Aktuelle Entwicklungen bei der Gaserstbefüllung von Salzkavernen unter Beachtung von Sicherheitsaspekten

V. Internationale Konferenz «UGS – sicherer Betrieb und effiziente Technologien» Dresden, 23. – 25.September 2013

Heike Bernhardt, KBB Underground Technologies GmbH, Hannover

Inhalt

Einleitung Zeitplan für die Kavernenherstellung Gaserstbefüllung, Ablauf und Begrenzungen Was bleibt zu bedenken ? Modifikation der Komplettierung Erhöhung der Soleauslagerungsrate Snubbing Druckstoß am Sicherheitsabsperrventil Sonderfall: beim Gasliftverfahren Fazit

Einleitung

Zeitplan für die Kavernenherstellung

[Dauer in Wochen]

Bohrung8

Dichtheitstest3 Solung

125Gasdichtheitstest4

Komplettierung4Gaserstbefüllung

Snubbing

Gesamtdauer

153

198

Gaserstbefüllung, Ablauf und Begrenzungen

Deckgebirge

Caprock

Salz

Gasförderstrang

4 ½“ Soleentleerungsstrang

Rohrschuh letzte zementierte Rohrtour

Solgefüllte Kaverne

Gasgefüllte Kaverne

Gasinjektion

SoleproduktionModell Kaverne

Volumen: 650,000 m³

Begrenzungen:

Maximaler Druck am LZRS

Solegeschwindigkeit,vmax = 4,5 m/s

Gasgeschwindigkeit, vmax = 30 m/s (in situ)

Was bleibt zu bedenken?

Erstmalige Erdgasinjektion in die Kaverne

Sicherheitsvorrichtungen wie das USAV sind noch nicht installiert

Soleentleerungsstrang kann durch Salzfall beschädigt werden und zu einem vorzeitigen Gasdurchschlag führen

Durch den steigenden Gaspuffer in der Kaverne ist die Gaserstbefüllung ein langsam reagierender Prozess

Es gibt besonders kritische Phasen, insbesondere die Start- und Endphase

Hohe Anforderungen für eine sichere Durchführung der Gaserstbefüllung

Erhöhung der Sicherheit durch Verkürzung der Befülldauer

Modifikation der Komplettierung

Gaserstbefüllung mit einem4 ½“ Soleentleerungsstrang

(konventionell)

Gaserstbefüllung mit einem6 ⅝“Soleentleerungsstrang

(aktuell)

4 ½“ 6 ⅝“ – 7“

+ USAV: Tubing Mountedanstatt Wireline Retrievable

+ Tailpipe Durchmesser (größerer Plug)

+ Anchor Seal Unit

Einfluss des Durchmessers

4 ½“

6 ⅝“

Erhöhung der Soleauslagerungsrate:

Verringerung des Reibungsdruckverlustes:

mit v: Fließgeschwindigkeit Sole in m/s

A: Querschnitt

Soleentleerungsstrang in m

d: ID Soleentleerungsstrang in m

λ: Rohrrauhigkeitsbeiwert in [-]

ρ: Soledichte in kg/m³

²d4

vAvQ

d

1²v

2

lp

A4½“ A6⅝“ : + 100 %

0

50

100

150

200

250

300

350

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400

filling time in days

bri

ne

flo

w r

ate

in

m³/

h

debrining string 7" 6 ⅝" 5 ½ 4 ½"

Soleauslagerungsraten und GEB-Dauer

7“

6 ⅝“

5 ½“

4 ½“

So

lea

usla

ge

run

gsr

ate

in m

³/h

Dauer Gaserstbefüllung in Tagen

Soleentleerungsstrang

0

50

100

150

200

250

300

350

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400

filling time in days

bri

ne

flo

w r

ate

in

m³/

h

debrining string 7" 6 ⅝" 5 ½ 4 ½"

Verkürzte Dauer von ca. 8 Monaten

Soleauslagerungsraten und GEB-Dauer

110 Tage

120 Tage

220 Tage

340 Tage

So

lea

usla

ge

run

gsr

ate

in m

³/h

Dauer Gaserstbefüllung in Tagen

Soleentleerungsstrang

Snubbing Soleentleerungsstrang

Anstieg der aufwärts wirkenden Kräfte

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Resulting Weight [t]

De

pth

[m

]

4 1/2" Debrining String

6 5/8" Debrining String

6 5/8" Debrining String, filled w Brine

Kraftabwärts

Kraftaufwärts

38 t @ 6 ⅝“ 16 t @ 4 ½“

Resultierendes Gewicht [t]

Soleentleerungsstrang

Soleentleerungsstrang

Soleentleerungsstrang, solegefüllt

Teu

fe [

m]

Druckstoß nach Schnellschluss des Sicherheitsabsperrventils

Numerische Berechnung der Hydraulischen Verhältnisse im Rohrleitungssystem

Soleauslagerungsrate:4 ½“ – 125 m³/h6 ⅝“ – 290 m³/h

Solefluss

Sicherheitsabsperrventil

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 30 60 90 120 150 180 210 240

time (s)

wel

lhea

d p

ress

ure

(b

ar)

Druckentwicklung nach Schnellschluss

4 ½” Soleentleerungsstrang, Fließgeschwindigkeit 2.5 m/s, Schließzeit 8 s

Meßdaten

Zeit [s]

Ko

pfd

ruck

[b

ar]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 30 60 90 120 150 180 210 240

time (s)

wel

lhea

d p

ress

ure

(b

ar)

Simulation mit inkompressibler Flüssigkeit

Druckentwicklung nach Schnellschluss

Berechnete Daten

Zeit [s]

Ko

pfd

ruck

[b

ar]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 30 60 90 120 150 180 210 240

time (s)

wel

lhea

d p

ress

ure

(b

ar)

Kalibrierung: Flüssigkeit enthält 0.1 % Gas

Druckentwicklung nach Schnellschluss

Zeit [s]

Ko

pfd

ruck

[b

ar]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 30 60 90 120 150 180 210 240

time (s)

we

llhe

ad

pre

ss

ure

(b

ar)

Vergleich zwischen 4 ½” und 6 ⅝” Soleentleerungsstrang

27 bar

Druckentwicklung nach Schnellschluss

4 ½“

6 ⅝“

Zeit [s]

Ko

pfd

ruck

[b

ar]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 30 60 90 120 150 180 210 240

time (s)

wel

lhea

d p

ress

ure

(bar

)

Druckimpuls bei vmax = 4.5 m/s

Kavernenkopf ist ausgelegt für 3,000 psi (207 bar)

4.5 m/s

2.5 m/s

Druckentwicklung nach Schnellschluss

Zeit [s]

Ko

pfd

ruck

[b

ar]

Zeitplan für die Kavernenherstellung

83

1254

4

Snubbing1alt: 53

alt: 198

16

161

Ergebnis: - Steigerung der Wirtschaftlichkeit (+ 2.000.000 €)- Erhöhung der Sicherheit durch Senkung des Risikopotentials

[Dauer in Wochen]

Bohrung

DichtheitstestSolung

GasdichtheitstestKomplettierung

Gaserstbefüllung

Gesamtdauer

Sonderfall: beim Gasliftverfahren

Deckgebirge

Caprock

Salz

Soleentleerungsstrang

LZRT

Solgefüllte Kaverne

Gasgefüllte Kaverne

Gasinjektion

Soleproduktion

1“ Coiled Tubing

1. Projekt (IVG)

Verwendung 4 ½“ Soleentleerungsstrang + 1“ CT

2. Projekt (EWE)

Verwendung 5 ½“ Soleentleerungsstrang + 1“ CT

Stickstoffinjektion

Vergleich der Ergebnisse- exemplarische Kavernen

2. Projekt EWE: 137.000 m³ Sole

1. Projekt IVG: 64.000 m³ Sole

natürlich

ist 2. schneller

als 1. !Wirklich?

Zeit [d]

So

le /

Sti

ckst

off

Ver

häl

tnis

[m

³/N

m³]

Vergleich der ErgebnisseEinfluss des Soleentleerungsstrangs

Verwendung 5 ½” statt 4 ½” Soleentleerungsstrang

Soleauslagerungsrate

Gesamtsteigerung

+ 115 % erwartet 53 %

62 %

höhere Effizienz

Fazit

Erhebliche Zeit- und Kostenreduktion durch Einsatz eines 6 ⅝“ Soleentleerungsstrangs anstatt eines 4 ½“

Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten

Bewährte Methode nach erfolgreicher Anwendung in Europäischen Projekten

Überproportional erfolgreiche Anwendung beim Gasliften

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit