Modelling peak-load exploitation of underground gas storage in salt caverns Turkish and Polish case studies

• Autorzy: Cetinkaya E.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie szczytowej eksploatacji podziemnych magazynów gazu w kawernach solnych dla tureckich i polskich warunków

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The natural gas storage plays an important role in countries gas supply system as it manages fluctuation of demand and prices by matching seasonal or peak supply-demand. Moreover, it composes a supplydemand security and optimizes the network capacity. Underground Gas Storage (UGS) in salt caverns holds several advantages over the other types of storage methods, such as higher deliverability (gas can be withdrawn and refilled very quickly), larger fraction ofworking gas relative to total gas (provided by lower cushion gas requirement) and efficiency in operational cycling. Turkey and Poland, owing to their strategicallocation on the route of the natural gas transmission pipelines, have big strategie importance. There are six domestic underground gas storage facilities currently in use in Poland, situated both in depleted natural gas fields and salt caverns. Mogilno Cavern Underground Gas Storage (CUGS) is the only salt cavern gas storage field among them. Despite the fact that, there are no underground storage units currently in operation in Turkey, alterations in natural gas market push the Authorities to make significant precautions. Furthermore, UGS Facilities should be brought out as an urgent task bearing in mind a long-term construction schedule of an UGS facility which would be able to answer the future consumption. The major objective of this study is to examine and to compare two differently located underground salt caverns; one in Mogilno CUGS Facility-currently operated in Poland- and the other one in Tarsus P-UGS Facility Project, a potential storage field to be operated in Turkey. In order to enable simulation operations, a suitable location of imaginary pattern cavern will be chosen. For optimization, a pattern cavern model which has a conslanl cavern volume is used for each depth localization applications. Having decided a size of the cavern and its geometrical volume, in order to compare and optimize which depth is sufficient for the cavern localization, KAGA introduces run for different supply-demand scenarios throughout the given depths. In Mogilno CUGS simulations, two real gas caverns are examined, one in shallow location and the other in considerably deep location. The results obtained from Polish storage case study are compared with a pattern cavern hypothetically located in three different depths of a candidate UGS Facility which will be developed in salt deposits near Tarsus. In this aspect, KAGA computer model was used to simulate the thermo-hydrodynamical processes occurred during the operation of underground natural gas storage. A detailed cavern study and model development optimized by the KAGA softvare enables efficient operation during the max. and min. demand scenarios and subsequently it allows the operator to successfully optimize cavern operations. In order to obtain an efficient cavern development in Tarsus P-USG the cavern should not only have possibly big volume but also it should be located in the considerably deepest depth. KAGA simulation model is also used in herein study to select an optimal cavern location for hypothetically planned Tarsus P-UGS Facility. Subsequently, the information provided by KAGA can be used in further cavern optimizing operations for Tarsus P-UGS. Therefore, simulation results for Tarsus case prove, both from technical and cavern point of view, that the most suitable location for cavern development are the depths between 1150-1200 meters with an optimum flow rate between 100.000 [...] and 150.000 [...].These results are presented and extensively discussed in this study. What is more, the results also indicate that in case of the inability to improve the geological parameters of depth or temperature conditions of the rock massif there is a possibility to increase the production string diameter, which in this study is taken as 7".

PL

Podziemne magazyny gazu są funkcjonalnym sposobem na utrzymanie wiarygodności zasobów niezbędnych dla zaspokojenia potrzeb konsumentów. Spośród różnych sposobów magazynowania gazu najbardziej korzystne jest magazynowanie w komorach solnych. Położenie geograficzne Polski i Turcji sprawia, że oba te kraje znajdują się na drodze rurociągów transportujących gaz. Z tego powodu Polska i Turcja mają ogromne znaczenie strategiczne. Taka sytuacja zmusza kraje importujące gaz do budowy magazynów gazu w celu zachowania równowagi pomiędzy stale importowanym gazem a zmieniającym się w ciągu roku zapotrzebowaniem na ten surowiec. Magazynowanie gazu pozwala liniom przesyłowym oraz producentom gazu na pracę bardziej wydajną i stałą. Pomimo faktu, że Turcja nie posiada żadnych solnych magazynów gazu, wiele tureckich zbiorników spełnia warunki potrzebne do ich wytworzenia. Jednym magazynów w komorach solnych jest Mogilno CUGS w Polsce. Niniejsza praca zawiera symulacje przeprowadzone na podstawie istniejącego magazynu w Mogilnie oraz planowanego magazynu w Tarsusie. Symulacje te zrealizowane są w oparciu o dane przyjętych scenariuszy i o analizy pracy komory. Odpowiednim narzędziem do określania zdolności operacyjnych komór solnych używanych w celu magazynowania gazu jest model komputerowy KAGA, opracowany przez firmę CHEMKOP. Niniejsza praca zawiera symulacje przeprowadzone na podstawie istniejącego magazynu w Mogilnie oraz planowanego magazynu w Tarsusie. Symulacje te zrealizowane są w oparciu o dane przyjętych scenariuszy i o analizy pracy komory. Obliczenia zostały przeprowadzone dla pięciu komór o dwóch różnych strukturach geologicznych. W pracy oceniono dwie istniejące komory w Mogilnie o płytkiej i głębokiej lokalizacji oraz trzy potencjalne komory znajdujące się na różnych głębokościach w depozytach soli w okolicach Tarsusa. Zoptymalizowano pracę dwóch naj korzystniej zlokalizowanych komór z uwzględnieniem minimalnej konwergencji i maksymalnego ciśnienia. Po wykonaniu projektów, odpowiednich scenariuszy i wyliczeń, w załącznikach przedstawione zostaną końcowe parametry: temperatury, ciśnienia i gęstości oraz ich graficzne prezentacje. W celu wykonania symulacji procesów termodynamicznych zachodzących w podziemnych magazynach gazu, został użyty program KAGA. W obliczu rosnącego zapotrzebowania na budowę magazynów gazu o coraz większej pojemności, przy podejmowaniu decyzji dotyczących spełnienia wymagań maksymalnej ładowności gazu powinno brać się pod uwagę przede wszystkim dwa aspekty: rodzaj narzędzi, jakie będą użyte przy projektowaniu i ustalaniu parametrów komory (np. głębokości) oraz adekwatność kryteriów według, których komora będzie projektowana. Odpowiednim narzędziem do określania zdolności operacyjnych komór solnych używanych w celu magazynowania gazu jest model komputerowy KAGA. Użyteczność programu KAGA została zweryfikowana przez zastosowanie go w odniesieniu do istniejących danych zaczerpniętych z CUGS Mogilno. Biorąc pod uwagę roboczą pojemność gazu oraz eksploatację gazu wydobywanego w długo i krótkoterminowych przedziałach czasu, stwierdzono, że najdogodniejsze warunki do eksploatacji znajdują się w obrębie najgłębszej komorze spośród trzech testowanych głębokości komór. Pomimo, że eksploatacja głębszych komór pociąga za sobą znaczne koszty, to biorąc pod uwagę możliwość magazynowania dużej ilości gazu są one bardzo korzystne. Komora swoją dużą pojemność zawdzięcza temperaturze oraz wolnemu spadkowi ciśnienia, dzięki którym gaz może być wydobywany w większej ilości. W przypadku planowanej komory w Tarsusie, najdogodniejsze warunki do utworzenia magazynu gazu występują gdy pokrywa komory znajduje się na głębokości 1150-1200 m umożliwiając wydajności poboru rzędu 100 000 mnł/h - ISO 000 mnł/h. W celu rozwinięcia wydajnej komory jej położenie powinno być na znacznej głębokości, a sama komora powinna mieć duże rozmiary. Obok głębokości komory ważna jest również grubość pokładów soli, co jest związane ze wzrostem nachylenia komory w kierunku morza, a co za tym idzie wzrostem grubości pokładów soli o ok. 600 m. . Pomiary przeprowadzone w sąsiedztwie Tarsusu Wykazały, że młoda sól kamienna (okres Pliocenu) nie tylko jest wysokiej jakości (nie zawiera K-Mg) ale również grubość pokładów jest odpowiednia. Dzięki temu wszystkie komory w tym rejonie mogą być rozwinięte w podobny sposób. Z rozpoczęciem pierwszych wierceń wszystkie profile geologiczne odnoszące się do litologii zostaną jasno określone. Ponieważ nie ma możliwości dokonania zmian geologicznych praca planowanego magazynu może być udoskonalona poprzez zwiększenie linii produkcyjnej poza przyjęte w tej pracy 7". Na etapie projektowania magazynu Tarsus wszystkie opcje powinny być wzięte pod uwagę, uwzględniając również możliwy wzrost kosztów w wypadku implementacji dodatkowych udogodnień. Te przewidywania nie mogą jednak wpłynąć na poziom wydobycia tak znacznie, jak inne parametry np. głębokość i lokalizacja komory oraz temperatura masywu skalnego otaczającego komorę.

Słowa kluczowe

EN

underground gas storage; salt caverns; peak demand; simulation

PL

podziemny magazyn gazu; kawerny solne; zapotrzebowanie szczytowe; symulacje

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 52, no 1
• Strony: 21--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cetinkaya E.

• AGH University of Science And Technology, Faculty of Drillingand Oil-Gas, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• Prospectus Catalog of PGNIG S.A. Warsaw and INVESTGAS Ltd. 1998. Cavernous Underground Gas Storage, MOGILNO. Published in Warsaw at July, 1998.
• Kaliski M., Staśko D., 2004. Natural Gas and Its Significance for Energy Safety in Poland. Conference of Mining and Metalurgy, Ukraine. 2004.
• Fernandez G., Guarascio M., 1998. Cavern Design, Safety and Environmental Adequacy in "Guidelines for Safety Assessment of Salt Caverns" Manual of SMRI Technical Class. Rome, Italy. Fall 1998.
• Kunstman A., Urbańczyk K., Gaska K., 2004. Pressure and Temperature Changes at the Wellhead of Natural Gas Storage Cavern Long -Term Computer Simulation Compared with Field Data. SMRI Conference, 3-6 October - Berlin, Germany.
• Urbańczyk K., Private Communication on geomechanical issues with dr. Kazimierz Urbańczyk.
• Pedersen K.S., Fredenslund A., Thomassen P., 1989. Properties of Oil and Natural Gases. Gulf Publishing Company, p. 220-233.
• Edmonds B., Moonwood R. A. S., Szczepański R., 1998. Hydrate Update. GPA Spring Meeting, Darlington. May.
• Carroll J.J., 2003. Problem is the Result of Industry's Move to Use Higher Pressure. Pipelines and Gas Journal. June.
• Ślizowski J., Urbańczyk K, 2003. Predicting the Relative Convergence of Natural Gas Storage Cavern Applying Updated Model of Salt Rock Massif. Mineral and Energy Economy Research Institute Polish Academy of Science Magazine Online. vol. 19, no. 2.
• Ślizowski J., 2001. Forecast of Natural Gas Storage Cavern Convergence in Salt Dome. Mineral and Energy Economy Research Inst. PAN Magazine. vol. 17, no. 3.
• Riekenberg R., Hartmann U., Staudtmeister K., Zander-Schiebenhöfer D., 2004. Recommendation of maximum cavern pressures for the gas storage caverns at Huntorf on the basis of three-dimensional numerical models. SMRI Conference, Berlin, Germany. Fall 2004.
• Rychlicki S., Siemek J., 2005. Analysis of the World and European Power Trends, Including Coal, CII and Gas Markets. Mineral and Energy Economy Research Institute Polish Academy of Science Magazine.
• Reinisch R., 2000. Wybrane, istotne aspekty podziemnych magazynów gazu. PLJ Publishments. Warsaw (in Polish).
• Nagy S., Ostrowski L., Rychlicki S., Siemek J., Stryczek S., 2005. Present Status and Future of Polish Oil and Gas Industry, Trends in Scientific, Research and Educational Progress. AGH University of Science and Technology. Kraków, 6 Report of Working Committee 2 "Underground Storage", INTERNATIONAL GAS UNION Triennium 2000-2003.
• 22nd World Gas Conference -Tokyo, Japan. 1-5 June, 2003.
• Gas Training Engineering Center; Course of Natural Gas Underground Storage. Reservoir Engineering Section, UGS Department Research Division, Gaz De France. Session 1995-1996.
• Brańka S., Wawrzyniak E., 1993. Specyfika projectowania i budowy podiemnych magaynów gazu w wysadach solnych na przykładzie KPMG Mogilno. (in Polish) Przegląd Górniczy, no. 10.
• Karnkowski P., 1999. Oil and Gas Deposits in Poland. (Edited by Wojciech G.) Published by the Geosynoptics Society, GEOS - AGH, Kraków.
• Wilke F., Hellberg C., Bornemann O., 2001. Geological Interpretation of Domal salt Structures in the North European Zechstein Formation: Influence on Cavern Development. SMRI Technical Paper, Fall 2001 Meeting.
• Hugout B., Dussaud M. Essais, 1983. In-situ Study of Mechanical Behavior of Storage Cavities Leached out of Salt. En Place-In-situ Testing International Symposium - Paris, vol. 2. p. 523-529.
• User's Manual of the "WinKAGA', Version 1.1-Computer Simulation of Natural Gas Cavern Operation". CHEMKOP, Kraków 1998.
• De Vries K.L., 2003. Improved Modeling Increases Salt cavern Storage Working Gas. Gas technology Institute Magazine Online Winter.
• Kunstman A., Poborska-Młynarska K., Urbańczyk K, 2002. Zarys nowoczesnego ługownictwa solnego - aktualne kierunki rozwoju. (in Polish) Wydawnictwa AGH, Kraków.
• Siemek J., Nagy S., Rybicki C. Z. 1990. Influence of Joule-Thomson and Isentropic Effects on Gas Flow Temperature Distribution in the Near Well Zone. Third Symposium on Mining Chemistry .Hungary, 15-18 October 1990.
• Preliminary Study on Construction of Cavern Underground Gas Storage and Brine Mine in the Vicinity of Tarsus - Turkey, Research and Development Centre for Mining of Chemical Raw Materials CHEMKOP - Kraków. 1999
• Oil & Gas Science and Technology Online - Rev. IFP, vol. 58 no. 3, p. 361-384, (2003).
• Gorecki W., 1999. OIL AND GAS DEPOSITS IN POLAND, Geosynoptics Society 'GEOS', Krakow. 11-17, 310.