L’optimisation des stockages de gaz par modélisation ... · Les apports de la modélisation...

L’optimisation des stockages de gaz par modélisation thermodynamique et thermomécanique POLE AVENIA – CLUB GEOSCIENCE – TRANSFERT DE TECHNOLOGIE ENTRE LES

FILIERES DU SOUS-SOL

L. Londe – Pau – 16 mars 2017

16/03/2017 Optimisation stockage gaz 2

Stockage souterrain de gaz naturel

Deux techniques dominent le marché

Notre sujet d’aujourd’hui


Stockage de gaz naturel en cavité saline

Principe de fonctionnement

• Injection et soutirage du gaz par la

colonne d’exploitation

• Comptage des entrées et sorties de gaz

pour sa commercialisation

• Saumure et insolubles restent au fond de

la caverne

• Variations importantes de pression et de

température dans la caverne

• Contrôle de la pression et de la

température en tête de puits

• Mesures occasionnelles du volume de la

caverne

• Sécurité : vannes en tête de puits,

vannes de fond


Stockage de gaz naturel en cavité saline

Les problématiques

• Maîtrise de l’inventaire de gaz dans la

caverne

• Maîtrise de l’intégrité de l’ouvrage :

- Canalisations en surface

- Puits

- Caverne


Les apports de la modélisation thermodynamique et

thermomécanique

Dimensionnement du stockage (phase conception)

Données de site

(géologie,

géotechnique)

Besoins

exploitation

(volume, débits)

Géométrie

caverne

Pression

max et min

en caverne

Variations de

pression max

et min en

caverne

Subsidence

Modélisation

thermodynamique

P gaz -> T gaz

Modélisation thermomécanique

P gaz, Tgaz -> contraintes et

déformations dans le sel


Les apports de la modélisation thermodynamique et

thermomécanique

Optimisation de la performance (phase exploitation)

Nouvelles

données de site

(REX exploitation)

Nouveaux besoins

exploitation

(volume, débits)

Agrandissement

caverne

Pmax

Pmin

en caverne

dP/dt

en caverne

Vérification

subsidence

Modélisation

thermodynamique

P gaz -> T gaz


P gaz, Tgaz -> contraintes et

déformations dans le sel

Vérification

inventaire


Modélisation thermodynamique : bilan matière et bilan

énergétique

Création

(« lessivage »)

Création

(vidange saumure) Exploitation

Échanges thermiques

+ dissolution

endothermique

Ts(0) Ts(t)

Tb(t)

Tg(t)

Tb(t)

Tw(t)

Tg(t)

Tb(t)


Utilisation de la modélisation thermodynamique

Données d’entrée

• Température initiale du sel

• Chaleur spécifique du sel

• Conductivité thermique du sel

• Masse volumique du sel

• Composition du gaz

• Température du gaz en entrée

• Variations de pression du gaz en entrée, telles que pressenties

• Géométrie de la caverne et du puits (calcul pertes de charge)

Données de sortie

• Variations de pression du gaz en caverne

• Variations de température du gaz en caverne

Utilisation pour calculer les variations de température

et de pression dans la caverne

(Modélisation thermomécanique)



Utilisation pour caler l’inventaire

Avant

ajustement Après

ajustement

La pression du modèle est calée sur la pression mesurée en

jouant sur les entrées et les sorties. On obtient un inventaire

calculé (Ic)

L’inventaire calculé (Ic) s’avère plus fiable que l’inventaire

mesuré (Im) fondé sur les entrées et sorties mesurées



Utilisation pour caler l’inventaire

• Inventaire calculé = Ic

• Inventaire mesuré = Im

• Drift = Im – Ic

• Im – Ic > 0 et constant -> volume de la

caverne est sous estimé

• Im – Ic < 0 et constant -> volume de la

caverne est sur estimé

• Im – Ic > 0 et évolutif -> fuite de gaz

• Im – Ic < 0 et évolutif -> fermeture

progressive de la caverne par fluage du

sel


Modélisation thermomécanique : pourquoi ?

1. Le sel est un matériau visqueux : il « flue » ;

le fluage dépend du déviateur de contraintes

et de la température

2. Le sel ne résiste par aux contraintes de

traction. Dans une caverne, les contraintes

de traction sont en grande partie liées aux

contraintes thermomécaniques



Modélisation couplée T-M (éléments finis)

Données de sortie modélisation thermodynamique

• Variations de pression du gaz en caverne

• Variations de température du gaz en caverne

Données d’entrée géomécaniques

• Géométrie de la caverne

• Contraintes initiales

• Rhéologie du sel

Données de sortie modélisation thermomécanique

• Contraintes dans le sel

• Déformations dans le sel

• Perte de volume de la caverne

• Subsidence

• …


Quelles applications pour d’autres filières du sous-sol ?

•Stockage d’énergie (air comprimé,

hydrogène, chaleur, …)

• Chambres d’équilibre des ouvrages hydrauliques

• Mines

• Géothermie

• E&P

• …

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