Numeryczna analiza konwergencji pola komór magazynowych gazu w wysadzie solnym

W artykule analizowany jest całkowity ubytek objętości pola komór magazynowych gazu w wysadzie solnym, w którym komory zlokalizowane są na różnych głębokościach oraz różnią się objętością i wartościami minimalnego i maksymalnego ciśnienia magazynowania. Konwergencje poszczególnych komór opisane są formułami, będącymi iloczynem funkcji potęgowej, której argumentem jest: różnica ciśnienia pierwotnego górotworu i ciśnieniem gazu w komorze oraz wykładniczej funkcji temperatury, analogicznie jak w prawie pełzania Nortona. Współczynniki funkcji dopasowano na podstawie studium parametrycznego obejmującego: obliczenia metodą elementów skończonych dla 8 głębokości posadowienia komory (pomiędzy 750 i 1800 m p.p.t.) i kilku wartości ciśnienia magazynowanego gazu. Na obecnym etapie badań założono brak wzajemnego oddziaływania komór oraz przyjęto niezależność konwergencji względnej komory od jej objętości geometrycznej. Dopasowane współczynniki analizowanej funkcji są różne od współczynników przyjętych dla opisu prawa pełzania stacjonarnego Nortona. Przedstawiony jest przykład harmonogramu eksploatacji magazynu, zapewniający minimalizację sumarycznej konwergencji komór w trakcie ich opróżniania i napełniania. Zgodnie z oczekiwaniem w pierwszej kolejności powinny zostać opróżnianie komory położone najpłycej, w przypadku napełniania zaś odwrotnie. Występujące odstępstwa od tej reguły związane są z maksymalną dopuszczalną wydajnością poszczególnych komór, co również zostało uwzględnione w opracowanym algorytmie. Przedstawione prace są pierwszym etapem badań prowadzonych w ramach grantu badawczo-rozwojowego nr R09 01 017 01. Ich celem jest opracowanie algorytmu sterującego pracą magazynu gazu w Mogilnie zapewniającego minimalizacje jego konwergencji całkowitej.

The paper presents analyses of the convergence of gas storage caverns placed in salt dome. The caverns are located at different depths which results in different values of minimum and maximum storage pressures and various total storage capacities of each cavern. The convergence of each cavern is described by formulas, which have the same shape as Norton creep law, i.e. power function of pressure difference (primary pressure in rock massif minus gas pressure in the cavern), multiplied the exponential function of temperature. Coefficients of convergence function were fitted based on parametric study including: the finite elements method calculation for the 8 deep foundations of the cavern (between 750 and 1800 m b.s.) and several values of gas storage pressure. The fitted coefficients are different from those describing the stationary creep of salt. At the current stage of research no interaction between caverns and no influence of cavern geometric volume on its relative convergence is assumed. An example of how the storage facility operation should be arranged to assure the minimal total convergence of storage caverns area during the withdrawing and injection processes are presented. Generally, as expected, the caverns located at lowest depth should be empted at first place, in the case of injection the sequence should be opposite. The exceptions from this rule are connected with the maximum withdrawal rate from the individual caverns, which is also included in the developed algorithm. Presented work is the first part of research program, aimed at developing of an algorithm to control the operation of KPMG Moglino gas storage facility to ensure a minimization of the total convergence. The work was carried out within Research and Development Project nr R09 01 017 01.