p - SOCON Sonar Control Kavernenvermessung GmbH

KUNDENSEMINAR II 2010
Erfassung und Verbesserung
der Kapazität
und Leistungsfähigkeit
von Gaskavernenspeichern
SOCON Sonar Control
Kavernenvermessung GmbH

KUNDENSEMINAR II 2010
Betriebsbegleitende
thermodynamische und
gebirgsmechanische Simulation
von Produktionsszenarien
Michael Krieter
SOCON Sonar Control
Kavernenvermessung GmbH

Kavernenfahrweisen
200
180
Maximaldruck
Kopfdruck der Kaverne
160
140
120
100
80
60
40
Minimaldruck
Klassische Fahrweise
(moderater Jahreszyklus)
20
0
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390
Zeit in Tagen

Kavernenfahrweisen
200
180
Maximaldruck
Kopfdruck der Kaverne
160
140
120
100
80
60
40
20
Minimaldruck
Jahreszyklus
(Gasvollumschlag)
0
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390
Zeit in Tagen

Kavernenfahrweisen
200
180
Maximaldruck
Kopfdruck der Kaverne
160
140
120
100
80
60
40
Minimaldruck
Multipler Jahreszyklus
Mehrfacher
Gasvollumschlag
20
0
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390
Zeit in Tagen

Entwicklung der Kavernenfahrweisen
• Multipler Jahreszyklus / Mehrfacher
Gasumschlag
• Handelsspeicher (Tages- bzw. Stundenbetrieb)
• Vermietung von Kapazitäten und Leistungen
• Ein- und Ausspeicherung mit extremen
Volumenraten (bis zu 200 000 m³/h)
• Hohe Druckänderungsraten

Wichtige Beobachtungsparameter bei extremen
Kavernenfahrweisen
Indirekte Bestimmung (Berechnung)
• Druck am Rohrschuh (pmax)
• Kavernendruck am Referenzpunkt (p min )
• Druckraten am Kavernenreferenzpunkt (dp/dt)
• Standzeiten im unteren Druckbereich (dp(t))
• Konvergenz / Verzerrung (K(t))
Direkte Bestimmung (Messung)
• Kavernenkontour / Konvergenz
• Hydratbildungsparameter
Temperatur, Druck, Taupunkt, Feuchte

Messdatenerfassung
Temperature (°C) Speed of sound (m/s) Dew point (°C) Pressure (bar) CCL
[Volt]
Tilt section
Physikcal
parameters (Logs)
Horizontal section
Tilt section
Tilt section

Festlegung der Anfangsbedingungen aus SOCON
Messungen unter Gas
kum. Hohlraumvolumen (m³)
Temperatur (°C)
Druck (bar)
Radius Kaverne (m)
12 6 0
0 100000 200000 300000 400000
35 40 45 50
1260
183 184 185 186 187
1260
-40 -20 0 20 40
1260
12 8 0
1280
1280
1280
13 0 0
1300
1300
1300
T
E
U
F
E
13 2 0
13 4 0
13 6 0
13 8 0
V o
/2
1320
1340
1360
1380
T ini
1320
1340
1360
1380
P ini
Teufenachse (m)
1320
1340
1360
1380
P ini
,T ini
,
V o
,GIP
T(r)
14 0 0
1400
1400
1400
14 2 0
1420
1420
1420
14 4 0
1440
1440
1440

Tatsächlicher und idealisierter Wärmefluß
Salzgebirge - Kaverne

Abschätzung von Speicherkapazität und
Leistungsvermögen bei extremen
Fahrweisen
förderbares Arbeitsgas (%)
100
isotherme Arbeitsgasmenge
90
80
70
60
50
0 50000 100000 150000 200000 250000
konst. Volumenrate ((m³ V(n)/ Std.)

pG*0,6
pmin
Überwachung der gebirgsmechanischen Parameter
90 d Standzeit
pmax
Dilatanzgrenze
p10

Pma
Überwachung der gebirgsmechanischen Parameter
30 d 90 d 275 d 365 d

Überwachung der gebirgsmechanischen Parameter
4 %/a
3 %/a
80 bar

Überwachung der gebirgsmechanischen Parameter
Max. Rate dp/dt = 20 bar/d

Thermodynamische Überwachung von
gebirgsmechanischen Vorgaben

Thermodynamische Überwachung von
gebirgsmechanischen Vorgaben

Lösungsmöglichkeiten
Thermodynamische Simulation
Gebirgsmechanische Simulation
Realistische Berechnung von
Hydratbildungsbedingungen

Thermodynamisches Berechnungstool CavBase Gas Storage

Oberflächenberechnung
Volumen, Kavernenhöhe
und mittlerem Radius
33 700 m²
Oberflächenberechnung
Polygonelemente
48 700 m²

projshel
ect ved Prelim inary geolog ical stu dies
GeologiGeophy
sts sicists
projshel
ect ved G(seis eophymican dmagnsical e xplorat eticsu rveys) ion
GeologiGeophy
sts sicists
proj ect
Explo ration drilling
GD rillingeologis nginerts
s
shel ved
R eservo irengin ers
projshel
ect ved
Feas ibilitys tudy
GR eservoeologiseophys irengin icists
ers
D evelo pment Plani ng
Reservo Geolog irengin ists,Geo physici ers
(pro gram esand proce dures)
Engine above-g Drilling engine rsfor roundf rs acilities
De velopm entm anagem ent
Product Reservo ionengiirengin ners
U nderg round facilitie s R eservo irengine ers
(w ellsa ndinst allation s) PD roducti rillinge onengin nginer ers
Temperaturverteilung im Salz nach
unterschiedlichen Speicherzyklen
T(r) (°C)
70
65
Gas
Rock salt
60
55
T(r) after injection cycle
50
45
40
Undisturbed rock
salt temperature
T(r) = const.
35
30
T(r) after production cycle
25
20
27 28 29 30 31 32 33 34
Distance (r) from cavern axis (m)

Initialisierung der Temperaturverteilung
im Gebirge nach Solbetrieb
Temperaturverteilung im Salz T (r) nach 500 Tagen Solprozess
70
Kaverne Salz
60
initiale-Salztemp.
50
Temperatur T(r) in °C
40
30
20
Soletemp.
T(r)
10
0
20 25 30 35 40 45 50 55 60

Auswirkung Solbetrieb auf Kopfdruck- und
Temperaturverlauf
150
Kopfdruck (bar)
1
Kopftemperatur (°C)
0
P Kopf [bar]
T Kopf [°C]
0
01.11.2013 16.03.2015 28.07.2016 10.12.2017 24.04.2019 05.09.20
Datum

Auswirkung Solbetrieb auf späteren A-Gasverlauf
70
AG-Minderung ca. 10-15 %
Arbeitsgasverlauf (Mio. m³ (Vn))
0
0
01.08.201
01.05.2019
01.02.2019
01.11.2018
01.08.2018
01.05.2018
01.02.2018
01.11.2017
01.08.2017
01.05.2017
01.02.2017
01.11.2016
01.08.2016
01.05.2016
01.02.2016
01.11.2015
01.08.2015
01.05.2015
01.02.2015
01.11.2014
01.08.2014
01.05.2014
01.02.2014
01.11.2013

Thermodynam. Grundlagen für CavBase Gas Storage
Z-Factor
Berechnung nach ISO 12213 (AGA8). Nach Eingabe der Gasanalyse
rel. Gasdichte dv
für statische Druckberechnungen (bar. Höhenformel)
Gasviskosität
wird berechnet nach dem Algorithmus von Lee et al. Korrelation
erfordert Gasdichte, molekulare Masse und Temperatur

Thermodynam. Grundlagen für CavBase Gas Storage
Gaseigenschaften
Mol %
Carbon Dioxid 0.95
Nitrogene 12.53
Methane 83.28
Ethane 2.58
Propane 0.42
iso-Butane 0.07
n-Butane 0.08
n-Pentane 0.02
n-Hexane 0.07

Thermodynam. numerisches Berechnungsschema
Relevante Parameter:
P cav
T cav
p RS
T RS
p WH
T WH
Kavernendruck
Kavernentemperatur
Rohrschuhdruck
Rohrschuhtemperatur
Kopfdruck
Kopftemperatur
q n Entnahme- /
Injektionsrate
Bestimmungsgleichungen:
2 Kavernengleichungen
2 Bohrlochgleichungen
2 Verknüpfungsgleichungen:
Tc av = T RS *f1
P cav =p RS *f2
f1,f2 = Best Fit- Parameter

Feldteste - Kalibrierung
, HK ?
> = H
!
'
%
#
F B@ HK ?
C A A I I A
= L A H A @ HK ?
> A HA ? D A J
!
= L A H A @ HK ?
C A A I I A
F B@ HK ? > A HA ? D A J
'
! " # $
A EJ6 = C A

Feldteste - Kalibrierung
A F A H= JK H
+
"
! #
!
#
= L A H A
JA F A H= JK H
C A A I I A
= L A H A JA F A H= JK H
> A HA ? D A J
#
F BJA F A H= JK H
C A A I I A
#
F BJA F A H= JK H
> A HA ? D A J
! " # $
A EJ6 = C A

Erzeugung von FE-Kavernenmodellen
"
= J
= J
= J
#
= J
# % '
= J!
"
= J!

Erzeugung der Datenbasis für
Startdruckniveau
Konvergenzkennfelder
300
max
Druck in bar
250
200
150
100
dp/dt
Pmin
50
Standzeiten
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Zeit in Tagen
Berechnung von 143 verschiedenen
Fahrweisen pro FE-Modell

Erstellung von Kennfeldern der Konvergenz

1985: 268.845 m³
1994: 244.841 m³
85-94: 24.004 m³
K = 8,9% (~1%/a)

Verknüpfung von Thermodynamik und Gebirgsmechanik
X
Kavernendruck (bar) Konvergenz (%)
250
8
Kavernendruck
200 6
150
4
100
50
Konvergenz
z (x, y, dp / dt)
2
0
Kennfelder der
Konvergenz
(t=0)
0 365 730 1095 1460 1825 2190
Zeit (Tage)
z
Z n
(x,y,(dp / dt) n
)
(dp
Initialisierung
Thermodynamik
Tool
(t=0)
Konvergenz
Z 3
(x,y,(dp / dt) 3
)
(dp
(dp
Z 1 (x,y,(dp / dt) 1 )
(dp
P Start
Y

Prinzip History Match und Vorhersage
Tageswerte
Tages- / Stundenwertewerte
tatsächlicher
gewünschter
Start Historie Start Ende
z.B. heute
Berechnungszeitraum

Prinzip History Match und Vorhersage
, HK ?
> = H
Vermessung unter Gas
5 J= HJ@ A H5 E K = JE
!
> A HA ? D A J
C A A I I A
C A M I ? D JA H
5 J= HJ@ A H
5 E K = JE
= L A H A
'
%
= C A F = J
* D H ? D
F B
#
!
0 EI J H EA
8 H D A H I = C A
'
A EJ !

Prinzip History Match und Vorhersage
0 EI J HEA $ 8 HD A HI = C A
#
8 K A H= JA
8 @
#
#
# # # #
A EJ6 = C A

Prinzip History Match und Vorhersage
Konvergenz
(%)
1,20
Druck
(bar)
230
1,00
0,80
Konvergenz
215
200
0,60
185
0,40
Druck
170
0,20
155
0
0 50 100 150 200 250
140

Stündliche Messdatenerfassung Raten und Arbeitsgas
600000
90000000
500000
75000000
Prognose
Volumenraten (Nm³/h)
400000
300000
200000
60000000
45000000
30000000
Arbeitsgas (m³Vn)
100000
15000000
0
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288
Zeit (Std.)
0

Stündliche Nominierung von Gasmengen
Stündliche Ausgabe:
Aktuelle Gasmengen
600000
Stündliche Messdatenerfassung Raten und Arbeitsgas
90000000
Max. mögliche Ein- und
Ausspeicherraten
Max. mögliche Ein- und
Ausspeichermengen
Volumenraten (Nm³/h)
500000
Prognose
400000
300000
200000
100000
0
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288
Zeit (Std.)
75000000
60000000
45000000
30000000
15000000
0
Arbeitsgas (m³Vn)
artwerte aus
hlraumvermessung:
i ,p ini , T(r), V o
Vorgeschichte (History Match) mit Tageswerten – tägliche Berechnung mit Stundenwerten

Stündliche Nominierung von Gasmengen