntre aceste valori,plus gazul tampon (zestrea) reprezint cantitatea de gaze care ar trebui s fie n depozit.Exist trei factori care pot conduce la nregistrarea acestor diferene:

a.existena unor erori de calcul al cantitii iniiale de gaze rmase n depozit lanceputul procesului de injecie(dei aceasta nu reprezint n mod normal o problem,trebuie reinut atunci cnd apar diferene);

b.prezena unor erori de msurare a debitului de gaze fie la introducere, fie laextragerea din depozit;

c.existena unor scurgeri (pierderi) de gaze din depozit.Pierderea de gaze este una din principalele probleme n managementul

depozitelor subterane. Unul din elementele de siguran n folosirea unui zcmntdepletat ca depozit de nmagazinare, este faptul c gazele au fost cantonate n zcmnto perioad lung de timp, acest lucru confer siguran n utilizarea lui ca depozit. Acestelement de siguran poate genera ns erori. Una dintre cele mai ntlnite probleme esteavansarea frontului de ap n spaiul ocupat iniial de gaze. n unele cazuri apa poateinunda (umple) complet zcmntul, cu excepia unui mic cap de gaze care rmne lasfritul exploatrii. n aceast situaie avem de a face cu un zcmnt complet inundat.

n cazul zcmintelor neuniforme care produc n regim mixt, dezlocuirea gazelorde ctre ap se face sub form de degete, apa fiind nchis (sechestrat) n masa de

gaze. Astfel se formeaz pachete(zone) separate (izolate) de gaze. Aceste pachete degaze pot rmne n rezervor i acestea exist din punct de vedere tehnic n stoc. ns,ele se pierd i nu pot fi extrase fr antrenarea unei mari cantiti de ap.

2.1.1. Tipuri de pierderiModalitile prin care gazele pot fi pierdute pot fi sintetizate astfel:d.pierderi n spatele coloanei sondei ctre alte formaiuni (strate);e.pierderi prin spatele coloana sondei ctre suprafa;f. pierderi prin acoperiul rezervorului;g.pierderi ctre alt zcmnt care nu face parte din depozitul de nmagazinare

datorit unei cimentri nereuite;h.pierderi prin accidente tectonice care s-au produs ca urmare a scderii presiunii

din zcmnt;

i. pierderi prin echipamentul de suprafa i conducte.Pierderile prin acoperiul rezervorului nu reprezint ceva obinuit. O ipotez maiprobabil de pierderi o reprezint sondele existente n cmpul de nmagazinare care aufost folosite la exploatarea primar. Mai toate depozitele de nmagazinare subteran agazelor folosesc fostele sonde de producie, fie pentru procesul de nmagazinare, fie casonde de observaie. Dac aceste sonde sunt vechi este posibil s fi fost forate ntr-operioad n care tehnologia de echipare sau de cimentare nu era la fel de dezvoltat caastzi. n plus, dac aceste sonde sunt vechi, cimentul din spaiul inelar i coloanele pot fideteriorate. Aceste situaii poate duce la migrarea gazelor ctre alte formaiuni.


31/78

31

3.4.2.2. Istoricul relaiei presiune volum

Fig.1 Diagrama presiune volum a unui rezervor, pentru un caz ideal de operare

Scurgerea gazelor din depozit poate fi observat n cazul studierii istoriculuivariaiei cuplului presiune volum al rezervorului. Pentru aceasta trebuie neles tipulciclului. Injecia i extracia gazelor din zcmnt cauzeaz modificarea presiunii nrezervor. Cnd ciclurile de injecie i extracie sunt identice de la an la an i nu aparpierderi, istoricul presiune volum trebuie s fie identic n fiecare an. Ciclurile de injecie

extracie nu sunt niciodat identice doi ani la rnd, dar pot exista puncte de comparaiepe parcursul ciclului. Dac pe abscis se consider cantitatea total de gaze rmas nzcmnt i pe ordonat presiunea corespunztoare rezult o curb presiune volum arezervorului (fig. 1). Linia punctat din figur reprezint curba de declin a presiunii care afost modificat. Noua diagram este de forma: presiune de zcmnt n funcie decantitatea de gaze rmas n rezervor. Dac acest rezervor ar fi utilizat ca depozit, gazulcurent ar fi reprezentat prin linia continu. Ciclul de injecie este reprezentat de poriuneaAB i se realizeaz n lunile de var. n acest timp rezervorul trebuie s fie umplut lacapacitate.

Ciclul de extracie este reprezentat de poriunea BA. Aceasta ar reprezenta cazulideal de operare. Acest tip de nmagazinare se poate realiza numai n cazul unei

permeabiliti ridicate.

3.4.2.2. Noiunea de rezervor volumetric

Ciclul real de stocare pentru un zcmnt de nmagazinare la care permeabilitateaare valori normale este artat n figura 2. Linia punctat reprezint curba de declin apresiunii rezervorului. Perioada de injecie este de la A la B. n punctul B rezervorul esteplin i presiunea este deasupra curbei de declin a presiunii. Presiunea nu s-a egalizat nzcmnt i presiunea unor sonde este mai ridicat dect n restul zcmntului. Lasfritul ciclului de injecie, n mod normal cmpul este nchis o perioad de timp.Aceasta variaz de la un depozit la altul, dar n mod normal este de 15 - 30 zile.

Cantitatea total de gaze (mil m3)

Presiunea

106N

/m2


32/78

32

Scopul acestei perioade de nchidere este s permit egalizarea presiunii n depozit.Aceast perioad de nchidere este reprezentat n figura 2 prin poriunea BC. Se poateobserva o cdere de presiune n aceast perioad de nchidere. La sfritul acesteiperioade presiunea este reprezentat prin punctul C. Acest punct se situeaz ncdeasupra curbei de declin a presiunii indicnd faptul c presiunea nu a fost completegalizat n zcmnt. Perioada de extracie este reprezentat n figura 2 prin poriuneaCD. n perioada de extracie a gazelor, valoarea presiunii se va situa sub curba de declina presiunii. Aceast scdere va continua pn n punctul D. Acesta indic valoareapresiunii din sonde la sfritul ciclului de extracie. Aceast presiune este mult sub curbade declin indicnd c presiunea nu este egalizat n zcmnt. n mod normal trebuie sexiste o alt perioad de nchidere la sfritul ciclului de extracie. Aceast perioad estereprezentat de poriunea DA. n aceast perioad de nchidere presiunea va crete,aceast cretere fiind reprezentat prin poriunea DA. Dei ea reprezint o creteresemnificativ a presiunii n zcmnt, presiunea din punctul A este nc sub valoareacurbei de declin a presiunii. Aceasta demonstreaz c presiunea n rezervor nu estecomplet egalizat.

Fig. 2 Diagrama presiune volum pentru un ciclu real de stocare larezervorul volumetric Bilciureti

n figura 3 se red un ciclu real de stocare n depozitul de gaze din Bilciureti.Datele care au stat la baza ntocmirii graficului sunt redate n tabelul nr. 1 i au fost

determinate cu ajutorul calculelor i parametrilor indicai la aparatele instalaiilor desuprafa.

Dup cum se observ, curba ciclului de injecie aferent anului 2000 nu se nchidecu ciclul de extracie aferent anului 2001. Aceasta demonstreaz c o cantitate de gaze armas depozitat n rezervor.

Pentru a trage unele concluzii cu privire la pierderile de gaze i natura lor estenecesar s se studieze poziia celorlalte curbe, aferente ciclurilor anterioare. Acestecurbe pot fi trasate n condiiile n care se fac msurtori la sondele de observaie sau nsondele de exploatare. n figura 4 sunt redate variaiile anuale ale presiunii de zcmnt

Cantitatea total de gaze (mil m )

Presiunea

106N

/


33/78

33

n funcie destocul de gaze (gazul tampon i gazul curent). Poziia apropiat a acestorlinii indic faptul c n zcmntul de depozitare Bilciureti nu sunt pierderi.

Fig. 3Diagrama presiune volum pentru un ciclu de stocare calculat la depozitul Bilciureti

Fig. 4 Presiunea de zcmnt funcie de stocul de gaze la depozitul Bilciureti

Fig. 5 Diagrama presiune volum; ciclul de operare caracteristic unui rezervor


34/78

34

cu mpingere de ap

3.4.2.4. Comportarea unui zcmnt care produce n regim mixt

Figura 2 ilustreaz comportarea unui rezervor volumetric (cu destindere elastic) ntimpul unui ciclu de injecie extracie; aceasta este complex datorit modificrilorcondiiilor din rezervor. Comportarea unui rezervor cu ap activ n timpul depozitrii estechiar mai complex. Figura 1 ne-a artat curba de declin a presiunii pentru un rezervorvolumetric. Un acvifer sau un rezervor cu o puternic mpingere de ap are un alt tip decurb a declinului de presiune. Aceasta este ilustrat de figura 5.

ntr-un rezervor volumetric, atunci cnd tot volumul de gaze a fost extras,presiunea poate s scad la o presiune de abandonare.Aceast scdere a presiuniidifer la un rezervor cu mpingere de ap. Aici exist o presiune corespunztoare

acviferului.Aceast presiune este dependent de adncimea rezervorului i poate fi exprimatn metri coloan de ap srat. Originea O din figura 5 ne arat acest punct.

Cnd un zcmnt cu ap activ produce, apa invadeaz acest rezervor pncnd l umple. Cnd zcmntul este transformat n depozit i gazele sunt injectate,aceast injecie a gazelor impinge apa; astfel se creeaz un volum mai mare de poridisponibil pentru gaz. Aceast mpingere a apei este ndeplinit de dou mecanisme.

n figura 5, linia OA reprezint un rezervor cu mpingere de ap care are un voluminfinit. Dac gazul este injectat n rezervor nu este perceput o schimbare a presiunii.Acest caz nu poate fi ntlnit n practic, dar poate fi considerat ca fiind un caz limit.Linia OB din figura 5 ilustreaz o curb tipic a declinului de presiune pentru un rezervorcu mpingere de ap. Trebuie subliniat faptul c toate liniile reprezint condiii de

presiune egal n rezervor.Figura 6 ne arat ciclul de operare pentru un tip caracteristic de rezervor cu

mpingere de ap. Aceast diagram arat la fel cu cea a unui ciclu deoperare pentru unrezervor volumetric, prezentat n figura 2. Totui aici sunt cteva diferene importante. nambele cazuri linia ntrerupt reprezint curba de declin a presiunii pentru rezervor. ncazul rezervorului volumetric aceast linie trece prin originea graficului. n cazulrezervorului cu mpingere de ap aceast linie nu trece prin originea graficului.


Presiunea

106

N/m2


35/78

35

n figura 6 perioada de injecie este reprezentatde linia AB. Prima poriune aacestei linii poate fi ceva mai abrupt dect aceeai linie din figura 2, aceasta deoarece

Fig. 6 Diagrama presiune volum; ciclul real de operare pentru unrezervor cu mpingere de ap

apa a ocupat spaiul lsat liber de gaz (n timpul perioadei de extracie, cndpresiunea este sczut) i gazele au fost injectate ntr-un volum mic de pori. Acest efectnu poate fi perceput, dect dac rezervorul a avut o permeabilitate mare.

Presiunea n punctul B este mai mare deoarece gazele nu au mpins apa nntregime. Linia BC arat perioada de nchidere dup perioada de injecie. n timpulacestei perioade presiunea scade considerabil.

n punctul C, dup perioada de injecie, presiunea este nc mai mare dect ncazul rezervorului volumetric. Aceasta se ntmpl deoarece presiunea nu este egalizatn partea de gaze a rezervorului. Argumentul ar fi acela c gazul nu a mpins n ntregimeapa pn la echilibru. Linia CD arat ciclul de extracie.

La sfritul acestei perioade punctul D are o presiune mai mic dect n cazulrezervorului volumetric datorit faptului c apa nu a reuit s umple spaiul porilor lsatliber de gaze. Din aceast cauz volumul rmas pentru depozitarea gazelor, va fi maimare. Linia DA reprezint perioada de nchidere dup ciclul de extracie. n timpul acesteiperioade de nchidere presiunea n sond crete pn n punctual A. Presiunea n acest

punct este considerabil mai joas dect linia de declin a presiunii datorit condiiilortranzitorii de presiune n rezervor i datorit faptului c afluxul de ap nu este complet..Depozitul de gaze Urziceni constituie un exemplu de rezervor cu mpingere de

ap. Figura 7 arat c exploatarea depozitului de gaze Urziceni se face n regim mixt, cumpingere de ap. Analiza ciclurilor de exploatare (istoricul presiune volum de gazeinjectate i extrase pentru depozitul Urziceni) reprezentate graphic n figura 7 n perioada1978 2002 arat c depozitul Urziceni nu a avut pierderi de gaze. Figurile 2 i 6reprezint rezervoare care au fost transformate n uniti de depozitare, au atins cicluri deoperare stabile repetabile i sunt etane.


Presiunea

106N

/m2


36/78

36

Fig. 7Diagrama presiune volum; ciclul real de operare pentru depozitul Urziceni

3.4.2.5. Dezvoltarea zcmntului de depozitaren timpul dezvoltrii (umplerii rezervorului cu gaze) se ntlnesc cicluri de tranziie.Pentru un rezervor volumetric dezvoltarea istoricului presiune volum poate arta ca nfigura 8.

Dupce perna de gaze a fost injectat, (gazul tampon) numai o parte din gazulcurent (gaz de lucru), este injectat n primul an. Dup ciclul de injecie o mic parte dingazul curent care a fost injectat este extras. Acest model poate fi urmat timp de doi saumai muli ani pn ce ntreg volumul curent de gaze a fost injectat. Acest program estede obicei guvernat de disponibilitatea gazului de a fi injectat n zcmnt. Ciclurile depresiune volum din timpul perioadei de dezvoltare sunt aflate, n jurul curbei de declin apresiunii. Cnd toate gazele au fost injectate, zcmntul se va comporta ca n figura 2.

4. CONSERVAREA MEDIULUI NCONJURATORConstrucia i exploatarea trebuie fcut n asemenea manier nct s se

menin integritatea conservrii. Nici o alt activitate sau instalaie nu trebuie s afectezeintegritatea reinerii. Depozitul poate fi exploatat ciclic ntre presiunile maxime i minimede lucru corespunztor cu cantitatea de gaze recuperabil (de lucru). Sub presiuneaminim de lucru este inevitabil ca o mare cantitate de gaze, cunoscut sub numele degaze tampon, s rmn n rezervor.

Instalaiile de nmagazinare trebuie proiectate astfel nct s asigure continuitateaconservrii pe termen lung a produselor nmagazinate. Aceasta implic cunotine


37/78

37

prealabile adecvate despre formaiunea geologic n care urmeaz s se formezedepozitul i geologia rocilor nconjurtoare.

- culegerea tuturor informaiilor de baz necesare pentru precizarea parametrilorlimit de construcie i exploatare;- demonstrarea capacitii de a asigura conservarea pe termen lung a produselor

nmagazinate prin intermediul integritii sale mecanice i hidraulice.Construcia i exploatarea trebuie fcut n asemenea manier nct s se menin

integritatea conservrii. Nici o alt activitate sau instalaie nu trebuie s afectezeintegritatea reinerii.

3.1. Mediul nconjurtor subteran

Instalaia de nmagazinare trebuie proiectat, construit i exploatat n asemeneamaniera nct s prentmpine orice influen inacceptabil care ar putea s-o exerciteasupra mediului nconjurtor subteran.

Aceasta presupune c au fost identificate formaiunile nconjurtoare, determinatecaracteristicile lor importante i c sunt protejate corespunztor.

3.2. Mediul nconjurtor de la suprafa

Instalaia de nmagazinare trebuie proiectat, construit i exploatat n asemenea

manier nct s nu determine vreo micare inacceptabil a solului la suprafa i c vaprentmpina orice efecte create de emisiile gazoase, lichide, solide, de radiaii izgomot.

3.3. Sigurana

Instalaia de nmagazinare trebuie proiectat, construit i exploatat astfel ncts nu prezinte vreun risc pentru sigurana exploatrii i a personalului.

Suplimentar fa de prescripiile de siguran uzuale i cerinele aplicabile la toateinstalaiile industriale compatibile, trebuie luate nite msuri corespunztoare pentru areduce riscul i consecinele exploziei i pierderilor prin scurgeri.

5. CONSTRUCIA

Construcia trebuie executat n conformitate cu parametrii de proiectare aidepozitului.

Forajul, echiparea, inspecia, manipularea, montajul i testarea la ntregechipamentul de adncime i la capul de erupie trebuie fcute n conformitate custandardele n vigoare (ISO, API) sau prescripii echivalente.

n timpul forajului, completrii i interveniilor la sonde, trebuie luate toate msurilecuvenite n scopul prentmpinrii riscului de erupie.

Tot echipamentul instalat i materialele folosite la construcia sondei trebuie saib certificate de calitate.

6.3. ntreinerea

Dac exist probe c funcionarea sondei nu mai este sigur sau c integritateasondei este pus n pericol trebuie luate msuri de remediere ct mai curnd posibil.

8.2. Sisteme de depozitare subteran a gazelorDepozitarea subteran combin o alimentare constant cu o cerere variabil, cu un

avantaj economic. E ilustrat msura n care capacitatea constant a conductelor detransport este modelat ntre cererea sczut din lunile de var i cererea crescut dinlunile de iarn.

Rezervoarele de depozitare sunt ocazional clasificate dup natura serviciului pe


38/78

38

care l asigur. Unele sunt n uz constant, cu fluctuaii relativ mici a debitelor reale ntimpul recuperrii. Ele sunt numite depozitede baz.

Altele sunt special proiectate s asigure o cerere foarte nalt a pieei pe perioaderelativ scurte de timp. Acestea sunt numite depozite de tip vrf de sarcin. Depozitele depia sunt n apropierea consumatorilor majori unde cererea variabil e deservit de ocombinaie potrivit a gazelor din linia de conducte i cele din depozit. n depozitele deantier avem o surs variabil ctre o magistral completat de gazele din depozit.

Cele mai multe depozite au fost realizate n zcminte deiei sau gaze depletate,

n nisipuri acvifere sau n domuri de sare.Figura 1.2 prezint elementele majore ale unui proces de depozitare subteran.

Acestea includ:- un strat de depozitare corespunztor, care include stratul poros permeabil i

rocile impermebile din acoperi i culcu;- o sond sau un sistem de sonde conectate la un sistem de colectare - injecie la

suprafa;- o instalaie de comprimare i deshidratare;- o linie de transport ce conecteaz depozitul cu sursa de alimentare din amonte i

cu consumatorii din aval.n plus, fa de ce este artat n figura 2, instalaia de depozitare mai cuprinde:

-nclzitoare la fiecare sond;- sonde de observaie;- separatoare de lichid (individuale sau colective);- sisteme de ndeprtare a apei;- regulatoare i manometre de presiune;- sisteme de injectare a metanolului.- conducte de transport de presiune medie la intrarea n localiti.Proiectarea unei instalaii de depozitare include proiectarea tuturor componentelor

de mai sus. Uneori, instalaia de depozitare include propriile conducte de transport depresiune medie sau sczut la intrarea n localiti i n instalaiile de lucru ale abonailor.


39/78

39

Fig. 8.2 Depozit subteran n acvifer

8.4.Alegerea variantelor pentru depozitareCa rezervoare subterane de nmagazinare a gazelor pot fi utilizate.- zcmintele de gaze depletate:- cupolele zcmintelor de iei;- zcmintele de ap;- domurile de sare.Proiectarea unui proces de nmagazinare a gazelor presupune rezolvarea

urmtoarelor aspecte:1. delimitarea exact a rezervorului, cu accent pe etaneitatea acestuia;2. stabilirea reelei de sonde de injecie extracie (poziia i numrul acestora);

3. amplasarea sondelor piezometrice (care urmresc evoluia procesului);4. determinarea volumului de lucru;5. stabilirea presiunii de lucru nu trebuie s depeasc presiunea iniial a

zcmntului;n general se folosesc acele rezervoare pe care le avem la dispoziie n zona n

care vrem s depozitm gaze. Din analizele tipurilor de zcmnt, rezult c, cele maibune depozite sunt:

1. zcmintele depletate de gaze. nmagazinarea gazelor ntr-un zcmntdepletat de gaze, nu va ridica probleme deosebite avnd n vedre c fluidul injectat nstrat este foarte apropiat structural de cel existent i deci, va exista compatibilitate


40/78

40

aproape deplin.2.cupolele zcmintelor de iei. n cazul zcmintelor de iei, injectarea gazelor n

cupola acestora sau crearea unei cupole secundare de gaze va avea, n mod sigur,efecte favorabile i asupra recuperrii ieiului. Va trebui totui, reconsiderat proiectul deexploatare al zcmntului de iei.

3.zcmintele de ap. Utilizarea zcmintelor de ap ca rezervoaresubterane pentru gaze ridic unele probleme destul de dificile.

n primul rnd, injectarea gazelor n strat necesit presiuni mai ridicate pentru adislocui apa din pori.

n al doilea rnd, din cauza dizolvrii gazelor n apa de zcmnt vor apreapierderi substaniale de gaze. n al treilea rnd, la extragerea gazelor, vor cretecheltuielile cu uscarea acestora. Mai apare, de asemenea, problema criohidrailor, legatde umiditatea gazelor.

De altfel, aceste aspecte apar i n cazul rezervoarelor din zcmintelor de iei igaze, mai cu seam dac exist un acvifer activ.

4. masivele de sare. n cazul domurilor de sare, cu ajutorul unor sonde spate nacestea se creeaz caverne prin dizolvarea srii, unde pot fi depozitate gazele. Utilizareaacestor domuri de sare ridic ns, o serie de probleme legate de stabilitatea structurilorrespective, sigurana mediului etc.

Rezult deci, c cele mai adecvate pentru constituirea de rezervoare subterane denmagazinare a gazelor sunt zcmintele de gaze depletate. Totui, condiiile locale suntcele care, n final, vor duce la selectarea acestora.

8.5. Caracterizarea zcmntului candidat

n vederea lurii deciziei de transformare a unui zcmnt candidat n rezervorsubteran de nmagazinare subteran a gazelor naturale trebuie avut n vedere o treceren revista tuturor informaiilor disponibile n scopul de a:

- identifica tipul de capcan;- evalua tipul structural al rezervorului i a limitelor structurale;- schia limitele stratului de nmagazinare respectiv;- identifica tipul de falie;-evalua capacitatea de etanare a faliilor de la limita zcmntului;- determina proprietile de etanare a formaiunilor care limiteaz zcmntul;- determina litologia rezervorului;- evalua distribuia orizontal i vertical a porozitii, permeabilitii, proprietile

capilare i saturaiile;- determina contactele gazeIap, gaze/iei, iei/ap;- determina resursa iniial (rezerva geologic iniial);- determina tipul i capacitatea mecanismului de drenare;- determina debitele poteniale;- identifica i evalua integritatea tuturor sondelor existente i abandonate.Descrierea zcmntului trebuie s includ un set

Documents

Inmag Gaze Curs 1