187718. lajstromszámú szabadalom • Eljárás földgáztelepek földalatti gáztárolók művelésére
1 .187 718 2 A találmány tárgya eljárás a földgáztelepek és földalatti gáztárolók művelésére, illetve kihozatali tényezőjének és/vagy a művelés hatékonyságának a növelésére. A szénhidrogén-termelés történetét tekintve megállapítható, hogy kezdetben csupán a kőolajat tekintették értékes ásványi nyersanyagnak, míg a vele együtt megjelenő földgázt, amely a kőolajban rétegviszonyok között oldódik, a felszínen pedig atmoszférikus nyomáson és közönséges hőmérsékleten gáz formájában felszabadul, mint értéktelent és haszontalant, a kitermelés helyén, az olajmezőn fáklyákon elégették a robbanásveszély megakadályozása végett. így a kőolaj után való kutatás során feltárt földgázmezőket teljesen értéktelennek tekintették, mert nem ismerték még a földgáz-hasznosítási lehetőségeket. Az elmúlt évtizedekben az energiaéhség mindinkább megteremtette a földgáz hasznosítása iránti igényt, különösen az iparilag fejlett országokban, azonban még ma is vannak olyan földgázmezők, amelyek az ipari fogyasztási helyektől távol esnek, és ezért, vagy például elmaradott gazdasági környezet miatt egyáltalán nem, vagy csak igen rossz hatásfokkal kerülnek kiaknázásra. A földgázmezők termeltetésének elterjedt alapvető gyakorlata az, hogy a mezők művelése elsősorban a természet adta energiák segítségével történik. Ez azt eredményezi, hogy a kihozatal az energiarendszerüktől függően 90-50% között változik, azaz a kezdeti földtani készlet 10-50%-a a jelenlegi termeléstechnikai feltételek mellett nem kerül kitermelésre. A kitermelési veszteség okai többfélék. Saját energiával termelő földgáztelep - ún. zárt tároló - esetén a kitermelés következtében előálló rétegnyomás-csökkenés azt eredményezi, hogy a gáz a letermelés végső szakaszában a kúton olyan alacsony nyomással érkezik a gázelőkészítő egységhez, hogy már gazdaságtalan a jelentős nyomásigényű (50-80 bar) távvezetékre komprimálni. Ezért a nagy kapacitásra kiépített földgázmezőt már nem lehet gazdaságosan a korábbi kapacitással üzemeltetni a nagy kompresszorkapacitás és a nagy kútszámigény miatt, így a gáz távvezetéki szállítása célszerűtlen, a kiépített kapacitások már tovább ki nem használhatók, és esetleg a gázban maradt értékes célkomponensek kiválasztása sem történhet meg (a propán, bután stb. kiválasztása), mert az erre kiépített felszíni berendezések kapacitása túl méretezetté vált a jelentős (50-60%-os vagy na gyobb) termeléscsökkenés miatt. Ez a nyomásesés tehát azt eredményezi, hogy az ilyen típusú tárolók művelését 20-30 bar nyomáson abbahagyják, vagy pedig szerencsés esetben a földgázmező közelében - igen kis kapacitású helyi fogyasztó helyeken - hosszabb ideig az eredeti kapacitás tört részén kerül csupán felhasználásra a gáz, ami azt is jelenti, hogy a földgáz közgazdasági értelemben elértéktelenedik. Alapvetően más tényező okozza a jelentős vesz teséghányadot az ún. víznyomásos tárolóknál A földgáztelepek jelentős hányada víztárolóval érintkezik. Ez a földgáz keletkezési körülményeivel magyarázható. Tudvalevőleg a földgáz üledékes kőzetben keletkezik, amely a gázfelhalmozódá: előtt vízzel volt telítve. A felhalmozódás során a gravitáció hatására a gáz kiszorítja a vizet a tárolókőzet egy részéből, és a kialakult gáz-víz fázishatár felett a pórustér gázzal telített lesz. E tárolótérben található egy vízhányad a kőzet pórusainak a falán, amelyet a gáz nem képes kiszorítani, s amelyet tapadóvíznek nevezünk. A tapadóvíz-telítettség értéke kőzettípustól függően 40—15% között változik. A gáztelítettség pedig ebből kifolyólag értelemszerűen a fázishatár felett csupán 85-60%. (A gáz/víz fázishatár alatt a víztelítettség 100%.) A vízzel telített pórustér térfogata többszöröse lehet a gázt tartalmazó pórustérnek. A gáztermelés megkezdésekor - mint említettük - a kitermelés miatt a rétegnyomás csökken, ennek hatására a kis kompresszibilitású, de nagy térfogatú víztömeg kiterjed és benyomul az eredetileg gáztartalmú pórustérfogatba. Ha a kőzet kifejlődése igen jó és a víztest igen nagy, akkor a vízbeáramlás mértéke olyan intenzív is lehet, hogy a gáztelep leművelése közel a kezdeti rétegnyomáson történik. A földgáztelepbe történő vízbeáramlás nyomásfenntartása a nyomásenergia szempontjából kedvező, mivel a földgáztelep nagy nyomáson való művelését biztosítja a jelentős beruházási igényű kompresszortelepek alkalmazása nélkül. A telepbe való vízbeáramlásnak azonban van egy komoly hátránya is, ami a kiszorított fázis (gázfázis) és a kiszorító fázis (vízfázis) határfelületi energiaviszonyaival magyarázható. A víz ugyanis a gáz és a víz közötti jelentős határfelületi feszültség miatt tökéletlen dugattyúként szorítja ki a gáz;). Ez azt eredményezi, hogy az előrehaladó vízfront mögött, tehát az elárasztott vizes zónában számottevő gáztelítettség marad vissza (25-50%), és a jelenleg ismert termelési technológiával már nem is termelhető ki. Ennek következtében a víznyomásos tárolók esetén az eredeti földtani gázkészletnek 30-40%-a veszteség. A viznyomásos tárolóknál a gáztelepbe beáramló víz okozta gázveszteség ismert jelenség, és azt is megállapították, hogy minél nagyobb ütemű a gáztermelés, annál kisebb a gázveszteség. Ennek oka abban keresendő, hogy a nagyütemű termelés miatt a víz viszonylag kisebb térfogatot képes elárasztani, ami egyúttal alacsonyabb rétegnyomást eredményez, azonos kumulatív gáztermelésre vonatkoztatva. Ez a két, de végeredményben összefüggő jelenség összességében azt eredményezi, hogy a termelés növelésével kisebb lesz a gázveszteség. A termelési ütem növelésének azonban korlátot szab egyrészt a kiépíthető kapacitás (a kutak száma, a csővezetékek átmérője, az előkészítő egység, kompresszorállomás kapacitása, valamint a távvezeték átmérője), másrészt az, hogy a fogyasztási igényeket huzamos ideig kell kielégíteni. Noha a gyakorlatban a veszteséget a nagyobb ütemű termeléssel igyekeznek csökkenteni, az említett okok miatt az elérhető legnagyobb termelési ütem esetén is a termejési idő általában legalább 10 évet tesz ki. A gázvepteségek a fokozott termelési ütem ellenére a kezdeti földtani készletnek az 50%át is elérhetik a víznyomásos tárolóknál. A földalatti gáztárolók, amelyeknek a tárolótere ugyanolyan, mint a földgáztelepeké, mint ismere-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
