Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 [ 126 ] 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284

ЗАПОЛНЕНИЕ ГАЗОМ

ЭКСПЛУАТАМИЯ С ГАЗОМ

Этапы пуска полости в аксплуатацию.

Приивчание:

Другой принцип эксплуатации, - "уравновешивание рассолом*, С0СТ0Я1ЦИЙ в компенсации количества извлекаемого газа рассолом, и наоборот, обязательно используется для хранения малосжимае-мых флюидов (жидкие углеводороды, С.Н.Г. и т.д.) и очень мало применим для газа ввиду больших неудобств: необходимость располагать, в случав возможного отбора, объемом рассола, равным объему полости.

Минимальные запасы, или буферный газ, равны нулю, а полезные запасы соответствуют максимальным запасам, когда почти весь рассол вытеснен газом и когда, кроме того, газ сжат до максимального давления, определяемого критериями герметичности.

Потенциальный дебит хранили1ца газа в соляной полости ограничивается только потерями давления в скважине, в поверхностных сетях и способностью поддержания давления, если это необходимо.

В зависимости от объема полости (от 100 ООО до 300 ООО м) и принятого типа обустройства минимальная продолжительность, необходимая для выпуска почти всех полезных запасов, будет порядка от одной до пяти недель.

При обустройстве кольцевого типа уменьшенных диаметров (см. § 3.3.7.1.2), используемом 43az de France* в Этреце и Терсанне. максимальный дебит извлечения газа, соответствую1ций максимальному давлению, будет порядка 2 гм (н) в сутки на одну полость; пиковый дебит, возможный дебит, когда отобрано 70% полезных запасов, будет порядка 1 гм (н) в сутки на одну полость.

Обустройство значительного диаметра, без центральной колонны (см. § 3.3.7.1.2), допускает дебиты значительно более высокие: 5 -10 гм (н) в сутки на полость для максимального дебита, 2 - 3 гм (н) в сутки на полость для пикового дебита.

Хотя большинство хранилищ в полостях предназначены для покрытия нужд сезонной неравномерности потребления, они особенно хорошо применимы для покрытия нужд еженедельной неравномерности потребления (более значительное потребление газа в отдельные дни) и для обеспе-

чения надежности снабжения (прекращение добычи газа из морских месторождений в случав ураганов, опоздания метановозов из-за непогоды, происшествие на компрессорной станции и т.д.).

В своей основе эксплуатация полости аналогична эксплуатации баллона сжатого газа. Эта видимая простота скрывает особые проблемы этого типа хранения:

- проблемы механической устойчивости, создание полости, нарушающей естественное *гео-статическое" равновесие горных пород,

- термодинамические проблемы, связанные с величиной расхода и скоростью движения газа, приводя1цив к значительным изменениям давления и температуры, с риском в процессе отбора газа, образования гидратов (газ насы-1цавтся парами воды во время пребывания в полости, см. § 3.3.4).

3.3.3. Устойчивость полостей

Создание полости нарушает природное "геоста-тическое" равновесие горных пород ().

Изтого следует механическая неустойчивость, проявление которой выражается в различных повреждениях:

- уменьшение объема в результате текучести (способность соли течь);

(*) При глубине больше нескольких сот метров естественное состояние напряжений в массивах соли соответствует в значительной мере гидростатическому (горизонтальные и вертикальные напряжения одинаковые); оно соответствует тяжести пород. Теостатическим" (горным) давлением (Р«) называют давление, противодействующее начальному напряжению P--PflH,

д -ускорение силы тяжести (МС, р - плотность пород (кг • м"), И - глубина (м).

Плотность пород составляет порядка 2300 кг • м", горное давление увеличивается приблизительно на 0,23 бар на метр глубины, на глубине 10ОО м оно будет приблизительно равно 230 бар.

- оседание поверхностных отложений, связанных с уменыиением объема полостей;

- в редких случаях (нарушение требований к размерам или эксплуатации) наблюдаются местные провалы.

3.3.3.1. Изменение объема полостей; текучесть каменной соли

Соль представляет собой материал, способный к большим деформациям без разрушения. Область упругости очень ограничена - каменная соль подвержена остаточным деформациям под действием малейшего девиатора напряжений (s):

s = о-тг(о)1,

где о - тензор напряжений,

Тг(о) - след тензора о (сумма диагональных элементов),

I - единичный тензор.

Геологический закон (изотермическая вязко-пластичность), наиболее употребительный для каменной соли, имеет вид

(формулы Леметра, Менцеля и Шрейнера)

где J2 - второй инвариант девиатора напряжений, - внутренняя переменная пластичности,

е - тензор скоростей деформации; е = ,

а, р, К - параметры, зависящие от свойств соли (кристаллизация, примеси и т.д.).

Обычно

0,2 < а < 0,5 2,0<р<4,0

Значения параметров (а, р. К) получаются при обработке экспериментов по ползучести цилин/-рических образцов, выточенных из центральной части кернов, полученных при бурении скважин. Эксперимент по ползучести состоит в определении продольной деформации (относительного удлинения) как функции времени при постоянных, но различных между собой, продольном и поперечном направлениях.

Для эксперимента по ползучести (s - const) закон Леметра, Менцеля и Шрейнера принимает вид

. 3

f (формула Леметра, Борези и Деера).

Значения параметров (а, р. К) находятся с помощью экспериментальных кривых (см. приведенный ниже график).

Исходя из закона Леметра, Менцеля и Шрейнера и используя метод трехмерных, или чаще всего двумерных осесимметричных конечных элементов (полости, как правило, обладают осевой симметрией с осью, совпадающей с осью скважины), можно рассчитать эволюцию полости под действием заданного закона изменения давления.

Машинное время ЭВМ, то есть стоимость моделирования, из-за сильной нелинейности реологического закона весьма велико. Поэтому предпочтительнее использовать приближенные аналитические зависимости, заменяя полость сферой или цилиндром.

•1 = Т

AL а

О2-О3

0,-323

0,-302

2 О, - 283

О,-263

!вднях

Текучесть соли (нижняя соль Этрез, 1400м, 55°С, 7з/ =p,-p2-Q-P

Изменение объема изолированной сферической полости в бесконечном изотропном пространстве, подчиняющемся зшону Леметра, Менцеля и Шрей-нера, описывается уравнением

K-p,

P. - геостатическое давление на уровне центра полости,

Р - среднее давление внутри полости.

V J

dV Vdu

V -I

полный объем полости (сумма объемов отстойника, остаточного рассола и свободного объема газа).

Это аналитическое выражение для вязкоплас-тического случая дает хох>шее представление об изменении объема полости за исключением периода силыюго изменения давления, или сразу после него.

Различными авторами предложены другие менее простые аналитические решения для нелинейной вязкопластичности.

Лабораторные эксперименты выполняются по необходимости на гетерогенных образцах; таким образом, параметры реологических законов, основанные на этих экспериментах, имеют дисперсный характер. Поэтому необходимо выполнять эксперименты непосредственно на месте.

Эти эксперименты состоят в измерении дебита хсидкости из полости при более или менее постоян-

ном давлении (испытания на жидкости), либо при возрастании давления (испытания на газе). Из этих экспериментов, после расчетной оценки паразитных эффектов (дополнительное растворение после выщелачивания, термическое расширение), определяется скорость изменения объема полости. Значения параметров получаются путем сопоставления с аналитическим решением (сферическая полость).

Замечание: упругость каменной соли.

Полная деформация складывается из упругой и вязкопластической деформаций. Упругая деформация связана с напряжением соотношением

е, = !о-Тг(о)1,

Е . 250 ООО бар (модуль Юнга), V . 0.3 (коэффициент Пуассона).

Относительное изменение сферической полости за счет упругости равно

AV 3(1+V)

(Р-Р-).

По своей величине (порядка тысячных долей) оно пренебрежимо мало по сравнению с предыдущей, могущей достигать десятков процентов.

3.3.3.2. Размеры и расположение полости в пространстве

Размеры подземных полостей по экономическим соображениям определяются необходимостью одновременно обеспечить:

- устойчивость сооружения,

- герметичность резервуара,

- сохранение потенциальной емкости хранилища (сокращение потерь объема из-за текучести).

lAS------

X Внутренняя !?"Тсолонна

Рассол

Рассол

Нерастворитель X ~

Нерастворитель

1 Скважины

йЙ5 Отстойник Испытание рассолом Испытание нерастворителем При эксплуатации

В начале закачки газа

Испытания на месте