Inmag Gaze Curs 1

INTRODUCERE Gazele naturale extrase din câmpurile de petrol şi gaze sunt folosite din ce în ce mai mult pentru a satisface necesarul de energie. Inflexibilitatea producţiei de gaze din aceste câmpuri nu corespunde cererii variabile a pieţii. Înmagazinarea subterană a gazelor naturale comprimate în câmpuri de petrol şi gaze este folosită ca o tehnologie obişnuită eficientă încă din 1915, în vederea reglării livrării de gaze pentru a satisface cererea. Înmagazinarea gazelor naturale (în rezervoare subterane sau supraterane), reprezintă un proces eficient care combină furnizarea constantă de gaz natural, prin intermediul conductelor de transport, cu cererile variabile ale pieţii, care depind de vreme sau de considerente economice. Pe lângă funcţia de acoperire a vârfurilor de consum, depozitele de gaze au şi rolul strategic de a asigura furnizarea de gaze în cazuri de urgenţă (calamităţi, cutremure, etc). Pe timpul verii, când capacitatea de transport a conductelor depăşeşte cu mult cererea de consum, gazul natural este depozitat urmând a fi extras cel mai adesea în perioada de iarnă, când consumul de gaze creşte foarte mult, sau în funcţie de considerentele economice din perioada respectivă. Acoperirea vârfurilor sezoniere de consum se poate face prin înmagazinare subterană a gazelor în depozite situate în apropierea marilor centre de consum. Depozitarea subterană a gazelor se poate face în zăcăminte epuizate total sau parţial, în acvifere sau în rezervoare subterane criogenice sau în caverne formate din sâmburi de sare. Depozitarea subterană a gazelor în rezervoare situate în jurul marilor centre de consum apare preferabilă atunci când sursele de gaze sunt amplasate la distanţe de ordinul sutelor de kilometri şi atunci când condiţiile tehnice ale structurilor permit realizarea unor capacităţi de producţie la nivelul debitelor solicitate în anotimpul friguros. Pentru acoperirea vârfurilor sezoniere de consum, gazele naturale sunt înmagazinate, în prezent în lume, în:  zăcăminte de hidrocarburi depletate (parţial sau total depletate);  acvifere;  cavităţi saline;  înmagazinarea gazelor naturale lichefiate în rezervoare sau alte depozite etanşe (cavităţi saline, cavităţi miniere, etc). În ultimii ani s-au făcut cercetări pentru descoperirea unor noi metode de înmagazinare şi crearea de noi depozite cum ar fi:  crearea de depozite în caverne sapate în roci care apoi sunt etanşate;  înmagazinarea gazelor în caverne (saline sau miniere) refrigerate (–29 °C);  depozitarea gazelor naturale în rezervoare speciale sub formă de criohidraţi. În România, depozitarea gazelor naturale se face doar în zăcăminte de hidrocarburi depletate. 1. ÎNMAGAZINAREA SUPRATERANĂ A GAZELOR NATURALE 1. 1 Consideraţii generale Debitul necesar unei reţele de distribuţie are următoarele componente: a) debitul necesar aparatelor industriale de utilizare care au un consum relativ constant şi debitele variabile; b) obiective industriale care folosesc gazele naturale drept combustibili sau materie primă ca și consumul casnic, social, cultural și administrativ. Datorită acestei structuri, în transportul și distribuţia gazelor naturale se înregistrează variaţii orare, diurne şi sezoniere de consum, în funcţie de natura abonaţilor. Pentru 1

acoperirea vârfurilor orare de consum se folosește una sau mai multe din următoarele metode: - înmagazinarea gazelor în conducte magistrale de transport (noaptea); - depozitarea gazelor în rezervoare metalice supraterane situate în apropierea punctelor de consum; - depozitarea gazelor în distribuitoare inelare de presiune înaltă; - folosirea simultană a combustibilului gazos cu cel lichid. Pentru satisfacerea vârfurilor diurne și sezoniere de consum se pot folosi separat sau combinat următoarele soluţii: • înmagazinarea subterană a gazelor în zăcăminte depletate sau în acvifere; • crearea de depozite de gaze lichefiate (GNL, GPL); • dotarea conductelor magistrale cu staţii intermediare de recomprimare a gazelor; • interconectarea sistemelor de transport gaze; • aplatizarea curbei de consum. 1.2. Înmagazinarea gazelor în conducte magistrale Cea mai simplă metodă folosită pentru preluarea vârfurilor orare de consum o constituie folosirea capacităţii de înmagazinare a conductelor magistrale. Ea se realizează între perioada de consum maxim (când datorită faptului că debitul nominal al conductei este mai mare decât debitul consumat, iar presiunea în punctul final ajunge la valoarea maximă) și perioada de consum minim (când necesarul de gaze este mai mare decât debitul nominal al conductei iar presiunea în punctul final atinge valoarea minimă). Capacitatea de înmagazinare a unei conducte este cu atât mai mare cu cât presiunea la intrarea în conducta este mai mare și cu cât volumul acesteia este mai mare (eficienţa maximă o prezintă sistemele de transport interconectate). În intervalul în care se face înmagazinarea, capacitatea de transport a conductei se diminuează pe măsură ce presiunea la capătul final al conductei crește. 1.3. Rezervoare metalice supraterane Rezervoarele metalice folosite pentru înmagazinarea gazelor în stare naturală sunt de joasă presiune (0,05 bar sau 500 mm HaO presiune relativă); ele se numesc umede sau cu etanșare hidraulică (figura 1.1) și rezervoare cu etanșare uscată (fig. 1.2). Domeniul de funcţionare al rezervoarelor de înaltă presiune este de la 5 la 7 bar. Rezervoarele uscate au următoarele avantaje:  la volume mai mari de 10000 mN3 , consumul de metal este mai mic decât la rezervoarele umede (la rezervoare de 200000 mN3 consumul de metal se reduce la jumătate);  presiunea specifică pe sol este mai mică decât la rezervoarele umede;  cheltuielile de exploatare sunt mai reduse;  folosirea rezervoarelor uscate nu crește umiditatea gazelor și deci nu îngheaţă iarna;  reglajul presiunii la o valoare constantă se realizează mai ușor; singura cauză de variaţie a presiunii o constituie frecarea pistonului la perete; la construcţii îngrijite această variaţie nu depăşeşte 1,5.10-3 bar. La rezervoarele uscate pereţii interiori ai cilindrului trebuie să fie de bună calitate, astfel încât etanșarea care se realizează cu inele de cauciuc sau cu benzi de piele să nu permită pătrunderea gazelor deasupra pistonului (pericol de explozie - la gaz metan, pentru explozie este necesar un amestec de doar 5.... 15% volum aer). Gazele trebuie să fie bine uscate pentru ca iarna să nu se formeze gheaţă care ar periclita etanșeitatea sistemului. Rezervoarele de înaltă presiune sunt instalaţii simple, fără părţi mobile, exploatarea acestora fiind deci, ușor de automatizat. Au formă cilindrică și pot fi montate, 2

atât vertical, cât și orizontal.

Fig. 1.1. Rezervor umed

Fig. 1.2. Rezervor uscat

Capacitatea necesară a rezervoarelor se calculează pe baza graficului de consum zilnic. Volumul de gaze care poate fi livrat din rezervoare se numește capacitatea de lucru a acestora. Dacă V este volumul rezervoarelor, pi - presiunea maximă de lucru şi p p p - presiunea la intrare în reţea, capacitatea de lucru este V  i . Atunci când p0 presiunea în rezervoare scade până la valoarea presiunii de intrare în reţea, capacitatea de lucru este utilizată integral. Dacă presiunea din rezervoare scade numai p  pf până la valoarea pf > p, volumul extras din rezervoare va fi V  i . p0 Raportul dintre acest volum și capacitatea de lucru a rezervoarelor: p  pf Ku  i (1.1) pi  p se numeşte coeficient de utilizare a capacităţii de lucru. 1.4. Depozitarea gazelor în distribuitoare inelare Parcurile de rezervoare reprezintă o investiţie considerabilă din cauza consumului de metal necesar pentru construirea lor; înseamnă că înmagazinarea gazelor în rezervoare de înaltă presiune este neeconomică. Cea mai bună exemplificare o reprezintă determinarea presiunii de înmagazinare corespunzătoare unui volum optim. Din ecuaţia generală a gazelor: (1.2) p0V0  Z 0 RT0 p V  Z RT

rezultă:

V0 1 T 0 p    V Z T p0 3

sau:

1 T p0 1 (1.3)    f  Z T0 p Z Reprezentarea grafică a funcţiei (1.3), redată în figura 1.3. arată că volumul de gaze ce poate fi înmagazinat în rezervoare este la 160 bar, ceea ce conduce la un consum imens de material și folosirea compresoarelor speciale pentru încărcarea acestor rezervoare foarte puternice. V0  V 

Fig. 1.3. Variaţia volumului de gaze înmagazinate în recipienţi de înaltă presiune

În loc de utilizarea parcurilor de rezervoare se poate folosi un sistem redat în figura 1.4. Mai multe conducte magistrale, venind din zone diferite sunt interconectate la sosire printr-o conductă inelară, cu diametral mare, amplasată în afara perimetrului de consum. În acest fel se asigură o continuitate a livrărilor de gaze, se utilizează mai eficient capacităţile de transport ale conductelor și se mărește substanţial cantitatea de gaze care poate fi înmagazinată în conducte în timpul nopţii pentru a satisface vârfurile de consum de a doua zi. Un astfel de sistem constituie cel mai eficient regulator de debit atunci când vârful orar de consum este pronunţat. 1.5. Interconectarea sistemelor de transport gaze naturale Dacă debitul de gaze necesar pentru acoperirea vârfurilor de consum este mai mare decât debitul maxim al unei conducte magistrale, se recomandă folosirea conductelor interconectate. Interconectarea sistemelor de transport gaze prezintă mai multe avantaje în procesul tehnologic de alimentare cu gaze a consumatorilor situați în diferite zone; dintre acestea reamintim următoarele: - mărirea siguranţei în exploatare; în cazul apariţiei unei defecţiuni pe un tronson, alimentarea totală sau parțială a consumatorilor se face prin celelalte tronsoane aflate în funcţiune;

4

Fig. 1.4. Interconectarea conductelor magistrale de transport gaze naturale

- mărirea supleței funcționării sistemului de alimentare cu gaze prin crearea posibilităţilor de a se efectua schimbarea sensului mişcării gazelor prin conductele interconectate (prin schimbarea nivelului producţiei surselor de gaze) și a regimurilor tehnologice pe conducte, ceea ce permite utilizarea optimă a capacităților de extracție și de transport; - utilizarea maximă a capacităților de extracție și de transport al conductelor prin menținerea unei presiuni maxime la exploatări și a unei presiuni minime la sosire; deficitul temporar de debit pe o conductă poate fi compensat dintr-o altă conductă în care există un excedent de debit. În perioadele de vârf orar și diurn din perioada de iarnă, interconectarea sistemelor de transport poate realiza debite suplimentare de 15 - 20%. 1.6. Aplatizarea curbei de consum a gazelor Pentru îmbunătățirea indicilor de eficiență economică ai alimentărilor cu gaze se caută să se aplatizeze, pe cât posibil, vârfurile de consum. În acest sens trebuie ca în apropierea extremităților sistemelor de transport instalațiile de utilizare să fie astfel concepute încât să poată trece oricând de la combustibili gazoși la cei lichizi sau solizi. Astfel de consumatori pot utiliza gazele naturale numai 6 - 8 luni pe an, trecând apoi la folosirea altor combustibili în sezonul rece; se recomandă, de asemenea, folosirea permanentă a gazelor în procesele tehnologice de bază, ceilalți combustibili fiind folosiți numai pentru încălzit. Aplicarea sistemului de consum mixt de combustibil, respectiv în suplimentarea deficitului de gaze în perioadele de vârf prin alţi combustibili solizi sau lichizi este determinată de disponibilităţile care există în zonă. 5

2. ÎNMAGAZINAREA SUBTERANĂ ÎN ZĂCĂMINTELE DE PETROL ŞI GAZE 2.1. Necesitatea înmagazinării gazelor Funcţia principală a unui depozit subteran de gaze este de a regulariza livrarea pentru vârfurile de consum şi cererea sezonieră. În afară de aceasta, instalaţiile de înmagazinare pot asigura furnizarea de gaze de la rezervele de siguranţă (în aşteptare), în cazul întreruperii în alimentarea normală şi pot ajuta la conservarea energiei utilizând gaze asociate care, altfel, ar trebui trimise la faclă. Pentru înmagazinarea subterană, gazele naturale sunt injectate în rezervoarele subterane de ţiţei şi gaze când cererea pieţii scade sub producţia surselor de alimentare şi este extras din depozit, pentru a suplimenta livrarea la nivelului solicitat când cererea depăşeşte acea producţie. Zăcămintele de ţiţei şi gaze sunt preferate ca depozite subterane pentru cantităţi însemnate de gaze, în măsura în care capacitatea de conservare a acestor rezervoare este demonstrată de existenţa acumulărilor de hidrocarburi. Mai mult decât atât, sunt disponibile informaţii despre proprietăţi şi comportarea rezervorului din faza de explorare şi din perioada de producţie a zăcământului de ţiţei şi gaze. Totuşi trebuie investigat individual dacă rezervoarele de ţiţei/gaze sunt convenabile pentru înmagazinarea gazelor, în scopul exploatării întregului sistem în mod eficient, în deplină siguranţă şi compatibil din punct de vedere al condiţiilor de mediu. Primul depozit într-un zăcământ depletat a fost realizat în anul 1915 în Weland County, Ontario, Canada, iar primul depozit în acvifer s-a construit în 1946 în Kentucky. În prezent, pe întreg globul, sunt amplasate 425 de depozite în zăcăminte depletate şi 82 depozite în acvifere. Capacitatea totală de înmagazinare se ridică la valoarea de 243·109 m3 şi un volum total de 502·10 9 m3. În sezonul cald (mai-octombrie), consumul se reduce şi producţia de gaze creşte. Pe de altă parte, magistralele de transport-depozitare au o capacitate limitată, astfel că sar putea ca la un moment dat producţia de gaze să depăşească posibilităţile de transport ale magistralei. Evident că nu se va reduce producţia de gaze ci, surplusul de gaze va fi depozitat în rezervoare subterane situate în vecinătatea marilor consumatori. De asemenea, având în vedere declinul producţiei de gaze din România se impune formarea unor rezerve suplimentare de gaze din import, în special în sezonul cald. când şi preţul acestora este mai scăzut. Ca rezervor subteran de înmagazinare al gazelor poate fi utilizat orice zăcământ care poate primi gaze sub presiune, Ia volumul reclamat, gaze ce pot fi apoi cedate cu uşurinţă în perioada de consum ridicat.

6

Depozitarea subterană a gazelor combină eficient o alimentare constantă cu o cerere variabilă, cu un avantaj economic. Figura 2.1 ilustrează măsura în care capacitatea constantă a conductelor de transport este modelată între cererea scăzută din lunile de vară şi cererea crescută din lunile de iarnă când un spaţiu de depozitare este disponibil.

Fig. 2.1 Ilustrarea caracterului sezonier al consumului

În România, consumul de gaze are caracter sezonier. Astfel, există o perioadă rece (noiembrie-aprilie) când consumul de gaze este foarte ridicat. În acelaşi timp, frigul provoacă o serie de dificultăţi în şantiere, astfel că de multe ori producţia de gaze scade în acest sezon. 2.2. Criterii de selecţie a rezervoarelor subterane Pentru realizarea unui depozit de înmagazinare se aleg zăcăminte alcătuite din colectoare puternic consolidate, deoarece căderile de presiune în timpul proceselor repetate de injecţie-extracţie sunt foarte mari comparativ cu cele din perioada de exploatare. Având în vedere că procesul de înmagazinare-extracţie se repetă periodic, fiind prin excelenţă nestaţionar, în proiectarea lui se folosesc modele de calcul numeric. De obicei, se preferă ca înmagazinarea să se realizeze într-un singur strat, cu o grosime suficientă pentru realizarea capacităţii dorite, dar există şi depozite în care gazul este înmagazinat în mai multe straturi, care sunt separate în culcuş şi acoperiş de frontiere impermeabile. Problema stabilităţii straturilor şi a formării conurilor de apă în exploatare este urmărită cu atenţie, pentru că gradul de consolidare determină un anumit ritm de exploatare, iar prezenţa apelor determină apariţia criohidraţilor. Presiunea maximă de lucru a depozitelor nu va depăşi presiunea iniţială de zăcământ, iar presiunea minimă este impusă de dimensionarea instalaţiilor de 7

suprafaţă. Condiţiile care stau la baza alegerii zăcămintelor depletate, pentru a deveni candidate la convertirea în depozite, sunt de două categorii: geologice şi geografice. Ca aşezare geografică a zăcământului, acesta trebuie să satisfacă următoarele condiţii:  zăcământul trebuie să fie apropiat de zonele de consum;  zăcământul trebuie să fie apropiat de infrastructura de transport şi distribuţie. Din punct de vedere geologic, condiţiile minime necesare pentru realizarea depozitelor în acvifere şi în zăcăminte depletate sunt:  existenţa unei formaţiuni cu o deschidere suficient de mare pentru realizarea capacităţii necesare;  stratul colector trebuie să aibă porozitate şi permeabilitate suficient de mare pentru realizarea depozitului, deoarece porozitatea zăcământului ne arată cantitatea de gaz ce poate fi înmagazinată în respectivul rezervor, iar permeabilitatea determină rata de injecţie – extracţie a gazului din rezervor;  existenţa unui ansamblu de straturi impermeabile în acoperişul şi culcuşul structurii, care să împiedice migrarea gazului. Formaţiunile favorabile pentru înmagazinare sunt localizate în bazinele sedimentare. Din punct de vedere petrografic, formaţiunea rezervor este alcătuită din:  roci impermeabile în culcuş şi acoperiş – argile sau marne;  nisipuri, gresii bine consolidate, silice cuarţoasă în care cimentul leagă granulele dar nu umple interstiţiile;  gresiile potrivite sunt destul de rare, în general gresiile bune sunt intercalate cu gresii „sărate“ argiloase sau calcaroase şi cu bancuri de argile;  calcare dolomitice (zăcămintele carbonatice) sunt mai puţin cercetate decât zăcămintele grezoase şi prezintă variaţii de facies dificil de prevăzut, variaţii de permeabilitate, dimensiuni variabile ale porilor, determinând un blocaj ireversibil (cantităţi de gaz nerecuperabile). Din punct de vedere tectonic, cvasitotalitatea structurilor cercetate pentru înmagazinare subterană sunt anticlinale. Ca rezervor subteran de înmagazinare al gazelor poate fi utilizat orice zăcământ care poate primi gaze sub presiune, Ia volumul reclamat, gaze ce pot fi apoi cedate cu uşurinţă în perioada de consum ridicat. Ca rezervoare subterane de înmagazinare a gazelor pot fi utilizate, - zăcămintele de gaze depletate; - cupolele zăcămintelor de ţiţei; - zăcămintele de apă; - domurile de sare. Pentru a putea fi utilizat ca rezervor subteran pentru înmagazinarea gazelor, zăcământul trebuie să îndeplinească două condiţii de bază: - să fie puternic consolidat, deoarece în procesul de înmagazinare-exploatare se lucrează cu căderi de presiune cu mult mai mari decât în cazul exploatării unui zăcământ de gaze propriu-zis; - să fie etanş pentru a nu avea pierderi de gaze. Înmagazinarea gazelor în zăcăminte epuizate energetic, preferabil depozitării în acvifere, fără ape active marginale sau talpă, reprezintă una din variantele care s-au impus din punct de vedere economic cu condiţia că fondul de sonde existent să poată fi folosit, iar rezervorul să fie perfect etanş pentru a asigura conservarea volumului de gaz injectat; porozitatea şi permeabilitatea trebuie să fie cât mai mari, iar adâncimea să fie relativ redusă, astfel încât presiunea de injecţie să fie cât mai mică. Se recomandă să se evite înmagazinarea gazelor în zăcăminte epuizate care au 8

produs în regim mixt (destindere elastică a gazelor şi rocii şi avansarea apei de zăcământ) deoarece presiunea de injecţie poate depăşi posibilităţile de comprimare sau presiunea de fisurare a rocii. 2.3. Caracteristicile de bază ale zăcământului de depozitare Un depozit de gaze trebuie să fie capabil să livreze atât debitul zilnic cât şi cantitatea totală pe timp friguros fără a avea o presiune de comprimare prea mare sau o zestre de gaze mare folosită drept tampon. Zestrea este esenţială la realizarea depozitelor subterane. Caracteristicile principale ale rezervorului pentru înmagazinare sunt: 1. impermeabilitatea în capul stratului (capac sau acoperiş) pentru a împiedica pierderile de gaze; 2. porozitate şi permeabilitate ridicată a formaţiunii; 3. adâncime suficientă a formaţiunii pentru a asigura presiunea de lucru; 4. absenţa apei sau posibilitatea de control a acesteia; 5. prezenţa ţiţeiului liber (după exploatare) se foloseşte cu succes şi se preferă unei formaţiuni care nu are lichid; 6. o formaţiune puternic consolidată pe verticală; 7. întindere acceptabilă şi un volum de gaze acceptabil care nu necesită o zestre prea mare pentru creşterea presiunii; 8. posibilitatea de a se preta la fisuri hidraulice; 9. volumul necesar înmagazinării unei cantităţi de gaze impuse; 10. absenţa oricărei faze lichide (apă sau ţiţei). Depozitul este un mediu poros - permeabil solid cu un capac format din roci impermeabile, care nu permit migrarea fluidelor pe verticală. Apa din zona de depozitare se poate afla total sau parţial dedesubtul nisipului unde se află gazul depozitat, sau în lateral. Zăcămintele de gaze epuizate (depletate) sunt primele candidate pentru transformarea în depozite. Mărimea zăcământului este determinată prin calcul pe baza datelor geologice sau prin datele de producţie corelate cu presiunile de zăcământ. Pentru a lua în considerare un câmp de gaze epuizat, trebuie să avem în vedere că volumul de gaze ce urmează a fi vehiculat, prin transformarea sa în depozit, reprezintă 80 până la 100 % din volumul iniţial de gaze. Acest volum de gaze trebuie recuperat în 120 de zile ceea ce reprezintă un timp maxim de recuperare aferent unui ciclu de depozitare. Aceasta presupune mai multe sonde decât cele folosite în procesul de producţie şi un sistem de colectare adecvat mult mai mare decât în faza de exploatare. Pentru ca un rezervor de gaze să corespundă scopului pentru care a fost ales trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: a) gazul tampon trebuie să asigure o "presiune de bază”, astfel încât întreaga cantitate de gaze înmagazinată (total înmagazinat) să poată fi livrată consumatorilor în timpul prevăzut pentru ciclului de extracţie. Această presiune de bază trebuie să permită şi exploatarea depozitului la sfârşitul ciclului de înmagazinare în regim optim de funcţionare. b) gazul curent trebuie să asigure o presiune maximă, peste presiunea de bază, care să permită extracţia în timp util (ciclu de extracţie) a volumului de gaze injectate. Presiunea de bază este determinată în funcţie de: - numărul de sonde care echipează depozitul; - capacitatea de comprimare; - capacitatea rezervorului; - capacitatea de livrare (extracţie); - capacitatea de injecţie; - eficienţa economică. 9

Pentru clarificarea unor aspecte legate de vehicularea gazelor în vederea depozitării se fac următoarele precizări: Gaz curent - volumul total de gaze extras - injectat într-un zăcământ de depozitare rezervor peste volumul total de gaz tampon (zestre). Acesta este volumul maxim disponibil pentru livrare în timpul unul ciclu (injecţie - extracţie). Gaz tampon (zestre) - volumul total de gaze nerecuperabil (gaz economic recuperabil nativ sau gaz străin) care exercită o presiune în roca rezervor pentru menținerea unui debit minim necesar de livrare a gazelor în timpul unul ciclu. Capacitate de livrare - debitul de gaze al unul depozit exprimat ca o mărime în 3 Nm /zi, la un volum total de gaze, cunoscut, depozitat în zăcământ la o presiune de rezervor cunoscută (de fund) şi la o presiune de refulare la gura sondei dată. Gaz străin - volumul de gaz extern, injectat într-un rezervor de înmagazinare care exercită în rezervor o presiune manometrică superioară presiunii manometrice la care a început înmagazinarea. Capacitatea de injecţie - debitul de gaze exprimat în milioane metri cubi, injectat în rezervor (pompat) la o presiune corespunzătoare a gazului în rezervor şi o presiune de injecţie la capul de erupţie al sondei. Total înmagazinat - volumul de gaze străin injectat în rezervorul de înmagazinare în timpul unei perioade date. Volumul maxim de gaze depozitat - bilanţul, maxim volumetric dintre volumul de gaze total înmagazinat şi volumul de gaze total livrat din depozit. Gaz nativ - volumul de gaz indigen aflat în structura de înmagazinare. Acesta trebuie să includă volumul total de gaz recuperabil şi nerecuperabil, care exercită o presiune manometrică de la "0" la o presiune manometrică corespunzătoare începutului ciclului de înmagazinare. Total extras - volumul de gaze extras dintr-un rezervor într-o perioadă dată de timp. Presiune maximă în rezervor - presiunea manometrică maximă, fie la gura sondei sau la talpa sondei după cum este specificat, exercitată de volumul de gaze la capacitatea maximă a rezervorului. Rezervor de înmagazinare - acea parte a unei structuri (gazeifere sau petroliere) sau acea zona cu limita de porozitate definită, care poate fi folosită în mod eficient pentru a reţine gazele la o presiune maximă (determinată) în rezervor. Capacitatea maximă a rezervorului - volumul total de gaze din rezervor care exercită o presiune manometrică de la "0" până la presiunea manometrică maximă din rezervor. Acesta trebuie să includă gazul nativ (recuperabil şi nerecuperabil) gazul tampon şi gazul curent. Înmagazinarea gazelor într-un zăcământ depletat de gaze, nu va ridica probleme deosebite având în vedere că fluidul injectat în strat este foarte apropiat structural de cel existent şi deci, va exista compatibilitate aproape deplină. În cazul zăcămintelor de ţiţei, injectarea gazelor în cupola acestora sau crearea unei cupole secundare de gaze va avea, în mod sigur, efecte favorabile şi asupra recuperării ţiţeiului. Va trebui totuşi, reconsiderat proiectul de exploatare al zăcământului de ţiţei. Utilizarea zăcămintelor de apă ca rezervoare subterane pentru gaze ridică unele probleme destul de dificile. În primul rând, injectarea gazelor în strat necesită presiuni mai ridicate pentru a dezlocui apa din pori. În al doilea rând, din cauza dizolvării gazelor în apa de zăcământ vor apărea pierderi substanţiale de gaze. În al treilea rând, la extragerea gazelor, vor creşte cheltuielile cu uscarea acestora. Mai apare, de asemenea, problema criohidraţilor, legată de umiditatea gazelor. De altfel, aceste aspecte apar şi în cazul rezervoarelor din zăcămintelor de ţiţei şi gaze, mai cu seamă dacă există un acvifer activ. În cazul domurilor de sare, cu ajutorul 10

unor sonde săpate în acestea se creează caverne prin dizolvarea sării, unde pot fi depozitate gazele. Utilizarea acestor domuri de sare ridică însă, o serie de probleme legate de stabilitatea structurilor respective, siguranţa mediului etc. Rezultă deci, că cele mai adecvate pentru constituirea de rezervoare subterane de înmagazinare a gazelor sunt zăcămintele de gaze depletate. Totuşi, condiţiile locale sunt cele care, în final vor duce la selectarea acestora. 2.4. Transformarea zăcămintelor depletate în depozite de înmagazinare a gazelor Zăcămintele de gaze depletate sau parţial epuizate se pretează cel mai bine la transformare în rezervoare subterane pentru depozitarea gazelor. Pentru a se transforma un zăcămint depletat în depozit subteran pentru înmagazinarea gazelor naturale trebuie să se parcurgă următoarele etape de proiectare: - Colectarea informaţiilor primare geologice şi de inginerie de zăcământ, din faza de exploatare primară şi care să cuprindă suprafaţa rezervorului, grosimea formaţiunii, presiunea iniţială de zăcământ, temperatura zăcământului, compoziţia gazelor şi producţia în raport cu presiunea de zăcământ. - Verificarea sondelor existente şi evaluarea stării tehnice a acestora din punct de vedere mecanic (aderenţa inelului de ciment, integritatea coloanelor), intervenţiile suferite pe parcursul exploatării primare şi alte aspecte. - Determinarea volumului rezervorului ce poate fi folosit pentru exploatarea depozitului. - Determinarea sondelor ce vor asigura injecţia şi extracţia gazelor într-un ciclu de depozitare. - Determinarea capacitaţii de comprimare necesare, evaluarea reţelei de colectoare şi conducte şi condiţiile ce trebuie să le îndeplinească gazul depozitat. Pentru a se determina cantitatea maximă înmagazinată în rezervor se stabileşte presiunea maximă şi presiunea minimă de lucru a depozitului. Presiunea maximă a rezervorului se calculează pe baza informaţiilor furnizate de ingineria de zăcământ, corelate cu condiţiile de etanşeitate a sondelor.

Fig. 2.1. Graficul raportului (p/z) în funcţie de cantitatea de gaze extrase

11

La sondele vechi se face o verificare a stării inelului de ciment prin măsurători cu ultrasunete pentru a se verifica etanşeitatea şi aderenţa acestuia. În cazul în care prin măsurarea grosimii de perete a coloanelor se constată o uzură avansată a acestora se va introduce un liner cimentat sau un liner cu packer cu fluid necoroziv in spaţiul inelar. Graficul raportului dintre presiunea de zăcământ p şi factorul de compresibilitate z in funcţie de cantitatea de gaze extrase (fig. 2.1.) permite calcularea rezervei iniţiale şi determinarea cantităţii de gaze ce se poate înmagazina la o anumită presiune, dacă frontiera depozitului este impermeabilă. Înmagazinarea subterană a gazelor în zăcăminte acvifere se realizează utilizând capacitatea naturală de receptivitate a stratului poros şi permeabil, care iniţial este inundat cu apă dulce sau sărată. Procesul de înmagazinare subterană constă în deplasarea apei din porţiunile superioare ale acviferului într-o zonă inferioară cu ajutorul gazelor injectate. Pentru a putea depozita gazele naturale într-un acvifer, presiunea de injecţie trebuie să fie cu 1-2 MPa mai mare decât presiunea iniţială a acviferului, iar debitul de injecţie depinde de comportarea stratului. Pentru a realiza procesul de înmagazinare într-un zăcământ acvifer trebuie îndeplinite simultan următoarele condiţii geologice: - stratul în care se realizează înmagazinarea trebuie sã aibă o porozitate şi o permeabilitate suficient de mare pentru a permite desfăşurarea în bune condiţii a proceselor de injecţie a gazelor în strat; - stratul din acoperiş să aibă un grad ridicat de impermeabilitate pentru a împiedica migrarea gazelor către alte formaţiuni (capcane); - structura pe care se doreşte realizarea procesului de înmagazinare trebuie să aibă forma de dom, dispunând de condiţii de etanşare suficiente pentru a garanta capacitatea de înmagazinare necesară,

Fig. 2.5. Schema de principiu a unui depozit de înmagazinarea gazelor în zăcăminte acvifere

12

Formaţiunile în care se realizează înmagazinarea e de dorit să fie localizate în şisturi sedimentare, iar stratul impermeabil situat deasupra rezervorului trebuie să fie format din argilă sau marnă. Stratul rezervor poate fi format din: - Calcare, dolomite, cretă (rezervoare carbonatice). Formaţiunile carbonatice sunt mai puţin căutate decât rezervoarele de gresie deoarece prezintă variaţii laterale importante şi dificile de facies şi de permeabilitate, iar dimensiunea porilor variază şi atrage după sine capcane ireversibile pentru o cantitate uneori importantă de gaze; - Nisip; - Gresie. În general formaţiunile rezervor de tip gresii curate sunt intercalate cu gresii murdare argiloase sau calcaroase precum şi de bancuri de argilă. Studiul geologic al acviferului poate ajuta la extinderea zonei de gaze afectată în curs de exploatare, iar interpretarea datelor obţinute din sonde forate pentru exploatare pot conduce la cunoaşterea mai în detaliu a imaginii geologice a structurii studiate. Rocile care formează acviferul sunt constituite din particule de material solid care sunt cimentate cu ajutorul unui liant, în timp ce prin spaţiile rămase goale se realizează curgerea fluidelor în zăcământ. Cele două proprietăţi (porozitate şi permeabilitate) sunt insuficiente pentru a caracteriza un rezervor şi de aceea trebuie cunoscute proprietăţile capilare care sunt dependente de natura rocii, de natura fluidelor care curg prin aceasta cât şi de locul unde sau aflat fluidele de-a lungul timpului în rocă. Pentru a prevedea mecanismul dezlocuirii apei de către gaze într-un zăcământ acvifer este necesar să se cunoască caracteristicile rocii: porozitatea, permeabilitatea şi presiunea capilară. Datele necesare pentru a caracteriza o rocă se obţin atât prin prelevarea de carote cât şi cu ajutorul măsurătorilor geofizice. Studiile realizate în exploatarea depozitelor de gaze din acvifere vor conţine următoarele elemente de bază: - evaluarea performanţelor şi a poziţiilor de amplasare a zăcământului, - definirea şi dimensionarea echipamentului de bază; - studii de evaluare economică; - dimensionarea echipamentului complementar; - evaluarea valorilor medii locale ale caracteristicilor hidraulice: porozitatea, permeabilitatea pe bază de teste de interferenţă între sonde etc.;

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

13

- observarea variaţiei presiunii în sondele din acvifer; - întocmirea de studii pentru cunoaşterea distribuţiei saturaţiei şi a limitelor zăcământului considerat. Dacă un acvifer are proprietăţi uniforme în toate direcţiile prin injecţia gazelor în strat se va produce o deplasare uniformă a apei şi se formează o interfaţă gaze-apă (fig. 2.6). Trebuie avut în vedere că presiunea de injecţie să nu depăşească 0,7÷1,5 MPa, presiunea iniţial a acviferului. Dacă se admite că acviferul este foarte mare, în comparaţie cu z presiunea de gaze din zăcământ, în perioada de injecţie va evolua conform relatiei:

p  pi 

18,5  a  a pd kh

(2.1.)

unde: p este presiunea iniţială de zăcământ [0,1MPa], qa - debitul constant cu care apa este deplasatã [m3/zi] , k - permeabilitatea rocii [D],  a - vâscozitatea apei [mPa s], h - grosimea acviferului [m], pd - presiunea adimensională. Funcţia pd se determină din figura 2,7 cu ajutorul timpului adimensional td definit astfel:

td 

8,6 * 10 3 kt  a m a ra

(2.2.)

unde: t este timpul, zile, m - porozitatea rocii,  a - compresibilitatea apei din rocă [10/MPa], ra — raza acumulării [m], Cumulativul de apă dislocuită We se calculează cu relaţia:

we  6,28m a re  p  pi Qd

(2.3.)

unde: We este cantitatea de apă; p - presiunea gazelor [0,1MPa], pi - presiunea iniţială a acviferului [0,1MPa], Qd - debit adimensional, care se determină din figura 2.8 cu ajutorul timpului adimensional.

14

Fig.2.7

Fig.2.8

Dacă se consideră un spaţiu poros saturat cu apă în care se încearcă dezlocuirea acesteia cu gaze naturale în timpul procesului respectiv apar următoarele fenomene: - primul drenaj, care reprezintă operaţia de dezlocuire de către un fluid (gaze) a altui fluid care a saturat iniţial roca; - drenajul propriu-zis, care constă în operaţia de modificare a saturaţiei gazelor în rocă; - inhibarea, care reprezintă operaţia inversă de dezlocuire a gazelor de către apă; - presiunea de dezlocuire, care are la bază surplusul de presiune necesar pătrunderii gazelor în roca iniţial saturată cu apă, ea se determină în laborator; - presiunea de prag, definit ca presiunea care permite gazelor să traverseze un eşantion de rocă saturat cu apă; saturaţia în apă ireductibilă, ce reprezintă apa care nu poate fi dislocuită de către gaze şi care ia valori de 10÷20% în roci cu permeabilitate mare şi poate atinge 60% în roci puţin permeabile; - gazele pierdute, definite de saturaţia în gaze reziduale, care este de ordinul 15÷30%. Gazul final nerecuperat constituie o parte foarte important 30÷60% din stoc.

15

Fig. 2.9 Evoluţia relaţiei presiune capilară-saturaţie pentru procesul de înmagazinarea gazelor într-un acvifer

2.5. Proiectarea proceselor de injecţie – extracţie în depozitele subterane de gaze naturale Proiectarea transformării unui zăcământ de ţiţei sau gaze într-un depozit de înmagazinare a gazelor trebuie realizată având la bază toate informaţiile şi datele importante obținute despre zăcământ. Controlul şi analiza acestor informaţii trebuie să dovedească că un zăcământ de ţiţei şi/sau de gaze este corespunzător pentru a fi transformat într-un depozit subteran de gaze. Instalaţiile de suprafaţă şi de fund trebuie proiectate luând în calcul sistemul de înmagazinare în toate condiţiile de lucru care pot fi întâlnite în instalaţii. Analiza şi calculele trebuie efectuate folosind metode acceptate în domeniu şi toate datele importante confirmate prin acte doveditoare. Elementele majore ale proiectării vor fi introducerea gazelor în gaura de sondă, gradienţii de curgere şi de presiune în gaura de sondă, gradienţii din sistemul de colectare, instalaţia de comprimare şi în final din sistemul de transport al gazelor. 2.5.1. Concepte şi consideraţii de bază în proiectarea depozitelor subterane Înainte ca un proces de depozitare subterană a gazelor naturale să treacă la faza de proiectare şi dezvoltare, trebuie făcut un studiu de piaţă amplu care să documenteze şi să determine cât mai exact cerinţele pieţii. Un astfel de studiu trebuie să includă influenţa climei asupra consumului de gaze şi studii sezoniere asupra spaţiilor ce sunt afectate de astfel de variabile cum ar fi: mărirea sau micşorarea zile/nopţi, existenţa norilor, a zăpezii, a soarelui şi alţi factori. În predicţia vremii, pentru a fundamenta trimiterea gazelor la piaţă, se utilizează adesea înregistrarea temperaturilor pe o perioadă de 50 ani (sau un număr specificat de ani). Acestea sunt obţinute din înregistrările statice ale vremii. Se determină, de asemenea, factorii grad-zi şi de încărcare. Factorul grad-zi (sau deficienţa grad-zi) este calculat ca diferenţa între temperatura de 18,3 oC şi temperatura medie pentru o anumită zi. Gradele - zi sunt însumate pentru întregul an pentru a le corela înainte de a trimite gazele la consumator. Un aspect important în predicţia cererii pieţii se leagă de predicţia livrărilor în ziua şi la ora de vârf. În fiecare zonă, luată în particular, determinant pentru clienţi sunt factorii de consum raportaţi la pieţele comerciale, industriale şi casnice. Cunoscând numărul de consumatori proiectaţi, utilizând factorii de consum prestabiliţi (factorii grad - zi şi de încărcare) pentru diferite pieţe, se determină “ziua medie” şi “ziua de vârf”, doi parametrii majori de proiectare. Odată ce cerinţele totale ale pieţii sunt determinante pentru fiecare lună, pentru clasele de servici (cum ar fi spaţiile rezidenţiale, comerciale, spaţiile încălzite, industrial continuu sau cu întrerupere) poate fi pregătit un plan pentru alimentarea conductei şi necesităţile de depozitare. Proiectarea unui proces de înmagazinare a gazelor presupune rezolvarea următoarelor aspecte: - delimitarea cât mai exactă a volumului zăcământului, în vederea stabilirii capacităţii de înmagazinare; - determinarea presiunii maxime de lucru (aceasta nu trebuie să depăşească 16

presiunea iniţială a zăcământului pentru a evita fisurarea colectorului); - determinarea volumului de lucru al rezervorului; - stabilirea reţelei de sonde de injecţie-extracţie; - fixarea sondelor piezometrice necesare pentru urmărirea procesului de injecţieextracţie a gazelor; - alegerea staţiei de comprimare a gazelor. 2.5.2. Proceduri de proiectare a depozitelor în zăcăminte depletate şi acvifere Aşa cum s-a văzut şi din prezentarea de mai sus, ponderea cea mai mare în cadrul depozitelor o are depozitarea în zăcăminte depletate de gaze. Utilizarea unui rezervor depletat permite folosirea instalaţiilor de extracţie şi distribuţie rămase din timpul când câmpul era productiv, fapt ce conduce la scăderea costurilor de convertire a respectivului rezervor. Zăcămintele depletate mai oferă şi avantajul că structura lor internă este foarte bine cunoscută. Elementele principale în proiectarea unui depozit sunt: capacitatea totală, debitele de injecţie şi extracţie, căderile de presiune în strat, în sondă şi în conductele de suprafaţă. În figura 3.4 sunt prezentate principalele elemente ale unui depozit într-un zăcământ depletat. Pentru a stabili bazele de proiectare şi dezvoltare reală se pleacă de la elementele de bază ce constituie sistemele de depozitare, începând cu sursele de alimentare cu gaze, conductele de transport şi depozitare, sistemele de distribuţie, până aproape de piaţa de consum. 2.2.2.2. Alegerea variantelor de depozitare Odată ce planul de depozitare este stabilit, urmează căutarea şi alegerea variantelor de depozitare. În funcţie de dimensiune, poziţie, acces la surse de alimentare a magistralei de transport, ca rezervoare de depozitare subterană a gazelor naturale pot fi utilizate următoarele: 1. Zăcăminte de gaze depletate; 2. Zăcăminte de gaze cu condensat depletate; 3. Zăcăminte de ţiţei depletate; 4. Acvifere; 5. Caverne în domuri de sare. Zăcămintele de gaze depletate reprezintă cea mai buna soluţie, deoarece sunt perfect compatibile pentru calitatea gazului. Zăcămintele de gaze cu condensate sunt de preferat, dar apar probleme la curgerea bifazică. Zăcămintele de ţiţei depletate sunt satisfăcătoare, dar apar probleme referitoare la ţiţeiul rezidual. Varianta acviferului va evalua mai multe caracteristici suplimentare, înaintea cerinţelor specifice. Dacă cele patru categorii nu oferă o varianta bună se vor folosi pentru depozitare cavernele saline. 2.2.2.3.Succesiunea paşilor în proiectarea înmagazinării subterane Pentru depozitarea sau dezvoltarea noilor unităţi de înmagazinare, obiectivele unei companii sunt de a asigura servicii către clienţii săi, la un cost minim posibil. Se specifică nevoia de a prevedea x metri cubi pe zi, pentru y zile calde într-un sezon, se determină factorul de încărcare al regimului de depozitare în funcţie de raportul "zi de vârf" la "zi medie", de livrare a gazelor. Pentru a ajunge la obiective proiectate trebuie parcurse mai 17

multe etape. Date de intrare Se începe prin descrierea zăcământului: poziţia geografică, datele geologice, succesiunea stratigrafică, hărţi structurale, hărţi cu izopace, diagrafii. Urmează apoi datele de carote şi fluide, care includ permeabilitatea şi porozitatea, saturaţia în apă ireductibilă (din carote si diagrafii), masa specifică a gazelor, compoziţia şi vâscozitatea. Avem, de asemenea, nevoie de date din acoperiş. Foarte importante sunt curbele de presiune capilară de îmbibare şi de drenaj. Ultimul set de date sunt cele despre sondele existente, datele incluzând performanţa de refacere a presiunii sondelor, date de echipare, potenţial de deschidere, curgere bifazică, indice de productivitate inversă. Etape de proiectare inginerească Proiectarea se focalizează pe perna de gaze, care este direct asociată cu presiunea maximă a ciclului de depozitare. Stabilirea pernei de gaze fixează presiunea minimă şi maximă a ciclului de depozitare la orizontul de stocare. Se determina apoi presiunile la diverse puncte a instalaţiilor de suprafaţă. Se proiectează sistemul de colectare şi accesoriile sale: separatoare, încălzitoare, regulatoare. Sistemul de colectare poate fi de tip buclă, stea, tufă, în funcţie de topografia locului, numărul de sonde, presiune, debit. Se fac analize economice pentru a determina aspectele comparabile asupra costului, profitului, ratei de revenire. Numai după ce sunt făcute analizele economice comparative finale se face recomandarea de alegere a variantei optime a proiectului. Depozitul este un mediu poros-permeabil solid cu un capac format din roci impermeabile, care nu permite migrarea fluidelor pe verticală. Apa din zona de depozitare se poate afla total sau parţial dedesubtul nisipului unde se află gazele depozitate, sau în lateral. Sondele de injecţie - extracţie sunt echipate corespunzător în zona de depozitare a gazelor. În acest sens dacă sondele sunt vechi, atunci ele pot fi echipate cu filtre corespunzătoare în dreptul stratului prin izolare cu packere sau dacă sunt sonde noi se pot executa filtre în gaură netubată pentru creşterea afluxului de gaze în sondă. Alegerea presiunii maxime în rezervor Dacă un rezervor este folosit în ciclul de injecţie - extracţie la o presiune maximă, mai mare decât presiunea iniţială de zăcământ, eficienţa economică a depozitului creşte. La noi în ţară nu se exploatează depozitele de gaze la o presiune mai mare decât presiunea iniţială de zăcământ. În alte ţări unde depozitele se exploatează la o presiune pexpI> piz, practica a demonstrat că beneficiile sunt mai mari. Frecvent, depozitele de gaze cu împingere elastică de apă, cât şi cele din acvifere sunt exploatate la o presiune pex > piz. La depozitele de gaze aflate în exploatare în S.U.A. gradientul de presiune în rezervor poate fi până la 15,33 kPa /m (0,1583 bar/m). Având la bază descrierea generală a rocii acoperiş, a copertei, situaţia structurală, capacitatea de etanşare a faliilor şi starea tehnică a tuturor sondelor care străpung formaţiunea de înmagazinare trebuie determinată presiunea maximă de exploatare pentru a evita orice dislocare mecanică, trecerea gazelor prin roca acoperiş şi împrăştieri laterale necontrolate ale gazelor. În situaţiile în care presiunea maximă de exploatare anticipată depăşeşte presiunea iniţială din rezervor, trebuie investigată detaliat şi demonstrată existența şi continuitatea unei roci acoperiş etanşe la gaze. Trebuie manifestată atenţie la recuperarea de carote din roca acoperiş pentru teste de etanşare. Caracterizarea rocii acoperiş şi a copertei trebuie să specifice: - litologia; 18

- caracteristicele hidraulice şi petrofizice, dacă este aplicabil presiunea capilară limită şi permeabilitatea; - geometria în cea ce priveşte structura, grosimea, întinderea laterală; - discontinuităţi geologice sau alte particularităţi care pot afecta etanşarea la presiuni superioare presiunii iniţiale în rezervor; - gradienţii de fracturare. Având la bază investigaţiile menţionate mai sus privitor la roca acoperiş, la integritatea tehnică, presiunea maximă de exploatare a rezervorului trebuie evaluată pentru cel mai slab (sensibil) punct din depozit şi de asemenea pentru toate zonele îndepărtate şi situaţii structurale care sunt în comunicare hidraulică cu depozitul, în scopul evitării: - oricărei dislocări mecanice a rocii acoperiş prin fracturare; -oricărei pătrunderi de gaze în roca acoperiş prin împingerea apei în afara rocii

Fig. 8.3 Gradienţii de presiune ai fluidelor în rezervorul de gaze

19

acoperiş, prin faliile din formaţiune sau prin defectele tehnice din sonde; Presiunea mărită de exploatare a rezervorului este limitată de cea mai mică valoare a presiunii dintre: - presiunea de fracturare; - presiunea la care gazul poate pătrunde în copertă sau la suprafaţă datorită integrității insuficiente; - presiunea calculată rezultată din presiunea apei din roca acoperiş plus presiunea capilară limită a rocii acoperiş (dacă este aplicabil). Limita superioară a presiunii de injecţie este presiunea necesară pentru fisurarea rocii din stratul superior, de obicei presiunea litostatică sau presiunea exercitată de roca protectoare. Multe zăcăminte de gaze sunt puse în exploatarea până la o presiune corespunzătoare coloanei de apă sau coloanei de apă sărată (determinată de adâncimea sondei la obiectivul respectiv). Uzual, gradientul de presiune este de 9,73 + 11,76 kPa/m sau 0,0973 + 0,1176 bar/m. În figura 3 se redă o diagramă a mărimilor hidraulice, ale coloanelor de apă şi apă sărată de diferite concentraţii. Proiectele pentru câmp (zăcământ) sunt potrivite cu variaţiile de consum de la sfârşitul perioadei reci. De exemplu, când 70 % din gazul curent a fost extras, presiunea scăzută din rezervor este prevăzută şi folosită cu curbele de performanţă ale sondei pentru a obţine debitul sondei. Apoi numărul de sonde necesar poate fi stabilit împreună cu puterea de comprimare instalată astfel încât procesul de extracţie al gazului curent să se desfăşoare în concordanţă cu acoperirea vârfului de consum. De asemenea, se are în vedere şi încadrarea în timpul aferent ciclului de extracţie. În mod frecvent, presiunea de extracţie este astfel stabilită încât scurgerea gazelor din sonde să se facă liber. Experimentele au confirmat că dacă la presiunea iniţială de zăcământ se adaugă o diferenţă de presiune p = p - piz, rezultatele concretizate în randamentul unui ciclu de înmagazinare sunt foarte bune. Transpus în gradienți de presiune, experiența arată că adăugând la gradientul de presiune corespunzător lui piz, 14,70 kPa/m capacul se comportă normal. Deja pentru capace consolidate, întărite (acoperişuri) s-au folosit cu succes valori de 15,86 kPa/m peste gradientul iniţial. Folosirea rezervorului (zăcământului) la un nivel de presiune maxim, va conduce în mod normal Ia o capacitate maximă de depozitare şi la cea mai ridicată capacitate de producţie pentru sonde (debite), deci atingerea scopului. Dacă capacul (acoperişul) zăcământului este slab consolidat, pentru siguranţă se poate folosi ca presiune maximă de exploatare, presiunea iniţială de zăcământ. Pentru depozitele aflate în exploatare în România avem următoarea situaţie: Presiune maximă Nr. crt. Depozitul Presiunea de bază Presiunea iniţială de zăcământ de exploatare UM

-

bar

Bar

bar

1.

Bilciurești

45

233

81

2.

Urziceni

60

135

75

3.

Bălăceana

4.

Sărmăşel

5.

59

Tg. Mureş Presiunea de bază este presiunea minimă care asigură extracţia gazului curent 20

într-un ciclu de extracţie. Aceasta presiune de bază este dictată şi de considerentele economice. Exemplu: la depozitul de gaze Bilciurești, are valoarea pb = 45 şi asigură astfel: - transportul gazelor către consumatori în punctul Butimanu unde se face legătura cu reţeaua de transport; - extracţia gazului curent înmagazinat.

Fig. 8.4 Ciclurile de presiune pentru un rezervor subteran etanş

Presiunea de bază, variază în limite mici funcţie de variaţia presiunii din sistemul de transport precum şi funcţie de debitul zilnic extras într-o anumită perioadă de timp. Presiunea de bază pentru unele depozite poate fi şi presiunea de aspiraţie pentru staţia de compresoare în timpul extracţiei. Acest caz este valabil pentru acele depozite de gaze a căror presiune de bază nu poate asigura presiunea necesară transportului gazelor sau nu poate asigura extracția gazului curent. Presiunea de bază este de asemenea egală cu presiunea de refulare a staţiei de comprimare în procesul de început de injecţie. Aceasta înseamnă că pb trebuie corelată cu instalaţia de comprimare a gazelor în vederea injectării lor în rezervor. Presiunile de operare în depozite sunt notate zilnic (orar) ca o siguranţă de exploatare a rezervorului, prin observaţiile de la sondele piezometrice. 21

Curbele de presiune aferente ciclurilor de depozitare sunt relativ apropiate şi închise, aşa cum se vede în figura 4. La rezervoarele a căror permeabilitate este mai scăzută, curbele de presiune au depărtare mai mare (un histerezis mai pronunţat). Comportarea dinamică a rezervorului Informaţiile de la testele de sondă, presiunea şi istoricul datelor de producţie de la depozitul propus şi formaţiunile înconjurătoare trebuie analizate pentru a estima capacitatea de înmagazinare a rezervorului iar proprietăţile sale dinamice trebuie determinate de un studiu de bilanţ material, simularea comportării rezervorului sau alte mijloace. Trebuie evaluate comportarea presiunii şi migrarea posibilă maximă a hidrocarburilor în viitor. Operaţiile de adâncime din vecinătatea rezervorului Cerinţele de proiectare, construcţie şi monitorizare a oricărui depozit propus pentru înmagazinare trebuie să ia în considerare toate activităţile de adâncime din vecinătate, din trecut sau prezent, cum ar fi: rezervoare de ţiţei şi gaze, acvifere de apă dulce, activităţi miniere sau alte instalaţii de înmagazinare subterană. Operaţiile la oricare depozit propus pentru înmagazinare şi cele de la activităţile de adâncime din vecinătate trebuie să fie compatibile între ele. Trebuie folosite toate informaţiile existente şi necesare pentru a evalua influenţa potenţială a unei amenajări de înmagazinare asupra activităţilor de adâncime învecinate. Capacitatea depozitului Pentru a determina capacitatea depozitului (volumul rezervorului) este necesar să se cunoască plaja presiunilor de lucru (presiunea minimă de exploatare, presiunea de bază, presiunea maximă). Exploatarea zăcămintelor de gaze poate să aducă foarte multe informaţii despre procesul de extracţie şi mai precis se poate stabili relaţia producţie - presiune. O diagramă a presiunii zăcământului raportată la factorul de compresibilitate (p/Z) în funcţie de cantitatea de gaze extrasă (G) este redată în figura 5, permite calcului resursei iniţiale de gaze şi de asemenea volumul porilor pentru depozitarea gazelor. Dacă avem împingere de apă, relaţia p/Z = f(G) poate să conducă la valori mai mari faţă de realitate. Pentru un zăcământ epuizat de joasă presiune, cantitatea de gaze extrasă raportată la căderea de presiune unitară şi poate să ofere informaţii mult mai precise (fig. 5.). Evoluţia presiunii de zăcământ funcţie de cumulativul de gaze extras pentru perioada 1962-1983 referitor la zăcământul Bilciureşti este redată în figura 6. Cumulativul de gaze injectat funcție de presiunea de injecţie în rezervor este redat în figura 7. Metodologia de proiectare a înmagazinării subterane Metodologia de proiectare a înmagazinării subterane este următoarea: Reevaluarea imaginii geologice a unităţilor hidrodinamice:  Stratigrafia, în cazul în care au mai fost săpate sonde după ultimul studiu de exploatare avizat.  Tectonica şi caracterul de etanşeitate al faliilor prin interpretarea investigaţiilor hidrodinamice efectuate prin sonde.  Trasarea harţilor cu izobate, izopachite, izoperme, izocore, izosaturaţii, izo-apă interstiţială, secţiuni geologice pentru fiecare bloc tectonic, etc. Evaluarea parametrilor fizico-hidrodinamici ai zăcămintelor:  Presiunea statică şi temperatura de zăcământ. 22

 Întocmirea buletinului de analiză a gazelor ce urmează a fi înmagazinate şi folosirea sa împreună cu diagrama PVT pentru evaluarea presiunii şi temperaturii pseudoreduse; aceste valori ne permit estimarea unor proprietăţi ale gazelor (Z-factorul de abatere de la legea gazelor perfecte,  - vâscozitatea dinamică,  - factorul de compresibilitate, etc.).  Evaluarea porozităţii, permeabilităţii efective pentru gaze şi a saturaţiei în apă din analizele pe carote, investigaţii geofizice şi/sau hidrodinamice.  Determinarea grosimii efective a stratului din diagrafii geofizice.  Alegerea ciclului injecţie-extracţie (mai-octombrie, noiembrie-aprilie).  Stabilirea sondelor de injecţie şi a celor de extracţie. Calculul resurselor şi rezervelor:  Prin metoda volumetrică: Resursa iniţială a unui zăcământ de gaze care produce în regim elastic va avea expresia: 1 Gi  Vb  m  1  Sai  (1.9) bgi iar la presiunea statică p, G  V  m  1  Sai 

1 bg

(1.9)

În aceste relaţii V este volumul brut al zăcământului, m - porozitatea, Sai - saturaţia în apă ireductibilă, iar bg este factorul de volum al gazelor. Cumulativul de gaze extras (rezerva) din intervalul de presiune (pi – p) va fi egal cu:  1 1  G  V  m  1  Sai   (1.9)  bgi bg    iar factorul de recuperare, în orice moment va fi: G 1   1 (1.9) Gi bg deoarece: 1 p0 T (1.9)   f   p T0 p Aşa cum rezultă din diagrama pVT, cu cât presiunea statică este mai mare cu atât factorul de volum este mai mic şi deci şi factorul de recuperare al gazelor injectate în zăcământ va fi mai mic.  Prin metoda bilanţului material (din datele de comportare): p T G i  Ap h  m  1  S ai  i  (1.9) Z i 288,15 bg  Z 

1.6.1. Proiectarea înmagazinării gazelor în zăcăminte care au produs în regim elastic  Istoricul de producţie (figura 1.5) Reprezentarea grafică a datelor de producţie va conduce la dreapta p  p   1  G j          Z  j  Z  i  G i 

(1.10)

23

în care G j , reprezintă cumulativul produs până ce presiunea statică atinge valoarea p j , iar

Gi reprezintă resursa iniţială de gaze. Aceasta se obţine prin extrapolarea dreptei până la valoarea p/Z = 0.

Fig. 1.5. Istoricul de producţie pentru zăcăminte care au produs în regim elastic

Dacă datele de producţie sunt corect înregistrate, resursa geologică iniţială determinată din grafic va corespunde valorii ei determinată folosind metoda volumetrică. De asemenea, dacă se impune presiunea de abandonare, din acelaşi grafic se obţine rezerva recuperabilităţii şi odată cu aceasta factorul final de recuperare, Gr / Gi .  Determinarea presiunii medii la sfârşitul primei perioade de injecţie

p  p   G  I 1   (1.11)       1  Gi  Z  I 1  Z  i   în care G este cumulativul extras până la începutul injecţiei iar  I 1 reprezintă cumulativul de gaze injectat în prima perioadă de injecţie. Determinarea presiunii statice medii la sfârşitul primului ciclu de producţie (extracţie): p  p   G   G 1   I 1  (1.12)       1   Gi  Z  E 1  Z  i    Determinarea presiunii medii la sfârşitul ciclului "n" de injecţie, respectiv producţie n 1 n    G   G  j   I  j  p  p  j 1 j 1  (1.13)       1   Z Z G   I n   i i     n 1 n    G   G  j   I  j  p  p  j 1 j 1      1  (1.14)    Gi  Z  E n  Z  i     24

Fig. 1.6. Variaţia presiunii intr-un proces de înmagazinare-extracţie

În situaţia în care volumul de înmagazinare a gazelor este mai mare decât cel de extracţie, variaţia presiunii statice a zăcământului în funcţie de timp, din momentul zero (începerea procesului de înmagazinare) până în momentul atingerii presiunii maxime de comprimare (pcmax) este redată în figura 1.6. 1.6.2. Proiectarea înmagazinării gazelor în zăcăminte care au produs în regim mixt lstoricul de producţie: Curba reală a variaţiei funcţiei (p/Z) =f(G) obţinută din datele de producţie este redată în figura 1.7 (curba 2) observându-se că scăderea presiunii este mai mică decât la zăcămintele care au produs în regim elastic (dreapta 1); reiese încă o dată că presiunea de abandonare este mai mare, ceea ce conduce la un factor de recuperare mai mic. Diferenţa valorilor parametrului (p/Z) corespunzând curbei 2 şi dreptei 1 permite determinarea influxului de apă (W) care pătrunde din acvifer în zona saturată cu gaze. Variaţia presiunii în timp, prin cumulativul G este dată de ecuaţia: G 1  p Gi p (1.15)         Z  j  Zi i 1  W bgi  G i în care factorul de volum are forma: p T bgj   o To  p     Z i Acum din expresia (1.15) se deduce imediat:

(1.16)

25

  p    Z W j  1    p  Z   De asemenea

      1  G   (1.17)  1   G i  bgi Gi        2  se poate determina, în orice moment, volumul de pori saturat cu

gaze: ( V p ) j  Vo  W j

(1.18)

sau reducerea procentuala a acestuia: (Vp ) j Vo  W j (1.19)  V0 V0 în care V0 este volumul de pori iniţial saturat cu gaze, iar W j este influxul total de apă în momentul j. În cazul în care nu există puncte care să definească curba 2 se va folosi modelul redat mai jos. Debitul cu care produce sau injectează o sondă va avea valorile: Q p  IP  ps2  pd2  (1.20) respectiv: 2 Q inj  IP  pinj  ps2 

(1.21)

în care:

IP  a 

  k  h  T0  r  3   Z  T  p0  ln c   s   rs 4 

(1.22)

26

Fig. 1.7. Istoricul de producţie pentru zăcăminte care au produs în regim mixt

unde: a este lungimea contactului apă-gaze, radiani; k - permeabilitatea efectivă faţă de gaze; h - grosimea efectivă a stratului; Z - factorul de neidealitate; rc - raza echivalentă a 0,5 zăcământului de arie A, egală cu A /   ; s - factorul total de sondă (imperfecţiunea după modul de deschidere, după gradul de deschidere etc.); ps - presiunea statică a zăcământului; pd - presiunea dinamică a sondei; pinj - presiunea de injecţie. Determinarea presiunii medii la sfârşitul ciclului n de injecţie, respectiv producţie se va face cu relaţiile: n 1 n    G   G  j   I  j  j 1 j 1 1     Gi   p  p   (1.23)      n Z Z   I n   W



1

j

j 1

Gi  bgi

n 1

p    Z  E n

n   G   G  j   I  j j 1 j 1 1   Gi  p     n  Z i W



1

     

(1.24)

j

j 1

G i  bgi 27

Proiectarea înmagazinării subterane a gazelor folosind metodele numerice S-a arătat anterior că proiectarea exploatării zăcămintelor de hidrocarburi ca şi a proceselor de înmagazinare subterană a gazelor naturale în zăcăminte depletate s-a folosit un model matematic analitic bazat pe ecuaţia difuziei (ecuaţie ce derivate parţiale de ordinul doi de tip parabolic şi soluţiile acesteia, pentru condiţiile limită şi inițiale impuse de către modelul fizic al unităţii hidrodinamice studiate). În anumite situaţii în evaluarea parametrilor proceselor de producţie şi/sau de injecţie se pot folosi metode numerice, care însă conduc la soluţii aproximative. Aceste metode numerice folosesc forme simplificate ale ecuaţiilor fundamentale de curgerea gazelor naturale prin medii poroase, care se obţin prin convertirea acestora în sisteme de ecuaţii algebrice. Modelarea numerică apelează la una din proceduri:  Folosirea diferenţialelor finite,  Folosirea elementului finit,  Folosirea sistemelor de inteligenţă artificială. Cea mai folosită metodă de aproximare a derivatelor parţiale ce intervin în ecuaţiile generale de curgere este metoda bazată pe diferenţele finite. Aceste diferenţe pot fi regresive, progresive şi centrale. Domeniul în care are loc curgerea fluidului se discreditează intr-o reţea uniformă pentru a facilita transformarea ecuaţiilor cu derivate parţiale, valabile pentru un întreg zăcământ, în ecuaţii algebrice uşor de rezolvat dar valabile numai în punctele reţelei de discretizare. Metodele explicite sunt acelea care evaluează valorile parametrilor necunoscuţi cu date de producţie cunoscute (din istoricul de producţie sau injecţie). Cele mai cunoscute dintre acestea sunt:  Metoda explicită fundamentală  Metoda explicită a direcţiilor alternative  Metoda Du fort – Frenkel  Metoda Larkin – Baracat – Clark  Metoda Euler modificată  Metoda Runge – Kutta. Metodele implicite sunt acelea în care calculul valorilor parametrilor necunoscuţi la noul pas de timp necesită rezolvarea întregului sistem de ecuaţii algebrice. Cele mai utilizate sunt următoarele:  Metoda implicită fundamentală  Metoda Crank – Nicholson Rezolvarea sistemelor de ecuaţii algebrice se poate face prin metode directe sau iterative. Dintre metodele directe cea mai folosită este metoda Thomas care se aplică în cazul matricei sistemului de ecuaţii trigonal. Metode iterative cele mai folosite:  Metoda Jacobi  Metoda Gauss – Seidel  Metoda supralaxării succesive. Metodele iterative sunt cele mai folosite deoarece pentru păstrarea valorilor matricei, spaţiu pentru memorie este mai redus. Reţelele neuronale, încadrate în sistemul de inteligenţă artificială, permite rezolvarea unor probleme complexe pentru care nu există un algoritm dar posedă unele exemple de soluţii. Sistemele de inteligenţă sunt realizate prin asimilarea structurii şi funcţionării sistemului nervos uman. Reţelele neuronale artificiale sunt alcătuite dintr-un număr mare 28

de noduri în care sunt amplasate elemente de procesare ce poartă numele de neuroni. Reţelele neuronale au avantajul că dispun de un anumit set de date care se pot generaliza şi sintetiza caracteristicile relevante. 3.4. Monitorizarea Pentru a verifica dacă cerinţele de mai sus sunt îndeplinite, trebuie implementate sisteme de monitorizare şi proceduri specifice. Principala activitate constă în monitorizarea volumelor de gaze injectate şi extrase, presiunile de înmagazinare şi determinarea distribuţiei spaţiale a fazei gazoase (împrăştierii fazei gazoase în spaţiu). Sistemul de monitorizare instalat trebuie utilizat de operator în mod regulat pentru a controla comportarea şi etanşeitatea depozitului. Pentru monitorizarea depozitului sunt măsurate regulat presiunile stabilizate din capul de erupţie de la sondele de exploatare şi observare. Pentru controlul comportării depozitului aceste presiuni pot fi transformate în presiuni de adâncime. În plus este recomandat să se execute teste de presiune de fluid în scopul verificării presiunilor de înmagazinare şi a verificării conversiei presiunilor din capul de erupţie în presiuni de fluid. Având la bază datele de monitorizare trebuie să fie verificată rezerva din depozit şi concepţia de proiectare a rezervorului. Dacă este necesar, modelul de rezervor trebuie revizuit, iar estimarea comportării depozitului adus la zi. Pentru controlul integrităţii, operatorul trebuie să verifice în mod regulat presiunile din spaţiul inelar de la toate sondele. Orice abatere trebuie înregistrată şi evaluată pentru a stabili dacă este nevoie de a se lua măsuri de remediere. 3.4.1. Sistemul de monitorizare Sistemul de monitorizare trebuie să fie proiectat pentru a verifica conservarea gazului şi integritatea rezervorului de înmagazinare în timpul exploatării. Proiectarea presupune achiziţia de date cum ar fi: presiuni reprezentative pentru rezervor şi presiuni în spațiile inelare, cantitatea şi calitatea gazelor injectate şi produse şi, dacă este aplicabil, rezultatele carotajelor geofizice de saturaţie. Dacă este necesar, pot fi implementate în sistemul de monitorizare sonde de observaţie. Comportarea depozitului, întinderea fazei gazoase şi identificarea oricăror pierderi trebuie analizate, de ex. prin calcule de bilanţ material sau studii de simulare. Pentru fiecare proiect va fi stabilit individual cel mai potrivit sistem de monitorizare. 3.4.2. Monitorizarea stocurilor de gaze depozitate în rezervoare subterane Gazele naturale reprezintă acel potenţial energetic care poate fi stocat în cantităţi mari în depozite subterane, în aceeaşi stare în care este utilizat la consumatorul final, fără a fi supus transformărilor şi întreruperilor. Siguranţa în exploatare a depozitelor precum şi volumul foarte mare al gazelor naturale, impun urmărirea foarte strictă a procesului tehnologic de înmagazinare şi livrare. Monitorizarea stocurilor de gaze depozitate este necesară pentru depistarea la timp a eventualelor pierderi sau a erorilor de măsurare ce pot apărea în timpul procesului de stocare şi livrare. Gazul tampon (perna de gaze) reprezintă volumul total de gaze nerecuperabil care exercită o contrapresiune în roca rezervor pentru menţinerea unui debit minim, necesar la livrarea gazelor în timpul unui ciclu. Gazul de lucru (curent) reprezintă volumul total de gaze ce se poate livra în timpul unui ciclu. Gazul tampon şi gazul curent, împreună au costurile cele mai ridicate pe ansamblul procesului de înmagazinare. În aceste condiţii este normal să se dorească găsirea unor metode de evaluare a cantităţii de gaze din depozitul subteran. Gazele sunt 29

măsurate la introducerea şi apoi la extragerea din depozit. Diferenţa între aceste valori, plus gazul tampon (zestrea) reprezintă cantitatea de gaze care ar trebui să fie în depozit. Există trei factori care pot conduce la înregistrarea acestor diferenţe: a.existenţa unor erori de calcul al cantităţii iniţiale de gaze rămase în depozit la începutul procesului de injecţie (deşi aceasta nu reprezintă în mod normal o problemă, trebuie reţinută atunci când apar diferenţe); b.prezenţa unor erori de măsurare a debitului de gaze fie la introducere, fie la extragerea din depozit; c.existenţa unor scurgeri (pierderi) de gaze din depozit. Pierderea de gaze este una din principalele probleme în managementul depozitelor subterane. Unul din elementele de siguranţă în folosirea unui zăcământ depletat ca depozit de înmagazinare, este faptul că gazele au fost cantonate în zăcământ o perioadă lungă de timp, acest lucru conferă siguranţă în utilizarea lui ca depozit. Acest element de siguranţă poate genera însă erori. Una dintre cele mai întâlnite probleme este avansarea frontului de apă în spaţiul ocupat iniţial de gaze. În unele cazuri apa poate inunda (umple) complet zăcământul, cu excepţia unui mic cap de gaze care rămâne la sfârşitul exploatării. În această situaţie avem de a face cu un zăcământ „complet” inundat. În cazul zăcămintelor neuniforme care produc în regim mixt, dezlocuirea gazelor de către apă se face sub formă de „degete”, apa fiind închisă (sechestrată) în masa de gaze. Astfel se formează pachete (zone) separate (izolate) de gaze. Aceste pachete de gaze pot rămâne în rezervor şi acestea există din punct de vedere tehnic în stoc. Însă, ele se pierd şi nu pot fi extrase fără antrenarea unei mari cantităţi de apă. 2.1.1. Tipuri de pierderi Modalităţile prin care gazele pot fi pierdute pot fi sintetizate astfel: d.pierderi în spatele coloanei sondei către alte formaţiuni (strate); e.pierderi prin spatele coloana sondei către suprafaţă; f. pierderi prin acoperişul rezervorului; g.pierderi către alt zăcământ care nu face parte din depozitul de înmagazinare datorită unei cimentări nereuşite ; h.pierderi prin accidente tectonice care s-au produs ca urmare a scăderii presiunii din zăcământ; i. pierderi prin echipamentul de suprafaţă şi conducte. Pierderile prin acoperişul rezervorului nu reprezintă ceva obişnuit. O ipoteză mai probabilă de pierderi o reprezintă sondele existente în câmpul de înmagazinare care au fost folosite la exploatarea primară. Mai toate depozitele de înmagazinare subterană a gazelor folosesc fostele sonde de producţie, fie pentru procesul de înmagazinare, fie ca sonde de observaţie. Dacă aceste sonde sunt vechi este posibil să fi fost forate într-o perioadă în care tehnologia de echipare sau de cimentare nu era la fel de dezvoltată ca astăzi. În plus, dacă aceste sonde sunt vechi, cimentul din spaţiul inelar şi coloanele pot fi deteriorate. Aceste situaţii poate duce la migrarea gazelor către alte formaţiuni.

30

Presiunea (106 N/m2)

3.4.2.2. Istoricul relaţiei presiune – volum

Cantitatea totală de gaze (mil m3) Fig. 1 Diagrama presiune – volum a unui rezervor, pentru un caz ideal de operare

Scurgerea gazelor din depozit poate fi observată în cazul studierii istoricului variaţiei cuplului presiune – volum al rezervorului. Pentru aceasta trebuie înţeles tipul ciclului. Injecţia şi extracţia gazelor din zăcământ cauzează modificarea presiunii în rezervor. Când ciclurile de injecţie şi extracţie sunt identice de la an la an şi nu apar pierderi, istoricul presiune – volum trebuie să fie identic în fiecare an. Ciclurile de injecţie – extracţie nu sunt niciodată identice doi ani la rând, dar pot exista puncte de comparaţie pe parcursul ciclului. Dacă pe abscisă se consideră cantitatea totală de gaze rămasă în zăcământ şi pe ordonată presiunea corespunzătoare rezultă o curbă presiune – volum a rezervorului (fig. 1). Linia punctată din figură reprezintă curba de declin a presiunii care a fost modificată. Noua diagramă este de forma: presiune de zăcământ în funcţie de cantitatea de gaze rămasă în rezervor. Dacă acest rezervor ar fi utilizat ca depozit, gazul curent ar fi reprezentat prin linia continuă. Ciclul de injecţie este reprezentat de porţiunea AB şi se realizează în lunile de vară. În acest timp rezervorul trebuie să fie umplut la capacitate. Ciclul de extracţie este reprezentat de porţiunea BA. Aceasta ar reprezenta cazul ideal de operare. Acest tip de înmagazinare se poate realiza numai în cazul unei permeabilităţi ridicate. 3.4.2.2. Noţiunea de rezervor volumetric Ciclul real de stocare pentru un zăcământ de înmagazinare la care permeabilitatea are valori normale este arătat în figura 2. Linia punctată reprezintă curba de declin a presiunii rezervorului. Perioada de injecţie este de la A la B. În punctul B rezervorul este plin şi presiunea este deasupra curbei de declin a presiunii. Presiunea nu s-a egalizat în zăcământ şi presiunea unor sonde este mai ridicată decât în restul zăcământului. La sfârşitul ciclului de injecţie, în mod normal câmpul este închis o perioadă de timp. Aceasta variază de la un depozit la altul, dar în mod normal este de 15 - 30 zile. 31

Presiunea (106 N/m2)

Scopul acestei perioade de închidere este să permită egalizarea presiunii în depozit. Această perioadă de închidere este reprezentată în figura 2 prin porţiunea BC. Se poate observa o cădere de presiune în această perioadă de închidere. La sfârşitul acestei perioade presiunea este reprezentată prin punctul C. Acest punct se situează încă deasupra curbei de declin a presiunii indicând faptul că presiunea nu a fost complet egalizată în zăcământ. Perioada de extracţie este reprezentată în figura 2 prin porţiunea CD. În perioada de extracţie a gazelor, valoarea presiunii se va situa sub curba de declin a presiunii. Această scădere va continua până în punctul D. Acesta indică valoarea presiunii din sonde la sfârşitul ciclului de extracţie. Această presiune este mult sub curba de declin indicând că presiunea nu este egalizată în zăcământ. În mod normal trebuie să existe o altă perioadă de închidere la sfârşitul ciclului de extracţie. Această perioadă este reprezentată de porţiunea DA. În această perioadă de închidere presiunea va creşte, această creştere fiind reprezentată prin porţiunea DA. Deşi ea reprezintă o creştere semnificativă a presiunii în zăcământ, presiunea din punctul A este încă sub valoarea curbei de declin a presiunii. Aceasta demonstrează că presiunea în rezervor nu este complet egalizată.

Cantitatea totală de gaze (mil m3)

Fig. 2 Diagrama presiune – volum pentru un ciclu real de stocare la rezervorul volumetric Bilciureşti

În figura 3 se redă un ciclu real de stocare în depozitul de gaze din Bilciureşti. Datele care au stat la baza întocmirii graficului sunt redate în tabelul nr. 1 şi au fost determinate cu ajutorul calculelor şi parametrilor indicaţi la aparatele instalaţiilor de suprafaţă. După cum se observă, curba ciclului de injecţie aferentă anului 2000 nu se închide cu ciclul de extracţie aferent anului 2001. Aceasta demonstrează că o cantitate de gaze a rămas depozitată în rezervor. Pentru a trage unele concluzii cu privire la pierderile de gaze şi natura lor este necesar să se studieze poziţia celorlalte curbe, aferente ciclurilor anterioare. Aceste curbe pot fi trasate în condiţiile în care se fac măsurători la sondele de observaţie sau în sondele de exploatare. În figura 4 sunt redate variaţiile anuale ale presiunii de zăcământ 32

în funcţie de stocul de gaze (gazul tampon şi gazul curent). Poziţia apropiată a acestor linii indică faptul că în zăcământul de depozitare Bilciureşti nu sunt pierderi.

Fig. 3 Diagrama presiune –volum pentru un ciclu de stocare calculată la depozitul Bilciureşti

Fig. 4 Presiunea de zăcământ funcţie de stocul de gaze la depozitul Bilciureşti

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

33

Presiunea (106 N/m2)

Cantitatea totală de gaze (mil m3) cu împingere de apă 3.4.2.4. Comportarea unui zăcământ care produce în regim mixt Figura 2 ilustrează comportarea unui rezervor volumetric (cu destindere elastică) în timpul unui ciclu de injecţie – extracţie; aceasta este complexă datorită modificărilor condiţiilor din rezervor. Comportarea unui rezervor cu apă activă în timpul depozitării este chiar mai complexă. Figura 1 ne-a arătat curba de declin a presiunii pentru un rezervor volumetric. Un acvifer sau un rezervor cu o puternică împingere de apă are un alt tip de curbă a declinului de presiune. Aceasta este ilustrată de figura 5. Într-un rezervor volumetric, atunci când tot volumul de gaze a fost extras, presiunea poate să scadă la o presiune de abandonare. Această scădere a presiunii diferă la un rezervor cu împingere de apă. Aici există o presiune corespunzătoare acviferului. Această presiune este dependentă de adâncimea rezervorului şi poate fi exprimată în metri coloană de apă sărată. Originea O din figura 5 ne arată acest punct. Când un zăcământ cu apă activă produce, apa invadează acest rezervor până când îl umple. Când zăcământul este transformat în depozit şi gazele sunt injectate, această injecţie a gazelor impinge apa; astfel se creează un volum mai mare de pori disponibil pentru gaz. Această împingere a apei este îndeplinită de două mecanisme. În figura 5, linia OA reprezintă un rezervor cu împingere de apă care are un volum infinit. Dacă gazul este injectat în rezervor nu este percepută o schimbare a presiunii. Acest caz nu poate fi întâlnit în practică, dar poate fi considerat ca fiind un caz limită. Linia OB din figura 5 ilustrează o curbă tipică a declinului de presiune pentru un rezervor cu împingere de apă. Trebuie subliniat faptul că toate liniile reprezintă condiţii de presiune egală în rezervor. Figura 6 ne arată ciclul de operare pentru un tip caracteristic de rezervor cu împingere de apă. Această diagramă arată la fel cu cea a unui ciclu de operare pentru un rezervor volumetric, prezentat în figura 2. Totuşi aici sunt câteva diferenţe importante. În ambele cazuri linia întreruptă reprezintă curba de declin a presiunii pentru rezervor. În cazul rezervorului volumetric această linie trece prin originea graficului. În cazul rezervorului cu împingere de apă această linie nu trece prin originea graficului.

34

Presiunea (106 N/m2)

În figura 6 perioada de injecţie este reprezentată de linia AB. Prima porţiune a acestei linii poate fi ceva mai abruptă decât aceeaşi linie din figura 2, aceasta deoarece

Cantitatea totală de gaze (mil m3) Fig. 6 Diagrama presiune – volum; ciclul real de operare pentru un rezervor cu împingere de apă apa a ocupat spaţiul lăsat liber de gaz (în timpul perioadei de extracţie, când presiunea este scăzută) şi gazele au fost injectate într-un volum mic de pori. Acest efect nu poate fi perceput, decât dacă rezervorul a avut o permeabilitate mare. Presiunea în punctul B este mai mare deoarece gazele nu au împins apa în întregime. Linia BC arată perioada de închidere după perioada de injecţie. În timpul acestei perioade presiunea scade considerabil. În punctul C, după perioada de injecţie, presiunea este încă mai mare decât în cazul rezervorului volumetric. Aceasta se întâmplă deoarece presiunea nu este egalizată în partea de gaze a rezervorului. Argumentul ar fi acela că gazul nu a împins în întregime apa până la echilibru. Linia CD arată ciclul de extracţie. La sfârşitul acestei perioade punctul D are o presiune mai mică decât în cazul rezervorului volumetric datorită faptului că apa nu a reuşit să umple spaţiul porilor lăsat liber de gaze. Din această cauză volumul rămas pentru depozitarea gazelor, va fi mai mare. Linia DA reprezintă perioada de închidere după ciclul de extracţie. În timpul acestei perioade de închidere presiunea în sondă creşte până în punctual A. Presiunea în acest punct este considerabil mai joasă decât linia de declin a presiunii datorită condiţiilor tranzitorii de presiune în rezervor şi datorită faptului că afluxul de apă nu este complet.. Depozitul de gaze Urziceni constituie un exemplu de rezervor cu împingere de apă. Figura 7 arată că exploatarea depozitului de gaze Urziceni se face în regim mixt, cu împingere de apă. Analiza ciclurilor de exploatare (istoricul presiune – volum de gaze injectate şi extrase pentru depozitul Urziceni) reprezentate graphic în figura 7 în perioada 1978 – 2002 arată că depozitul Urziceni nu a avut pierderi de gaze. Figurile 2 şi 6 reprezintă rezervoare care au fost transformate în unităţi de depozitare, au atins cicluri de operare stabile repetabile şi sunt etanşe. 35

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

3.4.2.5. Dezvoltarea zăcământului de depozitare În timpul dezvoltării (umplerii rezervorului cu gaze) se întâlnesc cicluri de tranziţie. Pentru un rezervor volumetric dezvoltarea istoricului presiune – volum poate arăta ca în figura 8. După ce perna de gaze a fost injectată, (gazul tampon) numai o parte din gazul curent (gaz de lucru), este injectat în primul an. După ciclul de injecţie o mică parte din gazul curent care a fost injectat este extras. Acest model poate fi urmat timp de doi sau mai mulţi ani până ce întreg volumul curent de gaze a fost injectat. Acest program este de obicei guvernat de disponibilitatea gazului de a fi injectat în zăcământ. Ciclurile de presiune – volum din timpul perioadei de dezvoltare sunt aflate, în jurul curbei de declin a presiunii. Când toate gazele au fost injectate, zăcământul se va comporta ca în figura 2. 4. CONSERVAREA MEDIULUI ÎNCONJURATOR Construcţia şi exploatarea trebuie făcută în asemenea manieră încât să se menţină integritatea conservării. Nici o altă activitate sau instalaţie nu trebuie să afecteze integritatea reţinerii. Depozitul poate fi exploatat ciclic între presiunile maxime şi minime de lucru corespunzător cu cantitatea de gaze recuperabilă (de lucru). Sub presiunea minimă de lucru este inevitabil ca o mare cantitate de gaze, cunoscută sub numele de gaze tampon, să rămână în rezervor. Instalaţiile de înmagazinare trebuie proiectate astfel încât să asigure continuitatea conservării pe termen lung a produselor înmagazinate. Aceasta implică cunoştinţe 36

prealabile adecvate despre formaţiunea geologică în care urmează să se formeze depozitul şi geologia rocilor înconjurătoare. - culegerea tuturor informaţiilor de bază necesare pentru precizarea parametrilor limită de construcţie şi exploatare; - demonstrarea capacităţii de a asigura conservarea pe termen lung a produselor înmagazinate prin intermediul integrităţii sale mecanice şi hidraulice. Construcţia şi exploatarea trebuie făcută în asemenea manieră încât să se menţină integritatea conservării. Nici o altă activitate sau instalaţie nu trebuie să afecteze integritatea reţinerii. 3.1. Mediul înconjurător subteran Instalaţia de înmagazinare trebuie proiectată, construită şi exploatată în asemenea maniera încât să preîntâmpine orice influenţă inacceptabilă care ar putea s-o exercite asupra mediului înconjurător subteran. Aceasta presupune că au fost identificate formaţiunile înconjurătoare, determinate caracteristicile lor importante şi că sunt protejate corespunzător. 3.2. Mediul înconjurător de la suprafaţă Instalaţia de înmagazinare trebuie proiectată, construită şi exploatată în asemenea manieră încât să nu determine vreo mişcare inacceptabilă a solului la suprafaţă şi că va preîntâmpina orice efecte create de emisiile gazoase, lichide, solide, de radiaţii şi zgomot. 3.3. Siguranţa Instalaţia de înmagazinare trebuie proiectată, construită şi exploatată astfel încât să nu prezinte vreun risc pentru siguranţa exploatării şi a personalului. Suplimentar faţă de prescripţiile de siguranţă uzuale şi cerinţele aplicabile la toate instalaţiile industriale compatibile, trebuie luate nişte măsuri corespunzătoare pentru a reduce riscul şi consecinţele exploziei şi pierderilor prin scurgeri. 5. CONSTRUCŢIA Construcţia trebuie executată în conformitate cu parametrii de proiectare ai depozitului. Forajul, echiparea, inspecţia, manipularea, montajul şi testarea la întreg echipamentul de adâncime şi la capul de erupţie trebuie făcute în conformitate cu standardele în vigoare (ISO, API) sau prescripţii echivalente. În timpul forajului, completării şi intervenţiilor la sonde, trebuie luate toate măsurile cuvenite în scopul preîntâmpinării riscului de erupţie. Tot echipamentul instalat şi materialele folosite la construcţia sondei trebuie să aibă certificate de calitate. 6.3. Întreţinerea Dacă există probe că funcţionarea sondei nu mai este sigură sau că integritatea sondei este pusă în pericol trebuie luate măsuri de remediere cât mai curând posibil. 8.2. Sisteme de depozitare subterană a gazelor Depozitarea subterană combină o alimentare constantă cu o cerere variabil, cu un avantaj economic. E ilustrată măsura în care capacitatea constantă a conductelor de transport este modelată între cererea scăzută din lunile de vară și cererea crescută din lunile de iarnă. Rezervoarele de depozitare sunt ocazional clasificate după natura serviciului pe 37

care îl asigură. Unele sunt în uz constant, cu fluctuaţii relativ mici a debitelor reale în timpul recuperării. Ele sunt numite depozite de bază. Altele sunt special proiectate să asigure o cerere foarte înaltă a pieţei pe perioade relativ scurte de timp. Acestea sunt numite depozite de tip vârf de sarcină. Depozitele de piață sunt în apropierea consumatorilor majori unde cererea variabilă e deservită de o combinație potrivită a gazelor din linia de conducte și cele din depozit. În depozitele de șantier avem o sursă variabilă către o magistrală completată de gazele din depozit. Cele mai multe depozite au fost realizate în zăcăminte de țiței sau gaze depletate, în nisipuri acvifere sau în domuri de sare. Figura 1.2 prezintă elementele majore ale unui proces de depozitare subterană. Acestea includ: - un strat de depozitare corespunzător, care include stratul poros permeabil şi rocile impermebile din acoperiş şi culcuş; - o sondă sau un sistem de sonde conectate la un sistem de colectare - injecţie la suprafaţă; - o instalaţie de comprimare şi deshidratare; - o linie de transport ce conectează depozitul cu sursa de alimentare din amonte și cu consumatorii din aval. În plus, faţă de ce este arătat în figura 2, instalaţia de depozitare mai cuprinde: - încălzitoare la fiecare sondă; - sonde de observaţie; - separatoare de lichid (individuale sau colective); - sisteme de îndepărtare a apei; - regulatoare şi manometre de presiune; - sisteme de injectare a metanolului. - conducte de transport de presiune medie la intrarea în localități. Proiectarea unei instalaţii de depozitare include proiectarea tuturor componentelor de mai sus. Uneori, instalaţia de depozitare include propriile conducte de transport de presiune medie sau scăzută la intrarea în localităţi şi în instalaţiile de lucru ale abonaţilor.

38

Fig. 8.2 Depozit subteran în acvifer

8.4. Alegerea variantelor pentru depozitare Ca rezervoare subterane de înmagazinare a gazelor pot fi utilizate. - zăcămintele de gaze depletate: - cupolele zăcămintelor de ţiţei; - zăcămintele de apă; - domurile de sare. Proiectarea unui proces de înmagazinare a gazelor presupune rezolvarea următoarelor aspecte: 1. delimitarea exactă a rezervorului, cu accent pe etanşeitatea acestuia; 2. stabilirea reţelei de sonde de injecţie – extracţie (poziţia şi numărul acestora); 3. amplasarea sondelor piezometrice (care urmăresc evoluţia procesului); 4. determinarea volumului de lucru; 5. stabilirea presiunii de lucru – nu trebuie să depăşească presiunea iniţială a zăcământului; În general se folosesc acele rezervoare pe care le avem la dispoziţie în zona în care vrem să depozităm gaze. Din analizele tipurilor de zăcământ, rezultă că, cele mai bune depozite sunt: 1. zăcămintele depletate de gaze. Înmagazinarea gazelor într-un zăcământ depletat de gaze, nu va ridica probleme deosebite având în vedre că fluidul injectat în strat este foarte apropiat structural de cel existent şi deci, va exista compatibilitate 39

aproape deplină. 2.cupolele zăcămintelor de ţiţei. În cazul zăcămintelor de ţiţei, injectarea gazelor în cupola acestora sau crearea unei cupole secundare de gaze va avea, în mod sigur, efecte favorabile şi asupra recuperării ţiţeiului. Va trebui totuşi, reconsiderat proiectul de exploatare al zăcământului de ţiţei. 3.zăcămintele de apă. Utilizarea zăcămintelor de apă ca rezervoare subterane pentru gaze ridică unele probleme destul de dificile. În primul rând, injectarea gazelor în strat necesită presiuni mai ridicate pentru a dislocui apa din pori. În al doilea rând, din cauza dizolvării gazelor în apa de zăcământ vor apărea pierderi substanţiale de gaze. În al treilea rând, la extragerea gazelor, vor creşte cheltuielile cu uscarea acestora. Mai apare, de asemenea, problema criohidraţilor, legată de umiditatea gazelor. De altfel, aceste aspecte apar şi în cazul rezervoarelor din zăcămintelor de ţiţei şi gaze, mai cu seamă dacă există un acvifer activ. 4. masivele de sare. În cazul domurilor de sare, cu ajutorul unor sonde săpate în acestea se creează caverne prin dizolvarea sării, unde pot fi depozitate gazele. Utilizarea acestor domuri de sare ridică însă, o serie de probleme legate de stabilitatea structurilor respective, siguranţa mediului etc. Rezultă deci, că cele mai adecvate pentru constituirea de rezervoare subterane de înmagazinare a gazelor sunt zăcămintele de gaze depletate. Totuşi, condiţiile locale sunt cele care, în final, vor duce la selectarea acestora. 8.5. Caracterizarea zăcământului candidat În vederea luării deciziei de transformare a unui zăcământ candidat în rezervor subteran de înmagazinare subterană a gazelor naturale trebuie avută în vedere o trecere în revistă a tuturor informaţiilor disponibile în scopul de a: - identifica tipul de capcană; - evalua tipul structural al rezervorului şi a limitelor structurale; - schiţa limitele stratului de înmagazinare respectiv; - identifica tipul de falie; - evalua capacitatea de etanşare a faliilor de la limita zăcământului; - determina proprietăţile de etanşare a formaţiunilor care limitează zăcământul; - determina litologia rezervorului; - evalua distribuţia orizontală şi verticală a porozităţii, permeabilităţii, proprietăţile capilare şi saturaţiile; - determina contactele gazeIapă, gaze/ţiţei, ţiţei/apă; - determina resursa iniţială (rezerva geologică iniţială); - determina tipul şi capacitatea mecanismului de drenare; - determina debitele potenţiale; - identifica şi evalua integritatea tuturor sondelor existente şi abandonate. Descrierea zăcământului trebuie să includă un set de hărţi care să arate în mod clar partea superioară şi grosimea stratului de înmagazinare respectiv, falii, contactele fluidelor şi toate sondele existente, precum şi corelaţiile stratigrafice. Dacă proiectarea depozitului va putea conduce la extinderea zonei de înmagazinare a fazei gazoase dincolo de contactele gaz-fluid iniţiale, structura şi roca acoperiş trebuie definite cel puţin până până la cea mai de jos întindere a fazei gazoase. Trebuie, de asemenea, identificată orice situaţie de puncte cu pierderi prin scurgere sau cu etanşare insuficientă. Dacă informaţiile de la sonde sau alte date existente nu sunt suficiente pentru a crea o descriere adecvată a zăcământului şi a rocii acoperiş sau, dacă această descriere este îndoielnică trebuie adunate date suplimentare, de exemplu: lucrări geofizice, 40

carotaje geofizice de toate tipurile, tester de formaţie, date din timpul forajului, analize de carotă.

Fig. 8.3 Rezervor de depozitare subterană a gazelor a) secţiune geologică; b) hartă structurală

41

Operatorul trebuie să obţină proprietăţile fizice şi chimice ale hidrocarburilor originale şi ale oricărui tip de gaze de înmagazinat, de ex. compoziţie, masă moleculară, vâscozitate şi comportarea pVT. Trebuie calculat volumul de pori disponibil în roca pentru înmagazinare. În figura 8.3 se prezintă o secţiune şi harta structurală ale unui zăcământ echipat pentru depozitare. 4.1.4. Alegerea variantei de depozitare în acvifer În afară dezavantajului menţinerii presiunii la o cotă ridicată, trebuie evitată înmagazinarea gazelor în zăcăminte cu apă de talpă, motivul fiind acela că aceasta favorizează formarea unor lentile sau a unor conuri de apă. Înmagazinarea subterană a gazelor în zăcăminte depletate prezintă multiple avantaje tehnice şi economice deoarece caracteristicile geologice ale zăcământului sunt deja cunoscute ca şi proprietăţile fizice şi hidrodinamice ale stratului, astfel că se pot face economii importante dacă se renunţă la investigaţii suplimentare în laborator sau în şantier. În plus, în majoritatea cazurilor se folosesc sonde deja existente, fie ca sonde de injecţie sau de extracţie, fie că îndeplinesc ambele funcţii. Modificarea instalaţiilor de suprafaţă sunt minore şi deci destul de ieftine. Înmagazinarea gazelor în acvifere este mult mai complexă, din cauza fenomenelor fizico-chimice ale dezlocuirii şi interacţiunii gazelor înmagazinate cu apele de zăcământ, precum şi din cauza pierderilor de gaze prin solubilizare în apă. Realizarea unui depozit în acvifer se bazează pe utilizarea unei capacităţi natural constituite într-o formaţiune grezoasă şi permeabilă (rezervor sau rocă colectoare). În mod natural, acviferele sunt formaţiuni poros–permeabile ce funcţionează ca rezervoare de apă, iar convertirea lor în rezervoare de înmagazinare a gazelor naturale este mai scumpă decât în cazul zăcămintelor depletate, din mai multe motive:  caracteristicile geologice ale acviferelor nu sunt atât de bine cunoscute ca cele ale zăcămintelor depletate;  capacitatea de stocare este necunoscută; ea poate fi determinată după o dezvoltare avansată;  sunt necesare echipamente de suprafaţă mult mai complexe faţă de zăcămintele depletate cum ar fi:  instalaţii puternice de injecţie;  staţii de uscare;  perna de gaze în cazul acviferelor este substanţial mai mare comparativ cu cea necesară în cazul zăcămintelor depletate. Există şi posibilitatea înmagazinării gazelor în acvifere, dacă nu există alte soluţii. Acviferele trebuie să fie cantonate în strate orizontale sau puţin înclinate cu un acoperiş de marnă etanş chiar la presiuni maxime de injecţie. În formaţiunile acvifere, în special a celor orizontale, amplasarea sondelor poate fi făcută cu restricţii, iar presiunea de injecţie necesară dezlocuirii acviferelor trebuie să fie mai mare decât presiunea statică a acviferului. Selecţia iniţiala pentru structurile potenţiale ca alternativă pentru depozitarea în acvifer implică cercetarea datelor de la agenţii federale, companii de ţiţei şi gaze sau cercetări geologice disponibile în literatură. Munca preliminară este în general direcţionată să listeze şi să compare perspectivele şi apoi eliminarea cu promptitudine a acelora care nu posedă minimum de cerinţe esenţiale. Condiţiile minime absolute pentru un proiect de depozitare într-un acvifer sunt:  mărime suficientă pentru a asigura volumul necesar pentru depozitare;  porozitate suficientă pentru o capacitate de depozitare necesară; 42

 permeabilitate suficientă pentru a asigura o livrare maximă necesară;  etanşeitate pentru a asigura împotriva fisurării sau înnisipării. Desigur, dacă nu există o capcană sau condiţiile minime (dacă porozitatea şi permeabilitatea sunt prea scăzute sau nu există etanşeitate), nu se justifică evaluarea pentru un viitor proiect de depozitare. Există proceduri specifice, teste şi alte tehnici de evaluare pentru toate cele patru cerinţe de baza arătate mai sus. Se începe munca geologică: analize pe carote ce cuprind intervalul de adâncime, permeabilitate faţă de apă, permeabilitatea acoperişului, presiunea de fisurare, permeabilitatea pe orizontală şi verticală, porozitatea în funcţie de adâncime. Permeabilitatea relativă, presiunea capilară sunt utile pentru determinarea saturaţiilor care sunt determinate prin utilizarea unei centrifuge, se determină presiunea de fisurare utilizând pompe tip Ruska. Trebuie, de asemenea să se sublinieze că, chiar înainte de munca preliminară, trebuie dezvoltate câteva idei despre dimensiunea operaţiilor de depozitare din consideraţii de piaţa, economice, de consumare sau de depozitare de materiale. Acest studiu subteran care precede recomandarea iniţială pentru munca viitoare implică studiul degree-days, factorii de consum, căldura, frigul si pieţele rezidenţiale sau comerciale. Disponibilitatea gazelor, logistica conductelor de transport si resursele alternative de energie pentru viitor sunt câteva dintre consideraţiile primite. Având determinat avantajul ca mărime si poziţie al depozitului, procesul de selecţie începe în primul rund cu munca geologica orientata pe subiectele de mai sus. Fig. 4-3 arată paşii diferitelor etape implicate în selecţia depozitelor acvifere. În general rapoartele de include, în mod obişnuit, intervalul de adâncime, permeabilitate pe verticală faţă de apă (măsurată sau mai puţin decât o valoare cut-out), permeabilitatea caprock şi presiunea Ahushold (unde este aplicabilă). Analizele de rutină pe carote asupra formaţiunilor candidate la depozitare ar raporta în mod obişnuit permeabilitatea pe orizontală şi verticală, în mD şi porozitatea în % în funcţie de adâncime. Astfel de date din carote de la diverse sonde, la diferite adâncimi sunt analizate, identificate de strate particulare şi evaluate valorile medii pentru a da valori reprezentative pentru permeabilitate şi porozitate pentru fiecare sondă, împreună cu numărul de mostre. Permeabilitatea relativă şi testele de presiune capilară sunt de asemenea, utile în prospectarea formaţiunilor pentru depozitare ca să determine saturaţia în apă ireductibilă, saturaţiile reziduale la echilibru şi curbele de permeabilitate relativă. Uneori, saturaţia în apă ireductibilă este determinata prin utilizarea unei centrifuge. Adesea este de dorit să obţinem curbele de presiune capilară, atât la drenaj cât şi la îmbibare. Curbele de presiune capilară la drenaj, pe carote din stratul impermeabil superior (acoperiş) sunt utile în determinarea presiunii threshold al acoperişului. Presiunea threshold este totuşi, în mod curent măsurata direct pe carote prelevate din acoperiş prin proceduri speciale utilizând reţinătoare de carotă şi pompe tip Ruska. Studii regionale în orizonturi acvifere Înainte de a se realiza o injecţie de gaze pentru depozitare trebuie să fie înregistrate nivelele piezometrice ale apei pe toate sondele disponibile în aria respectivă. Nivele de apă sunt măsurate prin înregistratoare cu plutitor sau echipament de tip sonolog. Datele asupra nivelelor statice în sondele de completare sunt importante în stabilirea faptului că zonele nu sunt în comunicare cu zonele vecine prin acoperiş. Aspectele geologice Prezenţa structurilor posibile este căutată în hărţi regionale, înregistrări ale autorităţilor locale şi din perioada de foraj. Un număr de sonde sunt, în mod obişnuit, săpate, carotate mecanic si realizate carotaje electrice (logged). Avem nevoie de un geolog cu experienţă care să determine din curbele de rezistivitate, carotaj gama, timpul de forare, corelarea diverselor strate. Se determină limita de închidere a structurii, bolta şi 43

aria punctelor de pierderi. Din informaţiile asupra geologiei regionale şi specific local well records orizonturile posibile de depozitare sunt determinate şi comparate. În acest stadiu, secvenţe stratigrafice la fiecare locaţie sunt studiate şi corelate. Astfel de secţiuni complexe în zone particulare sunt corelate transversal şi studiate pentru determinarea zonelor posibile de depozitare, acoperiş şi a zonelor colectoare. Diferite strate (posibile) de diverse vârste geologice, grosimea lor, omogenitatea, accesibilitatea lor la încărcare şi relaţia lor la descărcare sunt examinate cu atenţie. În studiul secvenţei din logs, self-potenţial rezistivitate, timpul de forare, gama-ray şi informaţiile din later sunt utile în identificarea şi corelarea stratelor. Date din carote Carotele recuperate prin foraj sunt curăţate şi plasate în cutii, altele sunt îngheţate cu fluide de zăcământ iniţiale şi împachetate în gheaţă uscată, sunt făcute fotografii color, unele sunt împachetate în pungi de plastic pentru a preveni uscarea. Carotele sunt trimise la laborator apoi sunt testate pentru porozitate şi permeabilitate. 8.Analizele probelor de apă Originea apelor din acvifer au caracteristici ce variază de la câteva sute de p.p.m. la câteva mii de p.p.m. Teste de pompare 1. Se determină existenţa şi extinderea comunicării presiunii de-a lungul acoperişului. 2. Se determină permeabilitatea 3. Se determină valoarea efectivă a compresibilităţii apă-rocă Testele durează 20, 50, 80 zile, realizate la un debit constant utilizând o pompă submersibilă, o pompa Reda. 2.3. Exploatarea gazelor înmagazinate într-un zăcământ acvifer Exploatarea unui depozit de gaze necesită operaţii de supraveghere şi control a acestuia în condiţiile în care, sondele sunt repartizate pe o suprafaţă de câţiva kilometri, în jurul acestei suprafeţe sunt realizate periodic măsurători de presiune pentru a se detecta toate anomaliile ce survin în timpul exploatării, reţinând faptul că schimbarea bruscă a presiunii anunţă apariţia gazelor. Cu aceste informaţii se urmăreşte avansarea frontului de gaze. Se poate considera că presiunea este uniformă în cadrul zonei de gaze, iar valoarea ei se obţine prin măsurare efectivă în sonde. Presiunea din depozit calculează cu ajutorul ecuaţiei de echilibru scris astfel: p (2.4.)   g x ecuaţia de stare: p  RZT (2.5.)  unde: Z este factorul neidealitate al gazelor; T – temperatura;  - densitatea gazelor; g - acceleraţia gravitaţională; R - constanta gazelor. Măsurarea directă a presiunii se realizează prin coborârea unui cablu mecanic de care este legat un aparat de măsură. Toate sondele se află la un moment dat, fie în producţie, fie în injecţie iar pentru a se determina presiunea zonei de gaze trebuie să cunoaştem pierderile de presiune în sonde şi în formaţiune. 44

Aproximarea vitezei de circulaţie a gazelor în interiorul stratului poros este importantă pentru determinarea pierderilor de presiune definit de relaţia:

pg2  pf2  AQ  BQ 2

(2.6)

unde: pg este presiunea medie de zăcământ iar p – presiunea dinamică de fund a sondei. Inversul indicelui de productivitate Ip a unei sonde are expresia: pg2  pf2 Ip   A  QB (2.7) Q unde: A, B sunt coeficienți ai rezistențelor suplimentare la curgere a gazelor în jurul găurii de sondă şi se determină experimental prin variaţia debitului. Pentru calculul pierderilor de presiune prin tubing se consideră că mişcarea este adiabatică, iar temperatura medie se obţine ca media între temperatura la suprafaţă şi temperatura de la talpa sondei. Pentru un tronson de tubing având caracteristici uniforme relaţia de legătură între presiuni şi debit are forma:

pf2  EPf 2  E  1FQ 2

(2.8)

unde:

 L   E  exp 6,843 *10 2 0 cos   ZT   2

F  5,41* 10 4 ZT 

1 x cos  DA 2

(2.9) (2.10)

unde:

 0 este densitatea relativă a gazelor; Z - factorul de neidealitate a gazelor; T - temperatura medie (oK);  - unghiul dintre verticală și axa tronsonului; D = 4 A/P - diametrul hidraulic; A - secţiunea de curgere; P- perimetrul (m);  - coeficient de pierdere de sarcină medie. Productivitatea unei sonde care aduce apă este afectată odată cu creşterea raportului de apă. În depozitele bine structurate, apa nu îşi face apariţia decât în sondele care au oprit extracţia şi au fost extrase cantităţi importante din stocul util. Când presiunea din sonde în timpul extracţiei se măreşte semnificativ înseamnă că poziţia interfeţei gaze-apă s-a modificat datorită formării conurilor de apă şi există posibilitatea ca sonda să producă cu aport de apă. În perioada de extracţie din rezervoarele slab consolidate sau puţin consolidate, pot fi antrenate de gaze şi aduse la suprafaţă granule de nisip. Pentru a preveni antrenarea nisipului se folosesc filtre şi împachetări cu nisip. În cazul folosirii împachetărilor cu nisip există un debit maxim care odată depăşit apare riscul distrugerii împachetării şi deci a filtrului. O bulă de gaze pătrunsă într-un lichid se va ridica la nivelul superior al lichidului şi va avea o presiune mai mare decât cea a acestuia. Valoarea maximală a presiunii bulei de gaze pătrunsă în apă este egală cu presiunea dată de coloana de lichid având aceiaşi adâncime şi densitate (1,3 -1,4 kg/m3) . Această densitate fictivă este egală cu gradientul de presiune. 2.3.1. Considerente economice privind înmagazinarea gazelor în zăcăminte acvifere Cele mai importante elemente care determină preţul de cost al acestui proces sunt: 45

• Gazul metan. Costul gazelor naturale reprezintă 60% din costul total. Pentru a se reduce pierderile de gaze naturale în acvifer, se poate înlocui o parte din gazul natural cu gaz inert. Acesta se injectează înaintea gazului natural şi se situează la periferia zonei de gaz. Gazul inert este constituit din azot şi este obţinut prin combustia gazului natural sau prin distilarea fracţionată a aerului. Preţul unui m3 de gaz inert este de trei ori mai mic decât gazul natural. • Costurile de explorare. Pentru descoperirea unei structuri apte pentru înmagazinare în acvifere sunt cercetate în medie cinci structuri şi 10 sonde de explorare. • Sonde de control şi exploatare. Numărul sondelor este de ordinul 20 până la 70 sonde în funcţie de mărimea structurii. Preţul acestora depinde de adâncimea rezervorului care poate fi cuprinsă între 400 până la 1200 m. • Comprimarea. La acest parametru se ia în considerare infrastructura de colectoare prin manifolduri cât şi a staţiilor de comprimare. Pe baza acestor elemente se poate estima eficienţa procesului de exploatare a depozitului de gaze. În acest sens se defineşte costul unui m3 de gaze actualizat ca fiind raportul între valoarea investiţiei actualizată şi valoarea stocului util disponibil. 4. SONDELE ȘI ECHIPAMENTELE DEPOZITELOR SUBTERANE DE GAZE Sondele de observaţie sunt echipate corespunzător pentru a transmite informaţii cu privire la modificările care au loc în timpul procesului de injecţie - extracţie (variaţii de presiune, temperatură, prezenţa gazelor etc.). Zăcămintele de gaze epuizate (depletate) sunt primele candidate pentru transformarea în depozite. Mărimea zăcământului este determinată prin calcul pe baza datelor geologice sau prin datele de producţie corelate cu presiunile de zăcământ. Pentru a lua în considerare un câmp de gaze epuizat, trebuie să avem în vedere că volumul de gaze ce urmează a fi vehiculat, prin transformarea sa în depozit, reprezintă 80 până la 100 % din volumul iniţial de gaze. Acest volum de gaze trebuie recuperat în 120 de zile, ceea ce reprezintă un timp maxim de recuperare aferent unui ciclu de depozitare. Aceasta presupune mai multe sonde decât cele folosite în procesul de producţie şi un sistem de colectare adecvat mult mai mare decât în faza de exploatare. În figura 8.2 se prezintă un zăcământ tipic echipat pentru depozitarea gazelor care asigură într-un ciclu injecţia şi recuperarea (extracţia) gazelor. Acest sistem de depozitare subterană a gazelor naturale, compus din instalaţiile de suprafaţă (capacităţi de comprimare, conducte de transport gaze, instalaţii de exploatare aferente sondelor de injecţie - extracţie) trebuie să aibă o flexibilitate mare care să acopere fluctuaţia consumului de gaze în timpul iernii, datorată variaţiilor de temperatură. Dacă în timpul verii se depozitează surplusul de gaze din sistem atunci eficienţa depozitului este mare. Pentru ca un rezervor de gaze să corespundă scopului pentru care a fost ales trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: a) gazul tampon, trebuie să asigure o "presiune de bază", astfel încât întreaga cantitate de gaze înmagazinată (total înmagazinat) să poată fi livrată consumatorilor în timpul prevăzut pentru ciclul de extracţie. Această presiune de bază trebuie să permită şi exploatarea depozitului la sfârşitul ciclului de înmagazinare în regim optim de funcţionare. b) gazul curent, trebuie să asigure o presiune maximă, peste presiunea de bază, care să permită extracţia în timp util (ciclu de extracţie) a volumului de gaze injectate. Presiunea de bază este determinată în funcţie de: - numărul de sonde care exploatează depozitul; - capacitatea de comprimare; - capacitatea rezervorului; - capacitatea de livrare (extracţie); - capacitatea de injecţie; 46

- eficienţa economică. Sondele unui depozit subteran de gaze naturale Pentru a construi un depozit sunt folosite sonde care stabilesc o legătură controlată între rezervor şi suprafaţă. Aceste sonde folosite pentru injecţia şi extracţia gazului de înmagazinare sunt numite sonde de exploatare. Suplimentar faţă de sondele de exploatare pot fi folosite sonde de observaţie desemnate special. Gazele naturale sunt injectate prin sondele de exploatare în porii rezervorului subteran, care era iniţial saturat cu hidrocarburi, permiţând astfel formarea unei incinte conţinând gaze naturale comprimate. Gazele sunt extrase folosind sondele de exploatare. Comprimarea poate fi necesară și pentru injecţie şi pentru extracţie. Pentru exploatarea în condiţii de siguranţă a unui depozit subteran de înmagazinare a gazelor naturale în rezervoare provenite din zăcăminte de ţiţei şi gaze sunt folosite trei tipuri de sonde:  Sonde de exploatare necesare injecţiei şi extracţiei gazelor înmagazinate.  Sonde de observaţie şi control care au ca scop principal monitorizarea eventualelor pierderi de gaze prin stratele din imediata vecinătate a zăcământului de înmagazinare.  Sonde de serviciu – pentru o eventuală reinjecţie în rezervorul subteran a apei de zăcământ rezultate în urma procesului de extracţie a gazelor. Sondele de exploatare pot fi:  Sonde vechi provenite din exploatarea iniţială;  Sonde noi special proiectate şi executate pentru procesul de înmagazinare;  Sonde noi şi sonde vechi – în combinaţie. Pentru a se asigura integritatea sistemului de funcţionare a depozitului se va verifica starea tehnică a capetelor de erupţie, a coloanei şi a inelului de ciment. În cazul în care starea unei sonde pune in pericol etanşeitatea sistemului se vor lua măsuri de remediere a defectului putându-se ajunge la înlocuirea sondei respective. Sonda utilizată pentru înmagazinarea subterană a gazelor va fi echipată cu: - un ansamblu de coloane de tubaj cimentate, ultima coloană fiind prevăzută cu legături etanşe conform standardelor ISO; - un liner in partea inferioară a sondei; - o coloană de tubing cu etanşări la gaze; - un packer pentru a se izola spaţiu inelar dintre coloană şi tubing; - un cap de erupţie dotat cu un ventil principal de izolare şi robineţi pe braţe, acţionaţi automat în caz de avarie. Debitele de injecţie şi de extracţie vor fi stabilite în funcţie de condiţiile de zăcământ, ştiind că viteza mare de curgere a gazului poate duce la antrenarea nisipului. Pentru creşterea performanţelor sondelor, acestea se dotează cu filtre care permit creşterea debitului de extracţie cu: circa 300% în gaură netubată respectiv cu circa 200% în gaură tubată. Proiectele pentru depozitele de gaze sunt astfel întocmite încât vârfurile de consum să fie acoperite pe toată perioada de extracţie. Spre sfârşitul perioadei de extracţie (după ce s-a extras cca. 70% din gazul curent), presiunea scăzută din rezervor este prevăzută şi folosită cu curbele de performanţă ale sondei pentru a obține debitul sondei. Apoi numărul de sonde necesar poate fi stabilit împreună cu puterea de comprimare instalată, astfel încât procesul de extracţie al gazului curent să se desfăşoare în concordanţă cu vârfurile de consum. De asemenea se are în vedere timpul aferent ciclului de extracţie. În mod frecvent presiunea de extracţie este astfel stabilită încât curgerea gazelor din sonde să se facă liber.

47

J

Depozitul

1. 2. 3.

Bilciureşti Urziceni Bălăceana

Nr. sonde 57 29 14

Sonde echipate cu filtre 20 26 10

Observaţii consolidat după tehnologia Haliburton + Becker pe toată structura

Sondele trebuie să asigure atât încărcarea depozitului cât şi extracţia gazului curent. Debitele de injecţie şi extracţie sunt stabilite funcţie de condiţiile de zăcământ. Viteze prea mari pot antrena nisipul într-un sens sau altul de curgere şi în final pot distruge mediul poros. La sondele echipate cu filtre în gaură netubată s-a constatat o creştere a debitului de extracţie de cca. 300% faţă de cele neconsolidate. Sondele consolidate în gaură tubată permit obținerea unui debit mai mare la extracţie cu cca. 200 % faţă de cele neconsolidate, dar debitul de gaze injectat în condiţii similare cu sondele neconsolidate este mai mic. 10. Date despre facilităţi şi operaţiuni La orice sondă la care informaţiile sunt insuficiente trebuie executate carotaje geofizice adecvate şi teste pentru a verifica capul de erupţie, coloanele şi integritatea cimentării. Dacă starea unor sonde pune în pericol etanşeitatea rezervorului, trebuie luate măsuri de remediere şi dacă este necesar, sondele necorespunzătoare trebuie cimentate în spatele şi în interiorul coloanelor prin executarea de dopuri de ciment şi abandonate după verificarea etanşeităţii. În figura XXX este prezentat echipamentul de fund şi de suprafaţă al unei sonde de înmagazinare gaze, alcătuit din: - ansamblu permanent de coloane tubate şi cimentate; ultima coloană tubată şi cimentată, trebuie să fie prevăzută cu legături etanşe la gaze în conformitate cu standardele în vigoare (ISO, API). - liner în partea cea mai de jos a sondei, ancorat în coloana de exploatare; - echipament de control al nisipului în dreptul formaţiunii de înmagazinare, dacă este cazul; - garnitura de ţevi de extracţie (tubing) cu îmbinări etanşe la gaze; - packer de fund ancorat în coloana de exploatare deasupra formaţiunii de înmagazinare şi legat de ţevile de extracţie pentru a evita contactul coloanei de gaze şi implicit pentru a elimina efectul presiunii asupra coloanei de exploatare; astfel se formează un sistem cu dublă etanşare; - un ansamblu de etanşare pacher-tubing, care în mod normal trebuie ancorat, sau dacă acest lucru nu este fezabil (luând în considerare alternanţa de sarcină cauzată de temperatură şi fluctuaţii de presiune) poate fi un ansamblu de etanşare mobil la picker sau un racord telescopic la tubing; - nipluri de fixare pentru dispozitivele speciale montate (duze de fund, dopuri recuperabile) la anumite adâncimi în lungul garniturii de ţevi de extracţie; - valva de siguranţă de fund, dacă este posibil controlată de la suprafaţă, în coloana de ţevi de extracţie a sondelor de exploatare şi a sondelor care traversează alte straturi de gaze şi sunt în comunicaţie sub-presiune cu depozitul; - cap de erupţie cu cel puţin un ventil master de izolare (principal) şi robinete pe braţe echipate cu elemente de acționare automată în caz de avarie. Sonda, capul de erupţie, coloana de exploatare, liner-ul, inelul de ciment şi ţevile de extracţie trebuie să corespundă la: - integritatea rezervorului de înmagazinare; - etanșarea instalaţiilor de fund la gaze; 48

- presiunile şi temperaturile din sondă în special din punct de vedere al exploatării ciclice a depozitului (injecţie – extracţie); - compoziţia gazelor naturale şi la componenţii toxici şi corozivi înglobaţi în acestea; - protecţia anticorozivă; - protecţia altor formaţiuni traversate de sondă care conţin apă sau petrol; - durata de viaţă a sondei; - standardele şi prescripţiile în vigoare (API, ISO, etc.). Trebuie verificat dacă: capul de erupţie, ţevile de extracţie (tubingul), liner-ul şi coloana de exploatare a sondelor existente, incluzând şi sondele abandonate, îndeplinesc cerinţele menţionate mai sus. Perforarea şi stimularea sondelor trebuie proiectate corespunzător şi executate fără a pune în pericol roca acoperiş, coloana de exploatare şi integritatea inelului de ciment. Proiectele pentru depozitele de gaze sunt astfel întocmite încât vârfurile de consum să fie acoperite pe toată perioada de extracţie. Debitul nominal al sondelor de exploatare se determină în condiţiile de presiune şi temperatură, când depozitul mai are stoc de gaze de lucru de cca 30% (spre sfârşitul perioadei de extracţie). Se consideră că debitul nominal determinat în aceste condiţii trebuie să asigure vârful maxim de consum de gaze. Corelarea debitului nominal al rezervorului cu debitul individual al sondei, determinate în aceste condiţii, conduce la numărul sondelor de exploatare. Apoi numărul de sonde necesar poate fi stabilit împreună cu puterea de comprimare instalată ( dacă se foloseşte staţia de comprimare cu ciclu de extracţie) astfel încât procesul de extracţie al gazului de lucru (gaz curent) să se desfăşoare în concordanţă cu vârfurile de consum. De asemenea, se are în vedere timpul aferent ciclului de extracţie de cca. 150 zile. În mod presiunea de extracţie este astfel stabilită încât curgerea gazelor din sonde să se facă liber. Sondele trebuie să asigure atât încărcarea depozitului cât şi extracţia gazului de lucru (curent). Debitele de injecţie şi extracţie sunt stabilite funcţie de condiţiile de zăcământ. Viteze prea mari pot antrena nisipul într-un sens sau altul de curgere. La sondele echipate cu filtre în gaura tubată şi netubată s-a constatat o creştere apreciabilă a debitului de extracţie. Prima lucrare constă în adunarea informaţiilor despre zăcământ şi câmp, după cum urmează: - Informaţii geologice - Presiunea iniţială de zăcământ - Producţia de gaze în raport cu presiunea de zăcământ - Temperatura zăcământului - Compoziţia gazelor şi alte caracteristici (greutatea specifică) - Sonde forate, locaţii, adâncimi şi date din carote - Carotajele electrice ale sondelor şi alte măsurători - Structura zăcământului, hărţi - Gradul de avansare al apei (elasticitatea, împingerea) - Capacitatea de curgere (afluxul strat - sondă, debite pe sonde în diferite circumstanţe) - Harta cu împrejurimile câmpului de gaze - Caracteristici mecanice, condiţiile mecanice ale sondelor. Sondele forate la orizontul productiv trebuie identificate pe teren şi verificate. Trebuie revizuite diagramele de cimentare. Se va face o verificare a inelului de ciment în zona productivă, pentru a determina etanşeitatea "culcuşului şi acoperişului". Dacă prin măsurătorile cu ultrasunete se determina aderări neconcludente ale inelului de ciment la coloana de exploatare, atunci sunt necesare măsuri de refacere a cimentărilor. Se fac măsurători ale presiunilor de perete la coloanele de exploatare şi în cazul când se 49

constată coroziuni avansate atunci se introduce un liner cimentat sau un liner cu pacher cu fluid necoroziv în spaţiul inelar. Chiar sondele abandonate se inventariază şi se transformă în sonde de observaţie. Dacă se cunosc caracteristicile mecanice ale sondelor şi compoziţia capacului (acoperişului) se poate determina presiunea de operare maximă. Adesea se instalează coloane noi de exploatare şi capete de erupţie noi, pentru a înlătura coroziunea şi pentru noile nivele de presiune. Facilităţile de depozitare sunt în mod obişnuit clasificate ca depozite de piaţă sau depozite de şantier. Depozitele de piaţă sunt în apropierea consumatorilor majori, unde cererea variabilă ca rezultat al vremii este deservită de o combinaţie potrivită a gazelor din linia de conducte şi a gazelor din depozit. În depozitele de şantier este vorba de o sursă variabilă către o magistrală, care este complementată de gazele din depozit. Sondele de injecţie – extracţie sunt echipate corespunzător în zona de depozitare a gazelor. În acest sens dacă sondele sunt vechi, atunci ele pot fi echipate cu filtre corespunzătoare în dreptul stratului prin izolare cu pakere sau dacă sunt sonde noi se pot executa filtre în gaură netubată pentru creşterea afluxului de gaze în sondă. În figura 1 se prezintă o secţiune şi o harta structurală ale unui zăcământ echipat pentru depozitare. Sondele de observaţie sunt echipate corespunzător pentru a transmite informaţii cu privire la modificările care au loc în timpul procesului de injecţie - extracţie (variaţii de presiune, temperatură, prezenţa de gaze etc.). În figura 1 se prezintă un zăcământ tipic echipat pentru depozitarea gazelor care asigură într-un ciclu injecţia şi recuperarea (extracţia) gazelor. În figura 2 se prezintă depozitul de gaze Bilciureşti aşa cum este echipat în această fază de exploatare. Se preconizează ca depozitul Bilciureşti să atingă o capacitate de depozitare de 1,2 mld Nm3 /ciclu. Acest sistem, compus din instalaţiile de suprafaţă (capacităţi de comprimare, conducte de transport gaze, instalaţii de exploatare aferente sondelor şi sondele de injecţie - extracţie ) trebuie să aibă o flexibilitate mare care să asigure fluctuația consumului de gaze în timpul iernii, datorată variaţiilor de temperatură. Dacă în timpul verii se depozitează surplusul de gaze din sistem atunci eficienţa depozitului este mare. Pentru instalaţii specifice depozitului subteran, de exemplu sonde, instalaţii de suprafaţă, trebuie aplicate standardele existente în vigoare. Instalaţiile de înmagazinare trebuie proiectate astfel încât să asigure continuitatea conservării pe termen lung a produselor înmagazinate. Aceasta implică cunoştinţe prealabile adecvate despre formaţiunea geologică în care urmează să se formeze depozitul şi geologia rocilor înconjurătoare. - culegerea tuturor informaţiilor de bază necesare pentru precizarea parametrilor limită de construcţie şi exploatare; - demonstrarea capacităţii de a asigura conservarea pe termen lung a produselor înmagazinate prin intermediul integrităţii sale mecanice şi hidraulice. Pentru instalaţii specifice depozitului subteran, de exemplu sonde, instalaţii de suprafaţă, trebuie aplicate standardele existente în vigoare. Pentru a asigura integritatea sistemului trebuie folosite toate informaţiile obţinute pentru a evalua tipul capului de erupţie, coloana, cimentul şi schema de completare în toate condiţiile de exploatare, la toate sondele existente şi abandonate care străpung stratul de înmagazinare sau roca acoperiş din vecinătatea imediată. La fiecare sondă unde informaţiile sunt insuficiente trebuie executate carotaje geofizice adecvate şi teste, pentru a verifica capul de erupţie, coloana şi integritatea cimentării. Dacă starea unei sonde poate pune în pericol etanșeitatea depozitului, trebuie luate măsuri de remediere; dacă este necesar, puţurile în stare necorespunzătoare trebuie înfundate şi abandonate. 50

2.2.6. Echipamentul necesar realizării procesului de înmagazinare a gazelor Pentru determinarea etanşeităţii acviferului se forează sonde care permit obţinerea de informaţii despre stratul superior precum şi determinarea caracteristicilor sale prin prelevarea de carote din rezervor şi din acoperiş precum şi efectuarea de diagrafii electrice sau seismice. Pentru urmărirea procesului de înmagazinare se utilizează sonde de control care permit o monitorizare în permanenţă a procesului. În general sondele de control se pot clasifica după rolul pe care îl au în cadrul procesului de înmagazinare astfel: • sonde de control al zonei de gaze, ce sunt amplasate în apropierea limitei apăgaze şi permit măsurarea presiunii la interfaţă apă - gaze; • sonde de control la periferie, ce sunt amplasate la exteriorul zonei de gaze şi permit efectuarea de măsurători de presiune şi prelevarea de eşantioane de apă, pe direcţia dezvoltării acviferului servind drept indicator pentru semnalizarea apariţiei frontului de gaz şi încetarea injecţiei. • sonde de control al nivelului superior, prin urmărirea variaţiei presiunii, caz în care stratul superior este un strat poros permeabil, în care poate să apară un influx de apă. Pentru verificarea stocajulul în centrul structurii se amplasează sonde echipate cu dispozitive de măsurare a saturaţiei în gaze la diferite nivele. Rolul echipamentulul de suprafaţă (Anexa 3) constă în: - transportul gazului de la sondă la staţia centrală - tratarea gazelor; - eliminarea apei produse prin sonde (folosindu-se separatoare la sonde şi/sau la staţiile centrale de compresoare); - deshidratarea gazelor (prin injectarea de metanol în capul de erupţie al sondelor); - eliminarea hidrogenului sulfurat format în rezervoare subterane prin descompunerea fie a componenţilor sulfurilor din gazele odorizate injectate în zăcământ, fie a piritei prezentă în roca rezervor; - comprimarea gazelor în condiţii dimensionării compresoarelor pe baza cunoaşterii potenţialului rezervorulul utilizându-se diferite modele de simulare. Proiectarea sondelor noi Sondele vechi asigură exploatarea majorităţii depozitelor de gaze naturale amenajate în zăcăminte depletate de ţiţei şi gaze. Pentru funcţionarea în condiţii de siguranţă a sistemului de injecţie extracţie, trebuie folosite pentru informaţiile cu privire la: tipul capului de erupţie, coloanele de exploatare, inelul de ciment din spatele coloanei tubate, schema de echipare în condiţii de exploatare la toate sondele existente şi abandonate, care traversează startul de înmagazinare sau roca acoperiş din vecinătatea imediată. Sondele noi special proiectate pentru înmagazinarea gazelor naturale sunt diferite faţă de sondele de producţie. Ele sunt astfel concepute încât să asigure vehicularea de debite mult mai mari, comparativ cu sondele folosite în procesul de extracţie, şi în consecinţă, diametrul coloanelor de exploatare este mult mai mare. Frecvent, aceste sonde sunt forate orizontal şi sunt echipate corespunzător, în zona stratului de înmagazinare. Avantajul folosirii acestora îl constituie cheltuielile de întreţinere şi exploatare mici, dat fiind numărul redus al acestora precum şi gradul ridicat de siguranţă în exploatare. De asemenea, pentru proiectarea acestora se beneficiază de toate informaţiile obţinute din exploatarea primară. În ceea ce priveşte costurile pentru forarea şi echiparea sondelor noi de exploatare, acestea sunt mult mai mari comparativ cu celelalte tipuri, prezentate mai sus. Dacă este posibil sondele noi trebuie concentrate pe platforme pentru a da posibilitatea forării direcţionale (în tufă sau în fascicol), astfel se simplifică sistemul de 51

injecţie – extracţie al gazelor. Alegerea amplasamentului trebuie să ia în considerare normele privind protecţia mediului înconjură. Distanţele de siguranţă până la punctele periculoase învecinate trebuie să ţină seama de gazele aprinse la coş în condiţii normale de exploatare sau în condiţii de avarie. Instalaţiile de suprafaţă Sondele de exploatare care echipează depozitele subterane moderne de gaze sunt dotate cu un ansamblu de suprafaţă care permite închiderea şi deschiderea sondei în regim automat de la distanţă sau în regim manual de la capul de erupţie. Acest sistem automat poate de asemenea să transmită la distanţă o serie de parametrii cum ar fi presiunea dinamică şi statică la capul de erupţie, poziţia robinetului de acţionare automată (închis/deschis) precum şi alte informaţi care ţin de gradul de automatizare al depozitului. Toate aceste date sunt transmise unui controlor programabil de tip PLC care analizează şi compară parametrii din câmp cu parametrii standard, afişează şi transmite aceste date, avertizează sau după caz închide sau deschide sonda. Acţionarea robinetelor în regim automat se poate face electric, cu azot de la o instalaţie anexă sau cu gaze de sondă. Acţionările moderne sunt de tip electromagnetic-pneumatic, care folosesc energia solară pentru alimentarea unei pompe hidraulice ce creează presiune în rezervorul tampon de ulei în vederea asigurării forţei necesare închiderii sau deschiderii robinetelor. Alegerea tipului de acţionare se face funcţie de tipul robinetului ce echipează capul de erupţie, numărul de sonde care exploatează depozitul şi distanţa până la punctul de comandă, pe baza unui studiu tehnico-economic. Schema tipică a echipamentului unui cap de erupţie la sondele de injecţie – extracţie este redată în figura XXX . Sondele care exploatează depozitul de la Bilciureşti sunt echipate cu capete de erupţie fabricate în România tip 2 9/16 x 2 9/16 x 210 bar cu două braţe, care permit dirijarea gazelor cu un minim de manevre în cicluri de injecţie şi extracţie.

COMANDA MANUALA PAHH

YY

FLASH

PAH

PI

HS

PAH YY

ZSO

ZSC

PRV

PAL

PI

ALIMENTARE CU GAZ INSTRUMENTAL

1/2"

PI

FP

1/2"

1"

PT

ZSO

ZSC

1/2" 3/4"

1/2"

1/2"

DE LA /LA SISTEMUL DE GAZ

PI

1/2"

PI

1/2"

1/2"

CAP ERUPTIE

SDV

LEGENDA: FP HS PI PT PAH PAHH PAL PRV SDV ZSC ZSO

- DOP FUZUBIL - COMUTATOR MANUAL - INDICATOR DE PRESIUNE - TRANSMITATOR DE PRESIUNE - ALARMA DE PRESIUNE MAXIMA - ALARMA DE PRESIUNE MAXIM MAXIMORUM - ALARMA DE PRESINE JOASA - ROBINET DE SIGURANTA PRESIUNE - ROBINET DE INCHIDERE - COMUTATOR IN POZITIA INCHIS - COMUTATOR IN POYITIA DESCHIS

SEMNAL SOFT SEMNAL ELECTRIC SEMNAL PNEUMATIC

Comportarea la restabilirea presiunii a sondelor de gaze Performanța unei sonde de gaze e determinată de proprietățile fizice ale rocii, mărimea și geometria zonei de drenaj, proprietățile fluidelor. La o eliberare de gaze din 52

zăcământ are loc o cădere de presiune care este caracteristică comportării fiecarei sonde. Aceasta legitate este determinată experimental:



Q  C pf*  ps*



C este coeficient de performanță; n - exponentul unei pante; Probleme de zăcământ cu privire la dezvoltarea câmpurilor gazeifere: - calculul evacuării gazelor întro linie de transport la o presiune predeterminată; - proiectarea și analizele de performanță a liniilor de transport; -determinarea poziției și a numărului de sonde ce urmează a fi săpate pentru a satisface cerințele viitoare ale pieței. Aceste probleme depind de utilizarea curbelor de restabilire a presiunii în sondă. Pentru a determina curba de restabilire a presiunii avem nevoie de panta și de intersecția curbei de restabilire a presiunii cu ordonata. Panta curbei este procedura realizată de M. H. Cullender, numită procedura de testare izocronală. Se calculează coeficientul de performanță din parametrii de zăcământ determinați în laborator sau în șantier. Aceasta procedură devine necesară cînd nu este fezabil să se facă teste de restabilire a presiunii. 4.1. Indicele de productivitate a sondei Studiile teoretice au arătat că, în general, coeficientul de performanţă al sondei depinde de următorii factori: k – permeabilitatea efectivă a formaţiunii; rd – raza zonei de drenaj a sondei; h – grosimea formaţiunii; rs – raza sondei; µ – vâscozitatea gazelor; v – funcţie de debitele de producţie r – densitatea relativă a gazelor; şi de panta declinului de presiune; Z – factorul de neidealitate; TZ – temperatura de zăcământ. O metodă de determinare a indicelui de productivitate este realizarea testelor izocronale. Reprezentarea grafică a datelor de debit şi presiune conduce la obţinerea unei diagrame indicatoare (fig. 3.5). Panta dreptei obţinute este indicele de productivitate:

I p  tg  

Q . p  pd2 2 s

(3.2)

53

La sondele de gaze, dacă se admite un regim liniar de curgere într-un proces izoterm, debitul se obţine din relaţia (3. 1).

Fig. 3.5. Exemplu de diagramă indicatoare

Înlocuind factorul de volum al gazelor se obţine ecuaţia:  k hT ( p 2  pd2 ) Q g 0 c , rc  g Z p0 T ln rs unde: Z este factorul de abatere a gazelor; T – temperatura; T0 – temperatura standard; kg – permeabilitatea faţă de gaze; µg – vâscozitatea dinamică a gazelor. Astfel, expresia indicelui de productivitate devine:

Ip 

 k g hT0 Q  . 2 p  pd  Z p T ln rc g 0 rs 2 c

(3.3)

(3.4)

4.2. Variaţia presiunii în condiţii statice Pe baza presiunii citită la manometrul din coloana sondei (la suprafaţă) se determină presiunea la nivelul perforaturilor, admiţând valori medii ale factorului de abatere şi temperaturii în sondă, cu relaţia: p p  ps  e

g H   r Zm RTm

(3.5)

unde: p p este presiunea la perforaturi; ps – presiunea la suprafaţă; H – adâncimea medie perforaturilor; r – densitatea relativă a gazelor. 54

Această ecuaţie se rezolvă prin metoda de încercare–eroare. Se presupune o valoare pentru pp, se estimează o presiune medie în sondă şi se determină un factor de abatere şi o temperatură medie. Se calculează pp cu formula (3.5) şi dacă aceasta corespunde cu valoarea estimată, nu mai este necesară o altă încercare. 4.3. Variaţia presiunii în condiţii dinamice Pentru a determina valoarea presiunii la perforaturi în condiţii dinamice cunoscând compoziţia gazului, temperatura, presiunea medie în sondă şi presiunea la suprafaţă, se pleacă de la bilanţul energetic al unui kilogram de fluid compresibil, scris în raport cu două secţiuni situate una faţă de alta la distanţa h. Pentru calculul presiunii dinamice la perforaturi se poate utiliza următoarea formulă:

pf 

2 t

p e

0 , 06 83  r h Z m t Tm t

0 ,0 683  h 2  p rad Z m2 t T m2t   Z m t T m tr  1 10 .8 3 5 1 q2 , e 2 5   Tr d  

(3.6)

unde: q este debitul sondei; r – densitatea relativă a gazului; Zmt – factorul de abatere mediu din ţevile de extracţie; Tmt – temperatura medie din ţevile de extracţie ;  – coeficientul de frecare; h – adâncimea sondei; pf – presiunea de fund cu sonda curgând ; pt – presiunea în capul de erupţie cu sonda curgând ; d – diametrul interior al ţevilor de extracţie. 4.4. Efecte care apar la închiderea sondei În timpul testelor de restabilire a presiunii, după închiderea sondei, curgerea mai continuă o perioadă, fapt care se identifică în prima parte a curbei de restabilire. La deschiderea sondei, această acumulare din sondă va complica curgerea fluidelor. Coeficientul de înmagazinare se identifică în porţiunea de dreaptă cu pantă unitară de pe graficul p = f(t) şi are expresia: C Cad  , (3.9) 2  m  r rs2 unde C este volumul de lichid descărcat din spaţiul inelar pentru o cădere de presiune unitară la talpă. Coeficientul C se obţine experimental, valoarea sa corectă fiind aceea care face ca porţiunea iniţială din curba a variaţie în timp a presiunii dinamice după închidere să devină liniară. 3.3.2.5. Calculul puterii de comprimare Comprimarea se foloseşte atât în timpul procesului de injecţie cât şi pe perioada de extracţie, mai ales în ultima parte a acesteia, când presiunea în zăcământ se reduce foarte mult. Gama de compresoare existente este foarte largă şi de aceea este necesară o alegere foarte atentă, în funcţie de raportul de comprimare şi de debitul care trebuie comprimat. Pentru determinarea puterii de comprimare P, se pleacă de la definiţia înălţimii de refulare adiabatică:

55

H ad

k 1   k   p k 1  r  Ta Z a    1 ,  pa   k  1 r  

(3.7)

unde: k este exponentul adiabatic la condiţiile standard; r – densitatea relativă a gazelor; Ta – temperatura la aspiraţie; Za – factorul de abatere calculat în condiţiile de aspiraţie; pa – presiunea de aspiraţie; pr – presiunea de refulare. Astfel, puterea de comprimare este dată de relaţia:

H 106 P Q0 0 g ad , 3, 6 ad

(3.8)

unde: ρo este densitatea gazelor, la 0 °C şi 1,013 bar (sau 760 mm Hg); Qo – debitul în condiţii normale, exprimat în m3N/h; ad – randamentul adiabatic global al compresorului; P – puterea, în kW. 3.4. Metode de creştere a fiabilităţii în timp a sondelor de injecţie – extracţie 3.4.1 Consideraţii generale Din experienţa acumulată în exploatarea depozitelor de gaze cantonate în zăcăminte depletate, ca şi din predicţiile tehnice, se reliefează ca problemă majoră în cazul acestor zăcăminte echiparea sondelor în dreptul stratului productiv şi realizarea unor bune căi de comunicare între sondă şi strat. Pe de altă parte, trebuie ţinut cont de faptul că sondele selectate pentru exploatarea depozitului au fost realizate ca sonde de exploatare, nu pentru a fi folosite în mod ciclic. Astfel, se impune ca pentru sondele existente să se găsească metode de reabilitare a căilor de comunicaţie sondă–strat. Pentru sondele care se vor săpa pentru completarea schemei de exploatare a depozitului, se impune acordarea unei atenţii speciale atât pentru echiparea lor, cât şi pentru realizarea canalelor de comunicaţie. 3.4.2. Metode de realizare a unor bune căi de comunicare sondă-strat Momentele importante ale realizării sondelor sau a reabilitării celor deja existente avute în vedere în lucrarea de faţă sunt completarea şi consolidarea sondelor:  traversarea stratelor productive;  perforarea sau reperforarea intervalelor productive;  consolidarea sondelor. 3.4.2.1. Traversarea stratelor productive Pe timpul traversării stratelor productive, pot fi folosite mai multe tipuri de fluide, astfel că se vor trata în continuare următoarele cazuri: folosirea fluidelor clasice, folosirea soluţiilor limpezi şi folosirea fluidelor speciale pentru foraj la subechilibru. Cazul folosirii fluidelor clasice Se cunoaşte că, în timpul şi în urma traversării prin foraj a stratului productiv, principalul agent ce provoacă blocarea acestuia este filtratul fluidului de foraj, prin faptul că pătrunde în strat pe o distanţă mare faţă de peretele sondei.

56

Cunoaşterea mărimii zonei blocate, mai precis a distanţei de la peretele sondei înspre strat pe parcursul căreia se manifestă blocarea, este foarte importantă din punctul de vedere al viitoarei exploatări a sondei. Se ştie că, dacă lungimea canalelor de comunicaţie sondă-strat depăşeşte această zonă, capacitatea de curgere a sondei va fi mai mare decât în cazul în care nu ar depăşi-o.

Fig. 3.6 Zona blocată din jurul unei sonde

Pentru evaluarea acestei distanţe în timp, se foloseşte următoarea relaţie, cu referire la figura 3.6: Ds v f t Ds2 Ds d   , (3.10) 4.500 m 4 2 unde: Ds este diametrul sondei, m; m – porozitatea formaţiei, %; v f – volumul filtratului la 60 min, m3; t – timpul de contact fluid-strat, ore; d – distanţa de la peretele sondei pe care se manifestă blocarea, m. În figura 3.6 este reprezentată zona blocată din jurul unei sonde, figură în care mai apar faţă de relaţia (3.11): D – diametrul zonei blocate şi h – înălţimea unitară a stratului productiv. În vederea stabilirii evoluţiei blocajului în timp, se măsoară şi se estimează porozitatea formaţiei şi filtratul fluidului, calculându-se pe baza formulei (3.11). În vederea reducerii distanţei pe care se produce blocarea, se recomandă următoarea tehnologie de lucru. Se preconizează să se efectueze circulaţie în dreptul stratului productiv doar în timpul traversării prin foraj, a pregătirilor de cimentare (şi atunci cu un fluid cu conţinut mare de solide coloidale) şi în timpul cimentării. În restul timpului să fie asigurată o stare de filtrare statică (filtrarea dinamică se face cu debite mai mari de filtrat, în aceleaşi condiţii de sondă, datorită permeabilităţii mai mari a turtei de colmataj provocată de reducerea grosimii ei prin spălare de către curentul de fluid. În acest mod, blocajul nu va fi aşa sever, chiar dacă situaţii neprevăzute întârzie punerea în producţie a sondei. Pentru ca distanţa de filtrare să nu crească exagerat în acest timp, se recomandă ca, după traversarea prin foraj a stratului productiv, să se plaseze în sondă, în dreptul stratului şi deasupra lui, pe o înălţime de circa 100 m (funcţie de timpul de aşteptare estimat) un dop de fluid cu viteză de filtrare zero (sau aproape zero). Fluidele 57

ce îndeplinesc această condiţie sunt soluţiile de polimeri, eventual îngreunate cu carbonţi de calciu şi/sau fier (siderită). Se recomandă polimerul hidrixietil-celuloză (HEC), deoarece se poate dizolva în acizi. O estimare aproximativă, pentru un strat de grosime (20…40) m, ne indică o perioadă de doar (10…25) ore în care se produce o filtrare dinamică: - traversarea prin foraj: (5…20) ore; - plasarea dopului de polimer cu filtrare zero (în perioada următoare, eventualele marşuri se execută doar până deasupra dopului de polimeri); - pregătire de cimentare şi cimentare: 5 ore. Efectuând lucrările în acest mod, sunt speranţe ca perforaturile ce vor fi executate să depăşească zona blocată (care nu ar depăşi (5…6) cm după formula (3.11)). Menţionăm că aceste lucrări sunt efetuate de către operatorii de foraj în prezenţa supervizorului. În cele de mai sus s-a tratat modul de limitare a blocajului pe cale tehnologică. Mai adăugăm la aceasta şi alegerea tipului de fluid utilizat. Alegerea fluidului trebuie astfel făcută încât să existe o compatibilitate între el şi strat. Se urmăreşte ca filtratul acestuia să fie cât mai mic, pentru a nu schimba echilibrul fizico-chimic al mineralelor argiloase, eventual prezente în sistemul de pori şi a fi uşor evacuat la punerea în producţie. Ca fluide de deschidere se pot folosi oricare din tipurile existente. Se impune însă folosirea fluidelor speciale (pe bază de potasiu, soluţii limpezi de electroliţi cu polimeri) şi a celor pe bază de produse petrolifere. Decizia de a se folosi un tip de fluid sau altul se ia în baza unui calcul tehnicoeconmic, fondat pe disponibilul de pe piaţă. Întotdeauna trebuie conjugate măsurile tehnice şi tehnologice pentru a se obţine rezultate cât mai bune. Chiar dacă suntem constrânşi să lucrăm cu un fluid dispersiv, putem limita blocajul prin luarea unor măsuri de reducere drastică a filtratului lucrând cu o diferenţă de presiune sondă - strat cât mai mică, oprirea sistemului de curăţire pentru creşterea concentraţiei în particule fine (care duce la reducerea permeabilităţii turtei), tratarea cu antifiltranţi etc. Reducerea filtrării trebuie urmărită şi în cazul fluidelor speciale prin reducerea diferenţei de presiune şi utilizarea de antifiltranţi. Cazul folosirii soluţiilor limpezi Acestea, în general nu pot forma turte de colmataj pe pereţii stratului şi în consecinţă, trecerea lor în strat este guvernată doar de condiţiile tehnologice (diferenţa de presiune sondă-strat), permeabilitatea stratului şi căderea de presiune survenită la curgerea în strat şi care depinde de vâscozitatea lor. Nu numai că prezenţa fluidelor străine în strat (chiar dacă sunt foarte inhibitive) duce la apariţia unui blocaj, dar şi faptul că aceste soluţii sunt foarte scumpe impune operatorului să ia anumite măsuri de limitare a pierderilor în strat. Curgerea în strat se opreşte când căderea de presiune în strat egalează căderea de presiune sondă-strat care o iniţiază. Cum căderea de presiune în strat depinde de vâscozitatea soluţiei iar aceasta, ca pentru orice model de curgere cu tensiune de prag, depinde de viteza de forfecare (fig. 3.7), putem controla curgerea în strat a soluţiei prin controlul vitezei (debitului) de curgere a soluţiei prin pereţii sondei. Acest lucru se bazează pe următorul raţionament: viteza de forfecare a fluidului în strat depinde de viteza de curgere a acestuia în strat. Viteza de curgere depinde de debitul de curgere şi secţiunea prin care acesta curge. Cum, în anumite condiţii tehnologice (diferenţa de presiune sondă-strat), debitul de curgere rămâne constant, secţiunea de curgere influenţează viteza de curgere, viteza de forfecare, respectiv vâscozitatea soluţiei în strat. Cum secţiunea de curgere este tot mai mare pe măsură ce distanţa de la peretele sondei creşte, vâscozitatea soluţiei creşte corespunzător, contribuind la oprirea curgerii. În vederea stabilirii distanţei de la care se produce oprirea curgerii soluţiei în strat se 58

poate folosi următoarea relaţie:

 

cQ , A km

(3.11)

unde:  este viteza de forfecare, s–1; Q – debitul de pierdere, m3/zi; A – secţiunea de curgere la diferite distanţe de axa sondei, m2; k – permeabilitatea formaţiei, mD; m – porozitatea formaţiei, %; c – constantă de transformare, c = 360.

Figura 3.7. Varaţia vâscozitaţii cu viteza de forfecare

Modul de lucru pentru stabilirea distanţei de invazie este următorul: - din experienţa pe structură se estimează debitul de pierderi; - se stabilesc (pe baza măsurătorilor) permeabilitatea şi porozitatea formaţiei; - se calculează secţiunea de curgere la diferite distanţe de peretele sondei (se poate lua un pas de 0,1 m); - se calculează vitezele de forfecare corespunzătoare şi se tabelează sau se reprezintă grafic (funcţie de distanţele alese); - distanţa limită de pierdere (de oprire a curgerii) este considerată cea corespunzătoare valorii vitezei de forfecare de circa 10 s–1. Tabelul 3.1 d, m

0,1

A k, mD

18,85

0,2

0,3

0,4

0,5

37,70

56,55

75,40

94,25

100

38,20

19,10

12,73

9,55

7,64

1.000

12,08

6,04

4,03

3,02

2,42

Cu ajutorul acestei distanţe se poate estima cantitatea de soluţie ce se va pierde. În tabelul 3.1 sunt trecute rezultatele obţinute pentru o sondă cu raza de 0,1 m, un strat cu grosimea de 30 m, un debit de pierdere de 20 m3/zi, o porozitate de 0,25% şi pentru două valori ale permeabilităţii, de 100 mD şi 1.000 mD. Se poate observa din tabel că distanţa de la perete, unde se opreşte pătrunderea soluţiei este la 40 cm, pentru k = 100 mD şi la aproximativ 15 cm, pentru k = 1.000 mD. În ambele cazuri, canalele de comunicaţie, uzual realizate nu depăşesc aceste valori. În 59

scopul limitării distanţei de invazie a acestor soluţii trebuie luate măsuri de creştere a vâscozităţii lor la suprafaţă, prin creşterea concentraţiei în electrolit şi/sau polimer. În figurile 3.8…3.12 este prezentată variaţia distanţei de pătrundere în funcţie de concentraţia de HEC şi săruri.

Fig. 3.8.

Fig. 3.9.

Fig. 3.10.

Fig. 3.11.

Fig. 3.12.

Analizând diagramele din figurile 3.8…3.12, putem spune că distanţa de

60

pătrundere a fluidelor este mult influenţată de concentraţia în HEC a acestora. În schimb, influenţa sărurilor este diferită, după cum urmează.  Pentru soluţii de NaCl cu un conţinut de 250 g de NaCl la 1 litru soluţie fără CaCl2 (vezi figura 3.8 stânga), distanţa de pătrundere a soluţiilor este mare şi se micşorează simţitor la adaosul de numai (25…50) g CaCl2 la un litru soluţie (vezi figurile 3.8 dreapta şi 3.9 stânga). De la 100 g CaCl2 în sus, influenţa acestuia asupra distanţei de pătrundere a soluţiilor cu un conţinut de 250 g NaCl la 1 litru de soluţie este nesemnificativă (vezi figurile 3.9 dreapta şi 3.10).  La soluţiile de CaCl2 şi HEC (fără adaos de NaCl) se observă că, până la concentraţii de 200 g CaCl2 la un litru de soluţie, distanţa de pătrundere în strat este mare şi se micşorează substanţial numai la adaosul unei cantităţi de 150 g NaCl la un litru de soluţie.  În ceea ce priveşte conţinutul de KCL în aceste soluţii (v. figura 3.11), se observă că acesta influenţează distanţa de pătrundere numai în cantităţi mari, de (150…200) g KCl la un litru de soluţie, dar având în vedere costul ridicat al acestuia, nu se recomandă a fi folosit decât ca inhibitor pentru hidratarea mineralelor argiloase, în proporţie de până la 5 g la litru.  Influenţa ZnS04 asupra soluţiilor de NaCl şi CaCb nu este prea mare comparativ cu influenţa NaCl asupra soluţiilor de CaCl2 şi a CaCb asupra soluţiilor de NaCl, aşa încât nu se va folosi decât pentru realizarea unor fluide cu greutate specifică mare, dacă este cazul, pentru asigurarea presiunii hidrostatice necesare. Cazul folosirii fluidelor speciale pentru foraj la subechilibru Un model de fluid de foraj pentru realizarea forajelor la subechilibru îl reprezintă spumele preformate. Întreaga idee a forajului la subechilibru constă în realizarea unei contrapresiuni pe stratul productiv mai mică decât presiunea din pori, ceea ce va conduce la o curgere dinspre strat spre sondă pe perioada forajului, în acest fel evitându-se contaminarea stratului productiv cu fluid de foraj, astfel încât să nu fie alterate proprietăţile de curgere ale stratului productiv în jurul găurii de sondă. Spumele sunt sisteme formate prin aglomerarea de bule de gaz separate unele de altele prin filme subţiri de lichid. Prepararea unui astfel de sistem se face prin dispersare sau condensare (aglomerare). Prepararea prin dispersie implică existenţa, în anumite cantităţi, a viitoarelor faze (dispersă – gaz şi continuă – lichid), urmând ca viitoarea fază discontinuă să fie dispersată în cea continuă printr-un procedeu oarecare. La prepararea prin condensare, se pleacă de la faptul că viitoarea fază discontinuă se găseşte sub formă de solut (molecule dizolvate în faza continuă), iar în timpul preparării moleculele se unesc în agregate mai mari (ex: formarea spumei de bere). Pentru ca aceste sisteme să fie stabile în timp, este necesară folosirea unui alt component, numit spumant, cu rolurile de reducător al tensiunilor intefaciale, în vederea înlesnirii formării spumei, şi de formare a unei membrane protectoare la suprafaţă, pentru stabilizarea ei. Eficienţa spumanţilor se exprimă prin următoarele caracteristici [49]: - Coeficientul de expansiune reprezintă raportul dintre volumul de spumă formată şi volumul de soluţie folosită. În funcţie de valoarea lui, spumele se pot divide conform tabelului 3.2. - Stabilitatea spumei Ssp este dată de raportul dintre volumul spumei după un anumit timp de repaus Vt şi volumul iniţial de spumă V0 citit la 30 secunde de la preparare: V Ssp  t . (3.12) V0

61

Tabelul 3.2 Coeficient de expansiune Mic Mediu Mare

Valoarea coeficientului

Tip spumă

2 – 20 21 – 200 200 - 1000

Grea Medie Uşoară

Spumele utilizate ca fluide de circulaţie în sonde sunt spume preformate, preparate la suprafaţă, înainte de introducerea în sondă. După evacuare, în principiu, spumele nu mai sunt recirculate, dar în funcţie de condiţii, există şi posibilitatea de recirculare a lor. Pentru obţinerea lor sunt necesare următoarele: - faza continuă – apă, apă de mare sau de zăcământ, noroaie uşoare cu concentraţie mică în solide, sau diverse soluţii de săruri la diferite concentraţii; - faza dispersă – aer, gaze de sondă, azot; - spumanţi – substanţe ionice sau neionice de tipul detergenţilor; - stabilizatori – substanţe macromoleculare cu proprietăţi tensioactive, solubile în faza continuă (carboxil-metil-celuloză, poliacrilamidă), sau substanţe solide de dimensiuni coloidale (bentonită, silice); - generator de spumă – tub Venturi, ţevi concentrice de diametre diferite, medii poroase. Proprietăţile spumelor preformate depind de tehnologia folosită la prepararea lor. Voi prezenta în continuare principalele proprietăţi care arată capacitatea spumelor preformate de a fi folosite ca fluide de circulaţie în sonde. Fracţia volumică de lichid sau FVL este proprietatea cea mai importantă, care influenţează şi celelalte proprietăţi. Reprezintă valoarea raportului dintre volumul de lichid folosit la preparare şi volumul spumei formate la condiţiile de presiune şi temperatură date: VL FVL  , (3.13) VL  VG ( p, T ) unde: VL este volumul de lichid; VG – volumul de gaze la presiunea şi temperatura de preparare. Valorile FVL sunt cuprinse între 0,02 şi 0,5 pentru condiţiile de sondă şi între 0,02 şi 0,16 pentru condiţiile de suprafaţă. Această proprietate influenţează foarte mult capacitatea spumei de a ridica particule solide, datorită modificărilor pe care le provoacă în structura sitemului format. Capacitatea de ridicare a spumelor creşte de la capacitatea de ridicare a fazei continue (FVL = 1), la o valoare maximă, când FVL este aproximativ 0,02, după care, va scădea brusc pentru valori ale FVL mai mici de 0,02, datorită apariţiei alternanţelor de curgere (dop de spumă, dop de gaz). Structura spumelor este caracterizată printr-un grad înalt de dispersie a gazului în faza continuă. Dimensiunile bulelor variază în limite largi, iar forma lor este eterogenă, variind de la sferică – pentru valori mari ale FVL, la poliedrică – pentru valori ale FVL mai mici de 0,25. Capacitatea de transport cea mai mare este asigurată la valori ale FVL de sub 0,25, deci când forma este poliedrică, formă care se datorează în principal naturii forţelor care se manifestă în acest sistem. În opinia cercetătorilor (Plateau, Bickerman, Desch), de-a lungul unei axe, se pot întâlni numai trei pelicule separatoare, care formează între ele unghiuri de 120°, iar contactul dintre ele se va face prin intermediul unei coloane de fluid subpresat sub formă de prismă triunghiulară foarte înaltă. Într-un punct se pot întâlni axele a patru prisme de lichid subpresat, care sunt dispuse spaţial sub un unghi de 109°. Astfel, după Desch, forma cea mai probabilă a bulei de spumă este cea de dodecaedru pentagonal. 62

Proprietăţile reologice ale spumelor sunt influnţate de interacţiunea moleculelor fazei continue şi de interacţiunea dintre fazele în mişcare. Interacţiunea dintre fazele în mişcare este influenţată foarte mult de valoarea FVL. Astfel, pentru valori ale FVL de peste 0,45, bulele au formă rotundă, sunt dispersate şi nu reacţionează permanent, spuma prezentând proprietăţi de curgere asemănătoare fluidelor newtoniene. Pentru valori ale FVL cuprinse între 0,45 şi 0,2, bulele interacţionează între ele prin forţele de atracţie sau repulsie manifestate între suprafeţele peliculelor separatoare, sistemul prezintă o tensiune de prag, comportarea lui fiind considerată binghamiană. Pentru valori ale FVL cuprinse între 0,2 şi 0,02, forma bulelor este poliedrică, tensiunea de prag şi vâscozitatea plastică au valori mult mai mari, comportarea rămânând binghamiană. Vâscozitatea aparentă a spumelor este mare comparativ cu a soluţiilor lichide, iar tensiunea statică de forfecare are valori cuprinse între 10 N/m2 şi 150 N/m2. Aceste propietăţi fac ca spumele preformate să poată fi utilizate la diferite operaţii de sondă cum ar fi: forarea stratelor productive şi/sau depletate, traversarea zonelor de pierdere, denisiparea sondelor etc. O spumă de calitate necesită, pentru o evacuare perfectă a sondei, viteze în spaţiul inelar de două ori mai mici faţă de fluidele convenţionale de foraj. 3.4.2.2. Perforarea sau reperforarea intervalelor productive După operaţiile de forare, tubare şi cimentare, este necesară operaţia de perforare, pentru a crea posibilitatea curgerii fluidelor din strat în sondă. Prin detonarea controlată a unor încărcături explozive, se produc găuri în coloană, ciment şi în formaţiunea productivă, realizându-se astfel canale de comunicaţie sondă–strat. Pentru optimizarea producţiei sau injecţiei este necesar să proiectăm atent modul de executare al perforaturilor, pentru a obţine perforaturi curate, care să fie extinse dincolo de zona de blocaj în masa de rocă rezervor nealterată de operaţiunile precedente (forare, cimentare etc.). Perforarea prin detonare controlată, pe lângă găurirea coloanei, a inelului de ciment şi a rocii pe o anumită distanţă de la peretele sondei, produce, de asemenea şi o pulverizare a particulelor de rocă din rezervor, ceea ce conduce la crearea unei zone de permeabilitate scăzută în jurul canalului perforaturii, prin tasarea materialului pulverizat. În figura 3.13 sunt exemplificate zonele de diferite permeabilităţi rezultate în urma operaţiei de perforare cu jet cumulativ. Elementele care apar în figură sunt: 1 – gaura de sondă; 2 – coloana; 3 – piatra de ciment; 4 – perforatură; 5 – reziduuri ale jetului rămase după pornirea curgerii fluidelor spre sondă; 6 - zona de rocă pulverizată şi posibil compactizată, de permeabilitate k5; 7 - zona de rocă din jurul sondei blocată de filtratul fluidelor de foraj şi cel din pasta de ciment, cu permeabilitatea k2; 8 – zonă blocată de acţiunea fluidului folosit la perforare, de permeabilitate k3; 9 – zonă blocată sub acţiunea fluidelor de foraj, cimentare şi perforare, de permeabilitate k4; 10 - zona de rocă neafectată de interacţiunea dintre fluidele folosite la traversarea prin foraj sau perforare şi mineralele constitutive ale pereţilor de pori sau fluidele cantonate în aceeaşi zonă, cu permeabilitatea k1; rbf – raza zonei blocate în timpul forajului; Lp – lungimea perforaturii.

63

Fig. 3.13 Zonele de diferite permeabilităţi rezultate în urma operaţiei de perforare cu jet cumulativ Pentru zonele de rocă din jurul perforaturii afectate de fluidele folosite la perforare cu permeabilităţile k3 şi k4, pentru uşurinţa interpretării, convenim să considerăm aceste zone de permeabilităţi constante, iar valorile acestor permeabilităţi le vom considera ca valori relative pe care le obţinem prin raportarea valorilor la valoarea permeabilităţii k1, pe care o luăm egală cu unitatea. Câtă vreme nu se efectuează nici o operaţie de stimulare, între aceste permeabilităţi există relaţia: (3.14) k1  k2  k3  k4 . Zona de depunere a rezidurilor jetului, zonă care micşorează foarte mult capacitatea de curgere a sondei, intră tot în componenţa zonei de permeabilitate k5, unde (3.15) k5  0,1 k1 . Pentru obţinerea unei comunicări sondă–strat cât mai bune, este esenţial să reducem cât mai mult impactul pe care îl are blocarea perforaturilor asupra curgerii fluidelor prin ele. Astfel, ani la rând, s-a considerat că pentru obţinerea unor perforaturi curate, pe lângă utilizarea unor fluide corespunzătoare în timpul perforării este suficient să se efectueze perforarea în condiţii de subechilibru, la o mare diferenţă de presiune. Prin această metodă, se căuta eliminarea zonelor de permeabilităţi k3, k4 şi k5. 64

Metoda constă în crearea în sondă, înainte de perforare, a unei presiuni mult mai mici decât cea de strat, ceea ce ar determina ca, imediat după perforare, curgerea fluidelor din zona adiacentă găurii de sondă să se facă cu viteze foarte mari, prin aceasta expulzându-se din tunelul perforaturilor particulele zdrobite de rocă, crusta formată prin tasarea acestora şi rezidurile rezultate în urma detonării. În urma studiilor din ultimii ani, cercetătorii din cadrul companiei Schlumberger au ajuns la concluzia că, pentru obţinerea unei perforaturi curate, folosirea doar a subechilibrului în timpul perforării nu este suficientă, deoarece cea mai mare influenţă o au variaţiile mari de presiune de după detonarea încărcăturii explozive, şi nu mărimea diferenţei de presiune dintre sondă şi strat. Astfel, ei au dezvoltat şi patentat o nouă metodă de perforare, numită PURE (Perforating for Ultimate Reservoir Exploitation process) – perforarea pentru o exploatare de top. Procesul PURE constă într-o proiectare a perforării specifică fiecărui caz în parte, o formă specială a încărcăturii detonante şi o calibrare specifică a armei. Software-ul de proiectare şi modelare PURE, pe baza proprietăţilor zăcământului şi a parametrilor de completare a sondei, creează un sistem de perforare unic şi optimizează procesul de completare a sondei pentru obţinerea şi monitorizarea la cel mai bun nivel al subpresiunii dinamice pentru fiecare operaţiune şi nu se bazează numai pe presiunea estimată a rezervorului. În consecinţă, marja de eroare şi posibilele probleme operaţionale create de relaţionarea dintre presiunea estimată a rezervorului şi valoare subpresiunii create în sondă sunt reduse semnificativ. Datorită acestui grad avansat de personalizare, tehnica PURE a fost utilizată cu succes în cazul zăcămintelor de petrol şi gaze alcătuite din orice tip de roci. Metoda prezintă următoarele caracteristici şi beneficii: Caracteristici:  Predicţia SPAN (metoda Schlumberger de analiză a perforării) a eficienţei completării pentru alegerea sistemului de perforare.  Crearea unei mari presiuni diferenţiale dinamice plecând de la subpresiune sau suprapresiune statică mică.  Densitatea mai mare de perforaturi.  Volum redus de fluid de tratare sau lipsa nevoii de acidizare în urma perforării. Beneficii:  Productivitate şi injectivitate crescute ale sondei prin minimizarea sau eliminarea zonei de compactare şi eliminarea reziduurilor detonării.  Îmbunătăţirea rezultatelor obţinute prin operaţiile de acidizare sau fracturare hidraulică.  Minimizarea fisurărilor apărute în inelul de ciment, rezultând o mai bună izolare. În figura 3.14, conform Schlumberger, sunt prezentate rezultatele unei perforări cu o singură împuşcătură, plecând de la o suprapresiune statică de 3,44 MPa. Din grafic se vede că, imediat după detonare, presiunea în sondă scade la –16,54 MPa, iar sistemul rămâne la subpresiune pe toată durata testului. Testul arată că subpresiunea dinamică poate fi obţinută plecând de la o stare se suprapresiune statică [94, 133].

65

Fig. 3.14 Rezultatele unei perforări cu o singură împuşcătură, conform Schlumberger

3.4.2.3. Consolidarea sondelor O altă problemă ce influenţează negativ comunicaţia sondă-strat o reprezintă migraţia particulelor solide din strat în sondă, problemă ce apare în stratele productive compuse din gresii şi nisipuri slab consolidate şi care conduce la nisiparea sondelor şi la scăderea drastică a capacităţii de producţie sau injecţie a respectivelor sonde. În cazul gresiilor, problema este minoră, în sensul că migraţia particulelor fine, rezultate în urma operaţiilor de completare a sondei, conduce la diminuarea permeabilităţii zonei din jurul găurii de sondă. Particulele pot podi în constricţiile porilor când diametrul particulelor depăşeşte 1/3 din diametrul mediu al porilor, fixându-se suficient de bine pentru a nu mai putea fi expulzate la pornirea curgerii din strat spre sondă. Acest lucru este mai pregnant dacă particulele solide sunt formate din minerale argiloase, al căror volum creşte ulterior fixării. Problema poate fi rezolvată în timpul operaţiilor de completare prin alegerea unor fluide compatibile cu stratul, sau prin tratamente de stimulare, ulterioare perforării. La stratele productive neconsolidate formate din pietrişuri sau nisipuri, problema este mult mai gravă, conducând la blocarea totală a curgerii spre sau dinspre sondă. Problema se poate rezolva prin utilizarea unor metode de consolidare. Metodele de bază pentru prevenirea nisipării sunt:  restricţionarea producţiei;  metode mecanice;  consolidări chimice;  combinaţii ale acestor metode. Factorii cei mai importanţi după care se alege tipul de combatere a nisipării sunt următorii:  tipul sondei; 66

 tipul de completare a sondei;  lungimea intervalului productiv. Pe lângă aceştia, mai sunt de luat în calcul şi următorii factori: economic, fiabilitatea, efectele asupra productivităţii, costurile de reparaţii, gradul de depletare al zăcământului, istoria producţiei de nisip şi saturaţia în apă. Alegerea restricţionării producţiei ca metodă de combatere a nisipării este cea mai comodă, însă factorul economic, adesea, ne face să evităm folosirea acestei metode. Alegerea materialului pentru consolidare Consolidarea se efectuează în dreptul stratelor slab consolidate, constituite din pietrişuri şi nisipuri. Alegerea dimensiunii nisipului sau pietrişului folosit la consolidare se bazează pe rezultatele analizei granulometrice a nisipului provenit din stratul productiv. Mai precis, folosind curbele cumulativă şi histogramă, se alege diametrul critic (minim) al granulei care poate să treacă prin filtru. Nisipul sau pietrişul utilizate în consolidare se alege astfel încât dimensiunea medie a porilor creaţi în structura respectivă să nu depăşească de mai mult de trei ori diametrul critic. Alegerea metodei de consolidare funcţie de tipul de sondă Tipurile de sondă existente în cadrul ROMGAZ S.A. sunt:  sonde de gaz noi sau vechi;  sonde de extracţie sau injecţie. În sondele noi, se poate folosi oricare dintre metodele de bază în combaterea nisipării, însă este de preferat să se folosească o metodă combinată. Se recomandă ca perforaturile sa fie spălate suficient pentru a se crea mici cavităţi în afara coloanei, de vreme ce singurul tip de consolidare obţinut în urma metodelor combinate este acela al plasării de nisip în spatele coloanei şi de consolidare a acestuia cu răşini. Pentru sondele vechi, este important să se determine dacă sonda a produs sau nu mult nisip. În cazul în care a produs mult nisip, tehnicile de consolidare se limitează la consolidarea de după preîmpachetarea sondei. Deoarece metodele chimice nu se pretează în cazul apariţiei golurilor în spatele coloanelor perforate, în cazul sondelor vechi care au produs mult nisip, se recomandă folosirea metodelor mecanice sau a metodelor combinate de consolidare. Dacă sondele sunt de injecţie sau extracţie, influenţa acestui fapt asupra alegerii tipului de consolidare este foarte mică. Aici factorul care dicteză este cel economic. Alegerea metodei de consolidare funcţie de tipul de completare al sondei Tipurile principale de completare sunt:  coloană şliţuită;  gaură liberă;  coloană tubată, cimentată şi perforată. Cele mai puţine restricţii în alegerea metodei de control al nisipării le pune cazul coloanei perforate. Metodele cele mai folosite în acest caz sunt cele de consolidare chimică. Pentru aceasta însă, nu trebuie să existe goluri în spatele coloanei. Acest tip de completare ne dă cea mai mare capacitate de control a materialului de consolidare pe măsură ce acesta intră în formaţie. Metodele mecanice de combatere a nisipării se pretează foarte bine la acest tip de completare, dar, cu toate acestea, este dificil să se realizeze o bună pătrundere a nisipului de împachetare în fiecare tunel de perforatură, lucru ce reprezintă o necesitate absolută. Există mai multe tehnici de plasare care să rezolve aceste probleme. Metodele combinate, cum este cea de împachetare cu nisip consolidat cu răşini, se potrivesc şi ele foarte bine la acest tip de completare, în cazul lor fiind necesară formarea unor goluri în spatele coloanei, goluri în care să se amplaseze nisipul care va 67

fi consolidat cu răşină. Pentru tipul de completare în gaură liberă, tehnicile de control se limitează fie la metodele mecanice (împachetare cu nisip), fie la cele combinate (împachetare cu nisip şi consolidare cu răşini). La acest tip de completare nu pot fi folosite metodele chimice de consolidare, deoarece nu se poate controla separarea diferitelor stadii de tratare, fapt ce poate degenera într-o deteriorare permanentă a stratului productiv. Alegerea metodei de consolidare funcţie de lungimea intervalului Lungimea intervalului ce trebuie tratat este critică, în primul rând datorită sistemelor de consolidare. Astfel, sistemele plastice de consolidare sunt foarte sensibile la variaţiile permeabilităţii de-a lungul intervalului ce trebuie tratat. Se recomandă ca, pentru consolidare, intervalul ce se tratează să fie sub 5 m de interval perforat. Au fost tratate cu succes şi intervale mai lungi, dar rata de succes scade dramatic pentru intervale mai lungi de 10 m. De asemenea, şi costul operaţiunilor creşte în funcţie de lungimea intervalului. 3.4.2.4. Mod de operare pentru realizarea unor bune căi de comunicaţie sondă-strat Sondele noi:  traversarea stratelor productive cu:  fluide tip soluţii limpezi de electroliţi, tratate în vederea reducerii drastice a razei de invazie;  tehnologie de foraj la subechilibru (folosind spume preformate);  lărgirea zonei din dreptul stratului productiv pentru a da posibilitatea executării unui gravel-packing eficient;  tubarea cu coloana propusă în proiect;  perforarea cu metode şi tehnologii noi cum este PURE;  realizarea filtrului de gravell-packing (pe o grosime de minim 8 cm pentru o eficienţă maximă). Sondele existente: Pentru acestea trebuie refăcută zona din dreptul stratului productiv.  îndepărtarea coloanei (acolo unde este cazul) din dreptul stratului productiv prin frezare;  traversarea stratelor productive cu:  fluide tip soluţii limpezi de electroliţi, tratate în vederea reducerii drastice a razei de invazie;  tehnologie de foraj la subechilibru (folosind spume preformate);  lărgirea zonei din dreptul stratului productiv pentru a da posibilitatea executării unui gravel-packing eficient;  tubarea cu coloana propusă în proiect;  perforarea cu metode şi tehnologii noi cum este PURE;  realizarea filtrului de gravell-packing (pe o grosime de minim 8 cm pentru o eficienţă maximă). 3.3.2.1. Debitul sondei Performanţele unei sonde depind de următorii factori: proprietăţile fizice ale rocii, aria suprafeţei de drenaj, proprietăţile fluidelor din zăcământ şi distribuţia de presiune. Relaţia dintre debitul de gaz şi căderea de presiune strat-sondă este caracteristică fiecărei sonde în parte. Această relaţie, determinată experimental, are următoarea expresie [27, 82, 100]: Q  I p ( ps2  pd2 ) , (3.1) unde: Ip este indicele de productivitate; ps – presiunea statică de zăcământ; 68

pd – presiunea dinamică de zăcământ. Conservarea produselor înmagazinate pe termen lung Instalaţiile de înmagazinare trebuie proiectate astfel încât să asigure continuitatea conservării pe termen lung a produselor înmagazinate. Aceasta implică cunoștințe prealabile adecvate despre formaţiunea geologică în care urmează să se formeze depozitul şi geologia rocilor înconjurătoare. - culegerea tuturor informaţiilor de bază necesare pentru precizarea parametrilor limită de construcţie şi exploatare; - demonstrarea capacităţii de a asigura conservarea pe termen lung a produselor înmagazinate prin intermediul integrităţii sale mecanice şi hidraulice. Construcţia şi exploatarea trebuie făcută în asemenea manieră încât să se menţină integritatea conservării. Nici o altă activitate sau instalaţie nu trebuie să afecteze integritatea reţinerii. DEBITUL SONDELOR Sondele sunt folosite pentru transferul gazelor în rezervorul subteran de depozitare şi din acesta la consumatori. Combinaţia de sonde injecţie-extracţie, reprezintă cel mai comun tip fiindcă este şi cel mai economic mod de exploatare. Sondele sunt utilizate pentru ambele procese: injecţie şi extracţie. Datorită caracteristicilor individuale ale zăcământului (rezervorului), acest sistem poate să nu se dorească injecţia şi extracţia prin aceeași sondă în anumite porţiuni ale rezervorului de depozitare. Acest lucru este posibil datorită menţinerii sub control al influxului de apă, la rezervoarele care se exploatează în regim mixt-elastic plus împingerea de apă, pentru a preîntâmpina formarea de pungi de gaze izolate, ori din alte considerente. În aceste cazuri se folosesc una sau două sonde numai pentru injecţie sau pentru extracţie. Sondele de injecţie+extracţie, în mod uzual, au diametru coloanei mult mai mare decât sondele normale de producţie, care să permită folosirea ţevilor de extracţie cu un diametru mare în scopul reducerii pierderilor de presiune prin frecare şi pentru a realiza debite mai mari de injecţie sau de extracție atunci când debitul de gaze nu este restricționat de receptivitatea stratului sau presiunea de fisurare a stratului. Sondele de observaţie sunt folosite, în special, pentru monitorizarea migrării apei în rezervor. O sondă de observaţie trebuie amplasată într-o poziţie joasă pe structură, pentru a monitoriza prezenţa gazelor sau a apei în acest punct. Sondele de observaţie pot avea o coloană cu un diametru mai mic. În unele cazuri, o sondă neproductivă sau o sondă de injecţie nesatisfăcătoare poate fi transformată în sondă de observaţie. Pentru determinarea debitului unei sonde de gaze se pot folosi două metode: 1. metoda clasică ce se aplică la nivelul stratului şi care ţine seama de parametrii fizico-hidrodinamici ai zăcămintelor de hidrocarburi din cercetările de şantier. 2. metoda convenţională bazată pe măsurători de presiune la suprafaţa sondei. Ecuaţia debitului de producţie pentru un model de curgere a hidrocarburilor în medii poroase, unde mişcarea este staţionară, plană şi stabilizată, poate fi scrisă sub forma: Q  IP ps2  pd2 unde IP este indicele de productivitate are expresia: 2kh IP  r b  ln c g g r s IP – indicele de productivitate [m2/sPa] Pc – presiune statică [Pa] Pd – presiune dinamică [Pa]





69

K – permeabilitatea stratului [Darcy] bp - factor de volum  p - vâscozitatea dinamică [Ns/m2] rc – raza de influenţă a sondei [m] r s – raza sondei [m] h – grosimea stratului [m] Reamintim că grosimea stratului h se evaluează din diagrafia electrică sau/şiu din datele de carotaj mecanic şi include toate “nisipurile” care contribuie la producţia de hidrocarburi. Presiunea statică (pc), presiunea dinamică (pd) ca şi temperatura de zăcământ se măsoară cu ajutorul manometrelor de fund, înzestrate cu termometre maximale. Vâscozitatea dinamică  p , factorul de volum (b) ca de altfel şi alţi parametrii fizici caracteristici hidrocarburilor, se obţin din cercetări în laborator efectuate în autoclavă pe probele colectate din sonde sau recombinate la suprafaţă, sau în lipsa acestora, din diagrame de corelaţii publicate. Raza zonei de influenţă a sondei (rc) se admite a fi egală cu jumătate din distanţa dintre două sonde adiacente. Dintre multiplele aplicaţii ale indicelui de productivitate rescriem pe următoarele: multiplicarea valorii indicelui de productivitate cu presiunea statică reprezintă potenţialul de producţie al unui strat; compararea indicelor de productivitate înainte şi după efectuarea operaţiilor de mărire a afluxului de fluide către sonde dă indicaţii asupra eficienţei acestor operaţii; declinul indicelui de productivitate în timpul ”vieţii” unui zăcământ reflectă starea de depletare a acestuia; prevederea variaţiei acestui indice cu saturaţia în fluide reprezintă o metodă clasică de evaluare a funcţiei Q = f(t) pentru zăcămintele care produc în regim de gaze dizolvate. Reprezentarea grafică a datelor de debit şi presiune conduce la obţinerea diagramei indicatoare din figura XXX, care conform relaţiei (XXX) este o dreaptă, rezultată, în cazul măsurătorilor imprecise, prin metode de interpolare (de obicei metoda micilor pătrate). Panta acestei drepte reprezintă, de altfel, indicele de productivitate: Q IP  tg  2 ps  pd2 Pentru compararea productivităţii mai multor sonde care produc în aceleaşi condiţii şi din acelaşi strat, însă pe diferite intervale deschise, se foloseşte indicele specific de productivitate care se defineşte ca raportul IP şi grosimea efectivă a stratului, adică: IP Q 2k IPS    2 2 r h h ps  Pd bg  g ln c rs





Presiunea diferentiala p - p c d

Debitul de productie Q [Nmc/zi]

a

Fig. xxx Diagramă indicatoare 70

Pentru sondele de gaze în jurul cărora se admite regim liniar de filtrare (gradienţii de presiune sunt moderaţi) şi procesul ca fiind izoterm, formula debitului de producţie se deduce din relaţia XXX prin înlocuirea factorului de volum al gazelor: T p0 bg  z p T0 s  pd 2 Obținându-se: k g hT0 ps2  pd2 Qg  r  g zp0T ln c rs unde: Z este factorul de neidealitate a gazelor T – temperatura [ 0K ] T0 – temperature standard Kg – permeabilitatea pentru gaze [Darcy]  p - vâscozitatea dinamică [Ns/m2]





De aici se deduce expresia indicelui de productivitate: k g hT0 Q IP  2  2 ps  pd  zp T ln rc g 0 rs A indicelui specific de productivitate: k g hT0 IPS  r  g zp0T ln c rs A capacităţii de curgere prin strat: r  g zp0T ln c rs k g h   IP T0 Şi a permeabilităţii efective pentru gaze: k g h kg  h Pentru ca valorile parametrilor detrminaţi cu relaţiile XXX să fie corecte trebuie să ne asigurăm că mişcaea în jurul sondei este stabilizată şi că sonda este curată (nu este înnisipată, nu are apă la talpă, etc). Practica demonstrează că în realitate nu se întâlnesc cazuri de mişcare stationară a gazelor şi în unele situaţii a petrolului în jurul sondelor. Pentru sondele de gaze care au exploatat zăcământ în faza iniţială şi sunt transformate în sonde de înmagazinare se folosesc datele existente care au fost detrminate în diferite faze de exploatare. b) Metoda convenţională. Ecuaţia următoare poate fi utilizată pentru a calcula debitul la o singură sondă în timpul extracţiei din rezervor pe baza măsurătorilor efectuate pe şantier:



2 2 Q  C pSSI  pSSD

unde:



n



2 2 Q  C PSSI  PSSD



n

Q este debitul extras [m3N/zi]; pSSI – presiunea la suprafaţă cu sonda închisă [kPa]; pSSD – presiunea la suprafaţă cu sonda închisă [kPa]; C şi n – coeficienţi determinaţi prin testare. Formula ecuaţiei caracteristice a curgerii fluidului prin ţevile de extracţie sugerează faptul că debitul este dependent de presiunea de la gura sondei şi de caracteristicile 71

ţevilor de extracţie (tubingului). Presiunea la suprafaţă cu sonda închisă este presiunea este presiunea de fund a sondei corectată cu efectul creaat de către rezistenţele hidraulice. Această presiune ar trebui măsurată atunci când zăcământul este stabilizat şi presiunea este reprezentativă pentru întregul rezervor. Din acest motiv, presiunea la suprafaţă cu sonda închisă, nu este reprezentativă pentru presiunea de fund cu sonda deschisă. Este reprezentativă pentru presiunea de zăcământ la o anumită distanţă de sondă. Similar, coeficienţii C şi n nu reprezintă numai caracteristicile ţevilor de extracţie care echipează sonda. Ei sunt reprezentativi pentru proprietăţile curgerii în ţevile de extracţie, plus proprietăţile curgerii prin rezervor pentru o distanţă efectivă faţă de sondă. De acea două sonde identice, cu aceaşi adâncime, dar forate în două zăcăminte diferite, vor avea, probabil, valori diferite ale celor doi coeficienţi. Metoda convenţională pentru testarea sondei în vederea determinării valorilor coeficienţilor este de a închide întregul rezervor şi de a permite presiunii să se stabilizeze în întregul zăcământ. Această stabilizare este foarte importantă deoarece zăcământul poate avea un profil foarte neuniform de repartizare a presiunii. Odată ce presiunea a fost stabilizată, se poate efectua o serie de teste pentru patru valori diferite de debit. Prima valoare selectată a debitului trebuie să fie cea mai mică din cele patru. Debitul se stabileşte când sonda produce, până ce presiune la suprafaţă cu sonda deschisă se stabilizează. Ideal această stabilizare ar trebui să dureze circa 30 de minute, dar în realitate ea poate dura şi câteva ore. Când presiune dinamică devine constantă, aceasta este înregistrată şi datele necesare pentru calculare debitului sunt de asemenea înregistrate. Debitul se creşte la următoarea valoare şi procedeul se repetă. Această procedură se continuă până când cele patru teste sunt complete. De obicei se presupune că presiunea statică nu este afectată de producţia de gaze şi rămâne aceeași pentru cele patru teste, pentru că evacuarea gazelor se face prin instalaţiile de suprafaţă existente şi care pot evalua o cantitate de gaze mult mai mare. Rezultatele se vor reprezenta grafic ca în fig.XXX . aceasta este o reprezentare logaritmică a debitului funcţie de diferenţa pătratelor presiunilor. Punctele au fost unite printr-o dreaptă iar coeficienţii C şi n au fost determinaţi folosind această pantă. Această dreaptă este utilizată pentru a evalua constantele C şi n. “C” se calculează când valoarea lui “Q” este 1 şi “n” este panta dreptei. O modalitate mai bună de evaluare a constantelor este de a lua două puncte în linie dreaptă care se introduc în ecuaţia curgerii prin sondă. Acestea dau douî ecuaţii cu două necunoscute care pot fi rezolvate pentru C şi n. Nu este necesar să se actualizeze atât de des graficul, pentru aceleaşi condiţii. Este recomandabil ca testele să se efectueze la o presiune de zăcământ de cca. 30% din presiunea maximă de exploatare, deoarece în aceste condiţii limită, depozitul trebuie să asigure acoperirea vârfurilor de consum maxim, sau la condiţii de presiune minimă. Coeficienţii astfel determinaţi se pot folosi până ce apar unele schimbări fizice la ţevile de extracţie sau la caracteristicile rezervorului (zăcământului de depozitare). De exemplu, nisipul din strat, din apropierea găurii de sondă poate fi contaminat cu impurităţi în timpul injecţiei (impurităţi din gaze şi ulei provenit de la compresoare). Această acumulare de impurităţi astupă spațiul poros, micşorează permeabilitatea şi implicit afectează valorile coeficienţilor C şi n.

72

2

10000

2

3

[(p1/z1) - (p2/z2)] x 47,5377 x 10

p[kPa]

1000

100 100

1000 Q x 26,79 [Nmc/zi]

10000

Capacitatea de livrare a sondelor Pentru iniţierea procesului de depozitare într-un zăcământ depletat, este tipic să se estimeze un număr mic de sonde (3 sau 4). În scopul determinării numărului de sonde necesar pentru exploatarea ulterioară a depozitului ţine seama de volumul de gaze ce trebuie livrat. Această informaţie este necesară pentru A.N.R.M. (Agenţia Naţională a Resurselor Minerale). Uzual se practică teste ale sondelor prin injecţia unor cantităţi de gaze preferate celor făcute la extracţie. În acest caz ecuaţia de mai sus suferă uşoare modificări:



2 2 Q  C PSSD  PSSI



n

unde: Q – debitul extras [m3N/zi] PSSI – presiunea la suprafaţă cu sonda închisă [Pa] PSSD – presiunea la suprafaţă cu sonda deschisă [Pa] C şi n – coeficienţi determinaţi prin testare. Datele obţinute prin aceste teste ale sondelor sunt utilizate pentru a planifica locaţia celorlalte sonde şi, eventual, programul de foraj. Yastefel se pot utiliza aceste date, împreună cu grosimea stratului de nisip, poroziatatea şi peramibilitatea, la satbilirea locaţiei cât şi pentru a estima performanţele fiecărei sonde propuse. Câteva elemente nu sunt certe precum: grosimea stratului de nisip, porozitatea şi permeabilitatea , pentru viitoarele locaţii de sonde propuse. Din această cauză proiectele cu referire la performanţele acestor sonde, propuse, nu pot fi aşa de precise. Pot exista 73

chiar şi sonde neproductive. Din cauza acestor incertitudini este indicat ca rezultatele calculelor pentru sondele propuse, să fie minimalizate în eventualitatea acoperirii neprăvăzutelor. Acesta se poate realiza prin micşoararea coeficientului “C” şi menţinerea valorilor lui “n”. Se recomandă, de exemplu, a se folosii un coeficient real “C1” unde C1 = 0,75 * C. În funcţie de forma şi structura zăcământului de depozitare este de dorit a se fora una sau două sonde de observaţie. Aceste pot fi sonde cu diametru mai mic care vor fi utilizate pentru a verifica limita gaze-apă. Aceste sonde se localizează în poziţii strategice pentru a avertiza eventualele pierderi de gaze din stratul de depozitare. Volumul de gaze depozitate într-un ciclu (gazul de lucru) trebuie corelat cu numărul de sonde ce echipează depozitul şi perioada de livrare estimată de cca. 150 de zile. Capacitatea de livrare a sondelor este determinată de : - livrarea gazului curent înmagazinat în depozit în perioada friguroasă - livrarea pe termen scurt a debitului maxim capabil să acopere vârfurile de consum cerute de consumatori. Sondele trebuie să livreze întreaga cantitate de gaze înmagazinată în perioada aferentă ciclului de extracţie pentru a permite folosirea întregii capacităţi de înmagazinare în ciclul următor de injecţie. Sondele trebuie prevăzute cu o dotare minimă care constă în: separator de lichide şi o gaură de lansare-primire pentru curăţitoare de conductă. Separatorul trebuie să îndepărteze apa produsă sau antrenată de zăcământ. Numai dacă rezervorul este foarte uscat gazul extras aduce şi ceva apă sărată. Este important să îndepărtăm această apă sărată înainte de a ajunge în sistemul de colectare.

5. CONSTRUCŢIA Construcţia trebuie executată în conformitate cu parametrii de proiectare ai depozitului. Forajul, echiparea, inspecția, manipularea, montajul și testarea la întreg echipamentul de adâncime şi la capul de erupţie trebuie făcute în conformitate cu standardele în vigoare (ISO, API) sau prescripții echivalente. În timpul forajului, completării și intervențiilor la sonde, trebuie luate toate măsurile cuvenite în scopul preîntâmpinării riscului de erupţie. Tot echipamentul instalat și materialele folosite la construcţia sondei trebuie să aibă certificate de calitate. 6.2. Operaţii de injecție şi extracție

În timpul fazei de injecţie, limitele de exploatare stabilite prin proiectare, în special presiunea maximă de exploatare trebuie respectate. Operatorul trebuie să aibă grijă să minimizeze eroziunea și coroziunea coloanei și tubingului şi să nu se afecteze siguranţa exploatării instalațiilor de înmagazinare. Exploatarea instalaţiilor de înmagazinare trebuie să aibă la bază instrucţiuni de exploatare scrise și proceduri de siguranţă care trebuie îndeplinite de personal de exploatare cu calificare și experienţă. Personalul trebuie instruit corespunzător pentru a-şi îndeplini sarcinile în deplină siguranță.

74

6.3. Întreținerea Dacă există probe că funcţionarea sondei nu mai este sigură sau că integritatea sondei este pusă în pericol trebuie luate măsuri de remediere cât mai curând posibil. 2.5. Studiul critic al proceselor de înmagazinarea gazelor Înmagazinarea subterană a gazelor în câmpurile de petrol şi gaze constituie cel mai vechi şi cel mai utilizat procedeu de înmagazinare a gazelor naturale. Depozitarea gazelor în zăcăminte depletate, fără acvifer activ este una din variantele preferate din punct de vedere economic deoarece sunt cunoscute în prealabil caracteristicile geologice ale zăcământului, ceea ce duce la reducerea cheltuielilor de cercetare pentru punerea în evidenţă şi conturare a viitorului depozit. Un avantaj semnificativ în folosirea unui zăcământ depletat ca depozit de înmagazinare gaze îl reprezintă existenţa sondelor, a sistemului de conducte şi a facilităţilor de suprafaţă în cazul folosirii unui zăcământ cu porozitate şi permeabilitate mare precum şi a unui număr suficient de mare de sonde se obţin debite zilnice mari. În cazurile înmagazinării gazelor în zăcămintele de petrol depletate, gazele injectate în zăcăminte formează un cap secundar de gaze care duce la creşterea factorului final de recuperare a petrolului urmat de crearea unui depozit de înmagazinare a gazelor. În cazurile utilizării gazelor cavităţilor saline ca depozite se obţin debite mai ridicate faţă de cantitatea înmagazinată. Durata de realizare a unei caverne este mare, de aproximativ 1,5 ani. Din raţiuni tehnico-economice durata procesului de injecţie este de 20 zile iar cea a procesului de extracţie este de 10 zile. Valoarea investiţiei în cavităţi saline este superioară costului rezervoarelor depletate dar, în schimb, costurile de înmagazinare sunt inferioare. Potrivit experienţei amenicane costul investiţiei în cavităţi saline este dublu investiţiei în rezervoare depletate. La 6 cicluri pe an cel mai ridicat cost de exploatare pentru o cavitate salină este inferior celui aferent zăcămintelor depletate. Cavernele sunt ideale pentru asigurarea unor debite mari, ele fiind mai uşor de monitorizat. Înmagazinarea în acvifere necesită investiţii suplimentare implicate de: - determinarea caracteristicilor geologice ale zăcământului, - punerea în evidenţă şi conturarea viitorului depozit, - săparea sondelor de operare şi monitorizare, - realizarea sistemului de conducte şi a facilităţilor de suprafaţă. Utilizarea acviferelor ca depozite subterane implică presiuni de injecţie mai mari pentru dezlocuirea apei, staţii de uscare, stocuri inactive mari de gaze (80% din capacitatea totală), precum o monitorizare atentă a proceselor de injecţie şi extracţie. Volumul investiţiei este mai mare decât în cazul unui zăcământ depletat. O sinteză a principalelor avantaje şi dezavantaje ale metodelor de înmagazinare gaze este prezentat în tabelul 5.

75

Tabelul 5 Principale avantaje şi dezavantaje a metodelor de înmagazinare gaze Tehnolo gia de Avantaje Dezavantaje înmagazinare - Se pot obţine debite zilnice - Necesită utilizarea de mari în cazul folosirii unul stocuri inactive care reprezintă o zăcământ cu porozitate şi imobilizare importantă de resurse. permeabilitate mare. - Posibilitatea apariţiei de - Ele sunt depozite de pierderi de gaze. capacitate mare putând prelua - Construirea unui depozit vârfurile de consum pe timp poate dura câţiva ani. friguros sau în cazul apariţiilor avariilor în reţea. - Cheltuielile cu investitiile Zăcămi sunt mai mici faţă de alte nte depletate tehnologii deoarece caracteristicile de gaze sau zăcământului, proprietăţile rocii de petrol sunt cunoscute, în condiţiile existenţei sondelor şi a sistemelor de conducte etc. - Cheltuielile de operare sunt mici. - Procedeul poate duce la creşterea factorulul de recuperare a petrolului În cazul utilizării unui zăcământ depletat de petrol cu cupolă de gaze. - Se pot obţine debite mari, -Valoarea investiţiei este faţă de cantitatea înmagazinată. mult superioară comparativ cu un - Aria mare de răspândire a zăcământ depletat. masivelor de sare pe glob. -Eliminarea cantităţii de - Durata procesului de saramură rezultată în urma Cavităţi extracţie este de ordinul excavării cavităţii creează probleme saline săptămânilor putându-se realiza serioase. mai multe cicluri pe an. -Micşorarea volumului - Cazul realizării mai multor cavităţii datorită fenomenului de cicluri pe an - costurile de operare fluaj a sării. sunt mai mici decât in zăcămintele depletate sau acvifere. - Aria mare de răspândire a -Necesită investiţii zăcământelor acvifere pe glob. suplimentare pentru determinarea Acvifere -Ele sunt depozite de caracteristicilor geologice ale capacitate mare putând prelua zăcământului, punerea în evidenţă 76

vârfurile de consum pe timpul friguros sau în cazul apariţiei avariilor. - Se pot obţine debite zilnice mari în cazul folosirii unui zăcământ cu porozitate şi permeabilitate mari.

şi conturare a viitorului depozit, săparea sondelor de operare şi de monitorizare, realizarea sistemului de conducte, şi a facilităţilor de suprafaţă. - Necesită presiuni de injecţie mari pentru deziocuirea apei. - Necesită o monitorizare atentă a procesului de injecţie— extracţie. -Stocuri inactive mari de gaze (80% din capacitatea totală.

Concluzii 1. Procesul de înmagazinare subterană a gazelor naturale reprezintă unicul proces eficient care corelează în mod optimizat furnizarea constantă de gaze naturale, prin intermediu conductelor magistrale de gaze, cu ererile pieţei. 2. Gazele naturale pot fi înmagazinate în zăcăminte de gaze sau ţiţei depletate, zăcăminte acvifere, cavităţi saline, cavităţi artificile create prin amenajare de mine. 3. Amenajarea depozitelor subterane de gaze reprezintă o problemă complexă care necesită o perioadă de realizare de câţiva ani precum şi un volum de investiţi constant. 4. Înmagazinarea subterană a gazlor în zăcăminte depletate de petrol şi gaze depletate implică injectarea gazelor în zăcămînt în perioada în care cererea pieţii scade sub nivelul producţiei surselor de alimentare, urmând ca aceste gaze să fie extrase în etapa în care cererea depăşeşte producţia. 5. Zăcămintele de înmagazinarea gazelor pot asigura depozitarea unor stocuri de rezervă necesare în cazul producerii unor accidente în alimentarea normală. 6. Construirea unui depozit de înmagazinare de gaze în zăcăminte depletate necesită săparea de sonde noi sau folosirea sondelor deja existente. Sondele folosite pentru injecţia şi extracţia gazelor se numesc sonde de exploatare. 7. Pentru urmărirea procesului de injecţie-extracţie se folosesc sonde special destinate care au rolul de a monitoriza anumiţi parametri de zăcământ (presiune, temperatură) în timpul realizării şi exploatării depozitului de gaze respectiv. 8. Procesul de înmagazinare-extracţie se realizează ciclic între presiunea maximă şi minimă de lucru. 9. Atunci când presiunea depozitului atinge valoarea minimă, o capacitate de gaze numită tampon de gaze, reprezentând aproximativ 50% din capacitatea depozitului, rămâne în zăcământ. 10. Realizarea unui depozit de gaze în cavităţi saline cere ca: - adâncimea să se situeze între 1000 şi 1300 m; - grosimea rocii saline să fie de minim 100 ; - înălţimea cavernei să se situeze în intervalul 100-200 m; - diametrul maxim al cavităţii să fie cuprins între 70-90 m; - presiunea maximă să fie cuprinsă între 15-20 Mpa; 77

- presiunea minimă 4-8 Mpa 11. Din raţiuni tehnico-economice durata procesului de injecţie a gazelor în cavităţi saline este de 20 de zile iar ce a procesului de extracţie de 10 zile. 12. Valoarea investiţiei realizării şi exploatării depozitelor de gaze din cavităţile saline este superioară celei aferente zăcămintelor depletate, în timp ce costurile de înmagazinare sunt inferioare. 13. Componentele majore ale unui sistem de înmagazinare subterană a gazului constau în zăcământul de înmagazinare, staţiile de comprimare, conductele de suprafaţă, debitmetre şi sonde. 14. Monitorizarea depozitării gazelor într-un zăcământ depletat implică analiza datelor care, în mod uzual, evidenţiază primele semne ale mişcării nedorite a gazelor. Sistemul luat în considerare trebuie să includă, pe lângă zăcământ, următoarele componente: conductele de suprafaţă, sondele, stratele de deasupra şi de dedesubtul zonei de înmagazinare precum şi zonele vecine extinse pe o distanţă de 1,5 până la 5 km sau mai mult. 15. Presiunile de operare în depozite sunt notate zilnic (orar) ca o siguranţă de exploatare a rezervorului, prin observaţiile de la sondele piezometrice. 16. Curbele de presiune aferente ciclurilor de depozitare sunt relativ apropiate şi închise, aşa cum se vede în figura 8.4. 17. La rezervoarele a căror permeabilitate este mai scăzută, curbele de presiune au depărtare mai mare (un histerezis mai pronunţat). 18. apă sărată de diferite concentraţii.

78