197064. lajstromszámú szabadalom • Eljárás széndioxid vagy nagy széndioxid tartalmú földgázok kompresszor nélküli energiatakarékos átfejtésére föld alatti tárolórétegekből föld alatti tárolórétegekbe és kapcsolási elrendezés az eljárás foganatosítására
7 197064 8 injektált gázáramok szintén azonosak, normál állapotra vonatkozó értéke 10 000 mVh. 1. példa A nagy szén-dioxid-tartalmú földgáz termelése 1000 m-rel mélyebb, 55 °C-al nagyobb hőmérsékletű és 90 bar-ral nagyobb nyomású rétegből történik, mint amekkorába injektáljuk. Kiindulási adatok Termelő- Injektálókút kút Kútmélység (m) 3100 2100 Dinamikus kúttalpi nyomás (bar) 300 210 Dinamikus kútfej nyomás (bar) — 105 Kúttalpi hőmérséklet (°C) 165 — Tervezett, számított adatok Termelő- Injektálókút kút Dinamikus kútfejnyomás (bar) 173 — Kútfejhőmérséklet (°C) 76 24 Kúttalpi gázhőmérséklet (°C) — 45 A 2. ábrán látható a találmány szerinti üzemeltetési eljárás alkalmazásával a termelő- és injektálókutakban az áramló gáz nyomásának, hőmérsékletének és sűrűségének tervezett változása a mélység függvényében. A kúttalpról a réteghőmérsékletű gáz saját rétegenergiájának hatására a termelőkútban felfelé áramlik, miközben nyomása az „a” görbe szerint változik. A bemutatott példa esetén a 3100 m-es gázoszlop súlyából eredő nyomáskülönbség 106 bar, a súrlódási nyomásveszteség 21 bar. A felfelé áramló gáz hőmérséklete a kútban kialakuló hőveszteség miatt csökken. A lehűlés mértéke függ a kútkiképzéstől, elsősorban a termelőcső és a béléscső közötti teret kitöltő szigetelőrétegtől. A bemutatott példánál a „b” görbe 6 W/mK hőátbocsátási tényező mellett mutatja a termelőkútban a gáz hőmérséklet-változását. A gáz sűrűsége a nyomás- és hőmérséklet-változás együttes hatására alakul a „c” görbének megfelelően. A rétegenergiát a találmány szerinti eljárás során úgy lehet minél nagyobb mértékben hasznosítani, ha célszerűen csökkentjük a kútban a hőveszteséget. Ezáltal nagyobb lesz a gáz hőmérséklete és kisebb a sűrűsége. A kisebb sűrűségű gázoszlopnak kisebb lesz a nyomáscsökkentő hatása, ezért a kútfej nyomása nagyobb lesz. A kitermelt gázgyűjtés, előkészítés, szállítás és elosztás után az injektálókúton keresztül jut egy másik föld alatti tárolórétegbe. Az injektálókútban a nyomás a „d” görbe szerint változik a kútfejtől a kúttalpig. A 105 bar-os kútfejnyomás a rendszer nyomásminimuma, értékének mindig nagyobbnak kell lenni a nagy szén-dioxid-tartalmú földgáz kritikus nyomásánál. Adott rétegnyomás és választott kútfejnyomás esetén a gáz hőmérsékletét keli olyan értékre beállítani, hogy a gázoszlop súlyából származó nyomáskülönbség és a súrlódási nyomás veszteség eredője egyenlő legyen a rétegnyomás és a kútfejnyomás különbségével. Ha az injektálókútnál a termelőkúttal azonos a geotermikus gradiens és a hőátbocsátási tényező, akkor „e” görbe szerinti hőmérséklet és ,,f’ görbe szerinti sűrűségváltozás alakul ki a kútban. A találmány szerinti eljárásnál minél alacsonyabb hőmérsékletre, azaz minél nagyobb értékre állítjuk be az injektálás előtt a gáz sűrűségét, annál nagyobb gazosztatikus nyomáskülönbséget tudunk előállítani a kútfej és kúttalp között. Adott kúttalpi nyomás esetén ez azt jelenti, hogy csökkenthető a kútfejnyomás, vagyis nagyobb lesz a termelő- és injektálókutak kútfejnyomásai közötti különbség. Ez lehetővé teszi a kompresszor nélküli gázátfejtést egyik föld alatti tárolórétegből egy másikba. A találmány szerinti eljárás szempontjából az olyan kútkiképzés előnyös, amely minimálisra csökkenti a kútban a hőveszteséget. A célszerű kútkiképzés termelőkútnál a rétegenergia — elsősorban a termikus energia — minél nagyobb mértékű hasznosíthatóságát teszi lehetővé. Injektálókútnál hasonló kútkiképzéssel érhető el az injektált gáz „hideg energiájának”, vagyis a viszonylag nagyobb gázsűrűségnek a kihasználása. A példa szerinti esetben az injektálókútban a gázoszlop súlyából származó nyomáskülönbség 115 bar, a súrlódási nyomásveszteség 10 bar. A termelő- és injektálókút kútfejnyomásainak tervezett legnagyobb különbsége 68 bar, amely elegendően nagy a gyűjtés, előkészítés, 30—50 km-es távolsági szállítás és mezőbeni elosztás nyomásveszteségeinek fedezésére. Kompresszoros nyomásfokozásra sem indításkor, sem állandósult üzemben nincs szükség. 2. példa A találmány szerinti eljárás azonos mélységű és rétegenergiájú föld alatti tárolórétegek közötti gázátfejtésnél is előnyösen alkalmazható. Ennek egyik gyakorlati megvalósulási formája, amikor egy szénhidrogénmező valamely föld alatti tárolórétegébe injektált nagy szén-dioxid-tartalmú földgáz már kifejtette hatását, és a mesterséges gázsapkát a rétegből ki lehet termelni. A nagy szén-dioxid-tartalmú földgázt, mint értékes hatóanyagot biztonsági és takarékossági okból egyaránt célszerű a szénhidrogénmező egy másik föld alatti tárolórétegébe, vagy blokkjába termelési célból átfejteni. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
