Ing.Milan Gavenda                                                                             P 11

MND Servisní a.s.,Česká republika

 

 

Podzemní zásobníky plynu-důležitý článek v plynárenské soustavě

 

Úvod

 

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.

Typy sond

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)

 

 

 

 

  

Způsob otevření obzoru

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.

 

Podzemní vystrojení sond

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