Ing. Radim Blažej, Ing. Marián Zákopčan 
Moravské naftové doly, a.s.

 

 

Poznatky z provozování podzemních zásobníků plynu

 Uhřice a Dolní Bojanovice

 

1.   Úvod

Tento článek je rozdělen do dvou  částí. První část zahrnuje stručný popis technologií a zařízení využívaných na PZP Uhřice a PZP Dolní Bojanovice. A dále jsou uvedeny některé praktické zkušenosti z provozování podzemních zásobníků – asset management v souvislosti s využíváním inteligentních polních přístrojů.

Ve druhé části příspěvku bychom chtěli poukázat na vývoj geologického poznání „Hlavního objektu“ PZP Dolní Bojanovice za dobu jeho provozování v rámci PZP a jak lze získané geologicko-provozní informace využít pro optimalizaci skladování plynu, kdy lze dosáhnout jednak zvýšení aktivní náplně, tak i výkonu PZP.

 

2.   Technologie

Zásobník je provozován v režimech zatláčení a odběru zemního plynu. Vtláčení a odběr plynu probíhá z a do VVTL plynovodu DN 700 PN 80, kterým je PZP D. Bojanovice napojen na mezinárodní měřící stanici (MMS) Brodské (cca 30 km). Na MMS Brodské je prováděno obchodní měření množství a kvality plynu, plynovod je zde napojen na tranzitní plynárenskou síť SPP a.s. Bratislava .

 

Technologické zařízení se dělí na:

1)     technologické zařízení sond, plynovodní přípojky

2)     technologické zařízení pro vtláčení plynu

3)     technologické zařízení pro odběr plynu

4)     řídící systém PZP

Další část je zaměřena na vyhodnocení využívaných zařízení umožňujících moderní správu a údržbu provozovaného zařízení - Flowscanner pro detailní diagnostiku posuvných a rotačních řídících ventilů a AMS jako softwarový prostředek pro síťové propojení a průběžné sledování přístrojů a zařízení přímo v procesu.

 

Flowscanner

Ve své  podstatě je Flowscanner počítačová jednotka schopná simulovat analogový řídící signál v rozsahu 0-50 mA, resp. 0-10 V.

Disponuje dále integrovanými převodníky na snímání tlakových poměrů na jednotlivých komponentech ventilu,  rozhraním na připojení snímače  polohy indikujícího zdvih ventilu a třemi pomocnými analogovými vstupy použitelnými např. na snímaní procesního  tlaku, průtoku nebo teploty.

Je to kompaktní a přenosný systém  plně závislý od venkovního napájení, umožňující diagnostiku jakýchkoliv vzduchem ovládaných posuvných a rotačních řídících ventilů nezávisle na typu (výrobci).

Ve světě už delší dobu existují trendy, které směřují k tzv. plánované údržbě ventilů, v průběhu pravidelných odstávek technologie.

Kdyby jsme chtěli mít  100% jistotu, že ventily dokážou spolehlivě pracovat v technologii mezi jednotlivými odstávkami, měly by být každou odstávku teoreticky demontovány ze svých pozic a starostlivě prohlídnuty kvalifikovaným personálem.

Při takové inspekci by se zjistilo, že z celkového množství demontovaných ventilů si dílenskou údržbu vyžadovala pouze část celkového počtu. Je zřejmé, že taková operace by byla časově a finančně velmi náročná, takže výsledná cena kterou bychom zaplatili za spolehlivost technologie by byla neakceptovatelná.

Využitím Flowscanneru, jako zařízení schopného otestovat provozní stav ventilů, bez toho aby bylo nutné ventil demontovat z technologie se nabízí možnost věnovat pozornost jen těm ventilům a jejich jednotlivým komponentům, které si to reálně vyžadují.

Princip diagnostiky takových ventilů spočívá v tom, že kontrolu nad ventilem přebírá prostřednictvím I/P převodníku flowscanner a v průběhu vykonávání plného zdvihu ventilu snímá aktuální výšku zdvihu a hodnoty mezi I/P převodníkem a korektorem, tlaku za korektorem a tlaku pracovního plynu.

Diagnostiku je možné vykonat souborem testů, ze kterých každý umožňuje získat jedinečné údaje o chování ventilu:dynamický test, statický bodový test, rychlost zdvihu, rozlišení ventilu.

Dynamický  test je hlavní test a jeho výsledky poskytují největší množství údajů o ventilu.

Při tomto testu flowscanner sbíra údaje o výšce zdvihu a tlakových poměrech na ventilu v průběhu provádění plného zdvihu ventilu, při lineární změně řídícího signálu.

Analýzou naměřených hodnot lze posoudit:

·        zdroj ovládacího tlaku, zda je k dispozici dostatečný průtok

·        bench set a tím i přítlak na sedlo a pokud se nadefinují provozní tlakové poměry na ventilu tak i přítlak na sedlo za pracovních podmínek

·        tření na ucpávkách a tím i riziko úniku procesního média

·        výšku zdvihu

·        kvalita dosedu zátky do sedla

·        kalibraci, dynamickou linearitu, dynamické chybové pásmo individuálně pro I/P převodník, korektor nebo pro celý systém

Kontrola stavu řídících ventilů se provádí pravidelně na PZP Dolní Bojanovice i PZP Uhřice součástí prezentace bude vyhodnocení výsledků za rok 2004.

 

AMS

Mezi přístroje v technologii se řadí veškerá zařízení sloužící k udržení výrobního procesu v chodu, jako jsou čerpadla, ventily, vysílače měřených veličin ap.

Údržba těchto zařízení a správa informací, které je o nich třeba ve výrobních provozech uchovávat, jsou zpravidla poměrně náročné. Kvalifikovaná obsluha je obvykle nucena každý přístroj prověřovat odděleně, mimo provoz pomocí speciálních nástrojů a programů. Tento postup je často velice časově náročný a nespolehlivý.

Software AMS (Asset Management Solution) umožňuje tyto přístroje síťově propojit a sledovat jejich chování on-line. Tento prostředek je implikován do řídícího systému PZP Uhřice.

Základním kamenem AMS je Field Server, který digitálně komunikuje se všemi přístroji  uloženými do společné databáze. K Field Serveru lze snadno připojit další programy  SNAP-ON pro individuální monitorování a diagnostiku různých typů přístrojů. Základní program  pro diagnostiku a monitorování všech přístrojů je Field Manager.

Obsluha tak monitoruje a zpracovává data z přístrojů snadno a efektivně přímo z velínu. Získané informace slouží zejména k optimalizaci řízení údržby a redukci času a nákladů na cenově náročný servis.

Největšími výhodami tohoto systému jsou:

·        konfigurace přístrojů na dálku a automatický záznam o všech provedených změnách

·        On-line monitorování stavu a nastavení výstražných hlášení pro kritické parametry

·        Predikce údržby založená na stanovených podmínkách vzhledem k různým parametrům

·        dálková diagnostika vlastních přístrojů a celých měřících smyček, porovnávání nastavení přístrojů, přenášení konfigurací z přístroje na přístroj

·        snadné a rychlé uvádění polní instrumentace do provozu, autotesty, autokalibrace, archivace a tisk parametrů nastavení

·        Vedení komplexní dokumentace o všech přístrojích včetně náhradních dílů, všech změnách, nastaveních a kalibracích

·        Podpora konvenčních přístrojů umožňující zavedení všech přístrojů a zařízení do databáze

V současné době „restrukturalizací“ je tento softwarový prostředek velmi dobrým pomocníkem k udržení či dokonce zvýšení přesnosti a spolehlivosti přístrojů polní instrumentace. Jeho zásadním přínosem je efektivní správa a predikce či lokalizace závad.

 

3.   Optimalizace provozování „Hlavního objektu“

Za období od zahájení provozu obou PZP projevila nehomogenita geologické stavby jednotlivých skladovacích objektů, hlavně z pohledu hydrodynamické komunikace mezi jednotlivými krami nebo částmi uvnitř samostatných ložiskových struktur. Tyto detaily se v průběhu primární těžby plynu ev. těžby ropy nemohly projevit z důvodu nesrovnatelně mírnějšího tempa odtěžování, které je účelné kvůli hospodárnému využití ložisek, tz. dosažení jejich maximální vytěžitelnosti.

Budování PZP Dolní Bojanovice z pohledu podzemní části probíhalo v několika etapách. V současnosti se plyn na této lokalitě skladuje v pěti ložiskových objektech – původních ložiscích ropy a plynu, které se nacházejí v hloubkovém intervalu 750 – 2070 m. Nejvyšší z nich je vázán na sedimenty 16. sarmatského písku (vytěžené plynové ložisko) a ostatní (částečně vytěžená ropoplynová ložiska) v lábských píscích středního bádenu.

V rámci první etapy bylo v listopadu 1999 zahájeno vtláčení do 1. a 2. kry tzv. „Hlavního objektu“, který je zároveň největším a nejvýkonnějším objektem celého komplexu PZP Dolní Bojanovice. Ve druhé fázi budování byl v roce 2000 zásobník rozšířen o objekty „16. sarmat“, „Čočky“ a 3. kru „Hlavního objektu“. Jako poslední byl v roce 2004 k zásobníku připojen objekt „Lábský obzor – JV“.

Komplikovanost geologické stavby lábského obzoru je geneticky podmíněna jeho deltovým charakterem a značným tektonickým narušením, které způsobuje jeho členění na samostatné nebo jen částečně komunikující kry. Z toho důvodu se názor na jeho geologickou stavbu s přibývajícími geologickými informacemi značně měnil.

„Hlavní objekt“ je tvořen dvěma polohami jemně až středně zrnitých písků s mocností do 20 m, uložených ve střední hloubce 1600 m. Jejich porozita kolísá mezi 10 a 25% a propustnost se pohybuje v rozmezí 100 – 750 mD. Přesto že písky jsou vzájemně odděleny jílovým proplástkem o mocnosti 3-15 m, ve většině případů mezi sebou navzájem hydrodynamicky komunikují.

Od doby objevení ložiska v roce 1974 sondou P-62 do začátku výstavby zásobníku se geologická představa o tomto objektu opírala hlavně o informace získané při vrtání 7 sond sloužících k primární těžbě plynu a ropy a 7 vrtů ohraničujících ložisko (obr. 1 a 2). Na této etapě geologického poznání struktury byl objem aktivní náplně budoucího zásobníku odhadován na 180 mil. m³ zemního plynu (tab. 1).

 

 

Obr. 1 a 2 – Jedna z původních představ o geologické stavbě 1. (vlevo) a 2. (vpravo) písku lábského obzoru dnešního „Hlavního objektu“ (rok 1990).

V roce 1997 bylo učiněno rozhodnutí o konverzi ložiska Poddvorov na PZP Dolní Bojanovice a v této oblasti bylo provedeno 3D seismické měření. V následujícím roce byl proveden hydrodynamický výzkum sond a reinterpretace karotážních měření. Na základě jejich výsledků byl zpracován matematický model ložiska, podle kterého by v 1. a 2. kře „Hlavního objektu“ mohlo být uskladněno 265 mil. m³ plynu.

Po získání nových informací z pěti sond, vrtaných pro účely PZP (1998-99), byla geologická stavba opět přehodnocena (obr. 3 a 4) a modelovaný objem aktivní náplně dosáhl hodnoty 277 mil. m3 plynu (tab. 1).

V roce 2000 byla do systému PZP zapojena 3. kra „Hlavního objektu“ – vytěžené ložisko ropy s aktivním vodním zápolím, které od 2. kry odděluje systém zlomů. Rovněž její zásluhou po aktualizaci matematického modelu vzrostla předpokládaná skladovací kapacita na úroveň 308 mil. m³.

V prvních sezónách náběhového období byly získány podrobné provozně-geologické informace o hydrodynamické komunikaci mezi jednotlivými oblastmi v rámci celého skladovacího objektu. Provádění těchto testů bylo možné hlavně díky řídícímu systému PZP, pomocí kterého je možné kontinuálně dálkově sledovat a archivovat všechny důležité údaje ze sond (tlaky, teploty, průtoky a jiné) a operativně řídit průběh celého testu.

 

 

Obr. 3 a 4 –Představa o geologické stavbě 1. (vlevo) a 2. (vpravo) lábského  písku při zahájení provozu PZP (rok 1999).

V roce 2002 byly odvrtány dvě nové vtlačně-odběrové sondy a byl proveden 1. reprocesing 3D seismiky. Nové údaje byly společně s dosavadní analýzou provozu objektu použity pro přepracování matematického modelu ložiska a jeho výstupy se staly podnětem pro rozhodnutí o snížení minimální úrovně provozního tlaku z původních 10 MPa na hodnotu 8,5 MPa. Tím se skladovací kapacita „Hlavního objektu“ zvýšila na 345 mil. m³.

 

Obr. 5 a 6 – Doposud poslední aktualizace geologické stavby 1. (vlevo) a 2. (vpravo) lábského písku         (rok 2004).

Po zkušenostech z pěti vtlačně-odběrových sezón je již zřejmé, že 1. a 2. kra „Hlavního objektu“ (na rozdíl od 3. kry) pracuje v  téměř expanzním režimu, a proto byla v roce 2004 provedena modelová simulace, podle které je možné snížení provozního tlaku na hodnotu 5,5 MPa, čímž objem aktivní náplně vzrostl na 406 mil. m³. Toto snížení iniciovalo úpravu technologie PZP a její přizpůsobení pro odběr plynu v závěru sezóny pomocí kompresorů.

Tab. 1 – Vývoj projektované aktivní náplně „Hlavního objektu“

Rozvoj skladovací kapacity „Hlavního objektu“ je v současnosti řešen také z hlediska optimalizace skladování plynu v jeho jednotlivých krách, či mezikrách. V letošním roce již proběhly nebo probíhají práce zaměřené na tři části struktury (obr. 7), ve kterých je podle provozních zkušeností dosud nevyužitý potenciál jak z hlediska kapacity, tak i výkonu.

O nedostatečném využití oblastí v okolí sond P-76 a P-62 svědčí vývoj jejich ložiskového tlaku v průběhu cyklování plynu (hlavně jeho zaostávání za ostatními oblastmi ve druhé polovině odběrové sezóny). Proto v červnu letošního roku byla původně pozorovací sonda P-76 zapojena do sběrného systému PZP a bylo do ní zahájeno vtláčení.

Obr. 7 – Strukturní mapa na povrch 1. lábského písku s vyznačením perspektivních oblastí.

 

Do oblasti sondy P-62 byl v červenci letošního roku odvrtán horizonrální vrt P-101H, který byl vrtán způsobem Re-entry z původního vrtu P-101, zastihující část lábského písku ve zlomu. Hloubení tohoto vrtu opět dokázalo komplikovanost geologické stavby objektu, protože trajektorie musela být operativně upravována. Navzdory tomu však celková délka otevřeného písku činí projektovaných téměř 300 m. Po připojení do sběrného systému PZP bylo do sondy zahájeno vtláčení plynu výkonem cca 1,3 mil. m³/den.

Třetí nadějnou oblastí z hlediska efektivního využití skladovacího prostoru se jeví 3. kra „Hlavního objektu“. Podle jeho dosavadního chování a předběžné aktualizace matematického modelu bude možné původně projektovanou aktivní náplň zvýšit.

Předpokládané konečné řešení nejenom tohoto objektu vyplyne z upřesněné geologické stavby, která se v současnosti zpracovává pro lábský obzor na dané lokalitě na základě nově reprocesované 3D seismiky. Toto zpracování umožní využít seismické materiály pro nové nadstavbové postupy využití (AVO analýzy, studium seismických atributů, spektrální analýzy a jiné). Novinkou by mělo být i využití nového světového trendu ve zpracování seismických dat a to předsoučtové migrace, jak ve verzi časové (PSTM), tak ve verzi hloubkové (PSDM). Všechny tyto nové postupy zpracování mají sloužit k upřesnění geologické stavby, prostorového rozložení kolektorských vlastností hornin a v neposlední řadě k stanovení rozsahu nasycení struktur uhlovodíky (především plynem).  

Na základě nového zpracování geologické stavby lábského obzoru v poddvorovské a bojanovické oblasti, zahrnující i výsledky vrtby P-101H, se na začátek roku 2006 plánuje sestavení nových matematických modelů pro všechny skladovací objekty PZP Dolní Bojanovice nacházející se v daném obzoru.

 

 

4.   Závěr

S přibývajícím množstvím geologických a provozních informací v průběhu náběhového období se v případě skladovacích objektů PZP Dolní Bojanovice značně měnil a upřesňoval názor na jejich geologickou stavbu, k čemuž nemalou měrou přispěla analýza hydrodynamické komunikace mezi jednotlivými částmi skladovacího obzoru při cyklování plynu.

Zároveň se od úrovně geologického poznání struktur mohou zásadně měnit i základní parametry objektů, jako aktivní a základní náplň, maximální denní výkon, rozsah provozních tlaků, počet vtlačně-odběrových sond a jiné. V optimálním případě lze očekávat pozitivní změnu parametrů stejně jako u „Hlavního objektu“ PZP Dolní Bojanovice.

 

5.   Literatura

1.     RNDr. Jana Hudcová - Využití 1. a 2. písku lábského obzoru na ložisku Poddvorov - východ pro účely uskladňování zemního plynu, Hodonín 1995

2.     RNDr. Miroslav Pereszlényi, CSc. a kol. - Geologická stavba, ropoplynonosnosť a petrofyzikálne vlastnosti 1. a 2. piesku lábskeho obzoru v severovýchodnej časti štruktúry Poddvorov - Geologická štúdia možnosti konverzie ropoplynového ložiska na podzemný zásobník zemného plynu, Bratislava 1998

3.     RNDr. Jana Hudcová, Ing. Richard Bittner, CSc. - Modelování konverze ložiska 1. a 2. písku lábského obzoru - Poddvorov - východ na PZP, Hodonín 1998

4.     RNDr. Pavel Bošácky a kol. - Simulácia konverzie ropo-plynového ložiska 1. a 2. piesku lábskeho obzoru v severovýchodnej časti štruktury Poddvorov na podzemný zásobník plynu, Bratislava 1999

5.     RNDr. Pavel Bošácky a kol. - Ložisková simulácia konverzie 3. kryhy ropo-plynového ložiska Poddvorov SV na PZP, Bratislava 2000

6.     RNDr. Pavel Bošácky a kol. - Matematické modelovanie PZP Poddvorov SV po vtlačno-odberovej sezóně 2000 – 2001, Bratislava 2001

7.     RNDr. Pavel Bošácky a kol. - Súhrnná správa simulácií konverzie ropo-plynových ložísk lábského obzoru (hlavný objekt a čočky) a plynového ložiska 16. Sarmatského obzoru v severnej časti štruktúty Poddvorov na podzemné zásobníky zemného plynu, Bratislava 2003

8.     RNDr. Pavel Bošácky a kol. - Ložisková simulácia konverzie 3. kryhy ropo-plynového ložiska Poddvorov SV na PZP, Bratislava 2005