Depozite subterane de gaz - analiza comparativa a diferitelor tipuri de depozite subterane de gaz

DEPOZITE SUBTERANE DE GAZ - ANALIZA COMPARATIVA A DIFERITELOR TIPURI DE DEPOZITE SUBTERANE DE GAZ

Cele mai raspandite depozite de gaze naturale sunt depozitele in zacaminte delpetate situate in apropierea marilor centre de consum gaze.Convertirea unui zacamant depletat in deposit prezinta urmatoarele avantaje: existenta sondelor, a sistemului de conducte, a facilitatilor de suprafata. De asemenea modelul geologic este bine cunoscut. Debitele zilnice au un domeniu mare de variatie datorita diferitelor sisteme de suprafata, a pernei de gaze, a caracteristicilor de curgere a fluidului.Se pot obtine debite mari in urmatoarele conditii: porozitatea si permeabilitatea rocii rezervor sa fie foarte mari, perna de gaze sa asigure o presiune crescuta sis a existe un numar suficent de sonde de extractie.In cazul zacamintelor “subtiri”,care au o porozitate scazuta,se realizeaza operati de simulare pentru formarea de fisuri care sa pota inbunatati curgerea.Capacitatea de inmagazinareeste cea mai mare, iar dezvoltarea, intretinerea si operarea unui astfel de depozit este cea mai putin costisitoare.                      

In cazul acviferelor , desi geologia structurilor este similara cu cea a zacamintelor depletate, gradul de cunoastere este mult mai scazut.DEbitele de extractie pot creste datorita prezentei apei active.Capacitatea finala poate fi determinate cu aceiasi precizie ca si in cazul zacamintelor depletate.Depozitele acvifere necesita facilitate suplimentare, presiuni de injectie mai mari pentru aputea impinge apa, stati de uscare mai complexe etc. Utilizarea acviferelor ca depozite necesita stocuri de gaze inactive mai mari si o monitorizare mai atenta in timpul proceselor de injectie-extractie. Daca in cazul zacamintelor depletate perna de gaze poate atinge 50% din capacitatea totala, in acvifere aceasta poate ajunge la 80%, iar gradul de recuperare al acesteia este mult mai scazut.Aceasta poate fi extrasa oricand este nevoie in cazul depozitelor in zacamintelor depletate, dar in cazul acviferelor extragrea pernei de gaze afevteaza foarte mult performantele depozitului.Realizarea unui depozit de gaze naturale intru-un acvifer necesita investitii importante si eforturi pentru prevenirea contaminarii surselor de apa.

Cavernele saline furnizeaza debite foarte mari raportate la capacitatea totala, iar pierderile de gaze sunt practice inexistente datorita impermeabilitatii sariipentru gaze.Cerintele pentru perna de gaze sunt scazute (apoximativ 25% din capacitatea totala).Constructia cavernei este mai costisitoare decat conversia unui zacamant depletat in depozit, dar faptul ca in cazul cavernei numarul ciclurilor de injectie-extractie in decursul unui an il depaseste pe cel al zacamintelor depletate , duce la o recuperare mai rapida a investitiei.cavernele saline sunt ideale pentru asigurarea unor debite mari datorita faptului ca intreaga caverna se poate compara cu un por imens.Sunt mai usor de monitorizat decat celelalte doua tipuri de depozite si durata de realizare a unei caverne este cuprinsa intre 18 si 24 de luni, in timp ce dezvoltarea completa a unui depozit intrun acvifer sau zacamant depletat poate dura intre 24 si 36 de luni.In medie , capacitatea unei caverne saline poate fi extrasa in 12 zile, a unui acvifer in 71 de zile, iar a unui zacamant depletat in64 de zile(in depozitele din S.U.A.), la debite maxime.

Cateva din avantajele realizari de depozite in zacaminte depletate si acvifere sunt prezentate dupa cum urmeaza:

sunt depozite de mare capacitate destinate consumurilor sezoniere;

pot constitui o rezerva strategica in caz de necessitate;

se cunoaste modelul geologic si exista un volum mare de date care pot fi utilizate in proiectarea depozitului;

existenta sondelor si a facilitatilor de suprafata;

au cele mai mici costuri de inmagazinare, de operare si de intretinere.

Printre dezavantaje se pot mentiona:

dezvoltarea completa a unui depozit poate dura cativa ani;

apar pierderi de gaze care pot diminueaza performantele depozitului;

necesita stocuri inactive importante care sun costisitoare ;

Avantaje in cazul depozitelor de gaze naturale in caverne saline sunt:

propietatile positive ale sari pentru inmagazinarea gazelor sunt:arealul larg de raspandire, impermeapilitatea si solubilitatea in apa a acesteia;

procesul de inmagazinare gaze in cavitati saline are loc prin compresie-detenta si este guvernat de ecuatia de stare a gazelor si de ecuatiile de curgere prin tevi(de extractie, de colectare, de transport);

in faza de injectie este necesara utilizarea comprimariii, iar in faza de extractie,cel mai adesea, copmrimarea nu mai este necesara;

debitele deextractie pot depasi 1 milion Stm³/zi/caverna salina;

durata procesului de injectie-extractie este de ordinal saptamanilor; astfel este posibila realezarea mai multor cicluri pe an;

investitiiele se recupereaza mai repede decat cele effectuate in cazul depozitelor in zacaminte depletate sau acvifere;

Printre dezavantaje se numara:

un factor important care induce un risc major este ductilitate sari(fluajul care are ca effect pierderea de volum a cavitati in timp);aceasta depinde de propietatile fizico-mecanice ale sari si a rocilor adiacente, distributia impuritatilor, parametric de lucru ai cavernei;

o problema serioasa este legata de etanseitatea corespunzatoare a calitatii inelului de ciment , care scade substantial dupa o peroada de timp in contact cu saramura;

una din problemele majore in cazul cavernelor saline este ridicata de evacuarea saramurii;

investitiile sunt mari(le depasesc pe cele efectuate in cazul depozitelor in zacaminte depletate si acvifere).

Aplicatia nr.1- calculul presiunii si temperaturii actuale a gazului stocat

Sa se reprezinte grafic curba de performanta p/zT = f(t) a unui depozit realizat intr-o cavitate salina avand cunoscute urmatoarele date:

-volumul cavitatii V= 160 000 m³ ;

-presiunea initeala po= 150 bara ;

-debitul orar extras Q= 250 000 m³/h ;

-presiunea dupa 7 ore =130 bara ;

-temperatura initeala a gazelor To= 50sC

-factor de abatere z =0.83

Rezolvare :

In timpul extractie, indiferent de valoarea debitului, graficul p/zT in functie de cumulativul extras va fi liniar.

pV=znRT

unde: no-nr. initeal de moli prezenti in cavitate

nc-nr. de moli prezenti in cumulativul extras

In cazul de fata deoarece debitul de extractie este consumat, nc va varia liniar in timp, acest lucru conduce la o variatie liniara a p/zT  in timp.

Continutul initeal:

lo=V· E

factorul de expansiune al gazelor inmagazinate[Sm³/m³].

Presupunand densitatea relativa a gazului ρrel=0.554 avem:

Debitul molar la extractie:

unde t este in ore.

Se traseaza graficul dreptei p/zT=f(t).

Aplicatia nr.2-calculul tranferul de caldura prin peretii cavitatii

Sa se caluleze coeficientul general de transfer de caldura U,intre gaze si masivul de sare,stiindu-se:

-volumul cavitatii 160 000 m³

-geometria cavernei: cilindru cu d=28,3m; h=9d

-hi=60W/m²K-coeficientul de transfer termic prin convectie[hi=f(Nu,Gr,Pr)]

-do=d + 0,15 m-diametrul estimat in masivul de sare unde temperatura este egala cu temperatura geometrica in conditii statice.

-conductivitatea termica a starii,ks=0,7 W/mK

Rezolvare:

Calculam inaltimea cavernei:

h=9·28,3=245,7m

Suprafata totala de schimb de caldura:

(UA)i=184550,62

Aplicatia nr.3-erori in verificarea inventarului unei cavitati

O cavitate salina are capacitatea maxima de stocare 20 mil. m³.Dupa ce s-au extras 1,40 mil. m³ in 7 ore, temperatura in cavitate este masurata si se observa o scadere de la 50 sC la 40 sC, iar presiunea de la 150 bara la 135 bara.Sa se verifice intervalul inaintea inceperii procesului de extractie, si sa se determine gradul de incertitudine:

Rezolvare:

pc=46 bara

Tc=200 k

Din nomograma determinam z=0,83.

Dupa 7 ore de extractie:

P2=135 k

T2=313,3k

Din nomograma determinam z=0,815

Acum vom putea detremina gradul de incertitudine:

%

Aplicatia nr.4-folosirea gazului inert pentru constituirea pernei

Dintr-o cavitate salina depletata este evacuata saramura cu ajutorul unui gaz inert si anume azot. Cavitatea permite stocajul a 56 mil.m³ de gaze inerte la o temperatura de 44sC si o presiune de 75 bara. Cavitatea este proiectata sa functioneze la o pseudopresiune minima care sa corespunda unui gradient de presiune 0,2 bar/m la o adancime de 975 m. Pentru simplificarea calculelor se aproximeaza factorul de neidealitate al gazelor de lucru z=0,82,

factorul de nedialitate al gazelor inertezi=1,13z, iar temperatura la care ajung gazele de lucru injectate este de 60sC.

a)     sa se calculeze volumul cavitatii

b)     volumul ocupat de gazul de lucru la presiunea maxima

Rezolvare:

a)volumul cavitatii

b)volumul ocupat de gazul de lucru la presiunea maxima

Calculam prima data presiunea maxima

factorul de expansiune al gazelor inerte inmagazinate la pmax[Sm³/m³]

Volumul ocupat de gazul inert la pmax :

Volumul ocupat de gazul de lucru la presiunea maxima :

Calcula factorul de expansiune al gazului de lucru:

Volumul gazului de lucru inmagazinat:

Aplicatii la inmagazinarea gazelor

Aplicatia nr.1

Sa se calculeze factorul de sarcina pentru un consummator de gaze aprovizionat cu N intr-un an in care a realizat cel mai mare consum zilnic de 1,2 Rezolvare:

; ;

Aplicatia nr.2

Sa se calculeze factorul de sarcinapentru un consummator de gaze aprovizionat cu intr-o luna de iarna si care pe intregul an a consumat

Rezolvare:

; ;

Aplicatia nr.3

Sa se calculeze factorul de sarcina orar stiind ca intr-un an s-au consumat gaze naturale iar cel mai mare consum orar inregistrat a fost de .

Rezolvare:

; ;

Aplicatia nr4.

Determinati coeficientul de utilizare al capacitatii -u- al unui system de transport gaze naturale care are o capacitate maxima de insa a transportat o cantitate medie zilnica de

Rezolvare:

; ; ;

Aplicatia nr5.

Calculati coeficientul variatiei maxime a consumului de gaze cunoscand ca prin contract se prevede o cantitate de gaze de facturat de cel putin in conditile in care se prevede o cantitate maxima livrabila de /zi.

Rezolvare:

; ;

Aplicatia nr6.

Sa se calculeze numarul de compresoare cu putere unitara de 1000 Cp necesare pentru injectia in zacamant a unei cantitati zilnice de metan de la o presiune de 90 bari.a stiind ca presiunea de aspiratie a gazelor din magistrala este de 30 bari.a

; unde:

=1,3; ; bara; bara

Aplicatia nr.7

Calculati consumul de gaze existent intr-un deposit cu contur prealabil la presiunea de 100 bari a avand suprafata productive de ,grosimea medie 10m,porozitatea 20% si saturatia in apa de 25%.Temperatura de zacamant C

Rezolvare:

Aplicatia nr.8.

Printr-o sonda se injecteaza gaze intr-un zacamant care are o presiune statica de 100 bari a. Sonda este cercetata pe trei regimuri diferite de debit iar rezultatele obtinute sunt:

Sa se determine pe cale grafica coeficientii ‘a’ si ‘b’ ai ecuatiei caracteristice.

Aplicatia nr.9

La doua momente diferite de zi se inregistreaza urmatoarele presiuni intr-o conducta de transport gaz:

Sa se afle de cate ori a crescut volumul

De gaze din conducta la ora 17:00 fata de ora 11:00.

Aplicatia nr.10

Ce cantitate de gaze –C- trebuie sa existe intr-un recipient a carei presiune de proiectare  -Pproiect.- este de 7 bari abs. daca trebuie livrata o cantitate de gaze Vutil.=100*10^3 Nm^3 la o presiune -Pmin. Livr.=1,5 bara

Aplicatia nr11.

Intr-o cavitate in sare,intre doua momente successive 1 si 2 presiunea scade de la 100 bara la 60 bara iar temperatuta scade de la 40^C la 30^C datorita extragerii unui volum de gaze delta Q=10^6Nm^3.Sa se afle volumul de gaze initial din deposit.