Podzemní
zásobníky plynu-důležitý článek v plynárenské soustavě
Zemní plyn byl původně považován za
vedlejší produkt při těžbě ropy a účelnému využití bránilo i to,že chyběla
přepravní síť plynovodů.Ta se začala budovat až v našem století od míst
primární těžby.Avšak s rozšiřováním počtu odběrních míst,a tím i nárustem
délky plynovodů bylo nutné zabezpečit i potřebné skladovací kapacity.Klasické
plynojemy se svým technicky omezeným objemem přestaly postupně dostačovat,a tak
se pozornost soustředila na možnost využití
vytěžených přírodních ložisek zemního plynu.Bylo to nejjednodušší
,jelikož tyto vyčerpané zdroje byly napojeny na plynovodní systém.
První zásobník na území tehdejšího
Československa byl vybudován v roce 1965.Jednalo se o dodnes činný
podzemní zásobník akviferového typu v Lobodicích,původně určený pro
skladování přebytků svítiplynu.V r.1973 byly zatlačeny první kubíky plynu-již
zemního-do vytěžených horizontů těžebního pole Hrušky a daly tak vzniknout
podzemnímu zásobníku Tvrdonice.Ve stejném roce začalo skladování importovaného
zemního plynu v zásobníku Láb na Slovensku,který je dnes největším zásobníkem
bývalé ČSFR.V roce 1983 byl zahájen provoz zásobníku Štramberk.V roce 1989 byl
zahájen provoz PZP Dolní Dunajovice.Na začátku nového tisíciletí byl vybudován
nový zásobník plynu Dolní Bojanovice a po roce 2000 byl uveden do provozu zatím
poslední zásobník plynu Uhřice (1,2).
Účel a požadavky na podzemní zásobníky
plynu (3)
Na rozdíl od jiných energetických
zdrojů,je zemní plyn distribuován sítí plynovodů a nemůže být spotřebiteli
skladován.V důsledku této skutečnosti má distributor odpovědnost přizpůsobit
dodávku poptávce.
Jedním ze základních prostředků pro
přizpůsobení zásobování poptávce je využití podzemních zásobníků plynu.Pro svou
velkou kapacitu mohou zajistit:
Výkonnost
podzemního zásobníku je obvykle definována dvěma základními parametry:
Sondy
na podzemních zásobnících plynu
Sondy
tvoří jedinou možnou komunikaci mezi uskladňovací strukturou nebo jejím okolím
a povrchem PZP. Z toho vyplývá jejich důležitost a zvýšená pozornost,
která se jim musí věnovat nejenom při jejich hloubení, ale hlavně
v průběhu provozování zásobníku. Zásobníkové sondy musí, na rozdíl od sond
na ložiscích uhlovodíků, spolehlivě plnit svoji funkci podstatně delší dobu,
čítající řadu desetiletí.
Podle účelu použití se
sondy v zásobníkovém fondu sond dělí na tři skupiny:
Provozní
sondy zajišťují přímé propojení
mezi plynovou částí zásobníkového objektu a povrchovou technologií PZP. Tyto
sondy představují velmi nákladné, složité a technicky i technologicky náročné
díla, na jejichž kvalitě a technické dokonalosti závisí nejenom spolehlivost
provozu zásobníku, ale především jeho denní výkon.
Pozorovací
sondy jsou nezbytnou součástí
monitorovacího systému PZP a slouží ke sledovámí ložiskových tlaků,jak ve
vlastním skladovacím obzoru,tak v nadloží a podloží.
Obr. 1- Souprava BIR 7585 při vystrojování PZP Uhřice (foto autor)
Jedním
z nejkritičtějších momentů u budoucích v/o sond je volba a provedení
nejvhodnějšího způsobu otevření zásobníkového obzoru, tj. propojení těžební
kolony s kolektorem. Po správné lokalizaci vrtu v ložisku má tato
operace největší význam pro produkční vlastnosti dané sondy a tím i její
budoucí výkon.
V zásadě
existují dva způsoby otevření obzoru. Při prvním je zásobníkový obzor provrtán
do podloží a přepažen těžební kolonou, která je následně, včetně kolektoru,
zacementována. Propojení mezi sondou a kolektorem je pak provedeno pomocí
střílené perforace těžební kolony přes cementový kámen do ložiska.
Samotná perforace je provedena perforátorem, zavěšeným na karotážním kabelu.
V minulosti se u provozních sond používala perforace o hustotě 25 – 30 ran/m, dnes jsou však
k dispozici perforátory s větší hustotou perforace a hlubší průnikem
do kolektoru (např. TCP-perforace), co má pozitivní vliv na výkon sondy.
Druhý progresivní způsob otevření obzoru, tzv. open-hole, se liší tím,
že obzor je provrtáván až po zapažení a cementaci těžební kolony, pata které je
usazena v oblasti litologické hranice mezi kolektorem a nadložním
izolátorem. Po provrtání zásobníkového obzoru do požadované hloubky se
zpravidla v intervalu zásobníkového objektu provádí rozšíření průměru vrtu
(kvůli zvětšení účinné plochy stěny vrtu).V současné době se na některých PZP
přechází z průměru rozšíření 280 mm na průměr 350 mm.MND Servisní toto
úspěšně aplikovala na PZP Dolní Dunajovice a připravuje na PZP Dolní
Bojanovice. Rozšíření open-hole se
provádí specielním vrtním nářadím – rozšiřovačem.
Před
uvedením zapaženého, zacementovaného a otevřeného vrtu do provozu je potřebné
do něj instalovat takové vystrojení, které mu umožní spolehlivě plnit jeho
funkci. Od momentu vystrojení se vrt stává sondou. Vystrojení sondy se skládá
z jednotlivých komponentů sešroubovaných do společné sestavy.
Hlavními komponenty podzemního vystrojení zásobníkových sond jsou (shora
dolů):
Stupačkovou
kolonu (SK) tvoří:
·
čerpací trubky (stupačky) – zapouštěné do těžební kolony a zavěšené pomocí
závěsného kužele do základní příruby na ústí sondy.
·
bezpečnostní podpovrchový ventil -
v případě havárie na ústí sondy nebo v povrchové technologii
automaticky zneprůchodňuje stupačky a je zakomponován do stupačkové kolony cca
100 m pod povrchem.
Pakrovací sestavu tvoří:
·
proplachovací objímka – pomocí přechodu našroubovaná na konci stupačkové
kolony, slouží pro výměnu pakrovací kapaliny při vystrojování sondy a pro
bezpečné umrtvení sondy.
·
pakr –
těsnící prvek, izolující mezikruží mezi stupačkovou a těžební kolonou, ve
kterém se nachází pakrovací kapalina.
·
usazovací vsuvka – prvek se zúženým vnitřním profilem pro usazení zátky v případě
potřeby odblokování vnitřního prostoru stupačkové kolony.
·
naváděcí objímka – koncový prvek vnitřního vystrojení sondy s rozšířeným ukončením,
pro bezproblémově vytažení karotážních sond nebo nářadí výzkumu sond z pažnic
do menšího průměru pakrovací sestavy.
Obr.2- Pakr s No-Go vsuvkou před zapuštěním do sondy (foto autor)
Všechny výše uvedené prvky se používají při vystrojování provozních a
pozorovacích plynových sond. V nových a v starých převystrojovaných
provozních sondách jsou komponenty nacházející se nad usazovací vsuvkou
navzájem spojeny pomocí plynotěsných
závitů (např. „kov na kov“). Tyto
spoje by měly zajišťovat dostatečnou
plynotěsnost vystrojení sond. V minulosti se pro tento účel
používaly teflonové kroužky, které byly při sešroubování jednotlivých prvků
vládány do specielních drážek v závitovém spojení (jeden kroužek do
jednoho spoje).Toto těsnění mělo však nevýhodu v tom,že v průběhu
chemické intenzifikace mohlo dojít k porušení těsnosti stupačkové kolony.
V prostoru mezikruží mezi stupačkovou a těžební kolonou, které je permanentně
utěsněné pomocí pakru, se nachází pakrovací
kapalina. Účelem takového vystrojení je chránit těžební kolonu a zabránit
poškození cementového kamene za ní, při velkých změnách tlaku, které jsou
spojeny s vtláčením a odběrem plynu. V průběhu vtláčení tlak
v tomto mezikruží narůstá se zvyšujícím se ložiskovým tlakem který
zapříčiňuje roztahování materiálu stupaček (tzv. „balónový efekt“). Také vlivem teplotní dilatace materiálu
vystrojení při ohřívání sondy v době vtláčení nebo těžby tlak v mezikruží
narůstá, ale po odstavení sondy se vyrovnáním teplotního pole v sondě
ztrácí.
Pískování provozních sond
Při těžbě plynu z PZP může docházet k rozvolňování horniny a
strhávání pískových zrn plynem do sondy. Příčinou tohoto je zvýšená tlaková
deprese a tím i rychlost proudícího média a nebo litologický charakter
kolektoru, který bývá reprezentován písky či méně soudržnými pískovci. Vynášený
písek může způsobit ucpání sondy, poškození podzemního vystrojení nebo
povrchového technologického zařízení.
V provozu není výnos písku běžně rozpoznatelný, a proto je účelné
vybavit těžební systém vhodným detektorem, který by signalizoval, případně
uzavřel sondu, při projevu pískování.
Výhodnější, než napravování škod, je však prevence. V podstatě
existují tři způsoby zábrany pískování sond:
·
snížení dynamických
účinků média přitékajícího do sondy – omezení těžby (nevýhodné kvůli snížení
výkonu sondy)
·
zvýšení mechanické
odolnosti hornin zpevněním (nevýhodné kvůli snížení propustnosti kolektoru
pojivem)
·
zabránění prostupu ložiskového
materiálu do sondy mechanickými prostředky (povrchové filtry, nebo filtry
zapuštěné na dno sondy)
Na PZP se nejvíce využívají zapouštěné filtry, sestávající
z podélně perforované trubky, ovinuté drátem lichoběžníkového průřezu
s ponecháním mezery mezi jednotlivými závity.
Obr.č.3 Filtrační kolona před zapuštěním do sondy (foto autor)
Velikost štěrbiny ve filtru je závislá
na zrnitosti ložiskového materiálu.Při hodnocení zrnitosti se využívá sítových
analýz, zpracovaných graficky do známých zrnitostních křivek. Nejčastěji se
navrhuje obsyp dle kritéria:d50
obsypu = d50 kolektoru násobeného faktorem 4 až 6.Nižší hodnoty
se volí pro jemnější materiály a naopak.Obsyp se propočítává tak,aby vyhovoval
nejjemnější poloze.Obsypový písek
musí splňovat
kritéria normy API RP 58 (7).
Obr. 4 – Způsoby instalace filtrů v sondě (3)
1 – in site
gravel pack 2 – open hole
gravel pack
Seznam
použité literatury
1) RNDr.Stanislav
Plachý:Podzemní uskladňování plynu (VŠCHT Praha 1993)
2) Prof.RNDr.
Vladimír Homola,CSc.:Základy geologie ložisek ropy a plynu a podzemních
zásobníků plynu (VŠB Ostrava 1984)
3) Ing.Marian
Zákopčan:Podzemní zásobníky plynu (VŠB-TU Ostrava 2003)
4) Systémy
zásobování plynem-Podzemní zásobníky plynu ČSN EN 1918-1,1918-2,1918-3,1918-4
(Český normalizační institut,1999)
5) Transgas-zpravodaj
státního podniku Český plynárenský podnik-o.z.Transgas Praha.Mimořádné
číslo/ročník XXII
6) Mgr.Josef
Šedivý,ing.Jiří Kotek,ing.Lukáš Kopal:Sborník vědeckých prací VŠB-TU
Ostrava,monografie 15,rok 2005,ročník LI,řada hornicko-geologická
7) New Tools and
Procedures for Better Drilling Operations.Technical Manual Oil and Gas Journal
1999