بخشی از مقاله
چکیده
به دلیل افزایش جمعیت در سالهای اخیر و نیز رشد مصرف انرژی همزمان با آن، تامین نیازهای اساسی جمعیت از مهمترین دغدغههای جامعه امروزی است. از طرفی مصرف بیش از حد گاز در ماههای سرد سال، بسیاری از دستاندرکاران تولید و توزیع انرژی را با مشکلاتی روبرو کرده که برای حل این مسئله، بشر در سالهای اخیر به سمت استفاده از روشهایی پیش رفته است که با صرف هزینه و زمان کمتر بهترین نتیجه را بدست آورد. در این تحقیق سعی شده به روش ذخیرهسازی انرژی در مغارهای نمکی بعنوان یک روش ذخیرهسازی زیرزمینی پرداخته شود . اما مسئلهای که در پایداری مغار نمکی حائز اهمیت است، میزان فشار گاز میباشد زیرا زمانی که فشار گاز از حد مجاز تجاوز کند موجب شکست دیوارهی مغار و در نتیجه نشت گاز میشود و اگر فشار گاز از حد مجاز کمتر باشد با توجه به این که سنگ نمک دارای رفتار خزشی است، در اثر پدیده خزش کاهش حجم پیدا میکند و در نتیجه موجب کاهش ظرفیت کلی مغار و همچنین باعث افزایش ناپایداری آن میشود. برای همین در این تحقیق با استفاده از روش مدلسازی عددی مسئله خزش در سنگ نمک مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت و میزان کاهش حجم مغار در مدت یک سال و میزان کمینه و بیشینه فشار گاز داخل مغار به کمک این روش تعیین گردید.
-1 مقدمه
همانطور که میدانیم در سالهای آینده به دلایل گوناگون مانند افزایش جمعیت و رشد صنایع با روند افزایشی تقاضای انرژی در دنیا مواجه خواهیم شد. بررسی تقاضای انرژی در بخش صنعت باعث میشود تا عواملی که بر این تقاضا مؤثراند تا حدودی شناخته شده و در این صورت هرگونه تغییر در عوامل موثر بر تقاضای انرژی در صنعت مورد توجه برنامهریزان قرار گرفته و واکنشهای مناسب در جهت برخورد با این تغییر را نشان دهند. از دیگر کاربردهای مطالعات مربوط به تقاضای انرژی، آگاهی از آینده مصرف آن است. در مورد اهمیت موضوع می توان گفت یکی از شاخصهای توسعه اقتصادی کشورها، افزایش سهم صنعت در تولید ناخالص ملی است و از طرف دیگر کشورهای پیشرفته مهمترین مصرف کنندگان انرژی در جهان هستند. بنابراین با توسعه اقتصادی و صنعتی شدن بیشتر، مصرف انرژی افزایش خواهد یافت. از این رو بخش صنعت پرمصرفترین بخشهای اقتصادی یک کشور است . در کشور ما نیز انرژی نقش مهمی را در ابعاد مختلف اقتصادی ایفاء میکند. انرژی از یک طرف از عوامل مهم در بخشهای مختلف اقتصادی مانند صنعت، حمل و نقل، تجاری و خانگی است و از طرف دیگر در تعیین فشار کمینه و بیشینه گاز جهت پایداری مغار ذخیرهسازی .. 2
بودجه دولت و تجارت خارجی کشور ما نقش دارد. بر مبنای برآورد محصول و پیشبینیهای مصرفی گاز طبیعی و مشاهداتی که براساس رابطه عرضه و تقاضا در دوره 1995 تا 2005 انجام شد، این نتیجه بدست آمد که در سال 2030 به 10 میلیون مترمکعب حجم گازکاری - بدون راهبرد ذخیرهسازی - و 29 میلیون مترمکعب با حجم گازکاری - با 10 درصد راهبرد ذخیرهسازی - نیاز خواهیم داشت . [1] برای تأمین نیازها سه گزینه به نظر میرسد، گزینه اول تولید متغیر است که با توجه به شرایط فنی مخازن و تأسیسات و خطوط انتقال گاز طبیعی، امکان افزایش شدید برداشت در ماههای سرد و تأمین تقاضای موجود وجود ندارد. گزینه دیگر واردات است که با توجه به افزایش قیمت گاز در ماههای سرد، انعطاف پذیری اندک قراردادهای وارداتی، طراحی خطوط انتقال گاز برای دبی مشخص و احتمال بحرانهای سیاسی، واردات نیز نمیتواند منبع مناسبی برای تأمین تقاضای متغیر گاز در دراز مدت باشد. با توجه به معایب دو گزینه مطرح شده، گزینه سوم یعنی ضرورت ذخیرهسازی گاز مشخص می شود. در این تحقیق تحلیل پایداری مغارهای نمکی ذخیره هیدروکربنهای سیال با استفاده از مدلسازی عددی مورد بحث قرار میگیرد.
-2 مخازن ذخیرهسازی زیرزمینی سیال هیدروکربوری
مخازن نفتی و گازی تخلیه شده، مخازن گاز میعانی تخلیه شده، میادین تخلیه شده گاز یا نفت، آبخوانهای شور و عمیق زیرزمینی, سفرههای آب زیرزمینی و گنبدهای نمکی را میتوان از جمله ساختارهای مناسب جهت ذخیره سازی گاز به شمار آورد. به طور کلی مغارهای نمکی، حفرههایی هستند که در زیرزمین و درون رسوبات نمک ایجاد شدهاند - شکل . - 1 لازم به توضیح است که سازندهای نمکی جهت ذخیرهسازی به دو دسته کلی نمکهای لایهای و گنبدی تقسیم میشوند. نوع لایهای نسبت به نوع گنبدی دارای گسترش بیشتری است، اما ضخامت آن در برابر گنبدهای نمکی بسیار کمتر است تا جایی که مغارهای واقع در گنبدهای نمکی گاه تا بیش از ده برابر مغارهای واقع در نمکهای لایهای ظرفیت دارند. نمکهای لایهای نسبت به گنبدهای نمکی دارای میان لایههای بیشتری هستند که این امر بر پایداری مغارهای نمکی لایهای تأثیر منفی میگذارد. با توجه به خصوصیات سنگ نمک ذخیرهسازی نفت و گاز در گنبدهای نمکی برای اولین بار در کانادا مطرح شد، و اولین مخزن زیرزمینی گاز در سال 1940 در کانادا به بهرهبرداری رسید.[2] همچنین استفاده از گنبدهای نمکی برای ذخیرهسازی نفت و گاز در اوایل دهه 70 میلادی مقارن با اولین بحران افزایش قیمت نفت، به صورت جدی مورد توجه دولت آمریکا قرار گرفت و سرمایهگذاری زیادی برای مطالعات تحقیقاتی در رابطه با چگونگی تشکیل، شکل، خواص فیزیکی، زیست محیطی و کاربردهای ویژه این ذخایر به عمل آمد .[3]
1؛-2 بررسی رفتار مغارهای نمکی
تغییر شکل سنگها در اثر زمان، بهطور کلی رفتار تابع زمان سنگها را رفتار خزشی گویند. آمادهسازی مغارهای نمکی و بهرهبرداری از آنها، موجب تغییر وضعیت اولیه تنشها و پدید آمدن تنشهای انحرافی در اطراف مغار میشود. وضعیت جدید تنشها به همراه رفتار خزشی سنگ نمک، به کاهش حجم مغار و بروز آسیب در محیط اطراف منجر میشود. کاهش فشار داخلی کمینهی مغار بر شدت این مشکلات میافزاید.[4] خزش دیوارههای مغار، موجب کاهش ظرفیت کلی ذخیرهسازی و افزایش ناپایداری مخزن ذخیرهسازی میشود در نتیجه باعث تحمیل هزینهها و خطر زیادی به پروژه میشود.عموماً همه سنگها تحت بارگذاری با گذشت زمان دچار خزش میشوند ولی روند تغییر شکل خزشی آنها در چند دقیقه اول زیاد و سپس کاهش مییابد . نمک به دلیل رفتار خزشی خود متمایل به بستن و کاهش حجم مغار است. فرآیند ایجاد مغار و تزریق گاز باید به طور هم زمان صورت پذیرد و به همین دلیل میزان فشار بهینه موجود در مغار در حین برداشت، برای جلوگیری از به هم آمدن مغار اهمیت دارد. در شرایط فشار هیدرو استاتیک، همگرایی مغار قابل کنترلتر و در شرایط محیط با تنشهای غیر هیدرو استاتیک، مغار نمکی ناپایدارتر است. با افزایش عمق مغار از سطح زمین میزان جابهجاییها در دیواره و سقف افزایش مییابد. بنابراین مغار برای حفظ خود بیشتر به فشار کمینه نیازمند است و حساسیت زیادی نسبت به دما در قبال جابهجایی دارد و میزان جابهجاییها با تغییر دما به شدت دست خوش تغییر میشود که باید به دقت بررسی شود.[5] با بهرهگیری از روشهای عددی تفاضل محدود در حالت سه بعدی - نرم افزار - FLAC3D میتوان به بررسی این مشکل پرداخت.
-3 معرفی نرم افزار FLAC3D
نرم افزار FLAC3D از یک روش عددی به نام تفاضل محدود استفاده میکند. برای حل معادلات حرکتی پایه در کارهای ژئومکانیکی روش تفاضل محدود شامل جداسازی ماده مورد نظر به تعدادی زون دو بعدی که به وسیله گرههایی به هم وصل هستند، میباشد. چندین مولف از جمله ویکینس در سال 1963 نشان دادهاند که نتایج حاصل از روش تفاضل محدود و روش اجزای محدود برای مسائل خاص یکسان است اما استفاده از روش تفاضل محدود انعطاف پذیرتر از روش اجزای محدود است. در عین حال روش اجزای محدود برای شبکهها یا اشکال منظم استفاده میشود و برای مواردی با مدلها و خصوصیات و شرایط مرزی گوناگون کاربرد بیشتری دارد. برای آنالیز تنشها و تغییر مکانها این نرم افزار شبکه را به چهار وجهیهایی تقسیم میکند و هر چهار وجهی یا المان به وسیلهی چهار گره در گوشههای آن مشخص میشود.[6]
مراحل حل با استفاده از این نرمافزار به صورت زیر است:
-1 ساخت مدل اولیه: تحلیل رفتار مغار نمکی را میتوان با مقیاسهای مختلف انجام داد. تأثیر دادن کلیه پدیدهها و جزئیات در مکانیزم رفتار سازه امکانناپذیر است. از طرفی مرزهای خارجی مدل و انتخاب محل آنها تأثیر زیادی بر جواب مسأله دارد. ولی در تحلیلهای سه بعدی نمیتوان مرزهای خارجی را آن قدر دور انتخاب
