تعیین شکل بهینه مغارهای نمکی ذخیره گاز با استفاده از روش‌های عددی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی معدن و متالورژی/ دانشگاه یزد

10.17383/S2251-6565(15)940911-X

چکیده

استفاده از مغارهای نمکی برای ذخیره‌سازی هیدروکربن‌های سیال، به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین روش‌ها بکار گرفته می‌شود. اطمینان از پایداری مغارهای نمکی ذخیره گاز و در عین حال اقتصادی بودن نسبت گاز بیشینه به کمینه، همواره مسئله‌ای مهم بوده که تاکنون در ایران کمتر به آن پرداخته شده است. با توجه به خصوصیات سنگ نمک و عمق زیاد، تنش عمده در این ناحیه تنش ثقلی است که این تنش به صورت یک فشار خارجی به مغار وارد می‌شود و سبب کاهش حجم مغار می‌شود. در مقابل با توجه به اینکه در مغارهای نمکی امکان بکارگیری نگهداری‌های مرسوم در مغارهای سنگی مانند شاتکریت، پیچ‌سنگ و غیره وجود ندارد، پایداری مغار تنها با ایجاد یک فشار داخلی (عکس‌العمل) به وسیله گاز درون مغار تأمین می‌شود.این مقاله به بررسی پایداری مغارهای نمکی ذخیره گاز می‌پردازد. مشخصات هندسی و ژئومکانیکی محدوده مورد مطالعه در جنوب ایران، در نظر گرفته شده و در ادامه پایداری دو مغار کپسولی و هویجی شکل در محیطی پیوسته با استفاده از نرم‌افزارهای Phase2 و FLAC3D بررسی شده است. با مدلسازی هندسی و مکانیکی این مغارها بر پایه روش اجزاء محدود و تفاضل محدود در عمق مربوط، فشار کمینه (پایه) و بیشینه گاز جهت پایداری مغارها تعیین گردید و بر این اساس نسبت گاز کاری برای مغارها محاسبه شد. مقایسه این نتایج نشان داد که در حالت پایدار مغار هویجی شکل دارای نسبت گاز کاری بیشتری بوده که این مطلب بیانگر صرفه اقتصادی بیشتر این نوع مغار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Determination of the Optimized Shape of Salt Caverns for Gas Storage

نویسندگان [English]

  • Asghar Siahmansouri
  • Mohammad Fatehi Marji
  • Abolfazl Abdollahipour
Dept. of Mining and Metallurgy/ Yazd University
چکیده [English]

Using salt caverns is one of the most developed methods for fluid hydrocarbon storage. Certainty of caverns stability and simultaneously having an economical working gas ratio, are important factors that rarely have been considered in Iran. Considering salt rock characteristics and high overburden, the gravitational stress can be assumed dominant. In situ stress acts as an external pressure and causes cavern convergence. Since conventional rock supports e.g. shotcrete, rock bolt, etc. are not applicable in the salt caverns; the cavern stability can only be achieved by an internal pressure caused by the gas inside the cavern. The paper deals with salt cavern stability analysis for gas storage. Specific geometrical and geotechnical properties (with the general properties of salt domes located in the Southwest of Iran) have been modeled by Phase2 and FLAC3D softwares. Geometrical and mechanical modeling of these caverns in finite difference and finite element in desired depth, determined the minimum and maximum gas pressure for cavern stability and working gas pressure was calculated as well. Comparison of these results implies that carrot shape cavern is more economical.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical modeling
  • Salt Caverns
  • Finite Element method
  • Finite Element Difference
  • Phase2
  • FLAC3D
[1] Höffler, F., & Kübler, M. (2007). Demand for storage of natural gas in northwestern Europe: Trends 2005–30. Energy Policy, 35(10), 5206-5219
[2] Energy Information Administration; (2002); “The Basic of Underground Natural Gas Storage”.  U.S. Energy Information Administration.
[3] Veil, J. A. (1997). Costs for Off-Site Disposal of Nonhazardous Oil Field Wastes: Salt Caverns Versus other Disposal Methods. ARGONNE NATIONAL LAB IL ENVIRONMENTAL ASSESSMENT AND INFORMATION SCIENCES DIV.
[4] U.S. Department of Energy; Argonne National Laboratory. (2010). “Argonne Home-Environmental Science Division -Programs/Projects”
http://www.ead.anl.gov/titan_rutile.htm; pp. 1-2.
[5] Thoms, R. L., & Gehle, R. M. (2000). A brief history of salt cavern use. In The 8th World Salt Symposium.[S. l.]: Elsevier (Vol. 2, pp. 207-214).
[6] Arbent, M. (2001). “Environmental geology”. Translated by Hormozi, Ahmad. Tehran Univestiy Publication Center.
[7] Warren, J. K. (2006). Evaporites: sediments, resources and hydrocarbons. Springer Science & Business Media.
[8] Veil, J. A. (2000); “Salt cavern & their use for disposal of oil field wastes”, By Argonne National Laboratory for the U.S. Department of Energy.
[9] Istvan, J. A., Evans, L. J., Weber, J. H., & Devine, C. (1997). Rock mechanics for gas storage in bedded salt caverns. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34(3), 142-e1.
[10] Staudtmeister, K., & Rokahr, R. B. (1997). Rock mechanical design of storage caverns for natural gas in rock salt mass. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34(3), 300-e1.
[11] Heusermann, S., Rolfs, O., & Schmidt, U. (2003). Nonlinear finite-element analysis of solution mined storage caverns in rock salt using the LUBBY2 constitutive model. Computers & structures, 81(8), 629-638.
[12] Huang, X., & Xiong, J. (2011). Numerical simulation of gas leakage in bedded salt rock storage cavern. Procedia Engineering, 12, 254-259.
[13] Berest, P., Brouard, B., Karimi-Jafari, M., & Van Sambeek, L. (2007). Transient behavior of salt caverns—interpretation of mechanical integrity tests. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 44(5), 767-786.
[14] Bahroudi, A., Talbot, C. J. (2008). “Shapes and timing of structures in Hormouz salt in the Zagros basin”, Hans Ramberg Tectonic Laboratory, Department of Earth science, Uppsala University.
[15] Jackson, M. P. I., Cornelius, R. R., Craig, C. H., Gansser, A., Stocklin, J, Talbot, C. J. (1990). “Salt Diapirs of the Great Kavir, Central Iran”, Geological Society of American.
[16] Hampson, G., Lonergan, L., Sepehr, M., Bahroudi, A. (2005). “Sedimentological and stratigraphic record of salt diapir evolution, Southern Iran”, Department of Earth Science and Engineering , Imperial College.
[17] Rocscience Incorporation. (2005). Phase 2 Manual.
[18] DeVries, K. L.; Mellegard, K. D.; Callahan, G. D. (2002). “Salt Damage Criterion Proof-of-Concept Research Final Report”, Rapid City, South Dakota, pp. 1-20.
[19] DeVries K. L.; Mellegard K. D., Callahan G. D. (2003); “Cavern design using a salt damage criterion: proof-of-concept research final report. In: Proceedings of the SMRI spring meeting”, Houston, 1-18.
[20] Itasca Consulting Group, Inc. (2005). “FLAC 3D Fast Lagrangian Analysisof Continua in 3Dimensions”. Ver. 3.00 User’s Manual. Minneapolis: Itasca.
[21] Lee, B.; Kesler, M. (1975). “A Generalized Thermodynamic Correlation Based on Three-parameter Corresponding States”.  AIChE J., 21(3), 510-527.
[22] Sonntag, R. E., Borgnakke, C., Van Wylen, G. J., & Van Wyk, S. (1998). Fundamentals of thermodynamics (Vol. 6). New York: Wiley.