بخشی از مقاله
چکیده
ذخیرهسازی زیرزمینی گاز طبیعی در مغارهای نمکی بهعنوان روشی کارا، اقتصادی و ایمن مورد توجه است. علیرغم ایمن بودن این روش، حوادث مختلفی در این سایتها رخ داده است که این موضوع ضرورت طراحی دقیق مغارهای نمکی برای ذخیره سازی و اجرای صحیح آنها را نشان میدهد. طراحی مغارهای نمکی شامل دو مرحله اصلی میباشد .
در مرحله اول با استفاده از اطلاعات ژئوفیزیکی و زمینشناسی، ابعاد و ویژگیهای گنبد نمکی مشخص شده و محل تقریبی مغارها تعیین میشود. در مرحله دوم با استفاده از نرمافزار مناسب، مغار نمکی شبیهسازی شده و شکل هندسی، ابعاد، محل قرارگیری و فشار آن بهنحوی تعیین می شود که مغار پایداری و کارایی لازم را داشته باشد. اصلیترین مشکل مغارهای نمکی، خزش نمک و ناپایداری آن است. در این مقاله با در نظر گرفتن یکی از گنبدهای نمکی ایران مرکزی، عمق قرارگیری نمک و شرایط تنش اولیه مشخص شد. سپس تأثیر شکل و ابعاد مغار بر پایداری آن مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
گاز طبیعی بهعنوان یکی از مهم ترین حاملهای انرژی، نقشی کلیدی در تأمین انرژی بخشهای مختلف کشور دارد. در سالهای اخیر سهم گاز طبیعی در سبد انرژی کشور رو به افزایش بوده و میزان وابستگی به این منبع انرژی سیر صعودی دارد. لذا ذخیره سازی گاز به منظور جلوگیری از ایجاد وقفه در روند گازرسانی به مصرفکنندگان ضروری است.
ذخیرهسازی در مخازن گازی و نفتی تخلیه شده، سفرههای آب زیرزمینی و مغارهای نمکی روشهای متداول برای ذخیره سازی زیرزمینی گاز طبیعی هستند که بر اساس شرایط مخازن و ساختارهای زمین شناسی هر منطقه و نیاز بازار از هر یک از این روشها میتوان استفاده نمود. مغارهای نمکی نسبت به مخازن ایجاد شده در سفرههای آب زیرزمینی و مخازن تخلیهشده، ظرفیت کمتری دارند؛ اما نرخ برداشت گاز از مغارهای نمکی بالاست. از اینرو این نوع مخازن نقش مؤثری در تنظیم شبکه گاز در زمان اوج مصرف و کنترل نوسانات ناگهانی مصرف دارند. درصد گاز پایه در مغارها حدود 20 تا 30 درصد است که بهطور قابل ملاحظهای کمتر از روشهای دیگر میباشد
مغارهای نمکی با استفاده از فرایند استخراج انحلالی در گنبدها یا لایههای نمکی ایجاد میشوند. پس از حفر چاه و رسیدن به عمق مورد نظر دو لوله هم مرکز داخل چاه قرار داده میشود. آب از طریق یکی از لولهها تزریق می شود، نمک را حل میکند و بهوسیله لوله دیگر شورابه حاصل خارج میشود. برای کنترل شکل مغار در طی این فرایند، بهطور متناوب مسیر حرکت آب و شورابه در دو لوله عوض می شود. با تغییر ارتفاع لولهها، ارتفاع مغار کنترل میشود. بهمنظور جلوگیری از تماس نمک و آب و انحلال بیش از حد نمک در سقف، از پوششی از هیدروکربن در بالای مغار استفاده میشود
نمک تخلخل و نفوذپذیری کوچکی دارد و وقتی در طی فرایند استخراج انحلالی در معرض آب قرار میگیرد، نفوذپذیری آن کاهش مییابد. بنابراین برای ذخیرهسازی گاز ایدهآل میباشد.
طراحی مغارهای نمکی
سنگ نمک در شرایط طبیعی جامد و بلورین است، بنابراین در برابر ضربه یا لغزش ناگهانی، مانند یک ماده جامد الاستیک عمل می کند. اما وقتی تحت تأثیر فشار مداومی قرار گیرد، رفتار پلاستیک از خود نشان میدهد. این فرایند، خزش1 نامیده میشود، که میتوان آن را تغییر شکل تدریجی در اثر تحمل فشار طولانی مدت دانست
در صورتی که مغار نمکی بهدرستی طراحی نشده باشد یا بهطور صحیح مورد بهرهبرداری قرار نگیرد، خزش نمک موجب کاهش بیش از حد حجم مغار میشود. برای نمونه در مغار امیننس - Eminence - در کشور آمریکا بهدلیل قرارگیری در عمق نسبتاً زیاد و باقی ماندن طولانی مدت مغار با فشار داخلی کم، نمک به سرعت خزش پیدا کرد و در مدت 2 سال پس از ساخت حدود 40 درصد از حجم آن کاهش یافت. در مغار ترسانه - Tersanne - در فرانسه که درعمق 1400 متری قرار دارد، در طول 9 سال اول بهره برداری، گرچه فشار متوسط بالا بوده است، اما تغییرات شدید و ناگهانی فشار موجب کاهش 30 تا 35 درصدی حجم آن شده است
شکل-1 پارامترهای مؤثر در طراحی مغار
پارامترهای تأثیرگذار در طراحی مغار نمکی را میتوان به چهار دسته کلی تقسیم کرد: پارامترهای مکانیکسنگی، زمینشناسی، هندسی و بهرهبرداری
پارامترهای مکانیکسنگی
پس از تعیین محل تقریبی قرارگیری مغار، ارزیابیهای ژئوتکنیکی در منطقه صورت میگیرد و خصوصیات مکانیکی نمک و سنگهای اطراف در آزمایشگاه مورد بررسی قرار میگیرد. سپس میدان تنش اولیه در گنبد نمکی مشخص شده و رفتار نمک تحت تأثیر تنش با استفاده از مدل های مناسب توصیف میشود.
پارامترهای زمینشناسی
مهمترین پارامترهای زمینشناسی که در طراحی مغار باید مورد توجه قرار گیرند، عبارتند از:
عمق تا بالای سازند نمکی: با افزایش عمق، فشار مجاز گاز ذخیره شده بیشتر شده و خزش نیز افزایش می یابد.
ضخامت لایه نمکی: لایههای نمکی چند سانتیمتر تا چند صد متر ضخامت دارند. ضخامت لازم برای ایجاد یک مغار نمکی بستگی به حجم مغار و برنامه شستشوی مغار دارد. کمینه ضخامت نمک برای اینکه ایجاد مغار اقتصادی باشد، حدود 200 متر است.
ماهیت نمک: خلوص نمک اهمیت زیادی دارد. اگر ذرات غیرقابل انحلال موجود در توده نمک زیاد باشد، شستشوی نمک مشکل خواهد بود.
شرایط تکتونیکی محل: پیشبینی شرایط و چگونگی ایجاد یک مغار در داخل سازند نمکی که دچار تغییر شکل نشده باشد، بسیار راحتتر است
