Nové poznatky ve vystrojování sond na podzemních

Nové poznatky ve vystrojování sond na podzemních

Novinky z odboru
Milan GAVENDA*
Typy sond
Nové poznatky ve
vystrojování sond
na podzemních zásobnících
plynu v České republice
Z
emní 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 [1].
První zásobník plynu (PZP) 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 [2]. V roku 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
Provozní sondy
[3]. Na začátku nového tisíciletí byl vybudován nový zásobník plynu Dolní Bojanovice
a po roce 2000 byl uveden do provozu zatím
poslední zásobník plynu Uhřice [4].
Výkonnost
podzemního zásobníku
Výkonnost PZP je obvykle definována dvěma základními parametry:
• aktivní skladovací kapacitou, která charakterizuje objem plynu, který může být
odtěžen, aniž by zásobník byl ohrožen
z hlediska vtláčení a zabezpečení požadovaných nároků na příští těžební sezónu,
• špičkovým výkonem, který je maximálním výkonem podzemního zásobníku,
který může být realizován na základě daných provozních podmínek [4].
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.
Obr. 1 Souprava DIR 3007 při rekonstrukci sond
na PZP Dolní Dunajovice
12
Podle účelu použití se sondy v zásobníkovém fondu dělí na tři skupiny:
• provozní, neboli vtlačně-odběrové,
• pozorovací,
• účelové.
Zajišťují přímé propojení mezi plynovou
částí zásobníkového objektu a povrchovou
technologií PZP. Tyto sondy představují velmi nákladná, složitá a technicky i technologicky náročná díla, na jejichž kvalitě a technické dokonalosti závisí nejenom spolehlivost provozu zásobníku, ale především jeho
denní výkon.
Pozorovací sondy
Tyto sondy jsou nezbytnou součástí monitorovacího systému těsnosti PZP a slouží ke
sledování ložiskových tlaků, jak ve vlastním
skladovacím obzoru, tak v nadloží a podloží.
Způsob otevření obzoru
Jedním z nejkritičtějších momentů u budoucích vtlačně-odběrových sond je volba a provedení nejvhodnějšího způsobu otevření zásobníkového obzoru, t.j. 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 [4].
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
Obr. 2 Nabíjení TCP perforátoru
Slovgas • 1/2007
Novinky z odboru
Obr. 3 Rozšiřovač Lockomatic fy.BAKER
Obr. 4 Rozšíření open-hole na sondě Dunajovice-37,
realizace červenec 2006
perforace (až 39 ran/m v pažnicích) a hlubší průnikem do kolektoru (např. TCP-perforace – Tubing Conveyed Perforating), co má
pozitivní vliv na výkon sondy. TCP perforace (obr. 2) má další výhodu v tom, že je ji
možno provádět na vystrojené sondě při lehčí perforační kapalině, která nezajišťuje protitlak vůči ložiskovému tlaku a může nastat
ihned přítok do sondy. Tímto je zcela zabráněno spékání horniny. Tento způsob perforace byl úspěšně aplikován např. u některých vtlačně-odběrových sond PZP Dolní
Bojanovice. Perforaci TCP běžně provádí i
společnost MND Servisní Lužice.
Druhý progresivní způsob otevření obzoru, tzv. open-hole (otevřený vrt), 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 a zároveň zvětšení prstence pískového obsypu). V současné
době se na některých PZP přechází z původního průměru rozšíření 280 mm na průměr
350 mm. MND Servisní toto úspěšně aplikovala na PZP Dolní Dunajovice a na 2 sondách PZP Dolní Bojanovice. Rozšíření open-hole se provádí speciálním vrtním nářadím
– rozšiřovačem obr. 3. Na obr. obr. 4 je karotážní diagram z profiloměru. Profiloměr je
karotážní metoda a v podstate jediný způsob,
jak se dá provést kontrola rozšíření open-hole, a to ve dvou na sebe kolmých směrech.
Obr. 5 Podpovrchový bezpečnostní ventil
s napojenou impulsní trubičkou
Obr. 6 Pakr s No-Go vsuvkou a naváděcí
objímkou před zapuštěním do sondy
1/2007 • Slovgas
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 mo-
mentu vystrojení se vrt stává sondou. Vystrojení sondy se skládá z jednotlivých komponentů sešroubovaných do společné sestavy.
Hlavní komponenty podzemního
vystrojení zásobníkových sond
Patří sem (shora dolů):
Stupačková kolona, kterou tvoří:
• čerpac
č
í trubky (stupačky)
č - zapouštěné
čky)
do těžební kolony a zavěšené pomocí závěsného kužele do závěsné příruby na ústí sondy (spodní části PK - produkčního
kříže),
• bezpečnostn
č
čnostn
í podpovrchový
podpovrchov 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 viz obr. 5.
Pakrovací sestava, kterou tvoří:
• proplachovací objímka
í
ímka
– 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,
• navádě
děc
dě
ěcí objímka
í
ímka
- koncový prvek vnitřního vystrojení sondy s rozšířeným ukončením, pro bezproblémové vytažení karotážních sond nebo nářadí výzkumu sond
z pažnic do menšího průměru pakrovací
sestavy viz. obr. 6.
Všechny uvedené prvky se používají při
vystrojování provozních a pozorovacích plynových sond. U nových a v rámci oprav převystrojovaných vtlačně-odběrových sond
jsou komponenty nacházející se nad usazo-
13
Novinky z odboru
vací vsuvkou navzájem spojeny pomocí plynotěsn
ěsný
ěsn
sných závitů (např. „kov na kov“). Tyto
spoje by měly zajišťovat dostatečnou plynotěsnost vystrojení sond. Předpokladem jejich
dobré funkce však je nepoškozenost dosedacích ploch a sešroubování závitů na předepsaný dotah se záznamem. 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
nov
nový
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, 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 [4].
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 v České republice se v současné
době nejvíce využívají protipískové filtry typu Johnson, sestávající se z podélně perforované trubky, ovinuté drátem lichoběžníkového průřezu s ponecháním požadované mezery mezi jednotlivými závity. Mezi skelet,
tvořený perforovanou trubkou a lichoběžní-
14
kový nerezový drát jsou vsunuty podélně
opěrné dráty, které podstatně zvětšují filtrační plochu. Toto je hlavní rozdíl oproti filtrům
konstrukce Nafta Gbely.
Velikost štěrbiny ve filtru a zrnitost naplavovacího písku 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 (d50 = střední průmer
zrna písku) násobeného faktorem 4 až 6. Nižší hodnoty se volí pro jemnější materiály a
naopak. Obsyp se propočítává tak, aby vyhovoval nejjemnější poloze [5].
Naplavovací písek
sek musí splňovat kritéria
dle normy API RP-58. Dle této normy se u
naplavovacího písku provádí tyto testy [6]:
a) Sitová analýza.
b) Test odolnosti proti kyselinám.
c) Test kulovitosti a zaoblení zrn.
d) Test na zákalnost.
e) Test na pevnost proti rozdrcení zrn.
Pro naplavování protipískových filtrů na
PZP v rámci České republiky je používán písek z lokality Provodín u České Lípy, který
s rezervou splňuje daná kritéria.
Po naplavení každého filtru je nutné provést karotážní měření GGK-H, kterým se
zjistí:
a) přesná poloha filtru oproti obzoru,
b) kvalita pískového obsypu,
c) hlava písku za filtrační kolonou,
Diagram z hustotního měření GGK-H (je
to karotážni metoda: gama, gama karotáž) je
na obr. 7. Z diagramu je vidět kvalitní homogenní obsyp s hlavou písku 11 m nad open-hole. Standartní výška písku nad open-hole je 10 m.
Obr. 7 EKM (elektrokarotážní měření)
hustotního měření GGK-H po naplavení filtru
na sondě Dunajovice-37
Použitá literatura
[1] HOMOLA, V.: Základy geologie ložisek ropy a plynu
a podzemních zásobníků plynu, VŠB Ostrava 1984
[2] BUJOK, P. : Některé závěry výzkumných prací na PZP
Lobodice sloužící ke zvyšování kapacity zásobníkových
sond. Konference Zvyšování výkonosti podzemních zásobníků plynu, Brno 1978
[3] ŠEDIVÝ, J., KOTEK, J., KOPAL, L.: 20 let provozování
Podzemního zásobníku plynu Dolní Dunajovice , VŠB TU Ostrava 2005
[4] ZÁKOPČAN, M.: Podzemní zásobníky plynu,VŠB - TU
Ostrava 2003
[5] BARRIL, R.-J.: „Controling sand Production in High Rate Gas Wells“, World Oil, pp.52-56, Sept. 1983
[6] API RP 58 Doporučená praxe pro testování písků používaných pro naplavování protipískových filtrů, Washinton, DC, U.S.A. 1986
Závěr:
Doporučuji práce na PZP provádět v době,
kdy je v zásobníku přibližně hydrostatický
tlak. Přesto je nutné používat kvalitní tembloky, aby byly minimalizované ztráty kapalin
do zásobníkové formace. Navrhuji používat
tembloky typu liquid casing (neboli tekuté
pažnice, které jsou na bázi celulosy, která odfiltrováním vody vytvoří poměrně slabou nepropustnou vrstvu bránicí dalšími průniku kapaliny do horniny), a to vždy hned na počátku
umrtvování sondy. Vystrojovací sestavu zvolit co největšího průměru. Pakrovací sestavu
volit o řád menší, než je průměr čerpacích trubek, aby byly usnadněny práce pomocí wire-line techniky (je to souprava výzkumu sond,
pracujíci s nástroji zapuštěnými na drátě).
Pro oživování sond doporučuji používat nejlépe zemní plyn a nebo tam, kde to není možné, inertní plyn.V žádném případě nepoužívat
pro snížení hladiny v sondě vzduch!
Lektori: Ing. Jan Blažej, konzultant,
Ing. Peter Valachovič, NAFTA a.s.
* Ing. Milan Gavenda, MND Servisní, a.s.,
Česká republika
e-mail: [email protected]
Nová administratívna budova
E.ON Ruhrgas plánuje postaviť novú budovu ústrednej správy, ktorá sa má stať už zďaleka viditeľnou dominantou v Essene. Projekt predpokladá, že na ploche bývalého štadióna Gruga na Norbertstrasse vyrastú dve 15-poschodové elipsovité veže.
Novostavba hlavnej správy spoločnosti E.ON Ruhrgas poskytne kancelárie pre 2 000 zamestnancov so
zodpovedajúcim počtom podzemných garáži. Dokončenie stavby sa plánuje na koniec roka 2009.
Nová administratívna budova bude spĺňať náročné
požiadavky energetickej efektívnosti a platné kritériá
nízkoenergetickej stavby.
(www.ruhrgas.de)
Pohon na zemný plyn
Automobilka Volkswagen má vo svojom programe
dva sériové automobily s pohonom na zemný plyn,
a to Touran a Caddy. V rámci pokračujúceho výskumu a vývoja je najaktuálnejším projektom prototyp
Passatu EcoFuel, ktorá má silný 1,4 TSI motor s dvojitým pohonom. Konštantný výkon 110 kW (150 koní) dosiahne pri oboch pohonoch.
Passat spĺňa aj budúcu normu Euro-5. Spotrebuje len 5,2 kilogramu zemného plynu na 100 kilometrov. 31-litrová benzínová nádrž umožňuje autu dojazd skoro 400 kilometrov. Tri plynové nádrže s objemom 120 litrov stlačeného zemného plynu, čo zodpovedá 19,4 kilogramu, stačia na jazdu v dĺžke skoro 380 kilometrov.
(www.ruhrgas.de)
Slovgas • 1/2007