Aktuelle Entwicklungen bei der Gaserstbefüllung von Salzkavernen unter Beachtung von Sicherheitsaspekten V. Internationale Konferenz «UGS – sicherer Betrieb und effiziente Technologien» Dresden, 23. – 25.September 2013 Heike Bernhardt, KBB Underground Technologies GmbH, Hannover

Inhalt Einleitung Zeitplan für die Kavernenherstellung Gaserstbefüllung, Ablauf und Begrenzungen Was bleibt zu bedenken ? Modifikation der Komplettierung Erhöhung der Soleauslagerungsrate Snubbing Druckstoß am Sicherheitsabsperrventil Sonderfall: beim Gasliftverfahren Fazit

Einleitung

Zeitplan für die Kavernenherstellung Bohrung 8 Dichtheitstest 3 Solung 125 Gasdichtheitstest 4 Komplettierung 4 Gaserstbefüllung 53 Snubbing 1 Gesamtdauer 198 [Dauer in Wochen]

Gaserstbefüllung, Ablauf und Begrenzungen Maximaler Druck am LZRS Solegeschwindigkeit, vmax = 4,5 m/s Gasgeschwindigkeit, vmax = 30 m/s (in situ) Deckgebirge Caprock Rohrschuh letzte zementierte Rohrtour Salz Gasförderstrang Gasinjektion 4 ½“ Soleentleerungsstrang Solgefüllte Kaverne Gasgefüllte Kaverne Soleproduktion Modell Kaverne Volumen: 650,000 m³

Was bleibt zu bedenken? Erstmalige Erdgasinjektion in die Kaverne Sicherheitsvorrichtungen wie das USAV sind noch nicht installiert Soleentleerungsstrang kann durch Salzfall beschädigt werden und zu einem vorzeitigen Gasdurchschlag führen Durch den steigenden Gaspuffer in der Kaverne ist die Gaserstbefüllung ein langsam reagierender Prozess Es gibt besonders kritische Phasen, insbesondere die Start- und Endphase Hohe Anforderungen für eine sichere Durchführung der Gaserstbefüllung Erhöhung der Sicherheit durch Verkürzung der Befülldauer

Modifikation der Komplettierung 4 ½“ 6 ⅝“ – 7“ + USAV: Tubing Mounted anstatt Wireline Retrievable + Anchor Seal Unit On this slide the completion af both options are illustrated. + Tailpipe Durchmesser (größerer Plug) Gaserstbefüllung mit einem 4 ½“ Soleentleerungsstrang (konventionell) Gaserstbefüllung mit einem 6 ⅝“Soleentleerungsstrang (aktuell)

Einfluss des Durchmessers Erhöhung der Soleauslagerungsrate: Verringerung des Reibungsdruckverlustes: mit v: Fließgeschwindigkeit Sole in m/s A: Querschnitt Soleentleerungsstrang in m d: ID Soleentleerungsstrang in m λ: Rohrrauhigkeitsbeiwert in [-] ρ: Soledichte in kg/m³ 4 ½“ 6 ⅝“ A4½“  A6⅝“ : + 100 %

Einfluss des Durchmessers Erhöhung der Soleauslagerungsrate: Verringerung des Reibungsdruckverlustes: mit v: Fließgeschwindigkeit Sole in m/s A: Querschnitt Soleentleerungsstrang in m d: ID Soleentleerungsstrang in m λ: Rohrrauhigkeitsbeiwert in [-] ρ: Soledichte in kg/m³ „Pizza-Effekt“

Soleauslagerungsraten und GEB-Dauer 7“ Soleentleerungsstrang 6 ⅝“ 5 ½“ Soleauslagerungsrate in m³/h 4 ½“ Dauer Gaserstbefüllung in Tagen

Soleauslagerungsraten und GEB-Dauer Soleentleerungsstrang 110 Tage 120 Tage Soleauslagerungsrate in m³/h Verkürzte Dauer von ca. 8 Monaten 220 Tage 340 Tage Dauer Gaserstbefüllung in Tagen

Snubbing Soleentleerungsstrang

Anstieg der aufwärts wirkenden Kräfte Resultierendes Gewicht [t] Soleentleerungsstrang Soleentleerungsstrang 38 t @ 6 ⅝“ 16 t @ 4 ½“ Soleentleerungsstrang, solegefüllt Kraft abwärts Teufe [m] Kraft aufwärts

Druckstoß nach Schnellschluss des Sicherheitsabsperrventils Solefluss Sicherheitsabsperrventil Soleauslagerungsrate: 4 ½“ – 125 m³/h 6 ⅝“ – 290 m³/h Numerische Berechnung der Hydraulischen Verhältnisse im Rohrleitungssystem

Druckentwicklung nach Schnellschluss 4 ½” Soleentleerungsstrang, Fließgeschwindigkeit 2.5 m/s, Schließzeit 8 s Meßdaten Kopfdruck [bar] Zeit [s]

Druckentwicklung nach Schnellschluss Berechnete Daten Simulation mit inkompressibler Flüssigkeit Kopfdruck [bar] Zeit [s]

Druckentwicklung nach Schnellschluss Kalibrierung: Flüssigkeit enthält 0.1 % Gas Kopfdruck [bar] Zeit [s]

Druckentwicklung nach Schnellschluss Vergleich zwischen 4 ½” und 6 ⅝” Soleentleerungsstrang 27 bar 6 ⅝“ Kopfdruck [bar] 4 ½“ Zeit [s]

Druckentwicklung nach Schnellschluss Druckimpuls bei vmax = 4.5 m/s 4.5 m/s Kopfdruck [bar] 2.5 m/s 207 bar Druckstoss bei ca. 14 m/s Zeit [s] Kavernenkopf ist ausgelegt für 3,000 psi (207 bar)

Zeitplan für die Kavernenherstellung Bohrung 8 3 Dichtheitstest Solung 125 4 Gasdichtheitstest 4 Komplettierung 16 alt: 53 Gaserstbefüllung 1 Snubbing Gesamtdauer 161 alt: 198 [Dauer in Wochen] Ergebnis: - Steigerung der Wirtschaftlichkeit (+ 2.000.000 €) - Erhöhung der Sicherheit durch Senkung des Risikopotentials

Sonderfall: beim Gasliftverfahren 1. Projekt (IVG) Verwendung 4 ½“ Soleentleerungsstrang + 1“ CT 2. Projekt (EWE) Verwendung 5 ½“ Soleentleerungsstrang Deckgebirge Caprock LZRT Salz Soleentleerungsstrang Gasinjektion Solgefüllte Kaverne 1“ Coiled Tubing Gasgefüllte Kaverne Stickstoffinjektion Soleproduktion

Vergleich der Ergebnisse - exemplarische Kavernen 2. Projekt EWE: 137.000 m³ Sole natürlich ist 2. schneller als 1. ! Sole / Stickstoff Verhältnis [m³/Nm³] Wirklich? 1. Projekt IVG: 64.000 m³ Sole Zeit [d]

Vergleich der Ergebnisse Einfluss des Soleentleerungsstrangs Verwendung 5 ½” statt 4 ½” Soleentleerungsstrang Soleauslagerungsrate 62 % höhere Effizienz Gesamtsteigerung + 115 % erwartet 53 %

Vergleich der Ergebnisse Einfluss des Soleentleerungsstrangs Mudde 2005

Fazit Erhebliche Zeit- und Kostenreduktion durch Einsatz eines 6 ⅝“ Soleentleerungsstrangs anstatt eines 4 ½“ Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten Bewährte Methode nach erfolgreicher Anwendung in Europäischen Projekten Überproportional erfolgreiche Anwendung beim Gasliften

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit