Long term stability evaluation of natural gas storage caverns

• Autorzy: Ślizowski J. , Walaszczyk J.

Warianty tytułu

PL

Ocena długotrwałej stateczności komór magazynowych gazu ziemnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Underground natural gas storage in salt caverns is the most efficient method of gas storage. Since geological and mining-engineering conditions of Polish rock-salt formations are not favourable, it is essential to specify technical parameters for each cavern independently. Stability assessment of particular cavern should include the following issues: rock salt massif strength ratio at the cavern wall, range of cavern influence and rate of cavern convergence depending on cavern loading scenario and mostly on minimal and maximal storage pressure. The paper presents analysis of the above mentioned aspects on the example of hypothetical cavern, in the case of boundary conditions, similar to typical gas storage cavern being operated in the Mogilno salt dome. The major influence on cavern stability have undefined so far rheological properties of rock salt massif, therefore in the article 4 different sets of Norton creep law parameters used in models have been analyzed. Two variants of model load, corresponding to minimal and maximal interaction of neighbouring caverns have been considered. The calculations included two kinds of cavern loading scenarios: scenario for theoretical purposes, aimed to define minimal storage pressure and scenario typical to storage cavern operation. Due to lack of explicit criteria describing long term stability of rock salt, rock salt massif strength ratio at the cavern wall was estimated on the basis of 3 independent criteria. Analysis of the calculation results showed that greater influence on stress-strain distribution of rock salt massif demonstrate creeping low, than boundary conditions. Besides, the high value of power coefficient describing stress influence in Norton creep law is not safe to estimate strain rate of rock-salt massif and cavern convergence. The calculations pointed out that micro-fracturing process in rock salt massif may occur at pressure value lower than predicted by micro-fracturing tests carried out in boreholes. Independently from the above conclusion, in the case of caverns located in homogenic part of the Mogilno salt dome, it is possible to decrease a minimal storage pressure, regardless of current technical projects. However, it is not clear that this improvement could be favourable from the point of view of effective, long-term storage capacity. Only a detailed analysis of exploitation scenario would give the answer.

PL

Magazynowanie gazu ziemnego w komorach solnych jest najefektywniejszym sposobem podziemnego magazynowania tego surowca. Warunki geologiczno-górnicze występujące w polskich wysadach solnych nie są niestety jednoznacznie korzystne, co powoduje konieczność indywidualnego wyznaczania parametrów każdej komory. Analizując stateczność konkretnej komory należy zwrócić uwagę na takie zagadnienia jak: wytężenie górotworu na brzegu komory, zasięg jej oddziaływania oraz prędkość konwergencji w zależności od scenariusza eksploatacji, a w szczególności od wartości minimalnego i maksymalnego ciśnienia magazynowania. W artykule analizowano te zagadnienia na przykładzie teoretycznej komory odpowiadającej, pod względem warunków brzegowych, przeciętnym komorom magazynowym gazu eksploatowanym w wysadzie solnym Mogilno. Największy wpływ na stateczność komory mają nierozpoznane dotychczas właściwości reologiczne górotworu solnego, w związku z tym w artykule uwzględniono 4 różne zestawy parametrów prawa pełzania Nortona użytego w modelach. Rozważono 2 warianty obciążenia modelu odpowiadające minimalnemu i maksymalnemu oddziaływaniu komór sąsiednich. Obliczenia obejmowały 2 scenariusze eksploatacji komory: teoretyczny, którego celem było określenie wartości minimalnego ciśnienia magazynowania oraz scenariusz odpowiadający rzeczywistemu harmonogramowi eksploatacji komór. Wobec braku jednoznacznego kryterium opisującego długotrwałą wytrzymałość soli kamiennej, wytężenie górotworu na brzegu komory oceniono na podstawie 3 niezależnych kryteriów. Analiza wyników wskazuje, że większy wpływ na rozkład naprężeń górotworu w otoczeniu komory ma przyjęte prawo pełzania niż warunki brzegowe. Obliczenia wykazały również, że przyjmowanie wysokiej wartości potęgi opisującej wpływ naprężeń w prawie pełzania Nortona nie stanowi bezpiecznego oszacowania prędkości odkształceń górotworu i konwergencji oraz wskazały, że zeszczelinowanie górotworu może nastąpić przy ciśnieniu niższym niż wynika to z prób mikroszczelinowania przeprowadzonych w otworach wiertniczych. Bez względu na powyższe w przypadku komór w wysadzie Mogilno zlokalizowanych w jednorodnej warstwie możliwe jest obniżenie wartości minimalnego ciśnienia magazynowania w porównaniu z aktualnie obowiązującymi projektami technicznymi. Stwierdzenie czy jest to opłacalne z punktu widzenia długotrwałej efektywnej pojemności magazynu wymaga przeanalizowania szczegółowego scenariusza eksploatacji rozpatrywanej komory.

Słowa kluczowe

EN

underground storage; rock salt massif effort; convergence

PL

podziemne magazynowanie; wytężenie; górotwór solny; konwergencja

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 24, z. 4/1
• Strony: 83--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ślizowski J.

autor

Walaszczyk J.

• Mineral and Energy Economy Research Institute of Polish Academy of Sciences, Kraków, Poland,

Bibliografia

• Hunshe U., Hampel A., 1999 - Rock-salt - the mechanical properties of the host rock material for a radioactive waste repository. Engineering Geology 52, s. 271-291.
• Lux K.-H., Hou Z., Düsterloh U., 1998 - Some New Aspects in Modelling of Cavern Behavior and Safety Analysis. SMRI Meeting 4-7, October 1998, Rome, Italy.
• Ślizowski J., Urbańczyk K., 2004 - Influence of depth on rock salt around the single chamber. IGSMiE, Kraków.
• Ślizowski J., Urbańczyk K., 2003 - Prognozowanie konwergencji względnej komory magazynowej gazu ziemnego przy zastosowaniu zaktualizowanego modelu górotworu solnego. IGSMiE PAN, Kraków, Gosp. Sur. Min. t. 19, z. 2. s. 43-56.