Tru ța Sergiu-Tănase [601924]

UNIVERSITATEA “ LUCIAN BLAGA “ DIN SIBIU
Facultatea de Inginerie
Specializarea: Transportul, Depozitarea și Distribu ția
Hidrocarburilor

TEMA PROIECTULUI DE DIPLOM Ă

TRANSFORMAREA UNUI Z ĂCĂMÂNT DEPLETAT
DE GAZE NATURALE ÎNTR-UN
DEPOZIT SUBTERAN

Coordonator:
Dr. Ing. Valentin Sandu

Absolvent: [anonimizat] 2017

CUPRINS

INTRODUCERE ………………………………………….. …………………………………………… …………….. 3
1. ROLUL ȘI NECESITATEA DEPOZIT ĂRII SUBTERANE A …………………………….. ……….. 7
GAZELOR NATURALE ……………………………. …………………………………………… …………………. 7
1.1. Obiectivele depozit ării gazelor naturale ………………………… ……………………………………… 7
1.2. Depozitarea gazelor naturale în acvifere ….. …………………………………………… …………….. 13
1.3. Depozitarea gazelor naturale în caverne saline ………………………………………….. …………. 17
1.4. Concepte noi privind depozitarea gazelor natur ale ……………………………………….. ………. 20
1.5. Programe de cercetare-dezvoltare în domeniul d epozit ării gazelor naturale ……………….. 20
2. CRITERII DE SELEC ȚIE A UNUI Z ĂCĂMÂNT PENTRU ………………………………… ……. 22
A-L CONVERTI ÎN DEPOZIT ……………………… …………………………………………… ……………… 22
2.1. Parametri fizici ai z ăcămintelor de gaze naturale ……………………. …………………………….. 22
2.1.1. Porozitatea ………………………….. …………………………………………… ……………………… 22
2.1.2. Permeabilitatea ………………………. …………………………………………… ……………………. 25
2.1.3. Satura ția în fluide ……………………………….. …………………………………………… ……….. 28
2.2. Criterii de selec ție a unui z ăcământ pentru conversie în depozit subteran ……… ………….. 30
2.3. Monitorizarea stocurilor de gaze naturale depo zitate în rezervoare subterane …………….. 37
2.4. Tipuri de pierderi ……………………… …………………………………………… ……………………….. 37
2.5. Istoricul rela ției presiune – volum ………………………… …………………………………………… . 38
2.6. No țiunea de rezervor volumetric …………………. …………………………………………… ……….. 39
2.7. Comportarea unui z ăcământ care produce în regim mixt ………………. ……………………….. 40
2.8. Dezvoltarea z ăcământului de depozitare ………………………. ……………………………………… 43
2.9. Z ăcăminte neetan șe …………………………………………. …………………………………………… …. 45
2.10. Concepte de proiectare …………………. …………………………………………… …………………… 49
2.10.1. Proiectarea înmagazin ării gazelor naturale în z ăcăminte care au produs în regim
elastic ……………………………………. …………………………………………… …………………………… 49
2.10.2. Proiectarea înmagazin ării gazelor naturale în z ăcăminte care au produs în regim
mixt ………………………………………. …………………………………………… …………………………… 52
3. ELEMENTE COMPONENTE ALE UNUI DEPOZIT SUBTERAN .. ……………………………. 54
4. BREVIAR DE CALCUL ………………………… …………………………………………… ………………… 58
4.1. Partea I ………………………………. …………………………………………… ……………………………. 59
4.2. Partea II ……………………………… …………………………………………… ……………………………. 76
5. CONCLUZII ……………………………….. …………………………………………… …………………………. 77
BIBLIOGRAFIE ………………………………………….. …………………………………………… …………… 79

Proiect de diplom ă
3
INTRODUCERE
Gazele naturale extrase din câmpurile de petrol și gaze sunt folosite din ce în ce mai mult
pentru a satisface necesarul de energie. Inflexibil itatea produc ției de gaze din aceste câmpuri nu
corespunde cererii variabile a pie ței. Înmagazinarea subteran ă a gazelor naturale este folosit ă ca
o tehnologie obi șnuit ă, eficient ă înc ă din 1915, pentru a regla livrarea de gaze.
Înmagazinarea gazelor naturale (în rezervoare subt erane) reprezint ă un proces eficient
care asigur ă furnizarea constant ă de gaz natural, prin intermediul conductelor de tr ansport, în
func ție de cererile pie ței care depinde de vreme sau de considerente econom ice. Depozitele de
gaze naturale au și rolul de a asigura furnizarea de gaze în cazuri d e urgen țe (calamit ăți,
cutremure, etc.).
Pe timpul verii cererea este mai mic ă iar cantitatea de gaze extras ă mai mare fapt pentru
care gazele naturale trebuie s ă fie depozitate. În perioada iernii când consumul d e gaze cre ște
foarte mult, se apeleaz ă la depozitele subterane pentru a putea satisface n evoile clien ților și
pentru a acoperi aceste vârfuri de consum.
Pentru acoperirea vârfurilor sezoniere de consum g azele naturale sunt înmagazinate în
zăcăminte de hidrocarburi depletate, în acvifere, în ca vit ăți saline.
Aceast ă lucrare prezint ă pa șii care trebuiesc urma ți pentru a converti un z ăcământ de
gaze într-un depozit subteran.
În capitolul 1 intitulat „ Rolul și necesitatea depozit ării subterane a gazelor naturale ”,
se prezint ă câteva aspecte legate de obiectivele depozit ării gazelor naturale, aspecte legate de
tipurile de depozitare, aspecte ale noilor concepte de depozitare, aspecte ale programelor de
cercetare-dezvoltare a depozitelor.
În capitolul 2, intitulat „ Criterii de selec ție a unui z ăcământ pentru a-l converti într-
un depozit „, se prezint ă aspecte legate de parametri fizici ai z ăcămintelor de gaze naturale,
condi țiile care trebuiesc îndeplinite pentru a putea tran sforma un z ăcământ în depozit. Tot în
cadrul acestui capitol sunt prezentate tipurile de pierderi care ar putea s ă apar ă în timpul
înmagazin ării, monitorizarea stocurilor de gaze naturale depo zitate în rezervoarele subterane
precum și conceptele de proiectare a unui depozit subteran.

Proiect de diplom ă
4
În capitolul 3, capitol intitulat „ Elemente componente ale unui depozit subteran ”, sunt
prezentate aspecte legate de alc ătuirea propriu-zis ă a depozitelor de gaze naturale, sunt
prezentate elementele esen țiale care compun aceste depozite subterane.
În capitolul 4, se prezint ă încercarea determin ării unei variante optime pentru
înmagazinarea unei cantit ăți de 750 mil. Nm 3, variant ă care s ă asigure costuri mici de investi ție
și de exploatare.

Proiect de diplom ă
5
ABSTRACT

The extracted natural gas from the oil and gas fie lds are being used more often for the
satisfying of the energetic market demand. The infl exibility of the gas production from this fields
does not corespond on the variable demand of the ma rket. The underground storage of natural
gas is used as an usual tehnology, being efficient even from 1915, for the gas delivery
adjustment.
The underground storage of natural gas, represents an efficient process which assures the
constant delivery of natural gas, through the trans port pipelines, depending on the demanding of
the market, which also depends on the weather or ec onomic considerations. The natural gas
deposits have the role to provide the gas delivery in emergency situations (natural disasters,
earthquakes, etc.).
During summer, the request is lower and the extrac ted gas quantity is bigger and because
of that they have to be stored in underground. Duri ng winter, when the gas consumption rises a
lot, it is the time to resort to the underground st orages to fulfill the clients needs.
For the achievement of the season natural gas cons umption peak they are stored in gas
and oil fields which are depleted, water-bearing, in saline cavities.
This paper presents the steps which must be accomp lished for the conversion of a gas
deposit into an underground deposit.
In chapter 1, named “The role and the necessity o f underground storage of the natural
gases” are presented some of the aspects about the objectives of the underground storage, aspects
tied of the new concepts of storage, aspects of the storage research-develop programs.
In chapter 2, named “The selection criteria of a deposit for the conversion into a storage”
are also presented some aspects about the physical parameters of the natural gas fields, the
conditions and steps which must be followed to ach ieve the right conversion. Still in this chapter
are presented the casualties which may appear durin g the storage, the gas stocks monitoring and
the desgining concepts of an underground storage.
The third chapter, named „The component elements o f an underground storage” is about
the essential elements which compose an underground storage.

Proiect de diplom ă
6
The final chapter, chapter 4, is about the finding of a most favourable solution for the
storage of about 750 millions of cubic meters, a s olutin which must assure low costs of
investment and exploitation.

Proiect de diplom ă
7
1. ROLUL ȘI NECESITATEA DEPOZIT ĂRII SUBTERANE A
GAZELOR NATURALE

1.1. Obiectivele depozit ării gazelor naturale

Cererile de gaze sunt determinate de c ătre modificarea consumului pentru înc ălzirea
spa țiilor de locuit, administrative și comerciale, prin modific ări ale consumului în țelegându-se
diferen ța între consumul f ăcut vara și consumul f ăcut iarna, diferen ța dintre consumul dintr-o zi
de iarn ă mai c ălduroas ă și o zi de iarn ă cu temperaturi mai sc ăzute sau diferen ța dintre consumul
de la ore de vârf la ore cu consum minim.
Datorit ă unor reduceri ale produc ției interne sau ale importurilor determinate de mot ive
cum ar fi tehnice, financiare, politice sau alte mo tive, se pot crea dezechilibre în ceea ce prive ște
alimentarea consumatorilor.
Primul depozit subteran de gaze a fost pus în func ție în Statele Unite ale Americii în
Welland County, Ontaria, în anul 1915.
În România, prima înmagazinare subteran ă a avut loc într-un z ăcământ de gaze
semiepuizat aflat la Ilimbav, jud. Sibiu. Acest dep ozit a fost pus în func ție cu 50-60 de ani în
urm ă, având o capacitate anual ă de lucru de cca. 500 milioane Nm 3.
În prezent, capacitatea depozitelor subterane de g aze naturale din România este de cca.
1,1 miliarde m 3/an.

Fig. 1.1. Resurse de gaze naturale în întreaga țar ă în decembrie 1997. [1]

Proiect de diplom ă
8

În prezent, ROMGAZ este cel mai mare produc ător și principal furnizor de gaze naturale
din România. Capacitatea de înmagazinare subteran ă a gazelor naturale, din cadrul ROMGAZ, s-
a dezvoltat continuu prin amenajarea unor noi depoz ite, astfel încât în anul 2007 s-a atins o pern ă
activ ă de gaze de 3 mld. m 3.
Depozitele noi, sunt programate a fi amenajate în z ăcăminte semidepletate situate optim
fa ță de zonele cu probleme în alimentare. Amplasarea ac estor depozite se va face prin corelarea
infrastructurii sistemului na țional de transport cu z ăcămintele depletate selectate.

Fig. 1.2. Evolu ția capacit ății de înmagazinare a depozitelor
operate de ROMGAZ. [11]

Aprovizionarea eficient ă cu gaze naturale într-o anumit ă zon ă geografic ă în general este
făcut ă de c ătre companiile furnizoare de gaze naturale. Gazele sunt cump ărate și vândute
consumatorilor casnici, industriali sau comerciali. Compania de gaze poate influen ța într-o
oarecare m ăsur ă nivelul cererii de consumatori, prin politica adop tat ă și comportarea comercial ă.
Un sistem de aprovizionare cu gaze naturale, trebu ie să fac ă fa ță tuturor situa țiilor,
inclusiv unor situa ții excep ționale determinate de cauze tehnice, economice, etc . Pentru ca
sistemul de aprovizionare s ă fac ă fa ță acestor situa ții, acesta trebuie s ă dispun ă de capacit ăți de
rezerv ă și s ă fie eficient din punct de vedere economic.
Gazele naturale trebuie s ă împace cele dou ă p ărți ale balan ței și anume cererea și
resursele. Astfel, pentru acoperirea vârfurilor diu rne se folose ște înmagazinarea suprateran ă în
rezervoare metalice, se folosesc sta țiile de comprimare, se face depozitarea gazelor în
distribuitoare inelare de presiune înalt ă.

Proiect de diplom ă
9
Acoperirea vârfurilor sezoniere de consum se poate face prin:
• înmagaziarea gazelor în stare natural ă în z ăcăminte de petrol sau gaze depletate,
par țial sau total epuizate, (76,8 %) din total;
• înmagazinarea gazelor naturale în stare natural ă în acvifere (14,8 %);
• înmagazinarea gazelor în stare natural ă în cavit ăți saline (7,9%);
• înmagazinarea gazelor naturale lichefiate (GNL) sau a gazelor petroliere lichefiate
(GPL) în depozite saline sau în alte depozite etan șe cum ar fi minele, (0,5 %).

Fig. 1.3. Tipuri de depozitare subteran ă. [9]

O bun ă parte din volumele de gaze consumate depind de con di țiile de temperatur ă
ambiental ă. La dimensionarea sistemului de transport se iau î n calcul situa țiile cele mai severe de
consum. Pentru a stabili nivelele maxime de consum, se stuadiaz ă și se fac statistici asupra
temperaturii medii zilnice și o serie de calcule economice.
Pentru a putea face fa ță cererii din partea consumatorilor în anotimpul fri guros al anului,
se practic ă tot mai mult înmagazinarea subteran ă a gazelor naturale. Depozitarea subteran ă este
cel mai eficient proces prin care furnizarea de gaz e naturale se face constant prin intermediul
conductelor de mare lungime.
Depozitul subteran de înmagazinare a gazelor natur ale reprezint ă un z ăcământ în care se
poate injecta un anumit volum de gaze sub presiune, cu scopul de a putea fi extrase în perioada
consumului de vârf.
Depozitele au un rol foarte important deoarece asig ur ă un surplus de gaze naturale pentru
consumul din perioadele de vârf, când cererea pie ței dep ăș ește capacitatea de produc ție a

Proiect de diplom ă
10
zăcămintelor aflate în exploatare. Un alt plus al depoz itelor subterane este c ă acestea elimin ă
riscul întreruperilor furniz ării gazelor. În timpul verii, când cererea nu este atât de mare, iar
cantitatea gazelor extrase dep ășește cu mult cererea, gazele sunt introduse în depozi te, pentru a
putea fi extrase din nou iarna, cand consumul de ga z cre ște din nou foarte mult.

Fig. 1.4. Ilustrarea caracterului sezonier al consumului. [4]

În cazul înmagazin ării gazelor în z ăcăminte de petrol depletate , gazele injectate în
zăcământ formeaz ă un cap secundar de gaze, care poate fi exploatat î n sezonul rece, sau poate
mări factorul de recuperare al petrolului r ămas în z ăcământ.
Înmagazinarea în acvifere este pu țin mai complex ă, deoarece gradul de cunoa ștere al
acestora este limitat.
Alte metode de depozitare subteran ă sunt cele efectuate în cavit ăți saline , ob ținute în
urma dizolv ării s ării cu ajutorul apei injectate prin sonde și cele efectuate în mine abandonate .
Cea mai favorizat ă înmagazinare este înmagazinarea în z ăcămintele depletate de gaze ,
deoarece procesul de injec ție-extrac ție se apropie cel mai mult de procesul natural, exi st ă un
volum mare de date cunoscute despre z ăcământ și sunt create deja o parte din facilit ățile de
suprafa ță .

Proiect de diplom ă
11
Fig.1.5. Distribu ția depozitelor subterane de gaze naturale din lume. [2]

Cele mai multe depozite subterane de gaze naturale se afl ă în Europa de Est, apoi în
America de Nord și Sud, urmate de Europa de Vest, Asia și Orientul Mijlociu.
Fig.1.6. Distribu ția forma țiunilor în care se realizeaz ă depozitarea volumelor
de gaze naturale pe mapamond. [2]

Dup ă cum se poate observa în imaginea de mai sus, cea m ai mare cantitate de gaze se
depoziteaz ă în z ăcăminte depletate, pe locul doi fiind depozitarea în acvifere, care este urmat ă de
depozitarea în caverne saline, depozitarea în mine abandonate și depozitarea în roci.

Proiect de diplom ă
12
Schema tehnologic ă a unui depozit de înmagazinare subteran ă este prezentat ă în figura de
mai jos:

Fig.1.7. Schema tehnologic ă a unui depozit de înmagazinare subteran ă.[10]

Sta ția de compresoare comprim ă gazele ce urmeaz ă a fi depozitate de la o presiune p a
existent ă în sistemul de transport, la o presiune p r maxim ă admis ă pe structura de înmagazinare.
În unele cazuri, sta ția de compresoare se utilizeaz ă și în ciclul de extrac ție atunci când presiunea
gazelor depozitate nu asigur ă evacuarea acestora.
Conducetele colectoare si de aduc ție asigur ă transportul gazelor de la re țeaua de
transport la rezervorul de înmagazinare și invers.
Grupurile de sonde asigur ă dirijarea și m ăsurarea tehnologic ă a gazelor la sondele de
înmagazinare. Aceste instala ții tehnologice aferente grupurilor de sonde, în mod frecvent sunt
comune ambelor procese de injec ție și extrac ție. Ele asigur ă contorizarea debitelor de gaze
injectate și extrase pe total-grup precum și individual pe fiecare sond ă.
Sta ția de uscare asigur ă eliminarea apei din gaze în vederea introducerii a cestora în
sistemul de transport conform condi țiilor impuse de standardele în vigoare. Ea se monte az ă la

Proiect de diplom ă
13
extrac ția gazelor din depozit și poate s ă fie unitar ă pentru întreg depozitul, sau câte una la fiecare
grup de sonde.

1.2. Depozitarea gazelor naturale în acvifere

La acest tip de înmagazinare, se poate considera c ă presiunea este uniform ă în cazul
zăcământului. Valoarea acestei presiuni se ob ține prin efectuarea de m ăsur ători a presiunii din
sonde.
Sondele se vor afla la un moment dat fie în produc ție, fie în injec ție, iar pentru a
determina presiunea de z ăcământ, trebuie sa fie cunoscute atât pierderile de p resiune în sonde,
cât și pierderile de presiune ale tuturor sondelor din f orma țiune.
Presiunea la talpa sondei se calculeaz ă cu ajutorul ecua ției de echilibru:



 =− (1.1)
și a ecua ției de stare:

=
(1.2)
unde:
y – adâncimea sondei, m;
ρ – densitatea gazelor la adâncimea y, kg/Stm 3;
g – accelera ția gravita țional ă, m/s 2;
z – factorul de neidealitate;
R – constanta gazelor, JkgK;
T – temperatura la adâncimea considerat ă, K.
Aproximarea vitezei de circula ție a gazelor în interiorul stratului poros este imp ortant ă
pentru determinarea rezisten țelor hidraulice.
Rezisten ța hidraulic ă este egal ă cu diferen ța dintre presiunea z ăcământului p z și presiunea
dinamic ă a sondelor p d. Rela ția între p z și p d respect ă forma ecua ției de curgere radial-plan ă a
gazelor din stratul productiv spre sond ă.
−
= + (1.3)
Debitul în sonde este exprimat în condi ții normale de temperatur ă și presiune. Inversul
indicelui de productivitate al unei sonde este:
=−

=+, (1.4)

Proiect de diplom ă
14
unde:
Q – debitul sondei, Stm 3/s;
p d – presiunea dinamic ă de fund a sondei, 10 5Pa;
p z – presiunea de z ăcământ, 10 5Pa;
I p – indicele de productivitate al sondei, Stm 3/s/(10 5Pa) 2;
A’, B ’ – coeficien ți de rezisten ță la curgerea gazelor în jurul sondei.
Pentru calculul pierderilor de presiune prin tubin g se consider ă c ă mi șcarea este izoterm ă,
iar temperatura medie se ob ține ca media între temperatura la suprafa ță și temperatura la fund.
Coeficientul de pierdere de sarcin ă medie (coeficientul de frecare hidraulic ă) λ este dat de
rela ția Colebrook:
1
=−2 2,5
 √+ !
3,7$% (1.5)
iar num ărul Reynolds este dat de:
 =3,6∙10 )*$
+ (1.6)
unde:
δ – densitatea relativ ă a gazelor în raport cu aerul;
Q – debitul sondei, Stm 3/or ă;
D – 4A/P, diametrul hidraulic, m;
P – perimetrul sec țiunii de curgere, m;
A – sec țiunea de curgere, m 2;
k s – rugozitatea la perete, m;
µ – vâscozitatea dinamic ă a gazelor, Poise (1P=0,1 Ns/m 2).
Când presiunea din sonde în timpul extrac ției se m ăre ște semnificativ, înseamnc ă c ă
pozi ția contactului gaze-ap ă s-a modificat. Datorit ă form ării conurilor de ap ă exist ă posibilitatea
ca sonda s ă produc ă cu aport de ap ă.
În procesul de extrac ție care se desf ăș oar ă în rezervoarele slab consolidate sau pu țin
consolidate, pot fi antrenate granule de nisip de c ătre gaze și aduse la suprafa ță . Pentru a se
preveni antrenarea nisipului se folosesc filtre și împachet ări cu nisip. În cazul utiliz ării
împachet ărilor cu nisip exist ă un debit maxim pentru care acestea sunt eficiente, iar în cazul în
care se dep ășește acest debit exist ă riscul distrugerii împachet ării și filtrului. Datorit ă faptului c ă
mobilitatea gazelor este superioar ă mobilit ății apei, gazele tind s ă se deplaseze preferen țial de-a
lungul acoperi șului stratului. Dac ă stratul acvifer are înclinare mic ă și permeabilitate slab ă,
exist ă riscul ca gazele s ă se canalizeze pân ă la limita de închidere a structurii, înainte de
realizarea stocului de gaze teoretic, corespunz ător volumului de pori disponibili. În aceste

Proiect de diplom ă
15
condi ții viteza limit ă de deplasare a contactului ap ă-gaze, conform rela ției lui Dietz, este:
,-= ./ / 1234
+/, (1.7)
unde:
v c – viteza limit ă de deplasare a conturului, m/s;
k ra – permeabilitatea relativ ă a apei;
k – permeabilitatea rocii, m 2;
ρa – densitatea apei, kg/m 3;
α – unghiul de înclinare a acoperi șului stratului fa ță de orizontal ă;
µ a – vâscozitatea dinamic ă a apei, N·s/m 2.
Presiunea de injec ție a gazelor este cu atât mai mare cu cât debitul d e injec ție este mai
ridicat.
Valoarea presiunii maxime are urm ătoarea expresie:

5/6 =7+∆95/6 , (1.8)

unde:
p i – presiunea ini țial ă a acviferului, bar;
∆Pmax – suprapresiunea maxim ă, bar.
Volumul maxim de pori ai rocii disponibil pentru î nmagazinarea gazelor, m 3, este:

:5/6 =;<ℎ>
?@<1−A/7 >, (1.9)

unde:
A(h) – diferen ța dintre suprafa ța conturului ap ă-gaze la capul stratului și suprafa ța
conturului la baza stratului, m 2;
m – porozitatea;
S ai – saturatia ireductibil ă în ap ă;
I – „închiderea” depozitului, m.
Cantitatea maxim ă de depozitare Q max se ob ține la atingerea valorii presiunii maxime
pmax :

Proiect de diplom ă
16
5/6 =:5/6 5/6 1
?
?

1
B (1.10)
Fig.1.8. Depozit de gaze naturale într-un acvifer. [4]

Capacitatea real ă maxim ă de înmagazinare difer ă fa ță de cea teoretic ă deoarece contactul
ap ă-gaze rareori este orizontal. Un alt argument ar fi c ă trebuie p ăstrat ă o marj ă de siguran ță între
contactul ap ă-gaze și „închiderea” depozitului. Tot un argument adus în acest sens este c ă
presiunea maxim ă la limita unui gradient de 1,25-1,45 bar/10 m, nu poate fi atins ă în cazul
acviferelor de dimensiuni mari, înclin ări mici și permeabilit ăți mari, ci poate fi atins ă înainte ca
pozi ția contactului ap ă-gaze s ă ajung ă în apropierea închiderii.
În cazul unui acvifer închis cu extindere limitat ă, capacitatea de depozitare este limitat ă
numai de presiunea maxim ă.
Deoarece capacitatea de depozitare este în general redus ă, pentru a s e aduce o cre ștere
acesteia se practic ă extragerea unei p ărți din cantitatea de ap ă con ținut ă în acvifer.
Studiile realizate în cadrul înmagazin ării gazelor în acvifere cuprind urm ătoarele
elemente de baz ă cum ar fi: evaluarea performan țelor z ăcământului în func ție de pozi ția acestuia,
definirea și dimensionarea echipamentului de baz ă, evaluarea economic ă, dimensionarea
echipamentului complementar, urm ărirea varia ției presiunii în sondele din acvifer.
Se consider ă c ă dac ă un acvifer are propriet ăți uniforme în toate direc țiile, la o injec ție a

Proiect de diplom ă
17
gazelor în strat, se produce o deplasare uniform ă a apei și se formeaz ă o zon ă de tranzi ție gaze-
ap ă, zon ă reprezentat ă in figura de mai jos:
Fig.1.9. Modul de dezlocuire a apei de c ătre gaze. [4]

1.3. Depozitarea gazelor naturale în caverne saline

Cavernele formate pentru a depozita gaze naturale î n ele au caracteristici precum:
adâncimea cuprins ă între 300 și 2000 m, o grosime de la zeci pân ă la sute de metri, un volum
cuprins între 30.000 și 500.000 m 3, un gradient de presiune la sabotul coloanei de ex ploatare
cuprins între 1,5 și 2,5 bar/10 m, un gradient de presiune la adâncime a medie a cavernei de 2
bar/10 m, o presiune cuprins ă între 25 și 225 bar. În aceste caverne saline mai pot fi depo zitate și
alte substan țe precum GPL, etan, etilen ă, propan, propilen ă, butan, butilen ă și petrol brut.
Procesul de dezvoltare a unei cavit ăți, const ă în introducerea de ap ă dulce, prin
intermediul sondelor, într-o cavern ă în curs de formare, și extragerea saramurii saturate printr-o
garnitur ă de țevi concentric ă cu cea prin care se introduce apa dulce.
Pa șii care conduc la realizarea unei caverne saline se parcurg în urm ătoarea ordine:
selectarea loca ției, forajul și echiparea sondelor, izolarea s ării, evacuarea saramurii, completarea
sondei, evacuarea saramurii, cur ățirea cavernei și umplerea, încerc ările finale și operarea.
Dezvoltarea unei cavit ăți saline se face prin sonde, amplasate la adâncimi mari, cu
ajutorul circula ției apei dulci. Sondele sunt echipate cu dou ă garnituri de lucru concentrice
formate din burlane de foraj, cea din exterior de p rotec ție și cea din interior de injec ție sau de

Proiect de diplom ă
18
ecavcuare.
Pentru dizolvarea s ării prin circulație cu ap ă dulce, se folosesc dou ă metode:
• prin circula ție cu ap ă direct ă – atunci când apa dulce se injecteaz ă prin garnitura
de lucru cu diametrul cel mai mic, iar evacuarea sa ramurii se face prin spa țiul
inelar dintre garniturile de lucru. Acest procedeu realizeaz ă o cavitate sub forma
unui ovoid alungit cu diametrul transversal maxim l a baza acestuia.

Fig.1.10. Procedeu de realizare a cavit ății în mod direct. [4]

• prin circula ție invers ă – când apa dulce se pompeaz ă prin spa țiul inelar dintre
cele dou ă garnituri de lucru, iar saramura se evacueaz ă prin garnitura cu diametrul
cel mai mic.

Proiect de diplom ă
19

Fig.1.11. Procedeu de realizare a cavit ății în mod indirect. [4]

Pentru a se putea face o limitare la partea superio ar ă în dimensionarea pe vertical ă a
depozitului și pentru a preveni dizolvarea s ării din jurul șiului ultimei coloane cimentate, în
spa țiul inelar dintre acestea și coloana de protec ție se introduce un fluid izolant, cu o densitate
mai mic ă decât apa pompat ă și nemiscibil cu ea. Fluidul izolant poate fi de tip ul produselor
petroliere lichide, gaze lichefiate sau aer.
Acolo unde saramura se avacueaz ă în mare sau în alte ape, fluidul izolant este de t ipul
propan – butan, care se separ ă și se evapor ă rapid în atmosfer ă, acesta f ăcându-se pe
considerente ecologice și economice.

Proiect de diplom ă
20
1.4. Concepte noi privind depozitarea gazelor natur ale

Aceste noi concepte au o importan ță deosebit ă în bunul mers și buna utilizare a
depozitelor de gaze naturale:
• Depozitarea pentru scopuri sezoniere și depozitarea pentru perioade determinate
ale produc ătorilor de electricitate și ale companiilor locale de distribu ție gaze.
• Depozitarea pentru asigurarea func țion ării sistemului de contracte pe termen
scurt.
• Transferul de gaze între sisteme de transport poate fi facilitat de existen ța unor
depozite conectate care împreun ă cu conductele lor de leg ătur ă pot asigura o
capacitate m ărit ă fa ță de cea a depozitelor individuale propriu-zise.
• Capacit ățile de depozitare integrate cu sisteme de intercone ct ări multiple pot
prezenta mijloace fizice de solu ționare rapid ă a unor dezechilibre ce pot ap ărea în
sistemele de alimentare cu gaze în condi țiile unor costuri competitive. [3]

1.5. Programe de cercetare-dezvoltare în domeniul d epozit ării gazelor naturale

Pentru acoperirea vârfurilor de consum și pentru a asigura și realiza o aprovizionare
continu ă, fiabil ă, a consumatorilor, utilizarea depozit ării subterane s-a extins, aceasta
reprezentând un instrument de leg ătur ă între sursele de aprovizionare și re țelele de transport și
distribu ție.
Gazele re ținute ca „pern ă”, ce trebuie s ă asigure un nivel minim al depozitului, red ă într-
o oarecare m ăsur ă capacitatea de înmagazinare subteran ă. Pentru a se face economii, s-a ajuns la
concluzia c ă gazele naturale din pern ă pot fi înlocuite cu gaze inerte. Alte cercet ări se fac în
privin ța opririi migr ării gazelor în afara depozitului subteran.
Din considera ții economice, o parte din gazele din „pern ă” pot fi înlocuite cu bioxid de
carbon sau azot, principalul motiv fiind pre țurile mai mici ale acestora. Odat ă aleas ă aceast ă
solu ție, trebuie s ă se aib ă în eviden ță posibilitatea amestec ării gazului inert cu gazele naturale, iar
acestea s ă nu mai corespund ă din punct de vedere calitativ condi țiilor impuse gazelor care se
introduc în conductele de transport. Pentru a evita aceste riscuri, trebuiesc f ăcute analize
geologo-fizice ale depozitului subteran și aplicarea unor proceduri de exploatare adecvate. [1]
În urma unor cercet ări, s-a stabilit c ă cel mai potrivit gaz inert pentru înlocuirea gazel or
necesare form ării pernei este azotul, iar ca și metod ă de separare s-a ales dezvoltarea unor
procese de separare metan-azot, cu ajutorul membran elor.
La introducerea gazului inert, trebuie s ă se controleze continuu plasarea acestuia, în

Proiect de diplom ă
21
scopul diminu ării volumului care se amestec ă, cu metanul aflat în mediul poros. Pentru a putea
observa mai bine ce se întâmpl ă, s-a dezvoltat un simulator de rezervor pentru a p utea examina
rela țiile parametrice dintre elementele care definesc me diul poros și fluidele care urmeaz ă s ă fie
introduse. A fost dezvoltat un model numeric bifazi c, tridimensional, care include difuziunea
molecular ă, dispersia hidrodinamic ă precum și separarea gravita țional ă ca mecanisme ce
guverneaz ă amestecarea gazelor.
În urma simul ărilor efectuate, s-a constatat faptul c ă exist ă o men ținere bun ă a separa ției.
În urma simul ării, s-a observat c ă doar 1% din gazul inert s-a amestecat cu gazul nat ural iar
pierderea anual ă prin amestecare este doar de 0,5%, sau chiar mai p u țin.
Pierderile de gaze inerte sunt determinate de facto ri precum:
• debitul și durata ciclurilor de injec ție-extrac ție;
• volumul natural de gaz extras în fiecare ciclu.
O alt ă problem ă important ă o reprezint ă controlul migr ării gazelor în timpul acumul ării
de gaze în cazul depozit ării acestora în strate acvifere. Datorit ă mobilit ății gazelor în raport cu
apa, este posibil ca gazele injectate s ă migreze la mari distan țe fa ță de acumularea principal ă.
Aceste gaze sunt greu de recuperat și reduc volumul gazului de lucru. Pentru a remedia
problema, sau pentru a corecta problema, s-a pus în practic ă spuma format ă din ap ă și gaze
naturale cu rol de agent pentru a face posibil cont rolul mobilit ății fazelor. Spuma folosit ă în acest
sens, este constituit ă din 95% gaze naturale. [5]
Înainte ca procesul de injec ție s ă aib ă loc, se injecteaz ă în sond ă dopuri de solu ție
tensioactiv ă, cu rol de creare a unei p ături de spum ă care conduce la îmbun ătățirea eficien ței
deplas ării apei de c ătre gaze, la reducerea segreg ării gravita ționale datorit ă faptului c ă gazele tind
să se acumuleze în partea de sus a stratului acvifer și la împiedicarea efectelor datorate
eterogenit ății geologice a forma țiunilor.
Pentru ca procesul de spumare s ă aib ă loc a șa cum trebuie, este necesar ca substan țele
tensioactive s ă fie compatibile cu apa de z ăcământ și s ă dea na ștere unor spume stabile în
condi ții de z ăcământ.

Proiect de diplom ă
22
2. CRITERII DE SELEC ȚIE A UNUI Z ĂCĂMÂNT PENTRU
A-L CONVERTI ÎN DEPOZIT

2.1. Parametri fizici ai z ăcămintelor de gaze naturale

2.1.1. Porozitatea

Porozitatea este proproetatea mediului de a avea sp a ții lipsite de materie solid ă. Aceste
spa ții lipsite de materie poart ă numele de pori. Hidrocarburile (gazul natural în c azul nostru) se
afl ă în ace ști pori ai rocii colectoare sub o anumit ă presiune și sub o anumit ă temperatur ă.
Porii aunt ni ște canale care comunic ă sau nu între ele și care au un diametru d p mult mai
mic decât 1 mm. Traiectul porilor nu este definit d e o anumit ă rela ție matematic ă. [7]
Porozitatea se poate calcula folosind urm ătoarea formul ă:

@=:
:C, (2.1)

unde:
m – porozitatea, %;
V p – volumul porilor;
V b – volumul brut al rocii.
Știind c ă:
:C=:!+:, (2.2)

unde:
V s – volumul solidelor,
Rezult ă c ă:

@=1−:!
:C, (2.3)
sau:
@=1−C
!, (2.4)
deoarece:
@!=@C (2.5)

Proiect de diplom ă
23
Porozitatea mai poate fi exprimat ă aproximativ, în urma interpret ărilor cantitative ale
diagrafiilor geofizice pe baza metodelor indirecte bazate pe parametrul rezistivitate și pe baza
metodelor directe bazate pe carotajul neutronic, ca rotajul acustic de vitez ă și carotajul de
densitate gama-gama. [7]

Rela ția de care am vorbit mai sus este de forma:
@=D /
A/E
, (2.6)
unde:
R a – rezistivitatea electric ă a apei de z ăcământ, Ωm (R a ∈ (0,4÷200) Ωm);
R – rezistivitatea rocii, Ωm;
S a – satura ția în ap ă a rocii, %;
x – exponent care pentru nisipuri are valori cuprin se între 1,3…1,6 iar pentru roci
compacte și cimentate valori cuprinse între 1,6…2.
Porozitatea este de mai multe tipuri, și anume:
• primar ă – specific ă depozitelor de sedimente rezultat ă în urma proceselor de
cimentare și compactare;
• secundar ă – care apare datorit ă fracturilor ap ărute sau cavit ăților generate de
dizolvarea rocilor calcaroase;
• absolut ă – deifint ă ca fiind volumul total de pori;
• efectiv ă – definit ă ca fiind volumul porilor intercomunican ți.
Porozitatea mai poate fi clasificat ă astfel:
− foarte mic ă, dac ă m < 5 %;
− mic ă, dac ă 5 %< m < 10%;
− medie, dac ă 10 % < m < 20 %;
− mare, dac ă 20 % < m < 30 %;
− foarte mare, dac ă m > 30 %. [8]
Porozitatea este dispus ă, teoretic, dup ă dou ă modele de aranjare a granulelor aferente
rocii poroase:

Proiect de diplom ă
24

Fig.2.1. Aranjamentul cubic respectiv aranjamentul romboedri c. [7]

Pentru aranjamentul cubic m=47,64% iar pentru anra jamentul romboedric m=25,55%. În
realitate m ∈ (5÷40) %.
Porozitatea poate fi considerat ă ca o func ție de punct și poate fi asociat ă unei func ții
continue de coordonate x, y, z.
Dac ă:

@ <G,,>HI (2.7)

mediul poros este omogen.

2.1.1.1. Distribu ția porilor pe dimensiuni

Cunoscut ă ca și distribu ție porometric ă, ea se refer ă din punct de vedere statistic la
dimensiunile porilor.
Pentru a determina distribu ția porilor, se utilizeaz ă determin ări directe care permit
vizualizarea și interpretarea sumar ă a turtuozit ății și gradelor de interconexiune și accesibilitate
și determin ări indirecte care se bazeaz ă pe determinarea razelor de curbur ă ale meniscurilor în
deplasare, ce separ ă dou ă faze fluide imiscibile saturând succesiv în m ăsur ă variat ă, re țeaua de
canale.

2.1.1.2. Compresibilitatea mediului
Compresibilitatea este definit ă ca fiind proprietatea corpurilor de a- și mic șora volumul,
sub ac țiunea for țelor de compresie.

Proiect de diplom ă
25
Compresibilitatea mediului de exprim ă prin coeficientul de compresibilitate, care are
urm ătoarea form ă:
JC=−1
:C K:C
K , (2.8)
unde:
V b – volumul brut;
p – valoarea presiunii aplicat ă rocii.
Știind c ă:
:C=:!+:, (2.9)

se poate scrie c ă:
JC=:
:CL−1
: K:
K M+:C−:
:C −1
:! K:!
K %, (2.10)

sau:
JC=@J+<1−@>J!, (2.11)
unde:
βb – coeficientul brut de compresibilitate al rocii;
βp – coeficientul de compresibilitate al porilor;
βs – coeficientul de compresibilitate al p ărții solide.
Compresibilitatea influen țeaz ă porozitatea și permeabilitatea rocilor. Pentru roci
consolidate, reducerea volumului prin comprimare es te îns ă mult mai mic ă. Compresibilitatea
rocilor este foarte important ă în stabilirea formelor de energie de z ăcământ, în special în regimul
elastic sau în cazurile în care mecanismul de dislo cuire este determinat de destinderea apei.

2.1.2. Permeabilitatea

Permeabilitatea poate fi definit ă ca fiind proprietatea unui mediu de a permite curg erea
fluidelor prin el, curgere care are loc sub ac țiunea unui gradient de presiune în condi țiile în care
mediul este saturat cu un fluid.
For țele sau tensiunile interfaciale apar și se manifest ă la suprafa ța de separa ție între fluid
și solid. Într-un z ăcământ care exploateaz ă hidrocarburi lichide, gazoase sau ambele, curgerea lor
este mult influen țat ă de temperatur ă, presiune de z ăcământ precum și de interac țiunea fluidelor și
solidelor aflate în contact. Tensiunile interfacial e sunt hot ărâtoare în exploatarea pân ă la un
anumit nivel al z ăcământului.

Proiect de diplom ă
26
Factorul de recuperare la z ăcămintele de gaze este de aproximativ 85-95% în cazul în
care nu exist ă complica ții.
Exprimarea cantitativ ă a permeabilit ății a fost f ăcut ă de c ătre inginerul francez Henry
Darcy. Darcy a ajuns la concluzia c ă debitul de lichid care curge printr-un mediu poros
permeabil este propor țional cu suprafa ța de curgere, cu gradientul de presiune și cu factorul de
permeabilitate specific fiec ărui mediu, și este invers propor țional cu vâscozitatea dinamic ă a
fluidului și cu distan ța parcurs ă de fluid. [8]
Din ecua ția debitului:

=  <−>
+ , (2.12)
unde:
Q – debitul de lichid, cm 3/s;
A – aria suprafe ței de curgere, cm 2;
p 1 – presiunea de intrare în mediul poros permeabil, kgf/cm 2;
p 2 – presiunea de ie șire din mediul poros permeabil, kgf/cm 2;
µ – vâscozitatea dinamic ă a fluidului, cP;
l – lungimea e șantionului de curgere, cm;
k – permeabilitatea mediului, D.
rezult ă formula de calcul pentru permeabilitate:

N+
<>. (2.13)
Fig. 2.2. Schema modelului de simulare a curgerii fluidelor p rin
medii poros-permeabile. [7]

Proiect de diplom ă
27
Permeabilitatea se m ăsoar ă în Darcy (1D=0,981·10 -12 m2), iar în Sistemul International,
aceasta se m ăsoar ă în m 2. În realitate, permeabilitatea are valori mai mici decât 1D, fapt pentru
care se folose ște frecvent unitatea de m ăsur ă pentru permeabilitate ca fiind miliDarcy-ul
(1D=100mD).
Permeabilitatea poate fi clasificat ă astfel:
• foarte mic ă, dac ă k < 1 mD;
• mic ă, dac ă 1 mD < k < 10 mD;
• mediocr ă, dac ă 10 mD < k < 50 mD;
• medie, dac ă 50 mD < k < 200 mD;
• mare, dac ă 200 mD < k < 500 mD;
• foarte mare, dac ă k > 500 mD. [8]
O alt ă clasificare a permeabilit ății poate fi:
• permeabilitate absolut ă sau total ă – suma permeabilit ăților tuturor canalelor sau
microcanalelor existente în roc ă;
• permeabilitate efectiv ă – suma permeabilit ăților tuturor canalelor capilare și
subcapilare prin care poate avea loc curgerea fluid elor.
• permeabilitatea efectiv ă de faz ă – proprietatea mediului poros de a permite
curgerea mai multor fluide existente în roc ă, și este de mai multe feluri:
− kg – permeabilitatea efectiv ă a rocii pentru gaze,
− ka – permeabilitatea efectiv ă a rocii pentru ap ă,
− kt, c – permeabilitatea efectiv ă a rocii pentru țiței, respectiv condensat.
• permeabilitatea efectiv ă – raportul dintre permeabilitatea efectiv ă și
permeabilitatea absolut ă.
Permeabilitatea se poate calcula pe cale direct ă, în laborator, sau pe cale indirect ă, prin
metode geofizice sau prin cercetarea hidrodinamic ă a sondelor.
Pentru aceea și prob ă de roc ă, o măsur ătoare a permebilit ății cu gaze, poate oferi rezultate
diferite. Pentru aceea și prob ă, permeabilitatea m ăsurat ă cu ap ă dulce va avea valori mai mici fa ță
de permeabilitatea m ăsurat ă cu ap ă s ărat ă. Ținând seama c ă volumul probelor luate dintr-un
zăcământ reprezint ă un procent foarte mic raportat la volumul total al z ăcământului, datele
ob ținute în urma analizelor nu sunt suficiente, fapt p entru care ele trebuiesc completate cu valori
ale permeabilit ății ob ținute din date de produc ție.
Pentru a m ări permeabilitatea, se efectueaz ă opera ții de acidizare și de fisurare hidraulic ă,
care au un efect remarcabil asupra cre șterii debitelor de gaze extrase.

Proiect de diplom ă
28

Fig.2.3. Etapele calculului permeabilit ății, respectiv
a porozit ății.

2.1.3. Satura ția în fluide

Cu nu mult timp în urm ă, se credea c ă într-un z ăcământ, to ți porii rocilor colectoare sunt
satura ți cu hidrocarburi. Ast ăzi, se știe c ă în roca magazin, saturat ă ini țial cu ap ă, au migrat
hidrocarburile fluide datorit ă unor condi ții geologice, proces în urma c ăruia hidrocarburile au
dezlocuit într-o mare m ăsur ă apa de z ăcământ.[7]
Dac ă spa țiul poros este ocupat în totalitate de fluide, se s pune c ă roca este saturat ă de
fluide. Satura ția reprezint ă raportul dintre volumul porilor ocupa ți de fluid și volumul total de
pori ai rocii.

Proiect de diplom ă
29
Satura ția în gaz, se poate calcula cu urm ătoarea rela ție:

AP=:P
:Q∙100 , (2.14)
iar satura ția în ap ă se calculeaz ă cu:

A/=:/
:Q ∙100 , (2.15)

AQ=AP+A/, (2.16)
unde:
S g, S a – satura ția în gaze, respectiv, satura ția în ap ă, %;
S t – satura ția total ă, %;
V g, V a – volumul porilor satura ți cu gaz, respectiv, cu ap ă, cm 3, m 3;
V t – volumul total al porilor rocii, cm 3, m 3.
O cantitate de ap ă care a r ămas prins ă în porii rocilor, și care nu curge în timpul
exploat ării deoarece este legat ă de configura ția acestor pori, poart ă numele de ap ă intersti țial ă
sau ap ă remanent ă.
Valorile satura ției se stabilesc în laboratoare.
Într-un z ăcământ fluidele se aranjeaz ă dup ă legea gravita ției, astfel încât în partea
superioar ă se afl ă gazele, la mijloc țițeiul iar în partea de jos, apa.

Proiect de diplom ă
30
Fig.2.4. Aranjarea fluidelor în z ăcământ.

2.2. Criterii de selec ție a unui z ăcământ pentru conversie în depozit subteran

Pentru realizarea unui depozit de înmagazinare se a leg z ăcăminte alc ătuite din colectoare
puternic consolidate, deoarece c ăderile de presiune în timpul proceselor repetate de injec ție-
extrac ție sunt foarte mari comparativ cu cele din perioada de exploatare.
Înmagazinarea se poate face în depozite cu un sing ur strat, cu o grosime suficient ă pentru
a depozita cantitatea dorit ă și în depozite în care gazul este înmagazinat în mai multe straturi,
care sunt separate în partea de jos (culcu ș) și partea de sus (acoperi ș) de frontiere impermeabile.
Condi țiile pe care trebuie s ă le îndeplineasc ă un z ăcământ depletat pentru a putea fi
convertit în depozit sunt de dou ă categorii și anume: geologice și geografice.
Pentru ca un z ăcământ s ă poat ă fi convertit în depozit, din punct de vedere geogr afic,
acesta trebuie s ă fie cât mai apropiat de zonele de mare consum și cât mai apropiat de zonele din
care începe s ă se fac ă transportul și distribu ția gazelor naturale.
Din punct de vedere geologic, z ăcământul trebuie s ă aib ă o forma țiune cu o deschidere
suficient de mare pentru realizarea capacit ății necesare, stratul colector trebuie s ă aib ă o
porozitate și permeabilitate suficient de mare pentru realizare a depozitului, deoarece, porozitatea
zăcământului ne arat ă cantitatea de gaz care poate fi înmagazinat ă în respectivul rezervor, iar cu
ajutorul permeabilit ății se poate determina rata de injec ție-extrac ție a gazului din rezervor și
trebuie s ă existe straturi impermeabile, pentru a nu l ăsa gazele s ă migreze.
Ca rezervoare subterane de înmagazinare a gazelor p ot fi utilizate z ăcăminte de gaze

Proiect de diplom ă
31
depletate, cupolele z ăcămintelor de țiței, z ăcămintele de ap ă și domurile de sare.
Pentru ca un z ăcământ depletat s ă poat ă fi utilizat ca depozit subteran trebuie s ă
îndeplineasc ă urm ătoarele condi ții:
• să fie înconjurat de roci impermeabile pentru a împie dica migrarea gazelor în
forma ținile învecinate;
• să aib ă o porozitate și o permeabilitate ridicat ă;
• să se afle la o adâncime suficient de mare pentru a a sigura presiunea de lucru;
• să nu fie alimentat de un acvifer activ;
• posibilitatea de a se preta la fisur ări hidraulice.
Pentru ca un câmp de gaze epuizat s ă fie luat în considerare, trebuie s ă ținem cont de
faptul c ă volumul de gaze care urmeaz ă s ă fie vehiculat, prin transformarea sa în depozit,
reprezint ă 80 până la 100% din volumul de gaze ini țial. Timpul de recuperare a acestui volum
este de 120 de zile. Acest timp corespunde unui cic lu de depozitare. Aceast ă operta ție presupune
mai multe sonde folosite decât în cazul procesului de produc ție.
Pentru ca un rezervor s ă corespund ă obiectivului pentru care acesta a fost ales, trebu ie s ă
îndeplineasc ă mai multe condi ții, cum ar fi:
• Gazul tampon trebuie s ă asigure o „presiune de baz ă” astfel încât s ă fie posibil ă
livrarea întregii cantit ăți de gaze înmagazinat ă către consumatori în timpul aferent
ciclului de extrac ție. Mai mult decât atât, aceast ă presiune trebuie sa permit ă
exploatarea depozitului la sfâr șitul ciclului de înmagazinare;
• Gazul curent trebuie s ă asigure o presiune mai mare decât presiunea de baz ă,
astfel încât s ă se poat ă face extrac ția în timp util, în timpul aferent unui ciclu de
extrac ție, a volumului de gaze injectat.
Presiunea de baz ă se poate determina pe baza mai multor elemente:
− Num ărul de sonde care se afl ă în echiparea depozitului;
− Capacitatea de comprimare;
− Capacitatea rezervorului;
− Capacitatea de extrac ție;
− Capacitatea de injec ție;
− Eficien ța economic ă.[4]
Pentru a clarifica unele aspecte privind vehiculare a gazelor cu scopul depozit ării se aduce
la cuno știin ță semnifica ția urm ătorilor termeni:
• Gaz curent – volumul total de gaze extras-injectat într-un z ăcământ de depozitare
peste volumul de gaz tampon. Acest volum de gaz rep rezint ă volumul care poate

Proiect de diplom ă
32
fi extras pentru livrare.
• Gaz tampon – este acel volum de gaze care nu poate fi recuper at, si este folosit în
scopul exercit ării unei presiuni care la rândul ei men ține un debit minim necesar
de livrare a gazelor în timpul unui ciclu.
• Capacitate de livrare – este debitul de gaze al unui depozit, exprimat î n Nm 3/zi,
la un volum de gaze cunoscut, depozitat în z ăcământ la o presiune de fund
cunoscut ă și la o presiune de refulare la gura sondei dat ă.
• Capacitatea de injec ție – debitul de gaze injectat în rezervor, exprimat în m il. m 3.
• Presiune maxim ă în rezervor – presiunea maxim ă exercitat ă de volumul de gaze
la capacitatea maxim ă a rezervorului.
• Rezervor de înmagazinare – structur ă poros-permeabil ă care poate fi folosit ă
pentru înmagazinarea gazelor la o presiune determin at ă, presiune maxim ă în
rezervor.
• Capacitatea maxim ă a rezervorului – volumul total de gaze din rezervor (gazul
nativ recuperbail sau nerecuperabil, gazul tampon și gazul curent).[3]
Sistemul de colectare este compus din instala țiile de suprafa ță constituite din cpacit ăți de
comprimare , conducte de transport gaze, instala ții de exploatare și sondele de injec ție-extrac ție.
Înainte ca procesul de înmagazinare s ă aib ă loc, trebuiesc f ăcute ni ște analize mai
detaliate în sensul de a putea observa dac ă înmagazinarea este rentabil ă sau nu. Pentru ca acest
proces s ă fie rentabil trebuie s ă îndeplineasc ă mai multe condi ții. Una dintre aceste condi ții ar fi
posibilitatea înmagazin ării unui volum suficient de mare pentru a asigura o presiune minim ă
(oferit ă de gazele tampon), astfel încât întreaga cantitate de gaze s ă poat ă fi livrat ă
consumatorilor în timpul prev ăzut pentru un ciclu de extrac ție.
O alt ă condi ție care afirm ă rentabilitatea înmagazin ării este ca volumul de gaze care se
injecteaz ă s ă asigure o presiune maxim ă care s ă permit ă procesul de extrac ție în timp cât mai
util.
În ceea ce prive ște trecerea de la un z ăcământ epuizat sau depletat la un depozit de gaze,
sunt necesare mai multe etape de proiectare, cum ar fi:
• colectarea informa țiilor primare geologice și de inginerie de z ăcământ, din faza de
exploatare primar ă, care s ă cuprind ă suprafa ța z ăcământului, grosimea,
permeabilitatea, porozitatea, presiunea ini țial ă de z ăcământ;
• determinarea st ării sondelor, interven țiile suferite de acestea pe parcursul
exploat ării primare și alte aspecte care țin de condi țiile mecanice cum ar fi
integritatea coloanelor, rezisten ța mecanic ă a acestora, aderen ța inelului de

Proiect de diplom ă
33
ciment;
• calcularea volumului z ăcământului care poate fi utilizat pentru exploatarea
depozitului;
• calcularea num ărului de sonde care vor asigura injec ția și extrac ția gazelor
naturale;
• stabilirea capacit ății de comprimare necesare, determinarea re țelei de colectare și
condi țiile care trebuie s ă le îndeplineasc ă gazele depozitate.
Tot pentru conversia z ăcământului epuizat sau depletat în depozit subteran s unt necesare
unele informa ții despre z ăcământ cum ar fi:
• informa ții geologice;
• presiunea ini țial ă de z ăcământ;
• produc ția de gaze în raport cu presiunea de z ăcământ;
• temperatura de z ăcământ;
• compozi ția gazelor;
• greutatea specific ă a gazelor;
• num ărul de sonde forate, loca țiile acestora, adâncimile și datele ob ținute din
carote;
• carotajele electrice ale sondelor și alte m ăsur ători;
• structura z ăcământului (h ărți structurale);
• regimul de z ăcământ (elasticitate, împingere);
• capacitate de curgere (afluxul strat-sond ă, debite pe sonde în diferite
circumstan țe);
• planul de situa ție cu instala țiile de suprafa ță ;
• caracteristicile mecanice, condi țiile mecanice ale sondelor.
Pentru a se putea calcula capacitatea de înmagazina re a depozitului/volumul
zăcământului este necesar s ă se cunoasc ă presiunea minim ă de exploatare și presiunea maxim ă,
numite plaja presiunilor de lucru.

Proiect de diplom ă
34

Fig. 2.5. Graficul raportului p/z în func ție de cantitatea de gaze extrase. [4]

Sondele forate la orizontul productiv, trebuie iden tificate pe teren și verificate. Trebuie
apoi s ă se verifice etan șeitatea ciment ării. În acest scop, sunt rev ăzute diagramele de cimentare și
se va face o verificare a inelului de ciment.
Graficul raportului dintre presiunea p și factorul de compresibilitate z în func ție de
cantitatea de gaze extrase (Fig. 2.5.) permite cacl ularea rezervei ini țiale și determinarea cantit ății
de gaze ce se poate înmagazina la o anumit ă presiune dac ă frontiera depozitului este
impermeabil ă.
Dac ă din carotajul acustic de cimentare se determin ă ader ări neconcludente ale inelului
de ciment la coloana de exploatare, atunci sunt nec esare m ăsuri de refacere a ciment ării. În cazul
în care se constat ă coroziuni avansate, trebuie verificate din nou col oanele. În acest scop, se
introduce un liner sau un liner cu packer și fluid necoroziv în spa țiul inelar.
Sondele abandonate se înregistreaz ă și pe urm ă sunt transformate în sonde de observa ție
dac ă este cazul. Cu ajutorul cunoa șterii carcteristicilor mecanice ale sondelor și a structurii
acoperi șului stratului, se poate determina presiunea de ope rare maxim ă. Pentru a înl ătura
coloanele corodate care nu mai corespund nivelelor de presiune, de cele mai multe ori se
instaleaz ă coloane noi de exploatare și capete de erup ție noi.
Presiunea maxim ă de exploatare se determin ă în func ție de structura rocii acoperi șului,
gradul de etan șeitate a faliilor și starea tehnic ă a tuturor sondelor, pentru a se împiedica

Proiect de diplom ă
35
circularea gazelor în forma țiuni învecinate. Pentru a putea face ca presiunea m axim ă s ă fie mai
mare decât presiunea ini țial ă de z ăcământ, este necesar ă investiga ția rocii din acoperi șul stratului
pentru efectuarea testelor de etan șeitate, cu ajutorul carotelor.
Analiza etan șeit ății rocii acoperi șului trebuie s ă con țin ă date despre gradien ții de fisurare,
caracteristici hidraulice și petrofizice, grosime și extindere în suprafa ță , litologie.
Presiunea maxim ă de exploatare a z ăcământului se stabile ște prin considerarea celei mai
mici presiuni dintre presiunea la care z ăcământul r ămâne etan ș și presiunea hidrostatic ă. În
general, z ăcămintele de gaze sunt puse în exploatare primar ă la o presiune egal ă cu presiunea
hidrostatic ă, luând în considerare un gradient de presiune de 0 ,0973 – 0,1176 bar/m.
Presiunile de z ăcământ sunt ajustate în func ție de vârfurile de cosum de la sfâr șitul
perioadei reci. De exemplu, când 70% din gazele din depozit au fost extrase, presiunea sc ăzut ă
din z ăcământ este corelat ă cu curbele de performan ță ale sondei, pentru a se ob ține debitul
sondei.
Pentru a se avea o siguran ță în ceea ce prive ște presiunile, acestea se noteaz ă în fiecare zi
fiind observate cu ajutorul sondelor piezometrice.
Optimizarea procesului de injec ție – extrac ție se face prin stabilirea num ărului de sonde,
care se stabile ște în conformitate cu capacitatea de comprimare, as tfel încât procesul de extrac ție
al gazelor curente s ă se desf ășoare în concordan ță cu acoperirea vârfului de consum și prin
încadrarea în timpul aferent ciclului de extrac ție.
Utilizarea z ăcământului la un nivel de presiune maxim, va conduce la o capacitate
maxim ă de depozitare și la cea mai ridicat ă capacitate de produc ție pentru sonde. În cazul în care
exist ă un acoperi ș slab consolidat, pentru siguran ță , se poate utiliza presiunea de z ăcământ drept
presiune maxim ă de exploatare.
În procesul de exploatare a unui depozit subteran s e folosesc trei tipuri de sonde și anume
sondele de exploatare destinate injec ției și/sau extrac ției gazelor înmagazinate, sonde
piezometrice cu ajutorul c ărora se urm ăre ște procesul de înmagazinare și sonde de injec ție a apei.
Sondele au urm ătoarea construc ție:
• ansamblu de coloane de tubaj cimentate;
• liner netubat;
• echipament de control al nisipului în dreptul forma țiunii;
• packer de adâncime ancorat în coloana deasupra form a țiunii și legat de tubingul
de produc ție pentru a izola coloana;
• ventil de siguran ță în garnitura de țevi de extrac ție;
• cap de erup ție.

Proiect de diplom ă
36
De obicei, sondele care urmeaz ă s ă fie utilizate în procesul de înmagazinare, sunt so nde
vechi. Acestea trebuiesc verificate. Verificarea ac estora const ă în verificarea etan șeit ății,
verificarea coloanelor, verificarea inelelor de cim ent și a tubingului. Toate aceste verific ări
trebuie s ă corespund ă unor cerin țe în ceea ce prive ște procesul de înmagazinare.
Pentru cunoa șterea dezvolt ării unui acvifer se sap ă sonde la adâncimi care pot permite
ob ținerea unor informa ții despre grosimea acviferului, adâncimea culcu șului și a acoperi șului,
caracteristicile fizico-geologice ale acestora și nivelul apei în acvifer. În acest sens sunt neces are
efectuarea de diagrafii electrice și prelevarea de carote mecanice din sondele s ăpate în z ăcământ
precum și exploatarea seismic ă a zonei.
Pentru o siguran ță mai bun ă, procesul de exploatare a unui z ăcământ implic ă necesitatea
supravegherii și controlului z ăcământului pentru a se putea observa toate anomaliile care apar în
timpul exploat ării. În acest sens se m ăsoar ă presiunea de z ăcământ în sondele de control
(piezometrice), ținând cont de faptul c ă o schimbare brusc ă a presiunii înseamn ă apari ția gazelor
în aceste sonde și de asemenea se efectueaz ă investiga ții geofizice în sondele de control.
Sondele de control sau sondele piezometrice se împa rt în trei categorii:
• sonde de control a zonei de gaze , care sunt amplasate în apropierea contactului
gaz-ap ă și permit m ăsurarea presiunii în aceast ă zon ă;
• sonde de control la periferie , care sunt amplasate la exteriorul zonei de gaze și
care permit m ăsurarea presiunilor și prelevarea probelor de ap ă. Aceste sonde
sunt indicatori pentru semnalizarea apari ției gazelor;
• sondele de control al stratului superior , utilizate când stratul superior este un strat
poros-permeabil și care permit detectarea unui eventual influx de ap ă. [4]
Rolul echipamentului de suprafa ță const ă în:
• transportul gazelor de la sond ă la sta ția central ă;
• tratarea gazelor;
• eliminarea apei produse de sonde;
• deshidratarea gazelor;
• eliminarea hidrogenului sulfurat care se formeaz ă prin descompunerea sulfurilor
din gazele odorizate injectate în z ăcământ sau prin descompunerea piritei prezente
în roca rezervor;
• comprimarea gazelor.

Proiect de diplom ă
37
2.3. Monitorizarea stocurilor de gaze naturale depo zitate în rezervoare subterane

Gazul tampon sau perna și gazul curent sau gazul de lucru, sunt cele mai co stisitoare din
întreg procesul de stocare. Gazele sunt m ăsurate atât la introducerea în depozit cât și la
extragerea acestora din depozit. Cantitatea din dep ozit este dat ă de diferen ța dintre aceste valori
la care se adun ă gazul tampon. Exist ă trei factori care pot conduce la înregistrarea ace stor
diferen țe:
• din cauza unor erori de calcul al cantit ății ini țiale de gaze r ămase în depozit la
începutul procesului de injec ție;
• din cauza unor erori de m ăsurare a debitului de gaze fie la introducere, fie la
extragere din depozit;
• din cauza unor scurgeri de gaze din depozit.
„Scurgerea” de gaze este una dintre principalele pr obleme. Unul dintre elementele de
siguran ță în folosirea unui z ăcământ depletat, ca depozit de înmagazinare, este fap tul c ă gazele
au fost cantonate în z ăcământ o perioad ă lung ă de timp care ofer ă siguran ță în utilizarea lui ca
depozit.
Acest element de siguran ță poate genera erori. Una dintre cele mai întâlnite probleme
este avansarea frontului de ap ă în spa țiul creat ini țial de gaze. În unele cazuri apa poate umple
complet z ăcământul cu excep ția unui mic cap de gaze, care r ămâne la sfâr șitul exploat ării. În
aceast ă situa ție avem de a face cu un z ăcământ complet inundat.
În cazul z ăcămintelor neuniforme, care produc în regim mixt, dez locuirea gazelor de
către ap ă se face sub form ă de degete, apa fiind închis ă în masa de gaze. Astfel se formeaz ă
pachete separate de gaze care pot r ămâne în rezervor și exist ă din punct de vedere tehnic în stoc.
Ele se pierd și nu pot fi extrase f ără antrenarea unei mari cantit ăți de apă. [2]

2.4. Tipuri de pierderi

Gazele se pot pierde prin mai multe modalit ăți cum ar fi:
• pierderea în jurul coloanei sondei c ătre alte forma țiuni;
• pierderea prin coloana sondei c ătre suprafa ță ;
• pierderi prin roca acoperi ș;
• pierderi c ătre alt z ăcământ care nu face parte din depozitul de înmagazina re,
datorită unei ciment ări nereu șite;
• pierderi prin accidente tectonice care s-au produs ca urmare a sc ăderii presiunii
din z ăcământ;

Proiect de diplom ă
38
• pierderi prin echipamentul de suprafa ță și conducte. [4]
Pierderile prin roca acoperi ș este un caz mai rar, principala proplem ă în ceea ce prive ște
pierderile de gaze sunt sondele de înmagazinare car e s-au folosit ini țial pentru exploatare.
Aproape toate sondele, dup ă ce și-au îndeplinit rolul ca sonde de extrac ție, se folosesc pentru
înmagazinare sau sunt folosite drept sonde de obser va ție. În cazul în care forarea cu aceste sonde
a fost f ăcut ă cu un timp considerabil în urm ă, când toată tehnologia în ceea ce prive ște
cimentarea nu era a șa dezvoltat ă cauz ă pentru care cimentul nu avea aceea și calitate pentru a
stopa eventualele pierderi de gaze, iar sondele sun t foarte vechi iar coloanele deteriorate, pot
ap ărea pierderi de gaze, pot ap ărea migr ări ale gazelor dintr-o forma țiune în alta.

2.5. Istoricul rela ției presiune – volum
Pentru a observa scurgerea gazelor din depozit, tre buie să se studieze istoricul rela ției
presiune – volum și s ă se în țeleag ă tipul ciclului. Cele dou ă faze care cauzeaz ă modificarea
presiunii în rezervor sunt inje ția și extrac ția.
Nu exist ă situa ții în care cele dou ă faze, de injec ție respectiv de extrac ție să fie identice,
ceea ce ne poate spune c ă nici istoricul presiune – volum nu este identic. D ac ă pe abscis ă se
consider ă cantitatea de gaze r ămas ă în z ăcământ și pe ordonat ă presiunea corespunz ătoare,
rezult ă o presiune curb ă volum o rezervorului.

Fig. 2.6. Diagrama presiune – volum a unui rezervor, pentru u n caz ideal de operare.

Proiect de diplom ă
39
Linia punctat ă reprezint ă curba de declin a presiunii. Dac ă acest rezervor ar fi utilizat ca
depozit, gazul curent ar fi reprezentat prin linia continu ă. Ciclul de injec ție este reprezentat de
por țiunea AB și se realizeaz ă în lunile de var ă, timp în care rezervorul trebuie umplut la
capacitate maxim ă. Ciclul de extrac ție este reprezentat de por țiunea BA, por țiune care reprezint ă
cazul ideal de operare. Acest tip de stocare se poa te realiza numai în cazul unei permeabilit ăți
mari.

2.6. No țiunea de rezervor volumetric

Ciclul real de stocare este ar ătat în figura 2.6, figur ă care reprezint ă un rezervor
volumetric ale c ărui valori ale permeabilit ății sunt ni ște valori normale pentru un z ăcământ de
înmagazinare. Linia punctat ă reprezint ă curba de declin a presiunii rezervorului, por țiunea de la
A la B reprezint ă perioada de injec ție, unde punctul B reprezint ă punctul în care rezervorul este
plin iar presiunea este deasupra curbei de declin a presiunii. Presiunea unor sonde este mai
ridicat ă decât în restul z ăcământului și aceasta nu s-a egalizat înc ă. Egalizarea acestei presiuni
este posibil ă prin închiderea câmpului la sfâr șitul fazei de injec ție, închidere care are loc timp de
15-30 de zile în func ție de depozit și depinzând de la un depozit la altul.
Aceast ă perioad ă de închidere va fi prezentat ă în figura urm ătoare:

Fig. 2.7. Diagrama presiune-volum pentru un ciclu real de sto care
la rezervorul volumetric Bilciure ști.

Proiect de diplom ă
40
Se observ ă o c ădere de presiune în perioada de închidere iar sfâr șitul acestei perioade este
reprezentat ă prin punctul C, punct care indic ă faptul c ă presiunea nu a fost înc ă complet egalizat ă
și situându-se înc ă deasupra curbei de declin a presiunii.
Perioada de extrac ție este reprezentat ă de por țiunea CD iar valoarea presiuninii în acest
proces este se va situa sub linia de declin a presi unii. Aceasta va continua pân ă în punctul D,
punct care indic ă valoarea presiunii din sonde la sfâr șitul ciclului de extrac ție. Aceast ă presiune
este mult sub curba de declin indicând c ă presiunea nu este înc ă egalizat ă in z ăcământ. În mod
normal trebuie s ă existe o alt ă perioad ă de închidere la sfâr șitul ciclului de extrac ție, aceast ă
perioad ă fiind reprezentat ă de por țiunea DA. În aceast ă perioad ă de închidere presiunea va cre ște
iar aceast ă cre ștere de presiune va fi indicat ă prin por țiunea DA. De și ea re ărezint ă o cre ștere
semnificativ ă a presiunii în z ăcământ, presiunea din punctul A este înc ă sub valoarea curbei de
declin a presiunii. Aceasta demonstreaz ă c ă presiunea din z ăcământ nu este complet egalizat ă.

Fig. 2.8. Diagrama presiune-volum pentru un ciclu de stocare calculat ă
la depozitul Bilciure ști.

În diagrama 2.8. se red ă un ciclu real de stocare în depozitul de gaze din Bilciure ști.
Datele cu ajutorul c ărora s-a f ăcut graficul au fost calculate cu ajutorul calculel or și parametrilor
indica ți la aparatele instala țiilor de suprafa ță .

2.7. Comportarea unui z ăcământ care produce în regim mixt

Figura 2.7. ilustreaz ă comportarea unui rezervor volumetric în timpul unu i ciclu de
injec ție – extrac ție, aceasta fiind complex ă datorit ă modific ărilor condi țiilor de rezervor.
Comportarea unui rezervor cu ap ă activ ă în timpul depozit ării este chiar mai complex ă. Figura

Proiect de diplom ă
41
2.6. ne-a ar ătat curba de declin a presiunii pentru un rezervor volumetric. Un acvifer sau un
rezervor cu o puternic ă împingere de ap ă are un alt timp de curb ă a declinului de presiune.
Aceasta este ilustrat ă în urm ătoarea imagine:

Fig. 2.9. Diagrama presiune-volum; ciclul de operare caracter istic unui
rezervor cu împingere de ap ă.[4]

Într-un rezervor volumetric, presiunea poate s ă scad ă la o presiune de abandonare, atunci
când tot gazul a fost extras. Aceast ă sc ădere de presiune difer ă de la un rezervor cu împingere de
ap ă la altul. Aceast ă presiune este dependent ă de adâncimea rezervorului și poate fi exprimat ă în
metri coloan ă de ap ă s ărat ă. Originea O din figura de mai sus ne arat ă acest punct.
Când un z ăcământ cu ap ă activ ă produce, apa invadeaz ă acest rezervor pân ă când îl
umple. În momentul în care z ăcământul este transformat în depozit și are loc injectarea gazelor,
aceast ă injec ție împinge apa, creând un volum mai mare de pori în care se va re ține cantitatea de
gaz injectat ă.
Linia OA din figura de mai sus reprezint ă un rezervor cu împingere de ap ă care are un
volum infinit. Linia OB reprezint ă o curb ă a declinului de presiune pentru un rezervor cu
împingere de ap ă. Toate aceste linii reprezint ă condi ții de presiune egal ă în rezervor.

Proiect de diplom ă
42

Fig. 2.10. Diagrama presiune-volum; ciclul real de operare pen tru un
rezervor cu împingere de ap ă.[4]

Figura 2.10 ne arat ă ciclul de operare pentru un tip caracteristic de r ezervor cu împingere
de ap ă. Aceast ă diagram ă arat ă la fel cu cea a unui ciclu de operare pentru un re zervor
volumetric prezentat în figura 2.7 doar c ă în figura 2.10 exist ă ni ște diferen țe.
În ambele cazuri linia întrerupt ă reprezint ă curba de declin a presiunii pentru rezervor. În
cazul rezervorului volumetric aceast ă linie trece prin originea graficului iar în cazul rezervorului
cu împingere de ap ă aceast ă linie nu trece prin originea graficului.
În figura 2.10 perioada de injec ție este reprezentat ă de linia AB. Presiunea în punctul B
este mai mare deoarece gazele nu au împins apa în î ntregime. Linia BC arat ă perioada de
închidere dup ă perioada de injec ție, timp de închidere care duce la o sc ădere considerabil ă de
presiune.
În punctul C, dup ă perioada de injec ție presiunea este înc ă mai mare decât în cazul
rezervorului volumetric. Aceasta se întâmpl ă deoarece presiunea nu este egalizat ă în partea de
gaze a rezervorului. Linia CD prezent ă în grafic arat ă ciclul de extrac ție.
La sfâr șitul acestei perioade, punctul D are o presiune mai mic ă decât în cazul
rezervorului volumetric, datorit ă faptului c ă apa nu a reu șit s ă umple spa țiul porilor l ăsat liber de
gaze. Din aceast ă cauz ă volumul r ămas pentru depozitarea gazelor va fi mai mare.
Linia DA reprezint ă perioada de închidere dup ă ciclul de extrac ție. În timpul acestei
perioade, presiunea cre ște pân ă în punctul A. Presiunea din acest punct este mai j oas ă decât

Proiect de diplom ă
43
curba de declin a presiunii, datorit ă condi țiilor tranzitorii de presiune în rezervor și datorit ă
faptului c ă afluxul de ap ă nu este complet.
Figura 2.7 și figura 2.10 reprezint ă rezervoare care au fost transformate în unit ăți de
depozitare, au atins cicluri de operare stabile și sunt etan șe.

2.8. Dezvoltarea z ăcământului de depozitare

În timpul dezvolt ării unui rezervor de gaze se întâlnesc cicluri de t ranzi ție. Pentru un
rezervor volumetric dezvoltarea istoricului presiun e-volum poate s ă arate ca și în figura
urm ătoare:

Fig. 2.11. Dezvoltarea ciclic ă a rezervorului de gaze.

Dup ă ce perna de gaze a fost injectat ă, numai o parte din gazul curent (gazul de lucru)
este injectat ă în primul an. Dup ă ciclul de injec ție, o mic ă parte din gazul curent care a fost
injectat ă este extras ă. Acest model poate fi urmat timp de doi sau mai mu l ți ani pân ă ce întreg
volumul curent de gaze a fost injectat. Acest progr am este de obicei guvernat de disponibilitatea

Proiect de diplom ă
44
gazului de a fi injectat în z ăcământ. Ciclurile de presiune-volum din timpul perioa dei de
dezvoltare sunt aflate în jurul curbei de declin a presiunii.
Pentru rezervorul cu ap ă activ ă istoricul presiune-volum poate ar ăta chiar diferit. În multe
cazuri rezervorul cu ap ă poate s ă fi fost ori închis ori s ă produc ă la presiuni relativ mici pentru
perioade lungi de timp. Aceasta a permis ca apa s ă ocupe locul gazelor din rezervor.
Diagrama presiune-volum pentru acest caz, este prez entat ă în imaginea de mai jos:

Fig. 2.12. Dezvoltarea ciclic ă în cazul unui rezervor
cu împingere de ap ă.

Injec ția pernei de gaze a fost efectuat ă într-un ritm la care de și presiunea este suficient ă
pentru a îndep ărta apa, viteza de filtrare a acesteia este foarte mic ă. Ca rezultat, curba presiune-
volum se va situa deasupra curbei de declin a presi unii.
Cantitatea de ap ă injectat ă pe sezon poate fi guvernat ă de disponibilitatea gazelor. De
asemenea, poate fi limitat ă pentru a permite fluxului de ap ă s ă fie în pas cu injec ția gazelor.
Rezervorul este închis la sfâr șitul perioadei de injec ție și presiunea scade, apoi urmeaz ă ca perna
de gaze și o mic ă parte din gazul curent s ă fie injectate într-o a doua perioad ă. În timpul iernii,
gazul curent este extras. În ciclurile urm ătoare se injecteaz ă toat ă cantitatea de gaz curent, astfel

Proiect de diplom ă
45
încât ciclurile presiune-volum se mut ă la dreapta diagramei, apropiindu-se de curba de de clin a
presiunii, în timp ce apa va continua s ă fie eliminat ă.
Dup ă câteva cicluri, varia ția func ției R= S<∆T> va avea alura redat ă în figura 2.10.

2.9. Z ăcăminte neetan șe
Toate diagramele presiune-volum descrise pân ă acum, au fost pentru rezervoare care nu
aveau scurgeri de gaze. Odat ă cu atingerea parametrilor proiecta ți ai depozitului se pot trasa
curbe presiune-volum care se pot folosi pentru unrm ărirea stocului.
Acelea și perechi de valori corespunz ătoare diferitelor puncte, pot fi comparate pentru d oi
ani diferi ți. Dac ă punctele sunt acelea și, se poate deduce faptul c ă nu exist ă scurgeri. De obicei
nu este posibil s ă se compare acelea și puncte de ciclu datorit ă diferen țelor opera ționale de la an
la an. Din cauza aceasta este nevoie uneori s ă interpol ăm pentru scopul de a ob ține o compara ție
valid ă. [3]
Gazele din rezervor sunt depozitate în spa țiile poroase disponibile în z ăcământ, spa țiu
care este numit volumul porilor cu hidrocarburi, sa u prescurtat VPH. Cantitatea de gaze din
zăcământ poate fi cunoscut ă și evaluat ă dac ă se cunosc presiunea din z ăcământ, temperatura din
zăcământ și volumul porilor cu hidrocarburi.
În cazul în care volumul de gaze și temperatura sunt cunoscute, volumul porilor cu
hidrocarburi se poate afla. În cazul depozitelor de gaze, unde volumul porilor de modific ă de la
un ciclu la altul, acesta se poate determina cu rel a ția:
UVW =UX+UY
RZ
[Z−R\
]\∙^
^_
(2.17)

unde:
VPH – volumul de pori ocupat cu hidrocarburi, mil. m 3
N;
Vc – volumul gazului curent extras sau înmagazinat, m il. m 3
N;
Vt – volumul gazului tampon la începutul ciclului de înmagazinare, respectiv la începutul
ciclului de extrac ție, mil. m 3
N;
p1, p 2 – presiunea în z ăcământ la începutul ciclului de înmagazinare, respect iv, presiunea
în z ăcământ la începutul ciclului de extrac ție, bara;
Z1, Z 2 – factorul de compresibilitate al gazelor, corespu nz ător începutului înmagazin ării,
respectiv, începutul extrac ției, calculate în condi țiile de z ăcământ
T – temperatura gazelor în z ăcământ la începutul ciclului de extrac ție, respectiv, la
sfâr șitul ciclului de extrac ție, K;

Proiect de diplom ă
46
T0 – tempertatura gazelor în condi ții normale, K.
Chiar dac ă la prima vedere caest calcul pare unul simplu, pot ap ărea probleme la
implementarea lui. Dac ă rezervorul este neetan ș, cantitatea de gaze depozitat ă este incert ă. Orice
scurgere de-a lungul unei perioade mai mari de timp (de ordinul anilor) poate duce la conluzia c ă
volumul de gaze depozitat nu este corect calculat. Pentru înl ăturarea acestor erori se vor folosi
mai multe m ăsur ători care s ă nu acopere perioade foarte lungi de timp.
Ecua ția de stare a gazelor reale poate fi scris ă sub forma:
∙:

∙B=∙:

∙B
(2.18)

unde:
V1 – este volumul de gaze depozitate în rezervor la m omentul 1, m 3
N;
V2 – volumul de gaze depozitate în rezervor la moment ul 2, m 3
N;
ps – presiunea standard, m s-2;
Ts – temperatura standard, K;
T – temperatura în z ăcământ, K;
p1 – presiunea de z ăcământ la momentul 1, Nm -2;
p2 – presiunea de z ăcământ la momentul 2, Nm -2;
Z1 – factorul de compresibilitate (neidealitate) a ga zelor la momentul 1;
Z2 – factorul de compresibilitate a gazelor la moment ul 2.
Dac ă din aceste dou ă ecua ții explicit ăm V 1 și V 2 și ecua țiile rezultate se scad, ob ținem:
:=
!
!
B <:9` >

(2.19)

:=
!
!
B <:9` >

(2.20)

:−:=
!<:9` >
!
ab
Bc
−b
Bc
d
(2.21)

Proiect de diplom ă
47
<:9` >=

! !
eb
Bc
−b
Bc
f <:−:>
(2.23)
Ecua ția (2.6) nu depinde de cantitatea de gaze din depoz it calculat ă. Aceasta depinde de
cantitatea de gaze injectat ă sau extras ă în timpul unei perioade relativ scurte de timp. Ac east ă
perioad ă poate fi de 4 sau de 5 luni. În timpul acesteia, r itmul cre șterii scurgerilor nu este, de
obicei, suficient pentru a afecta rezultatele. Odat ă ce volumul de pori cu hidrocarburi este
cunoscut, volumul total de gaze (VTG) poate fi calc ulat cu rela ția:

<:
g >=1
B 
!
!

<:9` >
(2.24)
Aceast ă procedur ă de calcul este operabil ă pentru un rezervor volumetric. În cazul unui
rezervor cu ap ă activ ă, volumul de pori cu hidrocarburi se schimb ă în func ție de ciclu (dac ă
gazul este injectat sau extras). O solu ție în aceast ă privin ță ar fi estimarea schimb ării volumului
de pori cu hidrocarburi (VPH) între începutul și sfâr șitul perioadei de injec ție sau perioadei de
extrac ție. [4]
Folosind ecua țiile specifice lui V 1 și V 2 de mai sus, ob ținem:

:=
!  <:9` >
!
B  (2.25)

:=
!  <:9` >
!
B
(2.26)

∆:=:−:=
!
!
L<:9` >
B−<:9` >
BM
(2.27)
Dar:

!
!
=:B
<:9` >
(2.28)

Proiect de diplom ă
48
astfel încât:
∆::B
<:9` > L<:9` >
B<:9` >
BM
(2.29)
Acum:
:∆:<:9` >
B<:9` >
B<:9` >
B% (2.30)
sau:
:∆:
a1B
B∙
∙<:9` >
<:9` >d (2.31)

Aceast ă metod ă este estimarea schimb ărilor volumului de pori cu hidrocarburi datorate
schimb ărilor afluxului sau efluxului apei. Aceast ă estimare nu prezint ă o precizie foarte ridicat ă,
astfel problema detect ării scurgerilor în rezervoarele cu împingere de ap ă activ ă r ămâne
deschis ă.
La rezervoarele etan șe, m ăsurarea gazelor este mult mai precis ă. Aici, ciclul istoricului
presiune – volum va opera în interiorul aceluia și domeniu, de-a lungul unei mari perioade de
timp. Dac ă rezervorul are o scurgere de gaze în interiorul lu i sau dac ă erorile de m ăsurare au
condus la diminuarea stocului, istoricul presiune – volum se va muta la stânga:

Fig. 2.13. Istoricul presiune – volum pentru un rezervor cu sc urgeri de gaze în interiorul lui.

Proiect de diplom ă
49
Dac ă rezervorul are scurgeri de gaze în afara lui, isto ricul presiune – volum se va muta la
dreapta, ceea ce este prezentat în figura de mai jo s:

Fig. 2.14. Istoricul presiune – volum pentru un rezervor cu sc urgeri de
gaze în afara lui.

2.10. Concepte de proiectare

2.10.1. Proiectarea înmagazin ării gazelor naturale în z ăcăminte care au produs în
regim elastic

Reprezentarea grafic ă a datelor de produc ție va conduce la dreapta:

b
Bc
h=b
Bc
71−∆gh
g7%, (2.32)

în care ∆Gj este cumulativul produs pân ă când presiunea static ă va atinge valoarea p j, iar G i
reprezint ă resursa ini țial ă de gaze. Aceasta se ob ține prin extrapolarea dreptei pân ă la valoarea
(p/Z)=0.
Dac ă datele de produc ție sunt corect înregistrate, resursa geologic ă ini țial ă din grafic va
corespunde valorii ei determinate folosind metoda v olumetric ă. De asemenea dac ă se impune
presiunea de abandonare, din acela și grafic se ob ține rezerva recuperabilit ății și odat ă cu aceasta,
factorul final de recuperare, ε = G r/G i.[6]

Proiect de diplom ă
50

Fig. 2.15. Istoricul de produc ție pentru z ăcămintele care au
produs în regim elastic. [6]

Determinarea presiunii medii la sfâr șitul primei perioade de injec ție:

b
Bc
i=b
Bc
71−∆g∆<∆>
g7% (2.33)

în care ∆G este cumulativul extras pân ă la începutul injec ției, iar ∆(∆I) 1 reprezint ă cumulativul
de gaze injectat în prima perioad ă de injec ție.
Determinarea presiunii statice medii la sfâr șitul primului ciclu de produc ție (extrac ție):

b
Bc
jb
Bc
7L1∆g∆<∆g>∆<∆>
g7M (2.34)

Proiect de diplom ă
51
Determinarea presiunii medii la sfâr șitul primului ciclu n de injec ție, respectiv produc ție
(extrac ție):

b
Bc
k=b
Bc
7L1−∆g∑∆<∆g>h∑∆<∆>hm
hnm
hn
g7M (2.35)

b
Bc
jb
Bc
7L1∆g∑∆<∆g>h∑∆<∆>hm
hnm
hn
g7M (2.36)

În situa ția în care volumul de înmagazinare al gazelor este mai mare decât cel de
extrac ție, varia ția presiunii statice a z ăcământului func ție de timp, din momentul zero (începerea
procesului de înmagazinare) pân ă în momentul atingerii presiunii maxime de comprima re
(p cmax ), este redat ă mai jos:

Fig. 2.16. Varia ția presiunii într-un proces de înmagazinare-extrac ție.[6]

Proiect de diplom ă
52
2.10.2. Proiectarea înmagazin ării gazelor naturale în z ăcăminte care au produs în
regim mixt

Curba real ă a varia ției func ției (p/z)=f( ∆G) ob ținut ă din datele de produc ție este redat ă în
figura de mai jos (curba 2):

Fig.2.17. Istoricul de produc ție pentru z ăcămintele care au produs
în regim mixt.

Se observ ă în figura de mai sus c ă sc ăderea presiunii este mai mic ă decât la z ăcămintele
care au produs în regim elastic (dreapta 1). Reiese c ă presiunea de abandonare este mai mare,
ceea ce conduce la un factor de recuperare mai mic.
Diferen ța valorilor parametrului (p/Z) corespunzând curbei 2 și dreptei 1 permite
determinarea influxului de ap ă ( ∆W) care p ătrunde din acvifer în zona saturat ă cu gaze.[6]
Varia ția în timp a presiunii prin cumulativul ∆G, este dat ă de ecua ția:
b
Bc
h=
B7%1−∆g
g7
1∆o
g7p7 (2.37)

în care factorul de volum are forma:
qr^R _
^_bR
]c
r (2.38)

Proiect de diplom ă
53
Se deduce imediat:

∆o7s1b
Bc

b
Bc
1∆g
g7%tg7p7 (2.39)

De asemenea se poate determina, în orice moment, vo lumul de pori saturat cu gaze:

u∆:v:?∆oh (2.40)

sau reducerea procentual ă a acestuia:

<∆>h
:?=:?−∆oh
😕 (2.41)

în care V 0 este volumul de pori ini țial saturat cu gaze, iar ∆Wj este influxul total de ap ă pân ă în
momentul j.

Proiect de diplom ă
54
3. ELEMENTE COMPONENTE ALE UNUI DEPOZIT SUBTERAN

Pentru a proiecta exploatarea unui depozit de înmag azinare subteran ă a gazelor naturale
trebuie s ă se țin ă cont de urm ătoarele elemente:
• delimitarea z ăcămintelor pentru înmagazinare ținând seam ă de un lucru foarte
important și anume etan șeitatea stratelor;
• stabilirea num ărului de sonde de injec ție-extrac ție și verificarea etan șeit ății lor
pentru sa se evita eventualele pierderi de gaze;
• stabilirea sondelor piezometrice necesare urm ăririi procesului de injec ție-extrac ție
a gazelor în z ăcământ.
Depozitul subteran este constituit din mai multe el emente, dintre care cele mai importante
sunt prezentate în figura de mai jos:

Fig. 3.1. Elementele principale ale unui depozit subteran
realizat într-un z ăcământ depletat. [4]

Principalele elemente componente ale unui depozit s ubteran realizat într-un z ăcământ
depletat sunt zona de înmagazinare aleas ă, sondele de injec ție-extrac ție și facilit ățile de
suprafa ță , care se compun din sisteme de reglare și m ăsurare, sta ții de compresoare, sta ții de
separare, sta ții de uscare, instala ție pentru injec ție de metanol, etc.

Proiect de diplom ă
55
Gazele provin din exploatarea z ăcămintelor și din import de la ță rile mari produc ătoare și
exportatoare. Atunci când consumul de gaze nu mai p oate fi acoperit, se apeleaz ă la depozitele
subterane care furnizeaz ă gazele naturale în aceste condi ții.
Unele depozite sunt proiectate pentru a furniza ga ze unei pie țe constante, iar altele pentru
a acoperi aceste consumuri care au loc în anumite p erioade de vârf. Acestea din urm ă au în
general capacit ăți utile reduse, dar pot asigura debite zilnice mari .
Vârsta depozitelor de înmagazinare dep ășește în general 20-30 de ani. Evaluarea
performan țelor unui depozit implic ă recunoa șterea a trei elemente de baz ă numite atribute de
performan ță . Aceste atribute de performan ță sunt:
− capacitatea de înmagazinare a depozitului alc ătuit ă din:
• stocul inactiv sau perna de gaze;
• stocul activ sau capacitatea util ă.
− capacitatea de livrare a depozitului exprimat ă prin debitul mediu pe ciclu;
− controlul fenomenelor de migrare a gazelor.
Stocul inactiv este din punct de vedere fizic și economic nerecuperabil și are scopul de a
produce presiunea necesar ă pentru extrac ția stocului activ.
Stocul activ este acea cantitate de gaze extrase în scopul vânz ării pe pia ță în timpul iernii,
este completat din nou prin injec ție, în timpul verii. Capacitatea util ă sau stocul activ nu este tot
timpul acela și, acesta variând de la un sezon la altul, în func ție de necesit ăți.
Prima dat ă, capacitatea depozitului este estimat ă pe baza unor calcule și a unei simul ări
pe calculator, apoi, când dezvoltarea depozitului s -a realizat, capacitatea util ă poate fi
determinat ă mult mai exact, pe baza înregistr ărilor permanente ale parametrilor de func ționare ai
depozitului.
Perna de gaze sau stocul inactiv, are dou ă componente și anume:
• componenta recuperabil ă;
• componenta nerecuperabil ă.
O parte din perna de gaze r ămâne nerecuperabil ă deoarece:
• Fiecare depozit este proiectat pentru a furniza un debit minim. Acest lucru
necesit ă ca în ultimele zile ale ciclului de extrac ție s ă existe o presiune minim ă
necesar ă pentru a furniza acest debit. Dac ă se continu ă extrac ția, presiunea va
sc ădea sub nivelul minim admis și pot s ă apar ă probleme la instala țiile de
suprafa ță care au fost proiectate s ă func ționeze la anumi ți parametri, probleme de
siguran ță sau incapacitatea realiz ării unor obliga ții contractuale.
• Continuarea extrac ției cu echipamentul proiectat s ă func ționeze la anumi ți

Proiect de diplom ă
56
parametri sub nivelul minim de presiune, poate deve ni neeconomic ă.
La z ăcămintele cu împingere de ap ă, o cantitate important ă din perna de gaze r ămâne
nerecuperabil ă. La majoritatea z ăcămintelor, procentul gazelor care nu se pot recupera la o
presiune de suprafa ță (presiune de abandonare) este de 10%. Recuperarea gazelor la o presiune
mai mic ă decât presiunea de abandonare implic ă costuri mari și echipamente speciale.
În depozitele de înmagazinare realizate în z ăcăminte de petrol depletate, r ămân anumite
cantit ăți de gaze în solu ție care din punct de vedere fizic sunt nerecuperabi le.
Capacitatea de livrare depinde de presiunea ini țial ă de la care se începe crearea stocului
total în z ăcământ și de caracteristicile rocii rezervor, având un dome niu mare de vari ție. Aceast ă
capacitate de livrare se m ăsoar ă în milioane de standard metri cubi pe zi.
În timpul proceselor repetate de injec ție-extrac ție apar pierderi ale gazelor naturale
injectate. Pierderile de gaze naturale se mai numes c și migr ări necontrolate ale gazelor. Aceste
migr ări sau pierderi duc atât al sc ăderea profitului cât și la diminuarea capacit ății de livrare pe
pia ță . Apar și probleme de siguran ță ale depozitului și probleme de impact asupra mediului
înconjur ător. Fenomenele de migrare depinde de mai mul ți factori precum gradien ți de presiune,
permeabilitatea rocilor, geometria fisurilor, exist en ța faliilor, condi țiile de operare, etc.
Pierderile de gaze sunt de dou ă tipuri: minore și majore. Pierderile majore au loc de-a
lungul limitelor z ăcământului și controlul acestora implic ă o monitorizare permanent ă a tuturor
parametrilor depozitului, simul ări pe calculator și inventarieri ale depozitului. Pierderile minore
sunt de cele mai multe ori continue și apar din cauza neetan șeit ății coloanelor, ciment ării
imperfecte, neetan șeit ăți ale capului de erup ție, pierderi pe conducte de transport, pierderi
datorate neefectu ării de m ăsr ători în sta țiile de compresoare.
Pentru a putea controla aceste atribute de performa n ță ale depozitelor, trebuie s ă se fac ă o
inventariere permanent ă a procesului de operare.
Metodele de inventariere ale depozitelor sunt:
• metoda volumetric ă;
• metoda de utilizare a datelor de performan ță (presiuni, debite) înregistrate în
timpul procesului de înmagazinare-extrac ție;
• metoda de analiz ă grafic ă a presiunilor.
Metoda volumetric ă implic ă integrarea presiunilor m ăsurate la sfâr șitul injec ției cu cele
estimate sau calculate pe baza factorului de expans iune, a geometriei suprafe ței și a porozit ății.
Calculul volumetric este comparat cu cantitatea de gaze înmagazinat ă, iar diferen țele care apar
constituie de fapt pierderi de gaze.
Utilizarea datelor de performan ță ale z ăcământului face posibil calculul capacit ății de
înmagazinare cu ajutorul presiunilor statice stabil izate înainte și dup ă perioadele de injec ție-

Proiect de diplom ă
57
extrac ție.
Analiza grafic ă a datelor de presiune implic ă trasarea func ției p/Z în raport cu cantitatea
de gaze extras ă sau înmagazinat ă. În func ție de panta dreptei se determin ă dac ă volumul
zăcământului este constant (în cazul unei linii drepte) sau dac ă acesta este un z ăcământ cu
împingere de ap ă (graficul este o curb ă).

Proiect de diplom ă
58
4. BREVIAR DE CALCUL

Să se determine o variant ă optim ă pentru înmagazinarea a 750 mil. Nm 3/sezon care s ă
asigure costuri minime de investi ții și de exploatare.
Se va determina num ărul de sonde necesar și puterea de comprimare necesar ă în
condi țiile în care num ărul de zile pentru injec ție este egal cu num ărul de zile pentru extreac ție și
anume 150 de zile.
Num ărul de sonde se va determina pentru condi țiile de la sfâr șitul ciclului de extrac ție
astfel încât acestea s ă asigure un debit zilnic egal cu debitul mediu ziln ic pe sezon.
Puterea de comprimare se va determina astfel încât s ă se asigure un debit zilnic de
injec ție la sfâr șitul ciclului de injec ție egal cu debitul mediu zilnic pentru ciclul de in jec ție.

Caracteristici:
-zăcământ cu contur închis sub ac țiunea destinderii elastice a gazului
-rezerva ini țial ă de gaze: g?= 3∙10 w [mN3]
-adâncimea z ăcământului: ` = 1200 [ m]
-temperatura de z ăcământ: I = 50℃ = 323,15[ K]
-presiunea ini țial ă de z ăcământ: 97= 132 [bar ]
-ecua ția caracteristic ă unei sonde de comportare medii este:
-pentru faza de extrac ție:
10 ∙10 )∙=9−9
~
(4.1)
-pentru faza de injec ție:
−10 ∙10 )∙=9−9
~ ,
(4.2)
în care:
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul, [mN3/zi];
P z – presiunea de z ăcământ, [bar];
P df – presiunea dinamic ă de fund, [bar].
Elemente de cost:
– forajul unei sonde: 1000€/m
– costul pentru comprimare: 1000€/cP
– cost gaze pern ă: 120€/1000 mN3 înmagazina ți

Proiect de diplom ă
59
Cele trei variante de analiz ă pentru convertirea z ăcământului în depozit vor fi:
1. Cumulativul extras la momentul convertirii este de 0,75∙10 w@).
2. Cumulativul extras la momentul convertirii este de 1,5∙10 w@).
3. Cumulativul extras la momentul convertirii este de 2,25∙10 w@).

Fig. 4.1. Cumulativul extras la momentul convertirii.

4.1. Partea I

Calculul pentru varianta 1:
g? 3∙10 w x@)y
`  1200 x@y
I 50z  323,15 x€y
97 132 xp‚ ]
9
~  30 xp‚y
9Q 12 xp‚y (presiunea în sistemul de transport)
9/ 10 xp‚y
ƒ7„…  150 x2y

Proiect de diplom ă
60
Calcul ăm presiunea de z ăcământ pentru varianta 1 cu rela ția:
9/ 
/=97
7∙1−∆†
g?%,
(4.3)
unde:
P za1 – presiunea de z ăcământ pentru varianta 1, [bar];
P zi – presiunea de z ăcământ ini țial ă, [bar];
Z a1 – factorul de compresibilitate perntru varianta 1;
Z i – factorul de compresibilitate ini țial;
∆G – perna, [ @)];
G 0 – rezerva ini țial ă de gaze, [ @)].
Calcul ăm presiunea redus ă (P r) și temperatura redus ă (T r) pentru a putea determina factorul de
compresibilitate (Z):
9.=9
9-,
(4.4)
unde:
P r – presiunea redus ă;
P z – presiunea de z ăcământ, [bar];
P c – presiunea critic ă a gazului metan, [bar].

.=

-,
(4.5)
unde:
T r – temperatura redus ă;
T r – temperatura de z ăcământ, [K];
T c – temperatura critic ă a gazului metan, [K].
9.=9
9-=132
46,5=2,83

.=

-=323,15
191 = 1,69
Pentru P z=132 bar și P r=2,83 alegem din tabel valoarea lui Z ca fiind 0,88 .

Proiect de diplom ă
61
Tabelul 4.1. Valori ale presiunilor și a factorului Z pentru varianta 1.
Pz
[bar] Pr Z Pz/z
[bar]
132 2,83 0,88 150
120 2,58 0,88 136,36
110 2,36 0,89 123,59
100 2,15 0,9 111,11
90 1,93 0,91 98,90
80 1,72 0,92 86,95
70 1,5 0,93 75,26
60 1,29 0,94 63,82
50 1,07 0,95 52,63
40 0,86 0,96 41,66
30 0,64 0,97 30,92

9/ 
/=97
7∙1−∆†
g?%
(4.6)

9/
/=97
7∙1−∆†
g?%=132
0,88 ∙1−0,75
3%= 112,5 [bar]

Extrapolând, vom avea:
100 P z…………………………………111,11 P z/z
X P za1 ……………………………….112,5 P z/z

⟹‹ =100∙112,5
111,11 ⟹9/= 101,25 [bar]

Pentru a calcula num ărul de sonde N sonde , vom calcula mai întâi debitul mediu pentru faza de
extrac ție qze pentru o sond ă:

10 ∙10 )∙N… =9/ −9
~ ,
(4.7)

Proiect de diplom ă
62

unde:
q ze – debitul mediu pentru faza de extrac ție, [mN3/zi];
P za1 – presiunea de z ăcământ, [bar];
P df – presiunea dinamic ă de fund, [bar].
10∙10 )∙N… = 9/−9
~ ⟹10∙10 )∙N… = 101,25 −30 ⟹

⟹ N… =101,25 −30
10∙10 )=935.156,26 [@)/2]

Calcul ăm debitul zilnic pe întreg depozitul Q z, cu rela ția:
=∆G
ƒ7„…
(4.8)

=∆G
ƒ7„… =0,75∙10 w
150 = 5∙10 Ž [@)/2]

ƒ!m
… =
N… ,
(4.9)
unde:
N sonde – num ărul de sonde;
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul [ m‘)/2]
q ze – debitul mediu pentru faza de extrac ție, [mN3/zi]

ƒ!m
… =
N… =5∙10 Ž
935156,26 = 5,34 ≅ 6 sonde

Pentru faza de injec ție avem:

9
~7 −9=10 ∙10 )∙N7 ,
(4.10)

Proiect de diplom ă
63
unde:
P dfi – presiunea dinamic ă de fund în faza de injec ție, [bar];
P z – presiunea de z ăcământ, [bar];
q zi – debitul mediu pentru faza de injec ție, [mN3/zi].
Calcul ăm debitul mediu pentru faza de injec ție q zi cu rela ția:
N7 =
ƒ!m
… ,
(4.11)
unde:
N sonde – num ărul de sonde;
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul, [m‘)/zi]
q zi – debitul mediu pentru faza de injec ție, [mN3/zi]

N7 =
ƒ!m
… =5∙10 Ž
6⟹ N7 = 833.333,33 [@)/zi]

9
~7 −9=10 ∙10 )∙N7 ⟹
(4.12)
⟹ 9
~7 −132 = 10∙10 )∙833.333,33 ⟹

9
~7 =š10∙10 )∙833.333,33+132 = 160,49 [bar]

Se translateaz ă presiunea dinamic ă de fund P df în presiune dinamic ă la capul de erup ție.
Consider ăm diferen ța cauzat ă de coloana de gaz pentru adâncimea dat ă de 1200m ca fiind 15
bar.

9
-… =9
~7 −∆-P ,
(4.13)
unde:
P dce – presiunea dinamic ă la capul de erup ție, [bar];
P dfi – presiunea dinamic ă de fund în faza de inhec ție, [bar];
∆pcg – diferen ța de presiune cauzat ă de coloana de gaz, [bar].

9
-… = 9
~7 −∆ = 160,49−15 = 145,49 [bar]

Proiect de diplom ă
64
Se consider ă totalitatea pierderilor de presiune de pe conducte ca fiind 2 bar.

9.…~ =9
-… +∆Q,
(4.14)
unde:
P ref – presiunea de referin ță , [bar];
P dce – presiunea dinamic ă la capul de erup ție, [bar];
∆pt – diferen ța de presiune de pe conducte, [bar].

9.…~ = 9
-… +∆Q=145,49+2 = 147,49 [bar]

Determin ăm puterea necesar ă comprim ării cu rela ția:

ƒ=0,166 ∙ .∙
24 s9.…~
9/%›
›
−1t,
(4.15)
unde:
N – puterea necesar ă comprim ării, [cP];
k r – coeficient specific pentru compresor;
k – coeficient adiabatic;
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul, [mN3/zi];
P ref – presiunea de referin ță , [bar];
P a – presiunea de aspira ție la faza de injec ție, [bar].
= 1,33
.= 1,1…1,3;Adopt .= 1,2

ƒ = 0,166∙ .∙
24 s9.…~
9/%›
›
−1t =0,166∙1,2∙5∙10 Ž
24 s147,49
10 %,))
,))
−1t ⟹

⟹ ƒ = 39.417,38 [cP]

Proiect de diplom ă
65
Calculul pentru varianta 2:
g?=3∙10 w [@)]
` = 1200 [@]
I = 50℃ = 323,15 [€]
97= 132 [p‚ ]
9
~ = 30 [p‚]
9Q= 12 [p‚] (presiunea în sistemul de transport)
9/= 10 [p‚]
ƒ7„… = 150 [2]
Calcul ăm presiunea de z ăcământ pentru varianta 2 cu rela ția:

9/
/=97
7∙1−∆†
g?%,
(4.16)

unde:
P za2 – presiunea de z ăcământ pentru varianta 2, [bar];
P zi – presiunea de z ăcământ ini țial ă, [bar];
Z a2 – factorul de compresibilitate perntru varianta 2;
Z i – factorul de compresibilitate ini țial;
∆G – perna, [ @)];
G 0 – rezerva ini țial ă de gaze, [ @)].
Calcul ăm presiunea redus ă (P r) și temperatura redus ă (T r) pentru a putea determina factorul de
compresibilitate (Z):

9.=9
9-,
(4.17)
unde:
P r – presiunea redus ă;
P z – presiunea de z ăcământ, [bar];
P c – presiunea critic ă a gazului metan, [bar].

Proiect de diplom ă
66

.=

-,
(4.18)
unde:
T r – temperatura redus ă;
T r – temperatura de z ăcământ, [K];
T c – temperatura critic ă a gazului metan, [K].

9.=9
9-=132
46,5=2,83

.=

-=323,15
191 = 1,69
Pentru P z=132 bar și P r=2,83 alegem din tabel valoarea lui Z ca fiind 0,88 .

Tabelul 4.2. Valori ale presiunilor și a factorului Z pentru varianta 2.
Pz
[bar] Pr Z Pz/z
[bar]
132 2,83 0,88 150
120 2,58 0,88 136,36
110 2,36 0,89 123,59
100 2,15 0,9 111,11
90 1,93 0,91 98,90
80 1,72 0,92 86,95
70 1,5 0,93 75,26
60 1,29 0,94 63,82
50 1,07 0,95 52,63
40 0,86 0,96 41,66
30 0,64 0,97 30,92

9/
/=97
7∙1−∆†
g?%
(4.19)

Proiect de diplom ă
67
9/
/=97
7∙1−∆†
g?%=132
0,88 ∙1−1,5
3%= 75 [bar]

Extrapolând, vom avea:
70 P z…………………………………75,26 P z/z
X P za2 …………………………………..75 P z/z

⟹ ‹ =70∙75
75,26 ⟹ 9/= 69,75 [bar]

Pentru a calcula num ărul de sonde N sonde , vom calcula mai întâi debitul mediu pentru faza de
extrac ție qze pentru o sond ă:

10 ∙10 )∙N… =9/ −9
~ ,
(4.20)
unde: q ze – debitul mediu pentru faza de extrac ție, [mN3/zi];
P za2 – presiunea de z ăcământ, [bar];
P df – presiunea dinamic ă de fund, [bar].

10∙10 )∙N… = 9/−9
~ ⟹ 10∙10 )∙N… = 69,75 −30 ⟹

⟹ N… =69,75 −30
10∙10 )= 396.506,25 [@ )/2]

Calcul ăm debitul zilnic pe întreg depozitul Q z, cu rela ția:

=∆G
ƒ7„…
(4.21)

=∆G
ƒ7„… =0,75∙10 w
150 = 5∙10 Ž [@)/2]

Proiect de diplom ă
68
ƒ!m
… =
N… ,
(4.22)
unde:
N sonde – num ărul de sonde;
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul [ m‘)/2]
q ze – debitul mediu pentru faza de extrac ție, [mN3/zi]

ƒ!m
… =
N… =5∙10 Ž
396.506,25= 12,61 ≅ 13 sonde

Pentru faza de injec ție avem:

9
~7 −9/ =10 ∙10 )∙N7 ,
(4.23)
unde:
P dfi – presiunea dinamic ă de fund în faza de injec ție, [bar];
P za2 – presiunea de z ăcământ, [bar];
q zi – debitul mediu pentru faza de injec ție, [mN3/zi].
Calcul ăm debitul mediu pentru faza de injec ție q zi cu rela ția:

N7 =
ƒ!m
… ,
(4.24)
unde:
N sonde – num ărul de sonde;
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul, [m‘)/zi]
q zi – debitul mediu pentru faza de injec ție, [mN3/zi]
N7 =
ƒ!m
… =5∙10 Ž
13 ⟹ N7 = 384.615,38 [@ )/zi]

9
~7 −9/ =10 ∙10 )∙N7 ⟹
(4.25)
⟹ 9
~7 −101,25 = 10∙10 )∙384.615,38 ⟹
9
~7 =š10∙10 )∙384.615,38+101,25 =118,73 [bar]

Proiect de diplom ă
69
Se translateaz ă presiunea dinamic ă de fund P df în presiune dinamic ă la capul de erup ție.
Consider ăm diferen ța cauzat ă de coloana de gaz pentru adâncimea dat ă de 1200m ca fiind 12
bar.
9
-… =9
~7 −∆-P ,
(4.26)
unde:
P dce – presiunea dinamic ă la capul de erup ție, [bar];
P dfi – presiunea dinamic ă de fund în faza de inhec ție, [bar];
∆pcg – diferen ța de presiune cauzat ă de coloana de gaz, [bar].

9
-… = 9
~7 −∆ =118,73−12 = 106,73 [bar]

Se consider ă totalitatea pierderilor de presiune de pe conducte ca fiind 2 bar.

9.…~ =9
-… +∆Q,
(4.27)
unde:
P ref – presiunea de referin ță , [bar];
P dce – presiunea dinamic ă la capul de erup ție, [bar];
∆pt – diferen ța de presiune de pe conducte, [bar].

9.…~ = 9
-… +∆Q= 106,73+2 = 108,73 [bar]

Determin ăm puterea necesar ă comprim ării cu rela ția:

ƒ=0,166 ∙ .∙
24 s9.…~
9/%›
›
−1t, (4.28)
unde:
N – puterea necesar ă comprim ării, [cP];
k r – coeficientul specific pentru compresor;
k – coeficientul adiabatic;
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul, [mN3/zi];
P ref – presiunea de referin ță , [bar];
P a – presiunea de aspira ție la faza de injec ție, [bar].

Proiect de diplom ă
70
=1,33
.= 1,1…1,3;Adopt .= 1,2

ƒ = 0,166∙ .∙
24 s9.…~
9/%›
›
−1t =0,166∙1,2∙5∙10 Ž
24 s108,73
10 %,))
,))
−1t ⟹
⟹ ƒ = 33.521,78 [cP]

Calculul pentru varianta 3:
g?=3∙10 w [@)]
` = 1200 [@]
I = 50℃ = 323,15 [€]
97= 132 [p‚ ]
9
~ = 30 [p‚]
9Q= 12 [p‚] (presiunea în sistemul de transport)
9/= 10 [p‚]
ƒ7„… = 150 [2]
Calcul ăm presiunea de z ăcământ pentru varianta 1 cu rela ția:

9/ )
/)=97
7∙1−∆†
g?%,
(4.29)
unde:
P za3 – presiunea de z ăcământ pentru varianta 3, [bar];
P zi – presiunea de z ăcământ ini țial ă, [bar];
Z a3 – factorul de compresibilitate perntru varianta 3;
Z i – factorul de compresibilitate ini țial;
∆G – perna, [ @)];
G 0 – rezerva ini țial ă de gaze, [ @)].
Calcul ăm presiunea redus ă (P r) și temperatura redus ă (T r) pentru a putea determina factorul de
compresibilitate (Z):
9.=9
9-,
(4.30)

Proiect de diplom ă
71
unde:
P r – presiunea redus ă;
P z – presiunea de z ăcământ, [bar];
P c – presiunea critic ă a gazului metan, [bar].

.=

-,
(4.31)
unde:
T r – temperatura redus ă;
T r – temperatura de z ăcământ, [K];
T c – temperatura critic ă a gazului metan, [K].

9.=9
9-=132
46,5=2,83

.=

-=323,15
191 = 1,69
Pentru P z=132 bar și P r=2,83 alegem din tabel valoarea lui Z ca fiind 0,88 .

Tabelul 4.3. Valori ale presiunilor și a factorului Z pentru varianta 3.
Pz
[bar] Pr Z Pz/z
[bar]
132 2,83 0,88 150
120 2,58 0,88 136,36
110 2,36 0,89 123,59
100 2,15 0,9 111,11
90 1,93 0,91 98,90
80 1,72 0,92 86,95
70 1,5 0,93 75,26
60 1,29 0,94 63,82
50 1,07 0,95 52,63
40 0,86 0,96 41,66
30 0,64 0,97 30,92

Proiect de diplom ă
72
9/ )
/)=97
7∙1−∆†
g?%
(4.32)

9/)
/)=97
7∙1−∆†
g?%=132
0,88 ∙1−2,25
3% = 37,5 [bar]

Extrapolând, vom avea:
40 P z…………………………………41,66 P z/z
X P za3 ……………………………….37,5 P z/z

⟹ ‹ =40∙37,5
41,66 ⟹9/)= 36 [bar]

Pentru a calcula num ărul de sonde N sonde , vom calcula mai întâi debitul mediu pentru faza de
extrac ție qze pentru o sond ă:

10 ∙10 )∙N… =9/ )−9
~ ,
(4.33)
unde:
q ze – debitul mediu pentru faza de extrac ție, [mN3/zi];
P za3 – presiunea de z ăcământ, [bar];
P df – presiunea dinamic ă de fund, [bar].

10∙10 )∙N… = 9/)−9
~ ⟹ 10∙10 )∙N… = 36 −30 ⟹

⟹ N… =36 −30
10∙10 )=39.600 [@)/2]

Calcul ăm debitul zilnic pe întreg depozitul Q z, cu rela ția:
=∆G
ƒ7„…
(4.34)

Proiect de diplom ă
73
=∆G
ƒ7„… =0,75∙10 w
150 = 5∙10 Ž [@)/2]

ƒ!m
… =
N… ,
(4.35)
unde:
N sonde – num ărul de sonde;
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul [ m‘)/2]
q ze – debitul mediu pentru faza de extrac ție, [mN3/zi]

ƒ!m
… =
N… =5∙10 Ž
39600 = 126,26 ≅ 6 sonde

Pentru faza de injec ție avem:

9
~7 −9=10 ∙10 )∙N7 ,
(4.36)
unde:
P dfi – presiunea dinamic ă de fund în faza de injec ție, [bar];
P z – presiunea de z ăcământ, [bar];
q zi – debitul mediu pentru faza de injec ție, [mN3/zi].
Calcul ăm debitul mediu pentru faza de injec ție q zi cu rela ția:

N7=
ƒ!m
… ,
(4.37)
unde:
N sonde – num ărul de sonde;
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul, [m‘)/zi]
q zi – debitul mediu pentru faza de injec ție, [mN3/zi]
N7 =
ƒ!m
… =5∙10 Ž
127 ⟹N7 = 39.370,07 [@)/zi]
9
~7 −9=10 ∙10 )∙N7 ⟹
(4.38)

Proiect de diplom ă
74

⟹ 9
~7 −69,75 =10∙10 )∙39.370,07 ⟹

9
~7 =š10∙10 )∙39.370,07+69,75 = 72,51 [bar]

Se translateaz ă presiunea dinamic ă de fund P df în presiune dinamic ă la capul de erup ție.
Consider ăm diferen ța cauzat ă de coloana de gaz pentru adâncimea dat ă de 1200m ca fiind 8 bar.

9
-… =9
~7 −∆-P ,
(4.39)

unde:
P dce – presiunea dinamic ă la capul de erup ție, [bar];
P dfi – presiunea dinamic ă de fund în faza de inhec ție, [bar];
∆pcg – diferen ța de presiune cauzat ă de coloana de gaz, [bar].

9
-… = 9
~7 −∆ = 72, 51−8 = 64,51 [bar]

Se consider ă totalitatea pierderilor de presiune de pe conducte ca fiind 2 bar.

9.…~ =9
-… +∆Q,
(4.40)
unde:
P ref – presiunea de referin ță , [bar];
P dce – presiunea dinamic ă la capul de erup ție, [bar];
∆pt – diferen ța de presiune de pe conducte, [bar].

9.…~ = 9
-… +∆Q= 64,51+2 = 66,51 [bar]

Determin ăm puterea necesar ă comprim ării cu rela ția:

ƒ=0,166 ∙ .∙
24 s9.…~
9/%›
›
−1t, (4.41)

Proiect de diplom ă
75

unde:
N – puterea necesar ă comprim ării, [cP];
k r – coeficientul specific pentru compresor;
k – coeficientul adiabatic;
Q z – debitul zilnic pe întreg depozitul, [mN3/zi];
P ref – presiunea de referin ță , [bar];
P a – presiunea de aspira ție la faza de injec ție, [bar].
=1,33
.= 1,1…1,3;Adopt .= 1,2

ƒ = 0,166∙ .∙
24 s9.…~
9/%›
›
−1t = 0,166∙1,2∙5∙10 Ž
24 s66,51
10 %,))
,))
−1t ⟹

⟹ ƒ = 24.908,4 [cP]

Proiect de diplom ă
76
4.2. Partea II

Calculul economic
Calculul economic pentru varianta 1.
1. Calculul economic pentru sonde: 6∙1200 [@]∙1000 [€/@]= 7,2∙10 Ž [€]
2. Calculul economic pentru comprimare: 39.417,38 [H9 ]∙1000 [€/H9 ]= 39,41∙10 Ž [€]
3. Calculul economic pentru pern ă: 2.25∙10 w [@)]∙?
??? [€/@)]= 270∙10 Ž [€]
4. Calculul economic pentru operare: 0,75∙10 w [@)]∙
??? [€/@)]= 0,75∙10 Ž [€]
Totalul investi ției: ¤Z¥,¤¦∙Z_ ¦ [€]

Calculul economic pentru varianta 2.
1. Calculul economic pentru sonde: 13∙1200 [@]∙1000 [€/@]= 15,6∙10 Ž [€]
2. Calculul economic pentru comprimare: 33.521,78 [H9 ]∙1000 [€/H9 ]= 33,25∙10 Ž [€]
3. Calculul economic pentru pern ă: 1,5∙10 w [@)]∙?
??? [€/@)]= 180∙10 Ž [€]
4. Calculul economic pentru operare: 0,75∙10 w [@)]∙
??? [€/@)]= 0,75∙10 Ž [€]
Totalul investi ției: \\§,¦∙Z_ ¦ [€]

Calculul economic pentru varianta 3.
1. Calculul economic pentru sonde: 127∙1200 [@]∙1000 [€/@]= 152,4∙10 Ž [€]
2. Calculul economic pentru comprimare: 24.908,4 [H9 ]∙1000 [€/H9 ]= 24,9∙10 Ž [€]
3. Calculul economic pentru pern ă: 0,75∙10 w [@)]∙?
??? a€
5¨©d= 90∙10 Ž [€]
4. Calculul economic pentru operare: 0,75∙10 w [@)]∙
??? [€/@)]= 0,75∙10 Ž [€]
Totalul investi ției: \¦ă,_«∙Z_ ¦ [€]

Proiect de diplom ă
77
5. CONCLUZII

Prin calcule, s-a încercat determinarea unei varia nte optime pentru înmagazinarea unei
cantit ăți de 750 mil. Nm 3, variant ă care s ă asigure costuri mici de investi ție și de exploatare.
În urma calculelor s-au ob ținut urm ătoarele rezultate:
• în cazul primei variante, am ob ținut un num ăr de 6 sonde, o putere de comprimare
N=39.417,38 CP, iar perna este de 2.25∙10 w Nm 3;
• în cazul celei de-a doua variante, am ob ținut un num ăr de 13 sonde, o putere de
comprimare N=33.521,78 CP, iar perna este de 1,5∙10 w Nm 3;
• în cazul celei de-a treia variante, am ob ținut un num ăr de 127 de sonde, o putere de
comprimare N=24.908,4 CP, iar perna este de 0.75.
Pentru fiecare dintre cele trei variante s-a f ăcut un calcul economic, din care a rezultat
urm ătoarele:
• în cazul primei variante, am ob ținut costul pentru sonde ca fiind egal cu 7,2∙10 Ž €,
costul pentru comprimare ca fiind egal cu 39,41∙10 Ž €, costul pernei ca fiind egal cu
270∙10 Ž € și costul pentru operare ca fiind de 0,75∙10 Ž €. Totalul investi țiilor pentru
varianta întâi, este de 317,36∙10 Ž €;
• în cazul celei de-a doua variante, am ob ținut costul pentru sonde ca fiind egal cu 15,6∙
10 Ž €, costul pentru comprimare ca fiind egal cu 33,25∙10 Ž €, costul pernei ca fiind
egal cu 180∙10 Ž € și costul pentru operare ca fiind de 0,75∙10 Ž €. Totalul investi țiilor
pentru varianta a doua, este de 229,6∙10 Ž €;
• în cazul celei de-a treia variante, am ob ținut costul pentru sonde ca fiind egal cu 152,4∙
10 Ž €, costul pentru comprimare ca fiind egal cu 24,9∙10 Ž €, costul pernei ca fiind egal
cu 90∙10 Ž € și costul pentru operare ca fiind de 0,75∙10 Ž €. Totalul investi țiilor pentru
varianta a treia, este de 268,05∙10 Ž €.

Proiect de diplom ă
78
Rezultatele calculelor sunt con ținute în urm ătorul tabel:

Tabelul 5.1. Rezultatele finale ale calculelor.
Varianta 1 Varianta 2 Varianta 3
Pmax
[bar] 132 101,25 69,75
Pmin
[bar] 101,25 69,75 36
qe
[¬­¤/[r ] 935.156,26 396.506 39.600
qi
[¬­¤/[r ] 833.333,33 384.615,38 39.370,07
Nr.
sonde 6 13 127
N
[cP] 39.417,38 33.521,78 24.908,4
Valoarea investi ției
[€] 317,36 ∙10 6 229,6 ∙10 6 268,05 ∙10 6

În concluzie, putem spune c ă varianta a doua este varianta optim ă de înmagazinare,
deoarece, în compara ție cu celelalte dou ă variante, aceasta implic ă cele mai mici costuri.

Proiect de diplom ă
79
BIBLIOGRAFIE

1. Pavlovschi, N., -Înmagazinarea si comercializarea g azelor naturale, Editura Universit ății
„Lucian Blaga”, Sibiu, 2000.

2. Ștef ănescu , D-P., -Înmagazinarea si comercializarea gaz elor Naturale, Editura
Universit ății „Lucian Blaga”, Sibiu, 2007.

3. Soare, Al.,Zamfirescu, M., -Înmagazinarea gazelor n aturale, Editura Universit ății din
Ploie ști, 2005.

4. Sandu, V., -Depozitarea gazelor naturale”, Suport d e curs.

5. Oroveanu, T., -Colectarea, transportul, depozitarea și distribu ția produselor petroliere și
gazelor, Editura Tehnic ă, Bucure ști, 1999.

6. Nistor, I., -Proiectarea exploat ării z ăcămintelor de hidrocarburi fluide, Editura
Universității Petrol și Gaze, Ploie ști, 1994.

7. Ștef ănescu, D.P., -Teorie și aplica ții numerice în ingineria z ăcămintelor de gaze naturale,
Editura Universit ății „Lucian Blaga”, Sibiu, 2002.

8. Foida ș, I., -Testarea și producerea z ăcămintelor de gaze naturale, Editura Universit ății
„Lucian Blaga”, Sibiu, 2014.

9. *** http://www.energyinfrastructure.org

10. *** www.academia.edu

11. *** www.romgaz.ro