	Aeronautica	Comunicatii	Constructii	Electronica	Navigatie	Pompieri
	Tehnica mecanica

Instalatii

Index » inginerie » » constructii » Instalatii
» Inmagazinarea subterana a gazelor

Inmagazinarea subterana a gazelor

INMAGAZINAREA SUBTERANA A GAZELOR

1. Inmagazinarea in zacaminte depletate

In proiectarea exploatarii unui depozit de inmagazinare subterana a gazelor naturale trebuie sa se tina seama de urmatoarele elemente:

delimitarea zacamintelor pentru inmagazinare acordand o atentie deosebita problemei etanseitatii straielor;

stabilirea gabaritului de sonde de injectie-extractie si verificarea etanseitatii sondelor, pentru a se evita pierderile de gaze;

stabilirea sondelor piezometrice necesare urmaririi procesului de injectie-extractie a gazelor in zacamint.

Elementele principale ale unui depozit de inmagazinare in zacaminte depletate sunt redate in figura 2.

Acestea sunt: zona de inmagazinare aleasa, sondele de injectie/extractie si facilitatile de suprafata. Facilitatile de suprafata se compun din: sisteme de reglare si masura, statii de compresoare, de separare, de uscare, instalatie pentru injectie de metanol etc.

Depozitele de inmagazinare furnizeaza gaze naturale cand consumurile nu mai pot fi acoperite de gazele extrase din zacamintele aflate in exploatare si de importul de gaze din tarile mari producatoare si exportatoare. Unele depozite sunt proiectate in scopul furnizarii de gaze unei piete constante, altele raspund numai cerintelor de acoperire a unor varfuri de consum. Acestea din urma au in general capacitati utile reduse, dar pot asigura debite zilnice mari.

Varsta depozitelor de inmagazinare depaseste in general 20-30 de ani. Evaluarea performantelor unui depozit implica recunoasterea a trei elemente de baza numite atribute de performanta. Acestea sunt:

capacitatea de inmagazinare a depozitului alcatuita din:

o stocul inactiv sau perna de gaze {base gas); o stocul activ sau capacitatea utila {top gas).

capacitatea de livrare a depozitului exprimata prin debitul mediu pe ciclu;

controlul fenomenelor de migrare a gazelor.

Stocul inactiv este din punct de vedere fizic si economic nerecuperabil, scopul acestuia fiind acela de a furniza presiunea necesara pentru extractia stocului act

Stocul activ care este extras in scopul vanzarii pe piata in timpul iernii este completat din nou, prin injectie, in timpul verii. Capacitatea utila sau stocul activ variaza in functie de necesitati, de la sezon la sezon. In prima faza, capacitatea proiectata si dezvoltarea depozitului este estimata pe baza calculelor si simularii pe calculator, mai tarziu, cand dezvoltarea depozitului s-a realizat, capacitatea utila se determina mult mai exact, pe baza inregistrarilor permanente ale parametrilor de functionare ai depozitului (presiuni, debite etc).

Perna de gaze sau stocul inactiv are doua componente: componenta recuperabila; componenta nerecuperabila. Motivele pentru care o parte din perna de gaze ramane nerecuperabila sunt:

o Fiecare depozit este proiectat pentru a furniza un debit minim. Acest lucru necesita ca in ultimele zile ale ciclului de extractie sa existe o presiune minima necesara pentru a furniza acest debit. Daca se continua extractia, presiunea va scade sub nivelul minim admis si pot apare probleme la instalatiile de suprafata care au fost proiectate sa functioneze la anumiti parametri, probleme de siguranta sau incapacitatea realizarii unor obligatii contractuale, o Continuarea extractiei cu echipamentul proiectat sa functioneze la anumiti parametri, sub nivelul minim de presiune, poate deveni neeconomica. Totusi, la zacamintele cu impingere de apa, o cantitate importanta din perna de gaze ramane imobila si nu mai poate fi recuperata. La majoritatea zacamintelor de gaze, aproximativ 10% din gazele continute sunt considerate din punct de vedere fizic nerecuperabile la o presiune de suprafata numita presiune de abandonare. Recuperarea gazelor la o presiune mai mica decit presiunea de abandonare implica costuri mari si echipamente speciale.

In depozitele de inmagazinare realizate in zacaminte de petrol depletate raman anumite cantitati de gaze in solutie care din punct de vedere fizic sunt nerecuperabile.

Capacitate de livrare, masurata in milioane de standard metri cubi pe zi, depinde de presiunea initiala de la care se incepe crearea stocului total in zacamant si de caracteristicile rocii rezervor, avand un domeniu mare de variatie.

In timpul proceselor repetate de injectie-extractie, in depozite apar pierderi ale gazelor naturale injectate. Aceste pierderi numite si migrari necontrolate ale gazelor naturale in timpul procesului de injectie au ca rezultat nu numai o micsorare a profitului, ci si o diminuare a capacitatii

Fig. 4.1 depozitarea gazelor petroliere lichefiate in caverne saline

Fig. 3.5 Depozit de gaze lichefiate

Gaz natural cu presiune redusa

Gaz natural cu presiune ridicata

Evaporarea gazului natural la presiune atmosferica

Gaz metan sub presiune

Fig. 4.6. Schema de principiu a unei instalatii de re-gazeificare. 1 -schimbator de caldura; 2 -pompe; 3 -rezervoare; 4 -compresor; 5 -cisterna pentru transportul gazului natural.

de livrare pe piata. Nu in ultimul rand, apar problemele de siguranta ale depozitului si problemele de impact cu mediul inconjurator. Fenomenele de migrare depind de mai multi factori: gradientii de presiune, permeabilitatea rocilor, geometria fisurilor, existenta faliilor, conditiile de operare etc. Pierderile de gaze prin migrare sunt de doua tipuri:

Pirderi minore;

Pierderi majore.

Pierderile majore au loc de-a lungul limitelor zacamantului si controlul acestora implica o monitorizare permanenta a tuturor parametrilor depozitului, simulari pe calculator si inventarieri ale depozitului.

Pirderile minore sunt de cele mai multe ori continue si au urmatoarele cauze: neetanseitati ale coloanelor, cimentari imperfecte, neetanseitati ale capului de eruptie, pierderi pe conducte de transport, pierderi datorate neefectuarii de masuratori in statiile de compresoare etc. Aceste pierderi minore ating unul sau doua procente din capacitatea maxima stocata anual, uneori fiind prea mici pentru a putea fi detectate.

Pentru a putea avea control permanent asupra acestor atribute de performanta ale depozitelor este necesara o inventariere permanenta in procesul de operare.

In prezent metodele de inventariere ale depozitului sunt:

o Metoda volumetrica, care se aplica pe baza masuratorilor de presiune statica;

o Metoda de utilizare a datelor de performanta (presiuni, debite) ale zacamantului, inregistrate in timpul procesului de inmagazinare-extractie;

o Metoda de analiza grafica a presiunilor.

Metoda volumetrica implica integrarea presiunilor masurate la sfarsitul injectiei cu cele estimate sau calculate pe baza factorului de expansiune, a geometriei suprafetei si a porozitatii. Calculul volumetric este comparat cu cantitatea de gaze inmagazinata, iar diferentele care apar constituie de fapt pierderi de gaze.

Utilizarea datelor de performanta ale zacamantului permite calculul capacitatii de inmagazinare pe baza presiunilor statice inainte si dupa perioadele de injectie-extractie. Adesea sunt necesare: realizarea simularii pe calculator, calcule in conditii stationare si semistationare, evaluarea influxului de apa pentru determinarea cat mai exacta a capacitati de inmagazinare.

Analiza grafica a datelor de presiune implica trasarea functiei p/Z in raport cu cantitatea de gaze extrasa sau inmagazinata. In functie de panta dreptei se determina daca volumul zacamantului este constant (este cazul unei linii drepte), sau daca acesta este un zacamant cu impingere de apa (graficul este o curba). Un alt tip de grafic este obtinut prin curbele de histereza, care daca sunt trasate pe baza unor date corecte, permit o interpretare utila in determinarea migrarii gazelor, pierderilor minore si a expansiunii gazelor. Curbele de histereza necesita date de presiune statica sau corelatii ale presiunii pe baza datelor din sondele de observatie (piezometrice).

Criterii de analiza

Pentru ca un zacamant depletat de gaze sau petrol sa fie utilizat ca depozit subteran trebuie sa indeplineasca conditiile:

Sa fie protejat de roci impermeabile sau de falii etanse pentru a impiedica pierderile de gaze in formatiunile invecinate;

Sa dispuna de o porozitate efectiva si de o permeabilitate ridicata;

Sa nu fie alimentat de un acvifer activ;

Sa aiba un volum mare;

Sa se poata preta la fisurari hidraulice.

Pentru a se lua in considerare un camp de gaze epuizat pentru realizarea unui depozit de inmagazinare, trebuie avut in vedere ca volumul de gaze care urmeaza a fi vehiculat (prin injectie-extractie), reprezinta 80 pana la 100% din volumul initial de gaze al zacamantului. Acest volum de gaze inmagazinate trebuie recuperat in cca. 120 de zile, ceea ce reprezinta un timp maxim de recuperare aferent unui ciclu de depozitare. Acest proces presupune mai multe sonde de exploatare decat cele utilizate in procesul de productie si un proces de colectare adecvat. Sistemul de colectare este compus din instalatiile de suprafata (capacitati de comprimare, conducte de transport gaze, instalatii de exploatare aferente sondelor de injectie-extractie). Acesta trebuie sa aiba o flexibilitate mare, care sa asigure fluctuatia consumului de gaze in timpul iernii, datorita variatiilor de temperatura.

Pentru ca procesul de inmagazinare al gazelor sa fie rentabil, trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

Inmagazinarea unui volum de gaze suficient de mare pentru a asigura o presiune minima (gaze tapon), astfel incat intreaga cantitate de gaze inmagazinata sa poata fi livrata consumatorilor in timpul prevazut pentru ciclul de extractie. Aceasta presiune minima trebuie sa permita si exploatarea depozitului la sfarsitul ciclului de inmagazinare in regim optim de functionare;

Volumul de gaze injectate trebuie sa asigure o presiune maxima, care sa permita extractia in timp util a volumului de gaze injectate.

Pentru trecerea de la un zacamant epuizatsau depletat la un depozit de gaze sunt necesare urmatoarele etape de proiectare:

Colectarea informatilor primare geologice si de inginerie de zacamant, din faza de exploatare primara, care sa cuprinda: suprafata zacamantului, grosimea, permeabilitatea, porozitatea, presiunea initiala de zacamant etc.;

Determinarea starii sondelor, interventiile suferite de acestea pe parcursul exploatarii primare si alte aspecte care tin de conditiile mecanice (integritatea coloanelor, rezistenta mecanica a acestora, aderenta inelului de ciment etc.);

Calcularea volumului zacamantului care poate fi utilizat pentru exploatarea depozitului;

Calcularea numarului de sonde care vor asigura injectia si extractia gazelor;

Stabilirea capacitatii de comprimare necesare, determinarea retelei de colectare si conditiile care trebuie sa le indeplineasca gazele depozitate.

De asemenea sunt necesare unele informatii despre zacamant:

Informatii geologice;

Presiunea initiala de zacamant;

Productia de gaze in raport cu presiunea de zacamant;

Temperatura de zacamant;

Compozitia gazelor, greutatea specifica a gazelor;

Numarul de sonde forate, locatiile acestora, adancimile si datele obtinute din carote;

Carotajele electrice ale sondelor si alte masuratori;

Structura zacamantului (harti structurale si cu izopachite);

Regimul de zacamant (elasticitate, impingere);

Capacitate de curgere (afluxul strat-sonda, debite pe sonde in diferite circumstante);

Planul de situatie cu instalatiile de suprafata (capacitati de comprimare, conducte de transport gaze, instalatiile de exploatare a campului de gaze);

Caracteristicile mecanice, conditiile mecanice ale sondelor.

Pentru a se calcula capacitatea depozitului (volumul zacamantului) este necesar sa se cunoasca plaja presiunilor de lucru (presiunea minima de exploatare si presiunea maxima).

Sondele forate la orizontul productiv trebuie identificate pe teren si verificate. Trebuie revazute diagramele de cimentare si se va face o verificare a inelului de ciment in zona productiva, pentru a se determina etanseitatea cimentarii. Daca din carotajul acustic de cimentare se determina aderari neconcludente ale inelului de ciment la coloana de exploatare, atunci sunt necesare masuri de refacere a cimentarii. Trebuie verificate coloanele de exploatare si in cazul cand se constata coroziuni avansate, atunci se introduce un liner cimentat sau un liner cu packer si fluid necoroziv in spatiul inelar. Sondele abandonate se inventareaza si se pot transforma in sonde de observatie. Daca se cunosc caracteristicile mecanice ale sondelor si structura acoperisului stratului, se poate determina presiunea de operare maxima. Adesea se instaleaza coloane noi de exploatare si capete de eruptie noi, pentru inlaturarea celor corodate si pentru a asigura noile nivele de presiune.

Presiunea maxima de exploatare se determina in concordanta cu alcatuirea rocii acoperisului, gradul de etanseitate al faliilor si starea tehnica a tuturor sondelor, pentru a se putea preveni migrarea gazelor in formatiunile invecinate. In situatia in care presiunea maxima se doreste sa fie mai mare decat presiunea initiala de zacamant, trebuie sa se investigheze roca din acoperisul stratului prin prelevarea de carote pentru efectuarea testelor de etanseitate.

Analiza etanseitatii rocii acoperisului zacamantului trebuie sa contina date despre:

Gradienti de fisurare;

Caracteristici hidraulice si petrofizice;

Geometrie (grosime, extindere in suprafata);

Litologie.

Presiunea maxima de exploatare a zacamantului este stabilita prin considerarea celei mai mici presiuni dintre presiunea la care zacamantul ramane etans (presiunea de fisurare a rocii protectoare) si presiunea hidrostatica (calculata prin insumare presiunii hidrostatice din roca acoperis cu presiunea capilara a rocii acoperis).

In general, zacamintele de gaze sunt puse in exploatarea primara la o presiune egala cu presiunea hidrostatica, luand in considerare un gradient de presiune de 0,0973-0,1176 bar/m.

Presiunile de zacamant sunt ajustate in functie de varfurile de consum de la sfarsitul perioadei reci. De exemplu, cand 70% din gazele din depozit au fost extrase, presiunea scazuta din zacamant este corelata cu curbele de performanta ale sondei, pentru a se obtine debitul sondei.

Presiunile de operare in depozite sunt notate zilnic (orar) ca o siguranta de exploatare, prin observatiile de la sondele piezometrice.

Numarul de sonde necesar pentru realizarea in conditii optime a procesului de injectie-extractie, poate fi stabilit in concordanta cu capacitatea de comprimare astfel incat procesul de extractie al gazelor curente sa se desfasoare in concordanta cu acoperirea varfului de consum. De asemenea se are in vedere si incadrarea in timpul aferent ciclului de extractie.

Utilizarea zacamantului la un nivel de presiune maxim, va conduce in mod normal la o capacitate maxima de depozitare si la cea mai ridicata capacitate de productie pentru sonde. Daca acoperisul zacamantului este slab consolidat, pentru siguranta, se poate utiliza ca presiune maxima de exploatare, presiunea initiala de zacamant.

Pentru exploatarea unui depozit subteran de gaze sunt utilizate 3 tipuri de sonde:

sonde de exploatare destinate injectiei si/sau extractiei gazelor inmagazinate;

sonde de urmarire a procesului de inmagazinare(piezometrice);

sonde de injectie a apei.

Sondele au urmatoare constructie:

ansamblu de coloane de tubaj cimentate;

liner netubat;

echipament de control al nisipului in dreptul formatiunii;

packer de fund ancorat in coloana deasupra formatiunii si legat de tubingul de productie pentru a izola coloana;

ventil de siguranta in garnitura tevii de extractie;

cap de eruptie;

Avand in vedere ca sondele care urmeaza sa fie utilizate in cadrul procesului de inmagazinare sunt in majoritate sonde vechi, trebuie urmarit ca in ceea ce priveste etanseitatea, coloanele, inelele de ciment si tubingul sa corespunda acestei cerinte.

Pentru cunoasterea dezvoltarii unui acvifer se sapa sonde la adancimi care pot permite obtinerea unor informatii despre grosimea acviferului, adancimea culcusului si a acoperisului, caracteristicile fizico-geologice ale acestora si nivelul apei in acvifer. In acest sens sunt necesare:

efectuarea de diagrafi electrice si prelevarea de carote mecanice din sondele sapate in zacamant;

exploatarea sesismica a zonei.

Sondele de explorare pot fi utilizate ulterior pentru controlul sau explorarea zacamantului.

Exploatarea unui zacamant implica si operatii de supraveghere si control al acestuia pentru a se detecta toate anomaliile care survin in timpul exploatarii.

In acest sens se masoara presiunea in sondele de control (piezometrice), tinand seama de faptul ca o schimbare brusca a presiunii corespunde aparitiei gazelor in aceste sonde si de asemenea se efectueaza investigatii geofizice in sondele de control. Cu aceste informatii se urmareste avansarea frontului de gaze in zona directiei critice de dezlocuire a apei de catre gaze, iar cand gazele au ajuns in zona critica se opreste injectia.

Sondele de control (piezometrice) se diferentiaza in:

sonde de control a zonei de gaze; acestea sunt amplasate in apropierea contactului gaze-apa si permit masurarea presiunii la contactul gaze-apa;

sonde de control la periferie; acestea sunt amplasate la exteriorul zonei de gaze si permit efectuarea masuratorilor de presiune si prelevarea probelor de apa. Sondele deservesc indicator pentru semnalizarea aparitiei gazelor, ca moment al incetarii injectiei de gaze;

sonde de control al stratului superior; cand stratul superior este un strat poros permeabil este necesara amplasarea unei sonde care sa permita detectarea unui eventual influx de apa.

Controlul este efetuat prin urmarirea variatiei presiunii

Pentru verificarea stocarii gazelor, in apexul structurii se amplaseaza sonde echipate cu dispozitive de masurare a saturatiei in gaze la diferite nivele.

Rolul echipamentului de suprafata consta in:

transportul gazelor de la sonda la statia centrala;

tratarea gazelor;

eliminara apei produse de sonde (separatoare la sonde si/sau la statiile centrale de compresoare);

deshidratarea gazelor (injectarea de metanol in capetele de eruptie ale sondelor );

eliminarea hidrogenului sulfurat care se formeaza prin descompunerea sulfurilor din gazele odorizate injectate in zacamant sau prin descompunerea piritei prezente in roca rezervor;

comprimarea gazelor; dimensionarea compresoarelor necesita cunoasterea potentialului zacamantului, iar regimul de presiune din zacamant este evaluat prin diferite scenarii, utilizand modele de simulare.

2. Monitorizarea stocurilor de gaze depozitate in rezervoare subterane

Gazul tampon (perna) si gazul curent (gazul de lucru), impreuna, au cosurile cele mai ridicate pe ansamblul procesului de stocare. In aceste conditii este normal sa se doreasca gasirea unor metode de evaluare a cantitatii de gaze din depozit. Gazele sunt masurate la introducerea si apoi la extragerea din depozit. Diferenta intre aceste valori plus gazul de tampon (zestrea) reprezinta cantitatea de gaze care ar trebui sa fie in depozit. Exista 3 factori care pot conduce la inregistrare acestor diferente:

existenta unor erori de calcul al cantitatii initiale de gaze ramase in depozit la inceputul procesului de injectie; desi aceasta nu repezinta in mod normal o problema trebuie retinuta atunci cand apar diferente;

prezenta unor erori de masurare a debitului de gaze fie la introducere, fie la extragerea din depozit;

existenta unor scurgeri de gaze din depozit;

Scurgerea de gaze este una din principalele probleme. Unul din elementele de siguranta in folosirea unui zacamant depletat, ca depozit de inmagazinare, este faptul ca gazele au fost cantonate in zacamant o perioada lunga de timp care ofera siguranta in utilizarea lui ca depozit. Acest element de siguranta poate degenera insa erori. Una dintre cele mai intalnite probleme este avansarea frontului de apa in spatiul ocupat initial de gaze. In unele cazuri apa poate umple complet zacamantul cu exceptia unui mic cap de gaze, care ramane la sfarsitul exploatarii. In aceasta situatie avem de-a face cu un zacamant „complet” inundat.

In cazul zacamintelor neuniforme care produc in regim mixt dezlocuirea gazelor de catre apa se face sub forma de „degete” apa fiind inchisa in masa de gaze. Astfel se formeza pachete separate de gaze. Aceste pachete de gaze pot ramane in rezervor si exista din punct de vedere tehnic in stoc. Ele se pierd si nu pot fi extrase fara antrenarea unei mari cantitati de apa.

2.1. Tipuri de pierderi

In continuare sunt prezentate modalitatile prin care gazele pot fi pierdute:

a. pierderea in jurul coloanei sondei catre alte formatiuni;

b. pierderea prin coloana sondei catre suprafata;

c. pierderi prin roca acoperis;

d. pierderi catre alt zacamant care nu face parte din depozitul de inmagazinare datorita unei cimentari nereusite;

e. pierderi prin accidente tectonice care s-au produs ca urmare a scaderii presiunii din zacamant;

f. pierderi prin echipamentul de suprafata si conducte.

Pierderile prin roca acoperis nu reprezinta ceva obisnuit. O ipoteza mai probabila de pierderi o reprezinta sondele existente in campul de inmagazinare care au fost folosite la exploatarea primara. Mai toate depozitele de inmagazinare de gaze folosesc fostele sonde de productie, fie pentru procesul de inmagazinare, fie ca sonde de observatie. Daca aceste sonde sunt vechi este posibil sa fi fost forate intr-o perioada in care tehnologia de echipare sau de cimentare nu era la fel de dezvoltata ca astazi. In plus, daca aceste sonde sunt vechi, cimentarea si coloanele pot fi deteriorate. Aceste situatii pot duce la migrarea gazului catre alte formatiuni.

2.2 Istoricul relatiei presiune-volum

Scurgerea gazelor din depozit poate fi observata in cazul studierii istoricului variatiei cuplului presiune-volum al rezervorului. Pentru aceasta trebuie inteles tipul ciclului. Injectia si extractia gazelor din zacamant cauzeaza modificarea presiunii in rezervor. Cand ciclurile de injectie si extractie sunt identice de la an la an si nu apar pierderi istoricul presiune-volum trebuie sa fie identic in fiecare an. Ciclurile de injectie-extractie nu sunt niciodata identice 2 ani la rand, dar pot exista puncte de comparatie pe parcursul ciclului. Daca pe abcisa se considera cantitatea totala de gaze ramasa in zacamant si pe ordonata presiunea corespunzatoare rezulta o curba presiune-volum a rezervorului. Aceasta este aratata in fig.1. Linia punctata din figura reprezinta curba de declin a presiunii care a fost modificata. Noua diagrama este de forma: presiune de zacamant functie de cantitatea de gaze ramasa in rezervor. Daca acest rezervor ar fi utilizat ca depozit, gazul curent, ar fi reprezentat prin linia continua. Ciclul de injectie este reprezentat de portiunea AB si se realizeaza in lunile de vara. In acest timp rezervorul trebuie sa fie umplut la capacitate. Ciclul de extractie este reprezentat de portiunea BA. Aceasta ar reprezenta cazul ideal de operare. Acest tip de stocare se poate realiza numai in cazul unei permeabilitati mari.

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

2.3. Notiunea de rezervor volumetric

Ciclul real de stocare este aratat in figura 2. Aceasta figura reprezinta un rezervor volumetric, la care permeabilitatea are valori normale pentru un zacamant de inmagazinare. Linia punctata reprezinta curba de declin a presiunii rezervorului. Perioada de injectie este de la A la B. in punctul B rezervorul este plin si presiunea este deasupra curbei de declin a presiunii. Presiunea nu s-a egalizat in zacamant si presiunea unor sonde este mai ridicata decat in restul zacamantului. La sfarsitul ciclului de injectie in mod normal campul este inchis o perioada de timp. Aceasta variaza de la un depozit la altul, dar in mod normal este de 15-30 zile. Scopul acestei perioade de inchidere este sa permita egalizarea presiunii in depozit. Aceasta perioada de inchidere este reprezentata in figura 26 prin portiunea BC. Se poate observa o cadere de presiune in aceasta perioada de inchidere. La sfarsitul acestei perioade presiunea este reprezentata prin punctul C. Acest punct se situeaza inca deasupra curbei de declin a presiunii indicand faptul ca presiunea nu a fost complet egalizata in zacamant. Perioada de extractie este reprezentata in figura 3 prin portiunea CD. La extractie valoarea presiunii se va situa sub curba de declin a presiunii. Aceasta va continua pana in punctul D. Acesta indica valoarea presiunii din sonde la sfarsitul ciclului de extractie. Aceasta presiune este mult sub curba de declin indicand ca presiunea nu este egalizata in zacamant. in mod normal trebuie sa existe o alta perioada de inchidere la sfarsitul ciclului de extractie. Aceasta perioada este reprezentata de portiunea DA. in aceasta perioada de inchidere presiunea va creste, aceasta crestere fiind reprezentata prin portiunea DA. Desi ea reprezinta o crestere semnificativa a presiunii in zacamant, presiunea din punctul A este inca sub valoarea curbei de declin a presiunii. Aceasta demonstreaza ca presiunea in rezervor nu este complet

egalizata.

Fig. 3. Diagrama presiune — volum pentru un ciclu real de stocare la rezervorul volumetric Bilciuresti

In figura 4 se reda un ciclu real de stocare in depozitul de gaze din Bilciuresti. Datele care

au stat la baza intocmirii graficului au fost determinate cu ajutorul calculelor si parametrilor indicati la aparatele instalatiilor de suprafata.

Dupa cum se observa curba ciclului de injectie aferenta anului 2000 nu se inchide cu ciclul de extractie aferent anului 2001. Aceasta demonstreaza ca o cantitate de gaze a ramas depozitata in rezervor.

Pentru a trage unele concluzii cu privire la pierderile de gaze si natural or, este necesar sa se studieze pozitia celorlalte curbe, aferente ciclurilor anterioare. Aceste curbe pot fi trasate in conditiile in care se fac masuratori la sondele de observatie sau in sondele de exploatare. in figura 5 sunt redate variatiile anuale ale presiunii de zacamant functie de stocul de gaze (gazul tampon si gazul current). Pozitia apropiata a acestor linii indica faptul ca in zacamantul de depozitare Bilciuresti nu sunt pierderi.

2.4. Comportarea unui zacamant care produce in regim mixt

Figura 3 ilustreaza comportarea unui rezervor volumetric (cu destindere elastica) in timpul unui ciclu de injectie - extractie; aceasta este complexa datorita modificarilor conditiilor din rezervor. Comportarea unui rezervor cu apa activa in timpul depozitarii este chiar mai compexa. Figura 2 ne-a aratat curba de declin a presiunii pentru un rezervor volumetric. Un acvifer sau un rezervor cu o puternica impingere de apa are un alt tip de curba a declinului de presiune. Aceasta este ilustrata de figura 6.

Fig. 6 Diagrama presiune - volum; ciclul de operare caracteristic unui rezervor cu impingere de apa

Intr-un rezervor volumetric, atunci cand tot gazul a fost extras, presiunea poate sa scada la o presiune de abandonare. Aceasta scadere a presiunii difera la un rezervor cu impingere de apa. Aici exista o presiune corespunzatoare acviferului. Aceasta presiune este dependenta de adancimea rezervorului si poate fi exprimata in metri coloana de apa sarata. Originea O din figura 6 ne arata acest punct.

Cand un zacamant cu apa activa produce, apa invadeaza acest rezervor pana cand il umple. Cand zacamantul este transformat in depozit si gazele sunt injectate, aceasta injectie a gazelor impinge apa; astfel se creeaza un volum mai mare de pori disponibil pentru gaz. Aceasta impingere a apei este indeplinita de doua mecanisme.

in figura 6, linia OA reprezinta un rezervor cu impingere de apa care are un volum infinit. Daca gazul este injectat in rezervor nu este perceputa o schimbare a presiunii. Acest caz nu poate fi intalnit in practica, dar poate fi considerat ca fiind un caz limita. Linia OB din figura 6 ilustreaza o curba tipica a declinului de presiune pentru un rezervor cu impingere de apa. Trebuie subliniat faptul ca toate liniile reprezinta conditii de presiune egala in rezervor.

Figura 7 ne arata ciclul de operare pentru un tip caracteristic de rezervor cu impingere de apa. Aceasta diagrama arata la fel cu cea a unui ciclu de operare pentru un rezervor volumetric, prezentat in figura 3. Totusi aici sunt cateva diferente importante. in ambele cazuri linia intrerupta reprezinta curba de declin a presiunii pentru rezervor. in cazul rezervorului volumetric aceasta linie trece prin originea graficului. in cazul rezervorului cu impingere de apa aceasta linie nu trece prin originea graficului.

Fig. 7 Diagrama presiune - volum; ciclul real de operare pentru un rezervor cu impingere de apa

in figura 7 perioada de injectie este reprezentata de linia AB. Prima portiune a acestei linii poate fi ceva mai abrupta decat aceeasi linie din figura 3, aceasta deoarece apa a ocupat spatiul lasat liber de gaz (in timpul perioadei de extractie, cand presiunea este scazuta) si gazele au fost injectate intr-un volum mic de pori. Acest efect nu poate fi perceput, decat daca rezervorul a avut o permeabilitate mare.

Presiunea in punctul B este mai mare deoarece gazele nu au impins apa in intregime. Linia BC arata perioada de inchidere dupa perioada de injectie. in timpul acestei perioade presiunea scade considerabil.

in punctul C, dupa perioada de injectie, presiunea este inca mai mare decat in cazul rezervorului volumetric. Aceasta se intampla deoarece presiunea nu este egalizata in partea de gaze a rezervorului. Argumentul ar fi acela ca gazul nu a impins in intregime apa pana la echilibru. Linia CD arata ciclul de extractie.

La sfarsitul acestei perioade punctul D are o presiune mai mica decat in cazul rezervorului volumetric datorita faptului ca apa nu a reusit sa umple spatiul porilor lasat liber de gaze. Din aceasta cauza volumul ramas pentru depozitarea gazelor, va fi mai mare. Linia DA reprezinta perioada de inchidere dupa ciclul de extractie. in timpul acestei perioade de inchidere presiunea in sonda creste pana in punctual A.

Aceasta procedura de calcul este operabila pentru un rezervor volumetric. In cazul unui rezervor cu apa activa volumul de pori cu hidrocarburi se schimba in functie de ciclu (daca gazul este injectat sau extras). O solutie ar fi estimarea schimbarii volumului de pori cu hidrocarburi (VPH) intre iinceputul si sfarsitul perioadei de injectiesau perioadei de extractie. Folosind ecuatiile (5) si (6) rezulta:

(10)

(11)

(12)

Dar: (13)

astfel incat:

(14)

Acum

(15)

(16)

Aceasta metoda cere estimarea schimbarilor volumului de pori cu hidrocarburi datorate schimbarilor afluxului sau efluxului apei. Precizia acestei estimari nu este una dintre cele mai bune astfel ca problema detectarii scurgerilor in rezervoarele cu impingere de apa ramane deschisa.

La rezervoarele etanse, unde masurarea gazelor este precisa, ciclul istoricului presiune - volum va opera in interiorul aceluiasi domeniu, de-a lungul unei mari perioade de timp. Daca rezervorul are o scurgere de gaze in interiorul lui sau daca erorile de masurare au condus la diminuarea stocului istoricul presiune - volum se va muta la stanga (figura 11).

Fig (12) Istoricul presiune – volum pentru un rezervor cu scurgeri de gaye in interiorul lui

Daca rezervorul are scurgeri de gaze in afara lui istoricul presiune - volum se va muta la dreapta ceea ce este ilustrat de figura 12.

Fig (12) Istoricul presiune – volum pentru un rezervor cu scurgeri de gaye in afara lui

Concepte de proiectare

4.1. Proiectarea inmagazinarii gazelor in zacaminte care au produs in regim elastic

Istoricul de productie

Reprezentarea grafica a datelor de productie va conduce la dreapta :

(4.1)

in care reprezinta cumulativul produs pana ce presiunea statica va atinge , iar reprezinta resursa initiala de gaze. Aceasta se obtine prin extrapolarea dreptei pana la valoarea (p/Z) = 0

Daca datele de productie sunt corect inregistrate resursa geologica initiala din grafic va corespunde valorii ei determinata folosind metoda volumetrica. De asemenea, daca se impune presiunea de abandonare, din acelasi grafic se obtine rezerva recuperabilitatii si odata cu aceasta factorul final de recuperare, = G_r/Gj.

Determinarea presiunii medii la sfarsitul primei perioade de injectie

(4.2)

in care este cumulativul extras pana la inceputul injectiei, iar reprezinta cumulativul de gaze injectat in prima perioada de injectie.

Determinarea presiunii statice medii la sfarsitul primului ciclu de productie (extractie):

(4.3)

Determinarea presiunii medii la sfarsitul primului ciclu 'n' de injectie, respectiv productie(extractie):

(4.4)

(4.5)

In situatia in care volumul de inmagazinare al gazelor este mai mare decat cel de extractie, variatia presiunii statice a zacamantului functie de timp, din momentul zero (inceperea procesului de inmagazinare ) pana in momentul atingerii presiunii maxime de comprimare ( este redata in figura 4.2 :

III.3.6. Exploatarea gazelor inmagazinate in acvifere

Ca o prima aproximatie se poate considera ca presiunea este uniforma in cadrul zacamantului. Valoarea sa este obtinuta prin masurarea efectiva a presiunii in sonde (prin investigatii hidrodinamice).

Presiunea la talpa sondei este calculata cu ajutorul ecuatiei de echilibru:

(3.1)

si a ecuatiei de stare

(3.2)

unde:

y adancimea sondei, m;

p- densitatea gazelor la adancimeay, kg/Stm³;

g - acceleratia gravitationala, m/s,

Z - factor de neidealitate;

R - constanta gazelor, J/kg-K;

T-temperatura la adancimea considerata, K,

Toate sondele se afla la un moment dat fíe in productie, fie in injectie si ca urmare, nentru a determina presiunea zacamantului trebuie cunoscute atat pierderile de presiune in sonde, cat si pierderile de presiune ale tuturor sondelor din formatiune.

Aproximarea vitezei de circulatie a gazelor in interiorul stratului poros este importanta pentru determinarea rezistentelor hidraulice.

Rezistenta hidraulica este egala cu diferenta dintre presiunea zacamantului (pt) si )resiunea dinamica a sondelor (pj). Reiatia intre p_z si ps respecta forma ecuatiei de curgere .adial-plana a gazelor din stratul productiv spre sonda (ecuatia in doi termeni):

(3.3)

Debitul in sonde este exprimat in conditii normale de temperatura si presiune. Inversul indicelui de productivitate al unei sonde este:

(3.4)

unde;

q - debitul sondei, /s

ps presiunea dinamica de fund a sondei, 10⁵Pa (bar);

p_z - presiunea de zacamant, 10⁵Pa;

i_p indicele de productivitate al sondei, Stm³/s/(10⁵Pa)²;

a', b' • coeficienti de rezistenta la curgerea gazelor in jurul sondei. Acestia se determina experimental prin variatia debitului.

Pentru calculul pierderilor de presiune prin tubing se considera ca miscarea este izoterma, iar temperatura medie se obtine ca media intre temperatura la suprafata si temperatura de fund.

Pentru un tronson de tubing avand caracteristici uniforme, relatia de legatura intre presiuni si debit este [16]:

(3.5)

unde:

(3.6)

(3.7)

Coeficientul de pierdere de sarcina medie (coeficientul dc frecare hidraulica) este dat de relatia Colebrook:

(3.8)

iar numarul lui Reynolds este dat de

(3.9)

in care:

- presiunea dinamica la capul de eruptie, bar;

- densitatea relativa a gazelor in raport cu aerul

Q - debitul sondei, Stm³/ora;

- factorul mediu de abatere al gazelor de la legea gazelor perfecte:

- temperatura medie absoluta a gazelor, K;

L - lungimea tronsonului, m;

D=4A/P, diametrul hidraulic, m;

P - perimetrul sectiunii de curgere, m;

A-sectiunea de curgere, m';

ks rugozitatea la perete, m;

p - viscozitatea dinamica a gazelor, Poise (1 P = 0,1 NsW).

Cand presiunea din sonde in timpul extractiei se mareste semnificativ inseamna ca pozitia contactului gaze-apa s-a modificat. Datorita formarii conurilor dc apa exista posibilitatea ca sonda sa produca cu aport de apa.

in procesul de extractie care se desfasoara in rezervoarele slab consolidate sau putin consolidate pot fi antrenate granule de nisip de catre gaze si aduse la suprafata. Pentru a se preveni antrenarea nisipului se folosesc filtre si impachetari cu nisip. In cazul utilizarii impachetarilor cu nisip exista un debit maxim pentru care acestea sunt eficiente, iar in cazul in care se depaseste acest debit exista riscul distrugerii impachetarii si filtrului.

Datorita faptului ca mobilitatea gazelor este superioara mobilitatii apei, gazele tind sa se deplaseze preferential de-a lungul „acoperisului' stratului. Daca stratul acvifer are inclinare mica si permeabilitate slaba, exista riscul ca gazele sa se canalizeze pana la limita de inchidere a structurii, inainte de realizarea stocului de gaze teoretic, corespunzaror volumului de pori disponibili. In aceste conditii viteza limita de deplasare a contactului apa-gaze, conform relatiei lui Dietz, este [16]

(3.10)

in care:

- viteza limita de deplasare a conturulu, m/s;

-permeabilitatea relative a apei;

-permeabilitatea rocii, m

-densitatea apei, kg/m;

-unghiul de inclinare a “acoperisului” stratului fata de orizontala;

-vascozitatea dinamica a apei, Ns/m

Presiunea de injective a gazelor este cu atat mai mare cu cat debitul de injective este mai ridicat. Suprapresiunea in timpul injectiei se calculeaza cu ajutorul relatiei Colona-Ciarny:

(3.11)

in care:

-grosimea stratului acvifer, m;

, difuzibilitatea hidraulica a apei, m/s

-debitul de gaze in conditii de zacamant, Stm³/s;

-factor de eficienta al impingerii apei de catre gaze (fractiuni de unitate);

, compresibilitatea aparenta, 1/bar;

-compresibilitatea fluidului, 1/bar;

- compresibilitatea rocii, 1/bar;

, integrala exponentiala;

-viteza de deplasare pe o anumita directie in strat.

Pe baza relatiilor de mai sus, valoarea presiunii maxime de injectie are urmatoarea expresie:

(3.12)

in care:

-presiunea initiala(naturala) a acviferului, bar;

-suprapresiunea maxima, bar;

Volumul maxim de pori ai rocii disponibil pentru inmagazinarea gazelor, m, este:

(3.13)

in care:

A(h) - diferenta dintre suprafata conturului apa - gaze la capul stratului si suprafata conturului la baza stratului, m , (fig. 3.6);

m - porozitatea;

Sai - saturatia ireductibila in apa;

I- „inchiderea' depozitului, m (fig. 3.6).

Fig. 3.6. Depozit de gaze naturale intr-un acvifer.

Capacitatea maxima de depozitare se obtine la atingerea valorii presiunii maxime

(3.14)

Capacitatea reala maxima de inmagazinare difera fata de cea teoretica deoarece:

trebuie pastrata o marja de siguranta intre contactul apa-gaze si „inchiderea'

depozitului (I);

contactul apa-gaze rareori este orizontal;

presiunea maxima la limita unui gradient de 1,25-1,45 bari/10 m nu poate fi atinsa in cazul acviferelor de dimensiuni mari, inclinari mici si permeabilitati mari;

presiunea maxima poate fi atinsa inainte ca pozitia contactului apa-gaze sa ajunga in apropierea „inchiderii',

Intr-un acvifer inchis cu extindere limitata (lenticular, bariere de permeabilitate etc.) capacitatea de depozitare este limitata numai de presiunea maxima:

Care:

-compresibilitatea apei,1/bar;

V -volumul de pori al acviferului saturat cu gaze,m³

-presiunea initiala in acvifer,bar.

Deoarece in conditiile descries anterior capacitatea de depozitare a gazelor este in general redusa,pentru a se adduce o crestere a acesteia se practica extragerea unei parti din cantitatea de apa continuta in acvifer.

III.3.7.Comportarea unui acvifer utilizat pentru inmagazinarea gazelor

Studiile realizate in cadrul in cadrul inmagazinarii gazelor in acvifele cuprind urmatoarele elemente de baza:

-Evaluarea performantelor zacamantului in functie de pozitia acestuia;

-Definirea si dimensionarea echipamentului de baza;

-Evaluarea economica;

-Dimensionarea echipamentului complementar; Evaluarea valorilor medii ale parametrilor de zacamant:porozitate,permeabilitate,bazate pe teste de interferenta intre sonde

etc.;

-Urmarirea variatiei presiunii in sondele din acvifer;

-Repartizarea saturatiei si a frontierelor volumului de stocare considerat.

Fig.3.7.Modul de dezlocuire a apei de catre gaze.

Trebuie avut in vedere ca presiunea de injectie san nu depaseasca cu 7-15 bari presiunea initiala a acvaferului.

Se considere ca daca un acvafer are proprietati unuforme in toate directiile,la o injectie a gazelor in strat se produce o deplasare uniforma a apei si se formeaza o zona de tranzitie gaze-apa (fig.3.7.)

Daca se admite ca acviferul este foarte mare in comparative cu zacamantul de gaze,presiunea din zacamant in perioada de injectie va evolua conform relatiei (16 ) :