Modeliranje radnog obujma podzemnog skladišta plina u funkciji ležišnih parametara i proizvodne opreme

doctoral thesis

• Title: Modeliranje radnog obujma podzemnog skladišta plina u funkciji ležišnih parametara i proizvodne opreme : doktorski rad
• Title (english): The underground gas storage volume modelling with respect to reservoir parameters and production equipment : doctoral thesis
• Author: Ivan Zelenika
• Mentor: Vladislav Brkić (mentor)
• Committee member: Tomislav Kurevija (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Vladislav Brkić (član povjerenstva)
• Committee member: Hrvoje Kozmar (član povjerenstva); MBZ: 210762
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mining, Geology and Petroleum Engineering; Zagreb
• Defense date and country: 2017-05-17, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mining, Petroleum and Geology Engineering; Petroleum Mining
• Universal decimal classification (UDC): 622 - Mining

Abstract

Podzemna skladišta plina predstavljaju značajni segment plinske infrastrukture. Njihova
primarna funkcija je osiguranje pouzdane i učinkovite opskrbe prirodnim plinom privatnih i
javnih gospodarskih subjekata. Prirodni plin se skladišti unutar podzemnih geoloških
formacija (ležišta), a ovisno o tipu geološke formacije predodređene su i njegove osnovne
tehničke karakteristike. Kapacitet povlačenja (proizvodnje) i utiskivanja plina bitna je
tehnička karakteristika svakog skladišta plina, a najvećim dijelom je u funkciji ležišnog tlaka,
fizikalnih svojstava geološke formacije i broja bušotina. Za razliku od kapaciteta utiskivanja
plina čija je maksimalna vrijednost održiva tijekom cijelog ciklusa rada skladišta, projektirani
maksimalni kapacitet povlačenja održiv je samo do određene vrijednosti ležišnog tlaka koja se
crpljenjem plina iz ležišta kontinuirano smanjuje. Budući da tijekom zimskih mjeseci
skladište intenzivno radi, poželjno je da vrijednost ležišnog tlaka pri kojoj je moguća
održivost maksimalnog izlaznog kapaciteta bude mala. Navedeno je bitno jer kapacitet
povlačenja skladišta najviše doprinosi sigurnosti opskrbe plinom pri vršnim opterećenjima
plinskog sustava. U okviru ovog doktorskog rada ispitan je utjecaj tehnoloških čimbenika koji
utječu na radne karakteristike skladišta i održivost kapaciteta povlačenja plina. Prvenstveno se
to odnosi na hidrauličke gubitke koji se javljaju prilikom protjecanja plina kroz dijelove
proizvodne opreme, kao i interferenciju rada bušotina uslijed heterogenosti ležišta. Dijelovi
proizvodne opreme koji su razmatrani i ispitani su sapnice i proizvodni niz radnih bušotina.
Navedena problematika, kao i njezin utjecaj na radne karakteristike skladišta plina do danas
nije ispitana na sustavan način. U svrhu ispitivanja postavljenih hipoteza, a na temelju
proizvodnih podataka o radu podzemnog skladišta plina u Republici Hrvatskoj, razvijen je
matematički model skladišta plina. Njegovom upotrebom moguće je ispitati utjecaj pojedinih
segmenata proizvodne opreme na održivost maksimalnog izlaznog kapaciteta skladišta plina.
Unutar modela za proračun pada tlaka kroz bušotinske i redukcijske sapnice postrojenja kao
ključan parametar korišten je koeficijent lokalnog gubitka sapnice koji je u okviru ovog rada
utvrđen eksperimentalno. Uz pomoć razvijenog matematičkog modela ispitane su različite
konfiguracije. Rezultati računalnih simulacija su pokazali da promjer bušotinskih i
redukcijskih sapnica znatno utječe na održivost kapaciteta povlačenja plina. Potvrđen je
utjecaj promjera proizvodnog niza i interferencije rada bušotina na radne karakteristike
skladišta plina.

Abstract (english)

Storage of natural gas in geological structures such as depleted fields, aquifers and salt
caverns, plays an important role in gas supply system as it balances fluctuation of gas demand
and price. It composes a supply-demand safety and optimizes the gas network capacity
distribution. The importance of underground gas storage is reported worldwide for industrial
and urban gas consumption. Injection and withdrawal capacity represents important technical
characteristics of gas storage facility. It mainly depends on reservoir pressure, physical
properties of geological formation, and the number of working wells.
The present work focuses on determination of influencing parameters that affect performance
of the storage facility and gas withdrawal capacity. Hydraulic loss in fluid flow through gas
storage production equipment, and well interference effects in the surface gathering system,
may have important influence on gas storage performance. The parts of the production
equipment that are investigated are wellhead chokes and well production string (tubing).
Stated issues and their impact on gas storage facility performance are so far not
systematically studied.
Integrated mathematical model is developed based on underground gas storage facility
production data. Using this model, hydraulic loss is determined. A real test case (underground
gas storage in depleted gas reservoirs), which consists of gas storage reservoir linked to
surface facility is analyzed. The mathematical model uses experimentally determined pressure
drop coefficient in chokes. The base case scenario created using real gas storage facility data
(reservoir, fluid, production and pressure data) enables accomplishing a good history match
with given parameters of the gas storage reservoir.
Using the history match simulation case as initial scenario (base case), three different
scenarios are created to determine injection and withdrawal performance of the gas storage
field. First two scenarios include replacement of production equipment (tubing string and
wellhead reduction station chokes). Third scenario analyzes well interference effects
regarding surface gas gathering system. The results indicate that the pressure drop in chokes
in underground gas storage facility has significant impact on gas storage operation and
deliverability. When compared with the base case, all three scenarios indicate an increase in
maximum sustainable gas storage withdrawal capacity. The average discharge coefficient
value of 0.76 is obtained from field measurements.

• Keywords: podzemno skladište plina; radni volumen; kapacitet povlačenja; proizvodni niz; bušotinske sapnice; depresija na sloj; eksperimenti; matematički model
• Keywords (english): underground gas storage; working gas volume; withdrawal capacity; production string; wellhead chokes; reservoir drawdown; experiments; mathematical model
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:169:992318
• Promotion: 2017-09-17
• Study programme: Title: Applied Geosciences, Mining and Petroleum Engineering; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor znanosti/doktorica znanosti (doktor znanosti/doktorica znanosti)
• Catalog URL: http://katalog.nsk.hr/F/?func=direct&CON_LNG=ZAG&local_base=ZAG01_WEB&doc_number=000633593
• Type of resource: Text
• Extent: XVII, 156 str. ; 30 cm
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access; Embargo expiration date: 2019-05-17
• Created on: 2017-12-12 10:56:32