KONVERZE ROPNÉHO LOŽISKA NA PODZEMNÍ ZÁSOBNÍK PLYNU PŘÍKLAD PZP DAMBOŘICE

Transkript

1 VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVEZRITA OSTRAVA Hornicko-geologická fakulta Katedra geologického inženýrství KONVERZE ROPNÉHO LOŽISKA NA PODZEMNÍ ZÁSOBNÍK PLYNU PŘÍKLAD PZP DAMBOŘICE DIPLOMOVÁ PRÁCE Autor: Vedoucí diplomové práce: Bc. Lukáš Šťastný Ing. Martin Klempa, Ph.D. Ostrava 2018

2

3

4

5 Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval Ing. Martinu Klempovi, Ph.D. za odborné vedení mé diplomové práce, a prof. Ing. Petru Bujokovi, CSc. za jeho cenné rady. Dále bych chtěl poděkovat své rodině za podporu p ři studiu. V neposlední řadě bych rád poděkoval zaměstnavateli za umožnění studia a kolegům za jejich rady a konzultace. Diplomová práce prezentuje znalosti nabyté v rámci projektu Institut čistých technologií těžby a užití energetických surovin Projekt udržitelnosti. Identifikační kód: LO1406. Projekt je podporován Národním programem udržitelnosti financovaném ze státního rozpočtu ČR.

6 ANOTACE Tato diplomová práce se zabývá konverzí ložiska přírodních uhlovodíků na podzemní zásobník plynu. Nejprve jsou zmíněny důvody a principy uskladňování zemního plynu s důrazem na podzemní zásobníky a představení nejvíce používaných typů. Následně se věnuje konverzi ložiska na podzemní zásobník plynu, a to po dlouholeté těžbě ropy a zemního plynu na tomto ložisku. V další části pak uvádí některé problémy, které se vyskytly v počátečních fázích provozu zásobníku a způsob jejich řešení. V závěru hodnotí současný provoz zásobníku a nastiňuje budoucnost tohoto odvětví. Klíčová slova: ropa, zemní plyn, podzemní zásobník plynu, konverze, podzemní opravy sond SUMMARY This diploma thesis deals with natural hydrocarbons deposit conversion to the underground gas storage. As first, the reasons and the principles of gas storage are mentioned, with emphasis on underground gas storage and introducing the most used types. The next part describes the conversion of the deposit into underground gas storage after longtime crude oil and natural gas production. After that, some issues with beginning stage are introduced together with their solution. The end of the thesis summarizes actual condition of gas storage and outlines the future of this branch. Key words: crude oil, natural gas, underground gas storage, conversion, workover operations

7 OBSAH 1 Úvod Různé varianty podzemního uskladňování zemního plynu, zřizování a provoz PZP Kavernový zásobník Háje u Příbrami Mogilno (PL) Akviferový zásobník Lobodice Eschenfelden (D) Zásobník z dotěženého ložiska uhlovodíků Uhřice Bergermeer (NL) Průbeh konverze ropného ložiska na PZP Ložisko Charakteristika ložiska Historie a současnost ložiska Projektování PZP Modelování parametrů PZP Výběr vhodných sond Plánování nadzemní části PZP Převystrojení sond Vtlačně/odběrové sondy Pozorovací sondy Konverze ložiska Tvorba podušky, předpokládané a skutečné objemy těžby Provoz PZP Náběhové období Cyklický provoz Dílčí závěry z provozu Řešení vybraných problémů spojených s konverzí příklady z PZP Zajištění sond proti úniku plynu v případě havárie Nekontrolovatelný únik plynu ze sondy Řešení Zajištění dokonalé hermetičnosti zásobníku Požadavky Řešení Závěr... 50

8 1 ÚVOD Zemní plyn má své nezastupitelné místo jako energetická surovina, která navíc produkuje ze všech fosilních paliv zdaleka nejmenší emise. Zejména v oblastech bez vlastních zdrojů, či s omezenými zdroji zemního plynu (ale i u vyspělých států s vysokou spotřebou této suroviny) se však každý výpadek v produkci projeví nestabilitou těchto dodávek. Jedním z dalších faktorů může také omezení dodávek v rámci politických, či ekonomických problémů na jedné či druhé straně, případně na straně tranzitního státu, přes který plynovod vede. Dalším důležitým faktorem je také téměř konstantní množství plynu proudícího plynovody (za normálních okolností) bez ohledu na roční období, případně denní cykly. Tento faktor navíc otvírá příležitosti pro obchodníky, kteří tak aktuálně nepotřebné, nadbytečné, množství plynu v období nízké poptávky mohou uskladňovat, a naopak v období zvýšené poptávky prodávat zákazníkům. Je tedy přirozenou snahou mít strategické zásoby (nejen) zemního plynu, pro případ akutního nedostatku. Právě z těchto důvodů dochází k budování podzemních zásobníků plynu. Tyto zásobníky jsou budovány ve vhodných podzemních strukturách. V zásadě se jedná buď o volný prostor v podzemí, vybudovaný hornickou činností, nebo o izolované porézní struktury, které byly vyplněny vodou či uhlovodíky a vytěženy. V ČR se těchto zásobníků nachází devět. Jeden z nich je vytvořen v kaverně (Háje u Příbrami), jeden v akviferu (Lobodice) a sedm v porézních strukturách (Třanovice, Štramberk, Tvrdonice, Dolní Dunajovice, Dolní Bojanovice, Uhřice (dvě skladovací struktury), ). Celková kapacita těchto zásobníků je 3076 mil. m 3, což představuje cca 35 % spotřeby ČR. Tato práce má za cíl představit podzemní zásobník plynu zbudovaný v porézní struktuře, konkrétně konverzí dotěženého ropného ložiska a zaměřit se na odstranění problémů vyplývajících ze souběžného provozu těžby ropy i provozu PZP na jednom ložisku

9 2 RŮZNÉ VARIANTY PODZEMNÍHO USKLADŇOVÁNÍ ZEMNÍHO PLYNU, ZŘIZOVÁNÍ A PROVOZ PZP Uskladňování plynu pod zemským povrchem má oproti jiným variantám množství výhod, které přesahují několik málo nevýhod. Zejména se jedná o množství uskladněného plynu. Žádné nadzemní technologické zařízení není schopno dosáhnout takových uskladňovacích kapacit při zachování maximální míry bezpečnosti (Benquey, 2009). Jelikož je množství plynu dodávaného tranzitními plynovody relativně stabilní během celého roku, bez závislosti na aktuální poptávce, jsou PZP výhodným článkem celého tranzitního řetězce. V letních měsících je tak přebytek plynu uskladňován právě v PZP a tímto plynem lze pak v zimních měsících pokrývat zvýšenou spotřebu jak v energetice, tak v domácnostech. Podle režimu práce a jejich využívání se dělí na dva t ypy: a) Sezónní během letních měsíců je do zásobníku vtlačován přebytečný plyn a v měsících se zvýšenou spotřebou je z něj odtěžován; b) Špičkové pomáhají vykrývat zvýšenou spotřebu v denních intervalech (den / noc); Rozdělení podzemních zásobníků podle skladovací struktury (Obrázek 1) bude popsáno v následujících podkapitolách. Obrázek 1: Rozdělení PZP podle skladovací struktury (vlastní)

10 2.1 Kavernový zásobník Ve většině případů se jedná o kavernu vylouženou v ložisku soli, případně kavernu uměle vytvořenou v pevné hornině, která se dodatečnými úpravami přemění na zásobník plynu (Obrázek 2). Tyto úpravy spočívají zejména v zajištění dokonalé hermetičnosti celého systému. Pokud se jedná o kavernu v soli, je nezbytné zvolit umístění v co nejčistší soli, bez jílových a jiných proplástků, které by bránily úspěšnému vyluhování kaverny. Největší investicí je samotné vyloužení kaverny, ke kterému je zapotřebí obrovské množství vody a dále pak utrácení vyluhované solanky. Za výhodné se z těchto důvodů považuje umístění zásobníků poblíž moře, či deponování solanky do vhodných propustných vrstev ve vnitrozemí. V případě budování PZP v kaverně vzniklé hornickou činností je nejnákladnější činností zajištění dokonalé těsnosti zásobníku. Takový zásobník se poté chová jako tlaková nádoba v podzemí. Zásobníky kavernového typu jsou vzhledem ke svým parametrům (umožňují rychlé vtláčení i odběr plynu) využívány především jako špičkové zásobníky, nicméně se jedná (vzhledem k počátečním nákladům) o ekonomicky nejnáročnější variantu podze mního uskladňování plynu. Obrázek 2: Schéma kavernového zásobníku (vlastní); 1 - solanka, 2 - plyn, 3 - vyloužená kaverna, 4 - ložisko soli, 5 - nadloží, 6 - odvod solanky, 7 - přívod/odvod plynu

11 2.1.1 Háje u Příbrami Zásobník v Hájích u Příbrami je první na světě, který nebyl zbudován v solné kaverně, ale byl vytvořen hornickým způsobem v granodioritových strukturách středočeského plutonu. Skladovací prostor se nachází v průměrné hloubce 950 metrů a má objem cca m 3. Chodby dolu mají průřez 10 m 2 12 m 2 a délku 45 km. Přístupové překopy jsou uzavřeny tlakovými uzávěrami, netěsnosti a pukliny ve skalním masivu dotěsněny injektáží a ze strany plynu je pomocí vějířových vrtů vytvořena tlaková vodní zátka, která brání úniku plynu. Základní parametry jsou uvedeny v tabulce č. 1. Tabulka 1: Parametry PZP Háje Jméno zásobníku Háje u Příbrami Typ zásobníku kavernový Rok zahájení provozu 1998 Hloubka (m) 500 Porozita (%) Aktivní náplň (mil. m 3 ) 60 Těžební výkon (mil. m 3 ) 6, Mogilno (PL) Kavernový zásobník Mogilno je vytvořen v solném dómu, nacházejícím se v Kujavsko-pomořském vojvodství v Polsku. Solný dóm má rozměry přibližně 3200 x 500 metrů, výšku přibližně 6000 metrů a je v něm vytvořeno 14 kaveren. Základní parametry jsou uvedeny v tabulce č. 2. Tabulka 2: Parametry PZP Mogilno Jméno zásobníku Mogilno Typ zásobníku kavernový Rok zahájení provozu 1997 Hloubka (m) Porozita (%) Aktivní náplň (mil. m 3 ) 589,85 Těžební výkon (mil. m 3 ) 18,

12 2.2 Akviferový zásobník Souvislá akumulace vody v kolektoru, který je geologicky izolován od okolních hornin, může za příznivých hydrogeologických podmínek také sloužit jako zásobník plynu (Obrázek 3). Uskladňovaný plyn vytláčí vodu z pórů horninového prostředí a zaujímá její místo. Velká plynová poduška následně brání vodě zpětně vyplnit tento prostor. Výstavba tohoto typu zásobníku je výhodná v místech, kde není k dispozici původní ložisko uhlovodíků, ani nejsou k dispozici vhodné geologické struktury pro kavernu. Mnohdy jsou tyto zvodnělé struktury svými tlakovými poměry výhodnější než ložisko uhlovodíků, avšak zároveň má jejich výstavba své specifika a problémy. Tento typ PZP je více rizikový z důvodu nedostatečných informací o těsnosti zájmového kolektoru. Tato těsnost může být s jistotou potvrzena až pokusným provozem zásobníku. Dalšími specifiky těchto zásobníků je průběh sycení pórového prostoru. To v akviferové vrstvě probíhá několik let po čas náběhového období, zatímco v uhlovodíkové struktuře statisíce a miliony let. Proto zůstává velké množství plynu rozpuštěné ve vodě a při odběrové fázi je tato vynášena spolu s plynem sondami do technologie. Rostou tak požadavky na technologickou úpravu plynu před jeho předáním do tranzitní soustavy. Obrázek 3: Schéma akviferového zásobníku (vlastní)

13 2.2.1 Lobodice Jedná se o první podzemní zásobník plynu u nás, původně určený pro svítiplyn. Uskladňování svítiplynu bylo zahájeno v roce 1965 a od roku 1990 začala konverze na zemní plyn. Uskladňovací horizont je v akviferové struktuře, kterou tvoří klastika spodního bádenu o průměrné mocnosti 12 metrů, uložená v hloubce metrů, kde se původně nacházela slabě mineralizovaná voda. Základní parametry jsou uvedeny v tabulce č. 3. Tabulka 3: Parametry PZP Lobodice Jméno zásobníku Lobodice Typ zásobníku akviferový Rok zahájení provozu 1965 Hloubka (m) Porozita (%) 24 Aktivní náplň (mil. m 3 ) 150 Těžební výkon (mil. m 3 ) 3, Eschenfelden (D) Tento zásobník se nachází v Bavorsku v Německu. Jeho provoz začal v roce 1967 a původně sloužil pro skladování koksárenského plynu, následně byl upraven pro zemní plyn. Uskladňovací struktura se nachází v akviferu v hloubce metrů a má průměrnou mocnost 37 metrů. Základní parametry jsou uvedeny v tabulce č. 4. Tabulka 4: Parametry PZP Eschenfelden Jméno zásobníku Eschenfelden Typ zásobníku akviferový Rok zahájení provozu 1967 Hloubka (m) Porozita (%) 22 Aktivní náplň (mil. m 3 ) 168 Těžební výkon (mil. m 3 ) 3,

14 2.3 Zásobník z dotěženého ložiska uhlovodíků Jde o nejčastější typ podzemního zásobníku plynu (CEDIGAZ, 2017). Jedná se o ukládání plynu do struktur, ze kterých byl y předtím plyn či ropa vytěženy a u kterých je tak předpoklad dobrých kolektorských vlastností (Obrázek 4). Při jeho budování se s výhodou využívá dosavadních poznatků o daném ložisku, které se podaří nashromáždit během předcházející těžby a průzkumu. Častá také bývá možnost využít stávající těžební sondy, pouze s nezbytnými úpravami na vystrojení. Dalším bonusem je určitý zbytkový objem zemního plynu v kolektoru, který tvoří část pasivní náplně zásobníku. Jedná se tedy o nejlevnější a nejspolehlivě jší variantu podzemního uskladňování plynu. Uskladňovací kapacita je přímo závislá na tlaku a teplotě v ložisku a na velikosti pórového objemu. Jelikož se teplota při skladování výrazně mění, je nutno předem důkladně navrhnout rozmezí pracovních tlaků tak, aby nedošlo k překročení maximálního tlaku a tím k poruše nadložních vrstev, což by mělo za následek porušení těsnosti zásobníku, ale také tlaku minimálního, což by umožnilo postup vodního zápolí a tím zmenšení pórového prostoru a zmenšení skladovací kapacity. Obrázek 4: Schéma zásobníku z dotěženého ložiska (zdroj: photos.wikimapia.org) 1 - povrchová technologie, 2, 4 - pozorovací sondy, 3 - V/O sondy, 5 - skladovací obzor, 6 - izolační vrstvy, 7 - zlom)

15 2.3.1 Uhřice Zásobník Uhřice byl vybudován na stejnojmenné struktuře vytěženého ložiska ropy a zemního plynu. Skladovací kapacita byla původně 180 mil. m 3. V roce 2012 došlo k rozšíření zásobníku o vedlejší skladovací strukturu Uhřice Jih, čímž byla navýšena skladovací kapacita o 100 mil. m 3 na současných 280 mil. m 3. Je velmi flexibilní a schopen přechodu mezi režimem vtláčení a těžby (a naopak) za necelých 6 hodin. Základní parametry jsou uvedeny v tabulce č. 5. Tabulka 5: Parametry PZP Uhřice Jméno zásobníku Uhřice Typ zásobníku vytěžené ložisko Rok zahájení provozu 2001 (2012) Hloubka (m) 1730 Porozita (%) 25 Aktivní náplň (mil. m 3 ) 280,0 Těžební výkon (mil. m 3 ) 10, Bergermeer (NL) Tento zásobník byl vytvořen na vytěženém plynovém ložisku u holandského Bergenu. Počáteční fáze byla spuštěna v roce 2014 a to zatláčením plynu do ložiska pěti sondami. V roce 2015 bylo pro vtláčení a těžbu odvrtáno a vystrojeno dalších 9 sond. S aktivní náplní 4,1 miliardy m 3 se jedná o největší podzemní zásobník plynu v Evropě. Celkové náklady na vybudování tohoto zásobníku byly 850 milionů EUR. Základní parametry jsou uvedeny v tabulce č.6. Tabulka 6: Parametry PZP Bergermeer Jméno zásobníku Bergermeer Typ zásobníku vytěžené ložisko Rok zahájení provozu 2014 Hloubka (m) 2500 Porozita (%) 20 Aktivní náplň (mil. m 3 ) 4100 Těžební výkon (mil. m 3 ) 2,

16 3 PRŮBEH KONVERZE ROPNÉHO LOŽISKA DAMBOŘICE NA PZP Základním konceptem budování PZP byla aplikace druhotných těžebních metod, tedy udržování ložiskového tlaku pomocí zatláčení plynu do ložiska. Použití druhotných těžebních metod pomohlo zformovat a zvětšit druhotnou plynovou čepici v ložisku, prodloužit těžbu ropy a zvýšit využitelný pórový prostor. Počáteční studie ukázaly určitou rovnováhu mezi objemy těžené ropy a objemy vtláčeného plynu při udržování přibližně konstantního ložiskového tlaku, což mělo za následek pohyb kontaktu plyn-ropa směrem dolů a přirozené proudění ložiskových médií. Rychlé střídání objemu plynu v ložisku během cyklického provozu vede ke snížení vytěžitelnosti zbývajících zásob ropy, na druhé straně ovšem odtěžení sekundární plynové čepice, případně dlouhodobé udržování jejího objemu na základní úrovni, vede ke snížení ložiskového tlaku a tím k postupu vodního zápolí a snížení využitelného pórového prostoru. Souhrnem vývoje ložiska a strategií přechodu na režim PZP je udržování ložiskového tlaku k podpoře dotěžení ropy, postupné zahájení cyklického vtláčení a odtěžování sekundární plynové čepice se zvyšováním tlaku na maximální provozní tlak, snížení objemu plynu na vypočtený objem plynové podušky a následný přechod na plný provoz v režimu PZP. Vzhledem k tomu, že ropné ložisko se nachází v koncovém stádiu své životnosti, nebude tímto procesem nijak fatálně dotčena produkce ropy. Dalším krokem konverze a budování PZP je zvýšení maximálního provozního tlaku zásobníku nad původní ložiskový tlak. Hodnota maximálního pracovního tlaku byla zvolena podle zkušeností s provozem vedlejšího PZP Uhřice, který je zbudován ve stejné struktuře grestenských pískovců, a který je podložen předchozími výzkumy. Minimální pracovní tlak a objem pasivní náplně byly zvoleny s ohledem na stabilitu provozních podmínek zásobníku přijatelný pohyb vodního zápolí bez negativního vlivu na objem pracovní náplně, v souladu s požadavky zákazníka

17 3.1 Ložisko Charakteristika ložiska Obrázek 5: Ložisko (Zdroj: Ložisko se nachází v katastru obc í, Uhřice u Kyjova a Velké Hostěrádky, okr. Hodonín (Obrázek 5), a to v bezprostředním sousedství plynového ložiska Uhřice a ropo -plynového ložiska Uhřice Jih (na nichž byl po dotěžení vybudován v roce 2001 PZP Uhřice, rozšířený v roce 2011 o skladovací strukturu Uhřice Jih). Ropa a zemní plyn jsou na ložisku akumulovány v pískovcích a slepencích bazální části jury (grestenské souvrství pískovcové (arenitové) vrstvy) a v bazálních pískovcích nadložního nikolčického souvrství jurského stáří o mocnostech m. Porozita ložiskových hornin se pohybuje v rozmezí % (zjištěno laboratorními rozbory jader, dle EKM in -situ naměřeno cca 12 25%), permeabilita je v rozmezí md. Z těchto hodnot vyplývá, že ložisko má výborné kolektorské vlastnosti. Sousední ložiska Uhřice a Uhřice Jih jsou vázána rovněž na pískovce grestenského souvrství. Zmíněná ložiska jsou od sebe oddělena erozivně

18 vytvořenou rýhou, vyplněnou pelitickými sedimenty paleogénu, zajišťujícími hydrodynamickou samostatnost ložisek. V podloží ložiska se nachází pískovce a břidlice kulmského vývoje spodního karbonu, v jeho nadloží jsou situovány sedimenty jury, paleogénu a ždánické jednotky Vnějších Karpat. Izolační vrstvu představují neporušené jílovce a prachovce o mocnosti m. Informace o izolačním pokryvu byly získány při průzkumu lokality před stavbou PZP Uhřice, které leží na stejné lokalitě. Ropa z ložiska je parafinická, o průměrné hustotě 861,5 kg/m 3, viskozitě 17,9 mpa/s. Podíl pevn ých parafinů se blíží 6 %. Laboratorním rozborem byl zjištěn tlak nasycení ropy plynem 13,1 MPa, podíl rozpuštěného plynu v ropě 64,8m 3 /m 3 (při ložiskové teplotě 52 C). Původní plyn v ložisku obsahoval původně cca 80 % metanu, 8 % etanu, 3 % propan-butanu, 1 % pentan-hexanu a dalších plynů. Během aplikace DTM se zvýšil podíl metanu na 91 %, etan poklesl na 3,8 %. Ložisková voda je salinická, na bázi NaCl (koncentrace 23,6 g/l), měrná hmotnost 1014 kg/m 3. Ložisko je zhruba protaženého tvaru, přičemž podélná osa ložiska dosahuje délky 2700 m a šířka ložiska je až 700 m, plocha ropou syceného prostoru je cca 1,6 km 2. Kontury ložisek grestenských pískovců a nadložních nikolčických vrstev se v půdorysném průmětu vzájemně překrývají

19 3.1.2 Historie a současnost ložiska Historie ložiska spadá do roku 1986, kdy byl odvrtán první vrt na tomto ložisku, a to vrt Uhřice 22. Tímto vrtem byl ložiskový objekt grestenských pískovců zastižen v celkové mocnosti 61 m zcela sycených ropou. Další vrty postupně upřesňovaly kontur y ložiska a byly následně využívány pro těžbu ropy, zatláčení plynu do ložiska v rámci probíhající aplikace DTM, vtláčení důlních vod a jako sondy pozorovací. Ložisko grestenských pískovců mělo počáteční kontakt ropa voda na strukturní úrovni m. Ložisko bylo nedosycené, tedy ropné s rozpuštěným plynem, primární plynová čepice nebyla vytvořena (Obrázek 6). Obrázek 6: Nasycení ložiska na počátku těžby (1986) modrá: ložisková voda, zelená: ropa (Zdroj: Ing. J. Horáček, MND a.s.) Od roku 1993 začalo docházet k zaplyňování vrtů, kdy se následkem poklesu ložiskového tlaku pod tlak nasycení začala vytvářet sekundární plynová čepice (Obrázek 7). Z tohoto důvodu byl jeden z nejvíce plynujících vrtů přestrojen na vtláčení plynu a začala aplikace DTM. Pomocí zatláčení plynu do sekundární plynové čepice byl udržován ložiskový tlak na hodnotě

20 13,1 MPa, tedy na hodnotě tlaku nasycení. Tímto bylo dosaženo zvýšené hodnoty vytěžitelnosti ropy, udržen samotok a omezena tvorba vodních kuželů. Pro zatláčení bylo využito jak rozpuštěného plynu separovaného z těžené ropy, tak i dodávek z externích zdrojů. V následujících letech byly z důvodu postupného zaplyňování a tvorby vodních kuželů přestrojeny některé další sondy a zapojeny do projektu DTM. Také došlo k odvrtání dalších těžebních vrtů, včetně čtyř horizontálních, čímž byla zvýšena vytěžitelnost zásob ropy v ložisku a došlo k podstatnému růstu objemu těžby. Obrázek 7: Nasycení ložiska v červnu 2013 (simulace) modrá: ložisková voda, zelená: ropa, červená: plyn (Zdroj: Ing. J. Horáček, MND a.s.) K datu bylo z ložiska vytěženo celkem 2781,34 tis. m 3 ropy, 157,12 tis. m 3 ložiskové vody a 290,64 mil. m 3 plynu (část z uvedeného objemu vytěženého plynu zatlačena rámci DTM zpět do ložiska). Celkem bylo do ložiska v rámci DTM zatlačeno 499,042 mil. m 3 plynu a utraceno 212,41 tis. m 3 separované ložiskové vody do vodního zápolí l ožiska. V

21 centrální části se pravá mocnost ropou nasycené horniny zredukovala na m. Ložisko se v současnosti nachází v závěrečné fázi své těžební existence, ve fázi vysokého vytěžení zásob ropy (Obrázek 8). Konverze ložiska na podzemní zásobník plynu tak má dvojí přínos dosažení vysoké vytěžitelnosti ropy a zároveň efektivní využití zatlačeného plynu do sekundární plynové čepice. Převážná část objemu tohoto plynu bude využita jako základní náplň PZP. Obrázek 8: Vývoj těžby na ložisku (Zdroj: MND a.s.)

22 3.2 Projektování PZP Modelování parametrů PZP Pro analýzu ložisek uhlovodíků se využívá takzvané matematické modelování. Tyto modely mohou být jako 2 D nebo 3 D. Nejpřesnější a nejkomplexnější je 3 D modelování. Matematický model ložiska sestává ze statické a dynamické části. K posouzení proveditelnosti konverze ložiska uhlovodíků na PZP je třeba použít statický model zásobníku, jenž představuje ložisko v původních podmínkách, jako jsou: objem plynu a ropy, typ a rozložení ložiskových hornin, podíl ložiskových médií (uhlovodíků a vody). Statický model ložiska a jeho ohraničení bylo vytvořeno na základě seismického průzkumu a také s využitím dat získaných během vrtných prací. Model ložiska je horizontálně rozdělen do 3 obzorů s podobnými petrofyzikálními vlastnostmi. Zájmové obzory ložiska jsou dále rozděleny do simulační mřížky o rozměrech 80x40x13 buněk v osách X, Y, Z. Vstupní data porozita a permeabilita, pochází z výsledků petrofyzikální analýzy jednotlivých vrtů. Rozdělení porozity a horizontální permeability je zpracováno použitím interpolace ve speciálním programu Petrel. Původní sycení ropou v ložisku bylo počítáno za použití relativní permeability, kapilárního tlaku a nalezeného kontaktu ropa -voda. Na dynamickém modelu ložiska můžeme simulovat chování ložiskových médií v uskladňovací struktuře. K tomu potřebujeme znát: údaje o těžbě během produktivního období, vývoj tlaků na ústí sondy a v ložisku během produktivního období, údaje z výzkumu a testování sond

23 denní těžba plynu, mil.m3 prům.ložiskový tlak, MPa Bc. Lukáš Šťastný: Konverze ropného ložiska na podzemní zásobník plynu příklad ZP Pomocí údajů o tlakových poměrech můžeme zhodnotit chování ložiska a předvídat jeho vývoj, údaje z testování a výzkumu sond jsou potřebné pro správné navržení vystrojení sond pro potřeby PZP Výběr vhodných sond Sondy tvoří komunikaci mezi uskladňovací strukturou a povrchovou technologií PZP. Z toho vyplývá jejich důležitost a zvýšená pozornost při jejich hloubení, vystrojování a zejména během provozu (Zákopčan, 2003). Mezi těžbou z ložiska uhlovodíků a podzemního zásobníku je značný rozdíl denní výkon PZP tlak dny 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Graf 1: Návrh výkonové křivky PZP (MND a.s.) Těžba z ložiska uhlovodíků probíhá v řádu jednotek až desítek let, kdežto aktivní náplň podzemního zásobníku je vhodné vytěžit do cca 100 dní (Bujok et al., 1985), (Graf 1). Celá konstrukce zásobníkové sondy je při takovém střídání tlaků a objemů více namáhána. Ve zbytku období je pak nutno stejný objem plynu zatlačit zpět do ložiska. Takovému objemu těžby je nutno přizpůsobit také fond sond, kde kromě nezbytného počtu z hlediska celkové kapacity je vhodné přidat ještě cca % rezervu

24 Výběr vhodných sond pro provoz nově budovaného PZP musí kombinovat požadavky na výkonové parametry PZP spolu s geologickými podmínkami daného ložiska. Základním faktorem pro výběr vhodných sond jsou geologické parametry: - poloha sondy v ložisku zpravidla je volena rovnoměrná síť sond, nejlépe ve vrcholové pozici v ložis ku aby byl rovnoměrně využitý pórový objem, připadající na sondu, a také dostatečná vzdálenost od kontaktu plyn - voda, plyn-ropa. Také musí být v dostatečné vzdálenosti od sebe, aby byla co nejnižší interference mezi sondami, která by podstatně snižovala jejich kapacitu. Dále jsou to parametry technické: vystrojení sond využití stávajících sond a jejich přestrojení, vrtání nových sond, stav pažnicových kolon a jejich hermetičnost, možnost připojení a výstavby přípojek a technologického zařízení (Pinka, Zeman, 2014), provozně-ekonomické: dle požadovaného denního výkonu PZP a odtěžovací (výkonové) křivky PZP, včetně bezpečnostní rezervy např., aby byly schopny pokrýt požadovanou výkonovou křivku PZP i při výpadku provozu některé V/O sondy. Fond sond se u PZP dělí na tři skupiny (Zákopčan, 2003): Vtlačně/odběrové (V/O) spojují skladovací obzor zásobníku s technologií PZP. Jedná se o technicky i technologicky náročná díla, na jejichž kvalitě a technické dokonalosti závisí bezpečnost a spolehlivost zásobníku. Pozorovací slouží k monitorování uskladňovací struktury zásobníku. Jedná se zejména o:

25 o Plynové v plynem sycené části, kdy je pomocí nich sledován vývoj ložiskového tlaku, o Ve vodním zápolí slouží ke sledování ložiskového tlaku ve vodním zápolí uskladňovací struktury a pohybu kontaktu voda-plyn, o V nadloží slouží ke sledování vertikální hermetičnosti zásobníkové struktury. Účelové slouží k utrácení ložiskové vody či kondenzátu. V období přípravy projektu nového zásobníku se vycházelo ze zkušeností s předchozí výstavbou zásobníku Uhřice. Bylo rozhodnuto o využití právě těch sond, které otvírají ložisko v jeho plynem sycené části. Další sondy, zasahující do vodního zápolí byly vybrány pro zpětné zatláčení separované ložiskové vody Plánování nadzemní části PZP Hlavním účelem nadzemní technologie PZP je doprava plynu z plynovodní sítě do uskladňovací struktury ložiska a opětovné dodání zpět, a to v požadované kvalitě (Obrázek 9). Z toho vyplývají požadavky na jednotlivé technologické celky PZP. Obrázek 9: Cesta zemního plynu (Zákopčan, 2003)

26 Provoz PZP probíhá ve dvou fázích: vtláčecí, kdy je plyn z plynovodní sítě pomocí kompresorů zatláčen do ložiska, a odběrové, kdy je vytěžený plyn po technologické úpravě vtláčen do přenosové soustavy. Nadzemní část každého PZP se skládá z následujících zařízení: Technologické zařízení sond, kolektor; Zařízení pro dopravu zemního plynu: o plynovody a přípojky k sondám, o kompresory, turbíny. Zařízení pro úpravu zemního plynu : o čištění (separátory a mikrofiltry), o ohřev (kotle ohřevu), o sušení (sušící kolony). Měření a regulace: o průtok, tlak, teplota, indikátory chodu, o parametry a vlastnosti zemního plynu. Pomocné: o regenerace glykolu, olejové hospodářství a další. Některá zařízení jsou využitá pouze pro jednu z fází provozu PZP, jiná slouží pro vtláčení i odběr. Dále je uveden popis nejdůležitějších technologických celků nadzemní části PZP

27 Technologické zařízení sond Vtlačně/odběrové sondy se nacházejí na samostatných pracovních plochách (Obrázek 10). Z důvodu bezpečnosti je každá V/O sonda opatřena podpovrchovým bezpečnostním ventilem, který automaticky uzavře stupačky v případě havárie na ústí sondy. Technologické zařízení sestává z několika částí: o sledování tlaku, o nástřik etanolu, o měření a regulace průtoku plynu, o separace volné kapaliny, o uzavírací armatury. Obrázek 10: Provozní vtlačně/odběrová sonda (B. Špilman, 2017)

28 Kompresorová jednotka Kompresorová jednotka (Obrázek 11, Obrázek 12) je nezbytnou součástí provozu PZP. Přenosová soustava je provozována při tlaku 4,5 7 MPa, zatímco pracovní tlak zásobníku je v rozmezí 7 22 MPa. Při vtláčecí fázi je tedy nezbytné plyn z plynovodu stlačit na odpovídající tlak. V odběrové fázi naopak může dojít k poklesu tlaku vytěženého plynu vlivem technologické úpravy (sušení atd.) pod hodnotu tlaku v plynovodu. Podzemní zásobník plynu má tři identické samostatné kompresory s plynovými motory. Tyto kompresory jsou použitelné jak pro vtláčecí, tak pro odběrovou fázi. Podle požadavků na potřebný tlak a průtok plynu mohou kompresory pracovat samostatně, nebo paralelně zapojené. Kompresorové jednotky sestávají z následujících komponent: plynový motor, pístový kompresor, kombinovaný chladič, řídící a ovládací panel. Obrázek 11: Kompresor Ariel KBU6 ( 39&libID= )

29 Obrázek 12: Kompresor Ariel KBU6 včetně motoru Caterpillar (Moravia GS a.s., 2017) Sušení plynu Jelikož je plyn skladován v dotěžovaném ložisku uhlovodíků, obsahuje skladovaný plyn po vytěžení ložiskovou vodu, aromatické uhlovodíky a ropu. Tyto nežádoucí příměsi je třeba z něj odstranit. Technologie sušení plynu sestává ze dvou paralelních sušících linek (nízkoteplotní expanzní sušení) o celkové kapacitě 8 milionů Nm 3 /den. Linky jsou využívány současně nebo oddělené v závislosti na požadovaném těžebním výkonu (Obrázek 13). Obrázek 13: Sušící linka schéma (

30 Plyn ze vstupního separátoru se přivádí do výměníků tepla plyn/plyn, aby bylo zajištěno ochlazení vstupujícího vlhkého plynu před expanzí plynu. Joule-Thomsonův (J.-T.) expanzní ventil tryska se nachází na výstupu z výměníků. Tento ventil zajišťuje nezbytný pokles tlaku pro přívod vysokotlakého plynu do nízkoteplotního separátoru a zajišťuje tak expanzní ochlazení plynu a odstraňování kapaliny, čímž zbavuje zemní plyn vodní a uhlovodíkové vlhkosti. Nízkoteplotní separátor (Obrázek 14) separuje kapalinu z plynu (vodní a uhlovodíkovou vlhkost) tak, aby bylo dosaženo technické specifikace rosného bodu uhlovodíků. Osušený plyn se přivádí zpět do výměníků tepla (do plášťové části ), kondenzát se odpouští do sběrače kondenzátu. Obrázek 14: Nízkoteplotní separátor schéma ( Do proudu plynu v trubní části plynových výměníků tepla před J.T. ventil je vysokotlakými pístovými čerpadly nastřikován Diethylen glykol (DEG), aby nedocházelo k zamrzání vodní fáze při podchlazení plynu

31 DEG obohacený o kapalinu (voda, kondenzát) je odváděn do regenerační jednotky, kde je obohacený glykol zbavován vody a uhlovodíků a odváděn k opětovnému použití. Požadavky na kvalitu plynu dodávaného do distribuční sítě musí být v souladu s Provozními pravidly provozovatele přepravní soustavy ( Tabulka 7). Všechny parametry ovlivňující sušící výkon jsou nastavitel né řídícím systémem. Upravený plyn je změřen na Měřící stanici a vstupuje do plynovodu DN500 PN80 směrem k Měřící stanici Brumovice. Tabulka 7: Požadavky na kvalitu plynu (NET4GAS s.r.o.) Parametr Limit Jednotky Metan min % Etan max. 7.0 % Propan max. 3.0 % Butany max. 2.0 % Pentany (a vyšší uhlovodíky) max. 0.5 % Oxid uhličitý max. 3.0 % Kyslík max. 0.2 % Sirovodík max. 6.0 mg/m 3 Merkaptany max. 5.0 mg/m 3 Celková síra max mg/m 3 Rosný bod vody (40bar) -7.0 C Rosný bod uhlovodíků 0 C Wobbe index kwh/nm 3 Relativní hustota kg/m

32 Regenerační jednotka DEG Diethylen-glykol je nastřikován do proudu vlhkého plynu, kde absorbuje vlhkost a omezuje tvorbu hydrátů. Ze separátoru odchází suchý plyn a emulze DEG s kapalinou. Tato emulze odchází přes dělící separátor a filtry do rekoncentračního kotle, kde doje k oddělení vázané kapaliny a regenerovaný DEG je připraven k dalšímu použití. Potrubní rozvody Jednotlivé sondy jsou propojeny potrubím DN250 PN210. Tímto potrubím je veden vysokotlaký zemní plyn z plynovodu do ložiska a naopak. Napojuje se na kolektor DN400 PN210, který je vyveden do spojovacího plynovodu DN400 PN210 a do centrálního areálu PZP a které přechází do sušící linky a ke kompresorům. Obrázek 15: Regenerační linka DEG se spalováním odpadních plynů (B. Špilman, 2017)

33 Dále je v centrálním areálu pomocné potrubí DN80 PN100, které slouží k odvodu separovaných kapalin (kondenzátu a ložiskové vody do sběrného střediska. Z technologie centrálního areálu PZP je následně upravený plyn veden potrubím DN500 PN80 směrem k PZP Uhřice, kde se napojuje na potrubí DN700 PN77 vedoucí na MS Brumovice a dále přepravní soustavu NET4GAS s.r.o. 3.3 Převystrojení sond Mezi vystrojením plynového sondy v ropném ložisku a V/O sondy podzemního zásobníku plynu je několik podstatných rozdílů. Tyto rozdíly vychází především z rozdílného využití obou typů sond. Plynové sondy v ropném ložisku slouží ke vtláčení plynu do plynové čepice ložiska a tím k udržování ložiskového tlaku, pro optimální těžbu ropy. Doprovodná těžba plynu z ropných sond nebývá v takovém rozsahu, aby bylo zapotřebí plynotěsných šroubových spojů na těžebních trubkách, případně speciálních bezpečnostních podpovrchových ventilů. Dalším rozdílem u plynových sond je použití takzvaných pakrů, což jsou elastomerové těsnící prvky, mající za úkol oddělit otevřenou část ložiska od mezikruží mezi těžební pažnicovou kolonou a stupačkami. Také průměr vnitřního vystrojení ropné sondy bývá mnohem menší než u zásobníkových sond, které musí přenést daleko větší objemy ply nu ve vtlačné i odběrové fázi (Guo et al., 2007). Právě vnitřní průměr vystrojení V/O sondy je hlavním faktorem ovlivňujícím její výkon. Po zhodnocení a úpravě odběrové křivky (v návaznosti na požadavky zákazníka) bylo konstatováno, že stávající stav vystrojení V/O sond neposkytuje požadovaný bezproblémový denní odběr. K dosažení zlepšení vlastností V/O sond (zejména tedy odtěžovacích křivek) proběhla v letech kampaň podzemních oprav sond. Tato kampaň se týkala jedenácti V/O sond a tří pozorovacích

34 Dle provedených výpočtů mělo dojít ke zlepšení parametrů přibližně o 60 % a to zejména ve fázi poklesu ložiskového tlaku vlivem odtěžení zásob na hodnoty blížící se minimálnímu pracovnímu tlaku. Práce při POS obecně zahrnovaly: umrtvení sondy kapalinou, vytažení stávajícího vystrojení, pročištění sondy a kalibrace, provedení EKM, úprava otevření zájmových obzorů (v závislosti na ložiskových poměrech daných sond), propláchnutí sondy a kalibrace, renovace ústí sond, výměny (úpravy) produkčních křížů, vystrojení sondy novým vnitřním vystrojením (stupačky, pakr, PPBV) o větším průměru limitující prvek byl průměr pažení těžební kolony, ověření průchodnosti a dna sondy. Karotážní měření bylo zaměřeno na ověření technického stavu sond: stav těžební pažnicové kolony (síla stěny, koroze, možné poškození) Mikrokavernoměr, ověření stavu cementace za pažnicemi Cementlog, korelace a měření sycení plynem Neutronová karotáž, lokátor spojek, gama karotáž. Sondy bylo po opravě nutno vyčistit od pracovních kapalin a oživit. To bylo prováděno zatláčením dusíku pomocí tzv. coiled -tubing (vinutých nekonečných stupaček) (Obrázek 16, Obrázek 17, Obrázek 18). Následoval krátkodobý test potenciální produkce

35 Obrázek 16: Souprava Coiled Tubing stupačka před vstupem do rovnacího zařízení (Ing. Ořeský, 2014) Obrázek 17: Souprava Coiled Tubing pohled z věže na dusíkovou jednotku a buben s vinutými stupačkami (Ing. Ořeský, 2014)

36 Obrázek 18: Souprava Coiled Tubing celkový pohled (Ing. Ořeský, 2014) Po důsledném zhodnocení stavu sond bylo rozhodnuto o dvojím způsobu úpravy otevření zájmových obzorů (Obrázek 19): rozšíření intervalu perforace pro dosažení vyšších výkonů u sond s pevnou a soudržnou horninou v ložiskovém obzoru, odfrézování pažnic v ložiskovém obzoru a přechod na tzv. open hole s instalací plavených pískových filtrů u sond, kde bylo potenciální riziko možného uvolňování pískových zrn z méně soudržných částí kolektoru. Obrázek 19: Možný způsob otevření zásobníkového obzoru (Zákopčan, 2003), 1-střílená perforace, 2- Open-hole, 3-předperforovaný Open-hole

37 3.3.1 Vtlačně/odběrové sondy Vtlačně/odběrové sondy byly přestrojeny pro vyšší průtok plynu do a ze sondy (Obrázek 20). Obecný postup POS byl následující: Do XN vsuvky byla usazena zátka, ověřena její hermetičnost, stupačky byly doplněny pracovní kapalinou, otevřena proplachovací objímka a dokončeno umrtvení a propláchnutí sondy. Vrch PK byl demontován a po montáži preventru byly stupačky s kotvou odpojeny z pakru a po propláchnutí sondy vytaženy spolu s PPBV na povrch. Sonda byla pročištěna šablonovací frézou, těžební pažnicová kolona byla pročištěna čistící sestavou skrejpr-magnet-kartáč. Následovalo EKM, poté rekonstrukce ústí sondy. Byla vyměněna H-manžeta (těsnící prvek závěsu stupaček v základní přírubě) a namontována původní spodní část PK s preventrem. Dále bylo upraveno otevření zájmového obzoru perforací, případně odfrézováním pažnic na open-hole. Do sondy byla následně zapuštěna kotva, X vsuvka, plynotěsné stupačky o požadovaném průměru a PPBV po kontrole, či výměně. Stupačky byly vymanipulovány a spojeny s pakrem, ovládací trubičky PPBV byly provlečeny kuželem. Následovala tlaková zkouška stupaček s pakrovací sestavou se zátkou v XN profilu tlakem 21 MPa a Inflow test PPBV. Dále byla provedena tlaková zkouška těsnosti spojení kotvy s pakrem tlakem 8 MPa. Na ústí byla namontována vrchní část PK s 2 hlavníky a s přírubou s průchodem na trubičky PPBV. Byla provedena tlaková zkouška PK tlakem 21 MPa, tlakem 35 MPa byl otevřen PPBV a ověřena těsnost trubiček. Po demontáži sklepů soupravy byl namontován zbytek vrchní části PK. Výzkumem sond byla vytažena zátka z XN vsuvky a byl proveden záměr dna sondy. Tím byly práce se soupravou POS ukončeny

38 Obrázek 20: Příklad vystrojení vtlačně/odběrové sondy (MND a.s., 2013)

39 3.3.2 Pozorovací sondy Pozorovací sondy jsou nezbytnou součástí monitorovacího systému PZP (Obrázek 21). Slouží především ke sledování ložiskových tlaků, jak ve vlastním skladovacím obzoru, tak v nadloží a podloží. Dále j e s jejich pomocí sledován pohyb vodního zápolí a změna kontaktu plyn voda, případně plyn ropa. Síť těchto sond musí být vhodně rozmístěna vzhledem k daným ložiskovým podmínkám zásobníku. Sonda byla umrtvena, bylo vytaženo podzemní vystrojení sondy. Poté byla sonda pročištěna šablonovací frézou, intervaly perforací projety s rotací a proplachem. Těžební pažnicová kolona byla pročištěna čistící sestavou skrejpr-magnet-kartáč. Následovalo EKM v celém profilu sondy. Za pomoci zaslepeného mechanického pakru byla provedena rekonstrukce ústí sondy. Bylo demontováno ústí sondy a proveden a revize základní příruby, výměna H manžety a namontována původní spodní části PK s preventrem. Do sondy byly zapuštěny TCP perforátory na vrtných tyčích a po korelačním EKM, vyhodnocení a vymanipulování nářadí byla provedena perforace požadovaného intervalu. Po ověření perforace EKM byla sonda pročištěna šablonovací frézou. Po vytažení šablonovací frézy byla sonda prokalibrována gumovou manžetou. Sonda následně byla vystroje na novým podzemním vystrojením. Na ústí byla namontována vrchní část PK s přírubou se zaslepeným průchodem na impulzní trubičky. Byla provedena tlaková zkouška PK tlakem 21 MPa a mezikruží 8 MPa. Výzkumem sond byla vytažena zátka z XN vsuvky a byl proveden záměr hloubky dna. Sonda byla vyčištěna od pracovní kapaliny pomoci píst ování. Hladina pracovní kapaliny v sondě byla snižována až do doby dosažení přítoku z ložiska. Tím byly práce se soupravou POS ukončeny

40 Obrázek 21: Příklad vystrojení pozorovací sondy (MND a.s., 2013)

41 3.4 Konverze ložiska Z fondu sond ropného ložiska bylo do projektu konverze na PZP převzato 13 sond, plánovaných jako vtlačně/odběrové. Dalších 7 sond slouží jako pozorovací (Tabulka 8). Původních 13 sond bylo vystrojeno pro těžbu ropy, bylo tudíž nutné jejich přestrojení pro účely PZP. Většina jich byla přestrojena ve dvou kampaních v letech a v roce 2007 pro tehdy uvažované denní vtláčecí a odběrové výkony. Tato cesta byla zvolena z důvodu nižších nákladů, než by představovalo odvrtání nových vrtů. Tabulka 8: Plánované sondy PZP Č. Sonda Funkce 1 V/O 1 Vtlačně / odběrová 2 V/O 2 Vtlačně / odběrová 3 V/O 3 Vtlačně / odběrová 4 V/O 4 Vtlačně / odběrová 5 V/O 5 Vtlačně / odběrová 6 V/O 6 Vtlačně / odběrová 7 V/O 7 Vtlačně / odběrová 8 V/O 8 Vtlačně / odběrová 9 V/O 9 Vtlačně / odběrová 10 V/O 10 Vtlačně / odběrová 11 V/O 11 Vtlačně / odběrová 12 V/O 12 Vtlačně / odběrová 13 V/O 13 Vtlačně / odběrová (rezervní) 15 P/G 1 Pozorovací (plynová) 16 P/G 2 Pozorovací (plynová) 17 P/V 1 Pozorovací (vodní zápolí) 18 P/V 2 Pozorovací (vodní zápolí) 19 P/V 3 Pozorovací (vodní zápolí) 20 P/P 1 Pozorovací (nadloží) V letech 2010/2011 byly upraveny požadované parametry výkonové křivky zásobníku (Graf 2), kdy vtláčecí výkon byl při stávajícím vystrojení

42 denní těžba plynu, mil.m3 prům.ložiskový tlak, MPa Bc. Lukáš Šťastný: Konverze ropného ložiska na podzemní zásobník plynu příklad ZP dostatečný, ale při odběrové fázi už výkon nedostačoval. To bylo způsobeno zejména nedostatečným průměrem vnitřního vystrojení sond, kde docházelo k velkým hydraulickým ztrátám Výkonová křivka PZP ( 7,5-3,5 mil.m3/d) denní tlak dny 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Graf 2: Upravená výkonová křivka PZP (MND a.s., 2011) Tvorba podušky, předpokládané a skutečné objemy těžby Základní náplň zásobníku neboli takzvaná plynová poduška je pasivní částí objemu plynu v PZP, která se trvale nachází v uskladňovací struktuře a tvoří tak prakticky mrtvé zásoby plynu. Bez těchto mrtvých zásob by však provoz zásobníku nebyl možný. Hlavními funkcemi podušky jsou: zabezpečení potřebné hodnoty tlaku na konci odběrového období, dostatečný výkon PZP na konci odběrového období, udržení filtračních vlastností kolektorské horniny, zabránění nástupu vodního zápolí do plynové části obzoru

43 Správně zvolený objem plynové podušky je také jeden z důležitých parametrů pro bezproblémový provoz PZP. Tento objem závisí na: hloubce uložení ložiskové pasti, fyzikálně-geologických podmínkách kolektoru ložiska, mocnosti a úklonu vrstvy, režimu práce zásobníku, technologickém režimu těžby sond, požadovaném tlaku na ústí sondy. Objem plynové podušky se určuje s ohledem na technologické podmínky odběru z PZP. Množství plynu v podušce přímo ovlivňuje volbu počtu vtlačně odběrových sond a výkonnost kompresorové stanice PZP. Objem plynové podušky tak bývá v závislosti na konkrétních podmínkách nejčastěji v rozsahu 60 % 140 % aktivní náplně PZP. 1994): Obecně se objem plynové podušky určuje ze vztahu (Bujok et al., Kde: G z = V i p k z a z k p a ; [m 3 ] V i konstantní objem plynem syceného pórového prostoru [m 3 ], p k hodnota ložiskového tlaku na konci odběrového období [MPa], z k koeficient stlačitelnosti plynu za podmínek na konci odbě rové periody, p a atmosférický tlak [MPa], z a koeficient stlačitelnosti plynu při standartních podmínkách

44 V případě, že se skladovací obzor PZP nachází v pevné kolektorské hornině s velkou mocností, bude se podestýlající ložisková voda poh ybovat v závislosti na pracovní fázi zásobníku (při odběru se bude zvedat, při zatláčení naopak klesat). V těchto případech se bude objem plynové podušky počítat podle rovnice (Bujok et al., 1994): G z = V p z a z p a + s gr (V i V) p w z a p a z w ; [m 3 ] Kde: G z = G a p z [1 + s gr ( V i V 1)] V i V (p i s z gr p ; [m 3 ] i z ) (1 s gr) G z Objem absolutních zásob plynu v podušce [m 3 ], G a Objem plynu v aktivní náplni [MPa], p i, p Tlak na začátku a na konci odběrového období v nezavodněné části kolektoru [MPa], V i, V Nezavodněný objem volného pórového prostoru zásobníku na počátku a na konci odběrového období [m 3 ], p w tlak na konci odběrového období v zavodněné části kolektoru [MPa], p w tlak na konci odběrového období v zavodněné části kolektoru [MPa], z w koeficient stlačitelnosti plynu v zavodněné části kolektoru, s gr koeficient zbytkového sycení plynem v zavodněné zóně

45 Tvorba podušky pro účely PZP probí há prakticky od počátků období těžby ropy, kdy byl do ložiska zatláčen plyn v rámci DTM. Vytěžený objem ropy byl nahrazován ekvivalentním objemem plynu (v podmínkách PZP cca 1 m 3 ropy = 158 m 3 ) jednak separovaným z ropy při těžbě, tak i z externích zdrojů. Kapacita zásobníku, tedy objem aktivní náplně i podušky jsou závislé na velikosti pórového objemu a tlaku a teplotě v ložisku (Graf 3). Při dané teplotě je třeba pracovat v určitém tlakovém rozmezí. Pokud by byl pracovní tlak příliš vysoký, mohlo by dojít k úniku plynu přes spill point, případně kolem pažnicových kolon, nebo v nejhorším případě k porušení hermetičnosti nadložních hornin. V příp adě příliš nízkého pracovního tlaku by docházelo k pronikání vodního zápolí do pórového prostoru zásobníku a tím ke snižování využitelného skladovacího prostoru. Proto je třeba všechny navrhované parametry důkladně prověřit na matematickém modelu pomocí speciálního softwaru a výpočtů. Graf 3: Závislost zásob plynu na tlaku (Zákopčan, 2003)

46 3.5 Provoz PZP Náběhové období Tabulka 9: Projektované parametry PZP (Moravia GS a.s.) Aktivní náplň (mil. m 3 ) 448 Maximální tlak na ústí sondy (statický), (MPa-a) 16,4 Minimální tlak na ústí sondy (statický), (MPa-a) 8,45 Maximální denní těžební výkon, (mil. m 3 ) 7,5 Minimální denní těžební výkon, (mil. m 3 ) 2,0 Maximální dynamický tlak na ústí při maximální těžbě (při objemu 100 % aktivní náplně), (MPa-a) Maximální dynamický tlak na ústí při minimální těžbě (při objemu 100 % aktivní náplně), (MPa-a) Maximální dynamický tlak na ústí při maximální těžbě (při objemu 50 % aktivní náplně), (MPa-a) 12,75 Minimální dynamický tlak na ústí, (MPa-a) 7,7 16,1 Maximální teplota na ústí sondy, ( o C) Minimální teplota na ústí sondy, ( o C) ,8 Průměrný objem vytěžené ložiskové vody na 1 mil. m 3 plynu (m 3 ) Průměrný objem vytěženého kondenzátu na 1 mil. m 3 plynu (m 3 ) Maximální objem vytěženého kondenzátu na 1 mil. m 3 plynu při objemu % aktivní náplně (m 3 ) Maximální objem vytěženého kondenzátu na 1 mil. m 3 plynu při objemu 0 50 % aktivní náplně (m 3 ) 0, Maximální denní vtlačný výkon, (mil. m 3 ) 4,5 Minimální denní vtlačný výkon, (mil. m 3 ) 2 Maximální vtlačný tlak na ústí sondy pří objemu 0 % aktivní náplně Maximální vtlačný tlak na ústí sondy při objemu % aktivní náplně (MPa) 11 18,0 V náběhovém období provozu PZP dochází k řízenému odtláčení vodního zápolí ložiska a tím ke zvětšování volného pórového prostoru. Délka náběhového období závisí na aktivitě vodního zápolí, rozpětí

47 ložiskových tlaků, výši pracovního tlaku PZP, charakteru ložiskové pasti a dalších. Zpravidla se jedná o období tří až pěti let (Zákopčan, 2003). Pro PZP by toto období mělo trvat do roku 2020/2021, kdy by měl zásobník dosáhnout projektovaných parametrů ( Tabulka 9) Cyklický provoz Cyklický provoz zásobníku nastává po ukončení náběhového období, a tedy po dosažení projektovaných parametrů. Na PZP se počítá se začátkem cyklického provozu od roku 2021, v závislosti na vlastnostech kolektoru a dosažení stanovených parametrů Dílčí závěry z provozu Z následujícího grafu (Graf 4) můžeme vyvodit, že první V/O sezóna proběhla podle modelací a předpokladů. Hysterezní křivka je uzavřená, tedy nedošlo ke ztrátám plynového objemu. V době tvorby této diplomové práce nebyly k dispozici kompletní data z druhé sezóny, avšak dle vtlačné periody lze usuzovat na podobný uspokojivý vývoj. Sklon křivky k ose x indikuje nárůst plynem syceného pórového prostoru, což je zřejmě (dle předpokladů) způsobeno postupným odtěžováním ropy z ložiska. To ostatně ukazuje i rozšíření plynové čepice (Obrázek 22). Zvyšování objemu plynu v ložisku má pozitivní vliv na aktivitu vodního zápolí, které ustupuje a tím dochází k menšímu zavodňování sond. Toto nastává zejména u sond v blízkosti kontaktu voda-ropa. Zvyšování ložiskového tlaku má také pozitivní vliv na výkon ropných sond, které jsou zatím v těžbě na ložisku. Jedná se především o sondy vzdálené od kontaktu plyn -ropa. Naopak u sond, které se nacházejí v dosahu tohoto rozhraní, dochází k pronikání plynu do produkce ropy. V takových případech je nutno přijmout nezbytná opatření, jako izolace určitých obzorů pomocí pakrů, posun perforace, případně zavedení jiného režimu těžby (v závislosti na režimu PZP)

48 AN vs P/Z / / Graf 4: Hysterezní křivka PZP po druhé V/O sezóně (MND a.s., 2018) Obrázek 22: Nasycení ložiska v prosinci 2017 (simulace) modrá: ložisková voda, zelená: ropa, červená: plyn (Zdroj: Ing. J. Horáček, MND a.s., 2018)

49 4 ŘEŠENÍ VYBRANÝCH PROBLÉMŮ SPOJENÝCH S KONVERZÍ PŘÍKLADY Z PZP DAMBOŘICE 4.1 Zajištění sond proti úniku plynu v případě havárie Nekontrolovatelný únik plynu ze sondy Nejen na zásobníkových sondách docházelo v minulosti k mimořádným událostem, při kterých bylo porušeno nadzemní zařízení sondy a tím došlo k nekontrolovatelnému úniku ložiskového média. Zejména na V/O sondách podzemního zásobníku takováto havárie představovala závažný problém především z hlediska relativně vysokých ložiskových tlaků a také objemů uskladněného plynu. K poslední takovéto havárii v ČR došlo v roce Obrázek 23: Erupce plynu z poškozené sondy (HBZS Hodonín, 2010) V létě roku 2010 bylo ohlášeno poškození produkčního kříže pozorovací sondy na podzemním zásobníku plynu s následnou erupcí zemního plynu (Šťastný, 2016)

50 Příčinou havárie byl strom, který se vlivem silného větru za bouřky zlomil, a jeho část dopadla na produkční kříž sondy. Nárazem došlo ke zlomení spodního šoupátka produkčního kříže nad závěsnou přírubou. Ze stupaček tak okamžitě začal eruptovat zemní plyn (Obrázek 23, Obrázek 24). Tento plyn byl o tlaku pouze 4,5 MPa (běžný tlak V/O sond bývá cca MPa) a i tak byl hluk v okolí sondy cca 120 db, což značně stěžovalo samotný zásah. Obrázek 24: Erupce plynu z poškozené sondy (HBZS Hodonín, 2010)

51 4.1.2 Řešení Erupce byla zlikvidována Hlavní báňskou záchrannou stanicí Hodonín za použití speciální techniky a na sondu byl namontován nový PK (Obrázek 25). Obrázek 25: Montáž nového produkčního kříže (HBZS Hodonín, 2010) Také díky této havárii byla přijata další opatření k zabránění opakování podobných stavů. Toto opatření bylo uloženo všem provozovatelům PZP novelou vyhlášky č. 239/1998 Sb., Vyhláška Českého báňského úřadu o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a bezpečnosti provozu při těžbě a úpravě ropy a zemního plynu a při vrtných a geofyzikálních pracích a o změně některých předpisů k zajištění bezpečnosti a ochrany zdrav í při práci a bezpečnosti provozu při hornické činnosti a činnosti prováděné hornickým způsobem, vyhláškou č.52/2011 Sb

52 Cílem této novely bylo mimo jiné: Novelizovat téměř 13 let nezměněnou stávající vyhlášku, Zajistit vyšší ochranu životního prostředí, Zajistit vyšší bezpečnost a ochranu zdraví při práci a bezpečnost provozu. Ve vztahu k podzemním zásobníkům plynu tak plyne zejména výše uvedené vybavení PPBV a dále periodické ověřování a hodnocení technického stavu sond a jejich těžebního vystrojení. Podpovrchový bezpečnostní ventil je zařízení instalované do stvolu stupaček cca 50 metrů pod zemský povrch, které v případě poškození nadzemního vystrojení sondy stupačky uzavře a umožní tak opravné práce na povrchu (Obrázek 26). Obrázek 26: Podpovrchový bezpečnostní ventil schéma (Bellarby, 2009)

53 Princip spočívá v udržování tlaku v ovládacím systému, který je vyvedený až na povrch. Tento tlak vysune pohyblivý přesuvník proti síle vratné pružiny přes uzavírací klapku a plyn tak může procházet skrze ventil. V případě havárie na povrchovém zařízení dojde k úniku tlaku z ovládacího systému, vratná pružina zasune přesuvník a ventil je uzavřen uzavírací klapkou (Obrázek 27). Také díky tomuto vybavení je provoz PZP více bezpečný a nedochází k žádným mimořádným událostem. Podpovrchového bezpečnostního ventilu se také využívá při pracích na sondě (např. výměna některého z ventilů, případně celého PK), kdy se pro zabezpečení sondy vkládá zátka do závěsu stupaček a zavřením PPBV se tak vytvoří druhá bariéra. Obrázek 27: Spodní část PPBV vlevo otevřená klapka a vysunutý přesuvník, vpravo uzavřený PPBV (