AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA im. Stanisława Staszica
WYDZIAŁ WIERTNICTWA, NAFTY I GAZU
Sprawozdanie z praktyki eksploatacyjnej
Napisał:
Wojciech Marczak
Rok III
103829
W dniach 23-27 czerwiec 2003 r odbyłem praktykę eksploatacyjną na ośrodku kopalń Ostrów Wlkp. Miejsce zakwaterowania znajdowało się w miejscowości Garki koło Odolanowa.
W pierwszym dniu (poniedziałek) na krótkim zebraniu organizacyjnym zapoznałem się z ogólnym programem praktyki a następnie wraz z resztą grupy przeszedłem na pobliską kopalnie Bogdaj-Uciechów-Czeszów. Jest to najstarsza kopalnia na Niżu Wielkopolskim i największa pod względem powierzchni w Polsce. Eksploatacja, która odbywa się od 1970r prowadzona jest z głębokości ok. 1500m (horyzontami gazonośnymi są wapień podstawowy i czerwony spągowiec) i dostarcza ona ok. 20 tyś m3 gazu ziemnego na godzinę, w którego składzie duży udział-do 50% ma azot. W gazie tym w ilości ok. 0,4% objętościowo znajduje się hel. Taka zawartość tego szlachetnego gazu sprawia że są to jedne z najbogatszych zawartości helu w wydobywanym gazie ziemnym na świecie. Wydobyty gaz przesyłany jest do zakładu KRIO w Odolanowie, gdzie następuje jego obróbka.
Złoże B-U-Cz podzielono początkowo na 4 ośrodki grupowe (obecnie są 3), gdzie na każdym ośrodku osobno odbywała się redukcja ciśnienia, osuszanie, oraz pomiar a następnie przesył gazu wspólnym kolektorem do ośrodka centralnego. Obecnie wskutek obniżającego się z czasem ciśnienia dodano sprężarki, których zadaniem jest sprężenie gazu do wymaganych w KRIO 3,4 MPa. Gdy ciśnienie było wysokie schemat odcinka redukcyjno-pomiarowego wygląda następująco: odwiert-głowica-zasuwy-oddzielacz-odcinek redukcyjno pomiarowy (min. zwężka obniżająca ciśnienie, zawór bezpieczeństwa, zwężka pomiarowa)-podgrzewacz-kolektor główny.
Na terenie ośrodka centralnego znajdują się kolumny absorpcyjne, gdzie następuje absorpcja wody z gazu za pomocą glikolu. Zawodniony glikol przesyłany jest do zbiornika grawitacyjnego, gdzie następuje wstępne oddzielenie wody, stamtąd do warników i zbiornika wyrównawczego. Następnie za pomocą pompek glikol podawany jest do kolumny. Na warnikach glikol podgrzewany jest do 160'C a w dalszym ciągu procesu obniżamy jego temperaturę, gdyż chłodny glikol jest lepszym absorbentem. W nowszym systemie osuszania glikol zastąpiono DEG-iem i TEG-iem.
Gaz eksploatowany w kopalni B-U-Cz wydobywany jest 2 sposobami:
Warunki gazowo-naporowe.
Warunki wodno-naporowe.
Specjalnie dla tego drugiego sposobu do jednego z otworów wtłaczana jest woda złożowa.
W drugim dniu (wtorek) udaliśmy się na kopalnie Żuchlów, niedaleko miejscowości Góra. Jest to podobnie jak B-U-Cz kopalnia starsza i w dużej części wyeksploatowana (22 mld m3 gazu na początku)-pozostało 4 mld m3, ale dająca 72 tyś m3 gazu na godzinę. W rekordowym 1986 roku dała ona 1 mld 200 mln m3. Wydobycie prowadzi się z głębokości 1208-1402, miąższość złoża max to 133,5m, a samo złoże stanowią utwory czerwonego spągowca. Ciśnienie początkowe wynosiło 14,5MPa, natomiast teraz ono 4,06MPa co wprowadziło konieczność zainstalowania sprężarek i sprężenia gazu do 6,2MPa, aby można było go przesłać do oddalonego o ok. 80 km Odolanowa. Ogólnie można powiedzieć że w złożu Żuchlów wydobywany jest gaz zaazotowany (57% CH4) z niedużą zawartością helu (0,18%).
W kopalni Żuchlów proces osuszania gazu następuje w 2 pracujących równolegle kolumnach absorpcyjnych (ODL-ach), z wypełnieniem typu MELLAPAK. Są to kolumny o średnicy wewnętrznej 1100mm na ciśnienie nominalne 7MPa, wysokość warstwy wypełnienia wynosi 2,94m. Każda kolumna jest podzielona poziomą przegrodą z kominkiem z rury na dwie części, część dolną stanowi separator ciekłej wody i część górną będącą właściwą kolumną absorpcyjną w której gaz spotyka się z wodnym roztworem glikolu trój etylowego (TEG-u) o stężeniu wagowym ok. 98,5%.
Gaz wydobyty ze złoża i zebrany w węźle redukcyjno-pomiarowym jest kierowany do dwóch istniejących bloków separacji gazu i wody złożowej złożonych z dwóch oddzielaczy typu ODL-70/800 każdy. Wydzielana w nich woda złożowa jest odprowadzana istniejącymi rurociągami do kopalnianego zbiornika wody złożowej. Wydzielany gaz jest odprowadzany do kolumn absorpcyjnych, gdzie przechodzi przez ich część stanowiącą oddzielacz, a dalej dostaje się do części absorpcyjnej w której jest oddzielany. Osuszony gaz wychodzący z kolumn absorpcyjnych kieruje się do dwóch istniejących bloków separacji gazu i glikolu. Część osuszonego gazu wychodzącego z każdej kolumny jest kierowana do wymiennika ciepła TEG-GAZ, w którym jest wykorzystywany do chłodzenia glikolu tłoczonego do kolumny. Osuszony gaz po wyjściu z bloku separacji glikolu jest doprowadzany do tłoczni gazu w której jest sprężany do ciśnienia 6,3MPa. Nasycony wodą glikol z kolumn absorpcyjnych jest odprowadzany stale do odgazowywacza glikolu, natomiast nasycony wodą glikol wydzielany w blokach separacji gazu i glikolu jest odprowadzany tam okresowo.
W odgazowywaczu w którym ma być utrzymywane ciśnienie 0,4MPa następuje wydzielenie zasadniczej części gazu ziemnego rozpuszczonego w TEG-u, gaz ten jest odprowadzany do sieci gazu opałowego. Przed wejściem do odgazowywacza glikol jest wykorzystywany do schładzania oparów z kolumny destylacyjnej regeneratora TEG-u, a sam ogrzewa się do temperatury ok. 40'C. Z odgazowywacza TEG jest przetłaczany ciśnieniem gazu do wymienników ciepła TEG-TEG, a następnie do kolumny destylacyjnej regeneratora. Przed wejściem do kolumny destylacyjnej odgazowany TEG jest podgrzewany do temperatury ok. 150'C. Kolumna destylacyjna jest częścią regeneratora TEG-u w skład którego oprócz kolumny destylacyjnej wchodzi jeszcze opalany gazem ziemnym warnik glikolu. W kolumnie destylacyjnej następuje częściowe odparowanie wody zawartej w nasyconym TEG-u który z kolumny spływa do warnika, gdzie jest podgrzewany do temperatury 200'C, potrzebnej do osiągnięcia wagowego stężenia 98,5% w zregenerowanym TEG-u. Opary z procesu regeneracji TEG-u spływające ze szczytu kolumny destylacyjnej kieruje się do skraplacza, gdzie chłodzone nasyconym TEG-iem ulegają skropleniu i przechodzą do zbiornika skroplin. W zbiorniku tym następuje wydzielanie resztek gazu ziemnego rozpuszczonego w kondensacie, gaz ten jest kierowany do atmosfery. Zebrany w zbiorniku skroplin kondensat jest okresowo przepompowywany do zbiornika wody złożowej. Zregenerowany TEG schłodzony w wymiennikach ciepła TEG-TEG strumieniem TEG-u kierowanego do regeneracji do temperatury 80'C, jest pompami dozującymi tłoczony do kolumn absorpcyjnych.
Trzeba dodać że na sprężarkach następuje strata ok. 10l oleju na dobę co powoduje konieczność usunięcia go z gazu przed wysłaniem do Odolanowa. Same sprężarki zrobiły na całej grupie ogromne wrażenie. Podobnie jak na kopalni B-U-Cz są to sprężarki Ariel Corp napędzane silnikiem gazowym Waukesha o mocy 1171kW.
Dzień trzeci został przeznaczony głównie na pobyt w zakładzie odazotowania gazu KRIO w Odolanowie. Jest to jeden z niewielu tego typu zakładów na świecie, będący swoistą „perełką” dla PGNiG.
Gaz ziemny wydobywany na Niżu Wlkp. zawiera w swoim składzie ok. 60% metanu, duży procent azotu, niewielki procent propanu, butanu, wyższych węglowodorów (gazolina), dwutlenku węgla a także śladowe ilości wodoru, neonu oraz co najważniejsze do 0,4% helu, dzięki któremu zakład KRIO jest bardzo dochodowy.
Instalacje w zakładzie dzięki której otrzymujemy gaz wysoko metanowy, ciekły azot i czysty hel można podzielić na 2 części.
„Część ciepłą” składającą się z:
Sekcji MEA-gdzie z gazu usuwa się dwutlenek węgla na zasadzie absorpcji w MEA (MonoEtanoloAmina) na kolumnie. Metodą tą usuwamy dwutlenek węgla do ilości 5 cząsteczek na 1 mln cząsteczek gazu (5ppm). MEA bogatą w dwutlenek węgla należy zregenerować poprzez obniżanie ciśnienia i podwyższanie temperatury co powoduje rozluźnianie się wiązań absorpcyjnych i co za tym idzie desorpcje, czyli usuwanie dwutlenek węgla z MEA do atmosfery.
Sekcji usuwania wilgoci-dokonujemy tego na absorbentach wypełnionych sitami molekularnymi o średniej średnicy sita 4 anksztremów. W ten sposób osuszamy gaz do 1ppm. Wtym przypadku regeneracja sit polega na obniżaniu ciśnienia i podwyższaniu temperatury do 200'C
Sekcji usuwania węglowodorów ciężkich z adsorberami wypełnionymi węglem aktywnym. Proces ten odbywa się przy ciśnieniu 1,8MPa i przy temperaturze 300'C. Czynnikiem regenerującym węgiel aktywny jest sam gaz opuszczający kolumnę.
„Część zimną” składającą się z:
Tzw. cold-boksów w których poprzez spadek ciśnienia otrzymujemy spadek temperatury gazu. Stosujemy turbiny ekspansyjne co pozwala jeszcze bardziej obniżyć temperaturę.
Kolumny retyfikacyjnej-gdzie w procesie kriogenicznej destylacji następuje rozdział na frakcje oczyszczonego wcześniej gazu na strumienie ciekłego metanu o temperaturze -164'C, ciekłego azotu i koncetratu helu zawierającego w swym składzie 88% helu oraz azot, neon, argon i wodór. Zwłaszcza ten ostatni jest ciężko usunąć z helu. Usuwamy go chemicznie poprzez podgrzanie do 150'C w obecności katalizatora (platyna,palad), a następnie podaniu tlenu z którym łączy się wodór tworząc wodę. Resztek azotu z helu pozbywamy się w separatorze z węglem aktywnym. W ten sposób w helu zostaje tylko 5ppm azotu. Neon i argon z helu usuwamy przez zastosowanie absorberów.
Wyżej wymienione czynności pozwalają na uzyskanie helu o czystości 99,999%
Produktami zakładu KRIO są tak już wspomniałem hel ( ciekły i gazowy), a także ciekły metan i azot (obydwa o bardzo wysokiej czystości), oraz oczywiście gaz wysoko metanowy spełniający wszystkie normy.
W dalszej części dnia udałem się w raz z grupą na kopalnie Tarchały. Jest to kopalnia wydobywająca 2000m3 gazy na godzinę, ze złoża znajdującego się w dolomicie (głębokość 1400-1500m - w 30% wyeksploatowane) i w czerwonym spągowcu (głębokość 1600-1700m - w 60% wyeksploatowane).Gaz w swoim składzie zawiera głównie metan (52-53%) i azot(43-44%), oraz hel(0,2%).
Na kopalni tej gaz z odwiertu kierowany jest na kolektor, następnie na separator, gdzie wytrąca się woda w postaci kropelkowej lub ciekłej(500l na miesiąc), z separatora na wymiennik woda-gaz, stamtąd na zwężkę redukcyjną i pomiarową. Następnie po przez zawór zwrotny na oddzielacz zbiorczy i na kolumnę w której zmniejszamy prędkość strumienia gazu i gdzie na pierścieniach Raschida wytrąca się woda. Po osuszeniu w kolumnie gaz kierujemy na kolektor wtryskowy, gdzie następuje wtryskanie glikolu do strumienia gazu, który to glikol łączy się z parą wodną z gazu. W ten sposób usuwamy wodę na instalacjach wtryskowych.
Po zapoznaniu się z działalnością kopalni Tarchały grupa udała się na ośrodek produkcyjny „Wysocko-5”. W ośrodku tym znajduje się jeden odwiert, którego głębokość sięga 1550m do warstw dolomitu. Wydobywa się tu gaz zawierający 60% metanu pod ciśnieniem 12,4MPa. Na wskutek obniżenia ciśnienia o 6MPa otrzymujemy spadek temperatury o 40'C, dzięki czemu na separatorze ekspansyjnym wydzielamy z gazy węglowodory cięższe i co za tym idzie otrzymujemy czystą gazolinę.
Dzień następny - czwartek poświęciliśmy na zapoznanie z kopalniami Radlin. Kopalnie te podzielono na dwa obiekty: Radlin I i Radlin II.
Kopalnia Radlin I była to pierwsza automatyczna kopalnia w Europie Środkowo-Wschodniej. Składa się ona z 20 odwiertów wydobywających gaz ze średniej głębokości 3200 m z warstw czerwonego spągowca. Wydobycie gazu (82% metanu, 16% azotu, i 0,2% helu), który zawiera w swoim składzie do 80μg rtęci na m3 wynosi na tej kopalni 60 tys. m3/h.
Ciśnienie wydobycia wynosi 20MPa, co powoduje konieczność dwustopniowego procesu redukcji
I stopień - redukcja do ciśnienia 16MPa
II stopień - redukcja do ciśnienia 6,2MPa
Po każdym stopniu redukcji jest umieszczony podgrzewacz, gdyż zgodnie z prawem Joule'a - Thompsona temperatura gazu obniża się. Po przejściu przez węzły redukcyjne gaz kierowany jest do oddzielaczy wody, które na kopalni Radlin są stojące (ODS) i leżące (ODL). Środkiem osuszającym jest TEG, którego zaletą jest łatwa regeneracja. Jak już wspomniałem gaz zawiera w swoim składzie rtęć, którą trzeba usunąć do dozwolonej ilości, tj. 30 μg/m3 dla gazu wysokometanowego i 40 μg/m3 dla gazu zaazotowanego. W tym celu wydziela się z gazu mikrokrople rtęci na filtrze wykonanym z hydrofobowych włókien szklanych. Usuwa się także pary rtęci na sorbencie węglowym. Każdy odwiert na kopalni posiada głowicę zatłaczającą metanol do instalacji gazowej, w celu likwidacji i zapobiegania tworzeniu się hydratów. Pełna automatyzacja powoduje że przebieg wszystkich procesów na terenie kopalni możemy obserwować ze stanowiska w sterowni, gdzie na komputerze mamy podgląd na wszystkie dane.
Kopalnia Radlin II jest jedną z najnowocześniejszych kopalni w Polsce (ma dwa lata) i oczywiście jest w pełni zautomatyzowana. Na tej kopalni gaz wydobywany w ilości ok. 16 tys. m3/h znajduje się pod ciśnieniem 20MPa. Odbywa się tu jednostopniowa redukcja.
Z ciekawszych urządzeń będących na wyposażeniu kopalni na uwagę zasługuje oddzielacz (separator) czyszczący. Jego zadaniem jest usuwanie z gazu zanieczyszczeń stałych i hydratów. Rura wlotowa umiejscowiona jest na ściance, przez co strumień gazu wpływa wirowo i wszystkie stałe zanieczyszczenia osadzają się na ściance
Ostatni dzień (piątek) przeznaczony był na zapoznanie się z działalnością Podziemnego Magazynu Gazu (PMG) Wierzchowice. Magazyn ten jest jednym z kilku PMG należących do PGNiG (pozostałe to: Swarzów, Brzeźnica, Husów, Strachocina i Mogilno-magazyn w kawernie solnej), aczkolwiek jest to największy magazyn w Polsce o docelowej pojemności 3,5mld m3 gazu.
Naturalne podziemne magazyny gazu budowane są w róznego rodzaju obiektach geologicznych i w zależności od nich wyróżnia się następujące typy magazynów:
W wyeksploatowanych złożach
W warstwach zawodnionych
W wyeksploatowanych kopalniach soli lub węgla
W kawernach solnych
PMG mają bardzo ważna rolę do odegrania, ponieważ wraz ze wzrostem gospodarczym kraju rośnie zapotrzebowanie na nośniki energii w kraju, w tym także na paliwa gazowe. Równocześnie obserwuje się w okresach szczytów energetycznych pogłębienie deficytu gazu, najbardziej dotkliwe w skutkach są sezonowe wahania w poborze gazu, które wynikają w głównej mierze z warunków klimatycznych. Poważny wpływ na kształtowanie się szczytów gazowych ma sektor komunalno-bytowy, gdyż głównie tu gaz zużywany jest na cele energetyczno-grzewcze, co powoduje znaczne zwiększanie wahań w rocznym zużyciu.
Doświadczenia wielu krajów europejskich wykazały że dla pokrycia sezonowych nierównomierności zapotrzebowania racjonalnie jest oprzeć się na PMG, zlokalizowanych w pobliżu odbiorców (miast, zakładów przemysłowych). Najdogodniej jest, jeśli w danym rejonie dysponuje się naturalnym zbiornikiem podziemnym (np. w wyeksploatowanym złożu gazowym).
Złoże w Wierzchowicach znajduje się na monoklinie przedsudeckiej w utworach Czechsztynu: wapień podstawowy-tu gaz jest zatłaczany, oraz czerwony spągowiec, stanowiący tzw. „bufor”-czyli gaz pierwotny w ilości 4,1 mld m3 i gaz dotłoczony 2.1 mld m3. Tzw. ekran stanowi pakiet solno-anchydrytowy oraz woda podścielająca. Złoże to ma kształt brachyantykliny o powierzchni 24 km2. średnia jego miąższość to 44m (120m max miąższość) a głębokość zalegania 1500-1600m. Eksploatacja rozpoczęła się w listopadzie 1972r, zasoby geologiczne wynosiły 12,4 mld m3 z tego 11,9 mld było zasobami wydobywalnymi, pod ciśnieniem początkowym 16,4MPa. Gaz mający w swym składzie 68,5% metanu, 30% azotu i 0,28% helu wydobywano do października 1995r. W tym czasie wydobyto 7,8 mld m3 a ciśnienie gazu spadło do 5.5MPa.
Od 1995r kiedy to podjęto decyzję o utworzeniu PMG zatłacza się gaz do złoża w okresie zmniejszonego poboru i odbiera w okresie szczytów. Dotychczasowe takie postępowanie miało na celu zwiększenie bufora; tak więc przez 8 lat różnica pomiędzy ilością gazu zatłoczonego a odebranego wyniosła 2.1 mld m3. Dalsze tego typu działanie idzie już na zwiększanie ilości magazynowanego gazu. Należy dodać że gaz wtłaczany, pobierany jest z Odolanowa a ciśnienie wtłaczania wynosi 9MPa.
Na całym terenie PMG znajduje się ok. 32 odwierty (liczba ta jest zmienna). Są one podzielone na ośrodki grupowe tzw. klastery, których przewidziano 3. Klaster jaki zobaczyliśmy to „klaster B”. Składa się on z siedmiu odwiertów oddalonych od siebie o 15 metrów. Są to odwierty horyzontalne, które znacznie zwiększają możliwość szybkiego wtłaczania i odbioru gazu ze złoża. Maksymalna wydajność całego magazynu to 180 tyś m3/h zarówno jeśli chodzi o zatłoczenie jak i o odbiór. „Klaster B” był ostatnim punktem pobytu w PMG Wierzchowice i zarazem ostatnim w czasie praktyki.
Podsumowując 5 dni na praktyce uważam że czas ten został dobrze spędzony zarówno pod względem poznania działalności przemysłu gazowniczego jak i zobaczenia na „własne oczy” tego o czym uczę się na studiach.