Ložisko Suchohrad-Gajary bolo objavené v roku 1955 pionierskym vrtom Suchohrad 1, ktorý prevŕtal plynonosný horizont 8. panónu. O dva roky neskôr sa identický obzor na báze panónskych sedimentov zistil aj v oblasti Gajary vrtom Gajary 4. Pôvodná predstava o rozsahu ložiska Suchohrad-Gajary predpokladala existenciu dvoch samostatných častí, južnejšej suchohradskej časti a severnejšej gajarskej časti. Prvá etapa prieskumných prác bola ukončená v roku 1959, kedy sa suchohradská časť ložiska začala ťažiť. V priebehu ťažby sa však zistil nesúlad medzi veľkosťou zásob zemného plynu vyrátaných objemovou metódou a zásobami určenými na základe poklesu ložiskového tlaku počas ťažby. Ďalšími prieskumnými prácami, ktoré boli zamerané predovšetkým na gajarskú časť, bol spresnený celkový rozsah ložiska, ktorý potvrdil hydrodynamické prepojenie obidvoch častí ložiska – obr. 1. Kolektorskou horninou ložiska je slabo spevnený pieskovec deltového pôvodu s veľmi dobrou pórovitosťou a priepustnosťou, ale pomerne zložitým faciálnym vývojom. Ložiskový objekt patrí do stratigrafického typu pascí. Na základe výborných petrofyzikálnych vlastností obzoru, ako aj vhodnej hĺbky uloženia obzoru, bolo v roku 1974 rozhodnuté o konverzii ložiska Suchohrad-Gajary na podzemný zásobník zemného plynu (PZZP).
V priebehu nasledujúcich rokov boli vybudované štyri zberné strediská a vyvŕtané nové zásobníkové sondy. Je teda prirodzené, že vznikli odlišnosti v konštrukcii sond a odlišnosti v spôsobe otvorenia ložiska a vystrojenia v oblasti filtrácie. Rozličný je vek sond, a teda aj vek vystrojenia sond.
Zberný systém disponuje rozličnými dĺžkami prípojok pre jednotlivé sondy a jednotlivé zberné strediská sú prispôsobené kapacitným možnostiam sond, ktoré otvárajú k nim prislúchajúce elevácie ložiska.
Významné odlišnosti sa týkajú tiež distribúcie vrtov a zastihnutej kolektorskej horniny, ktorá vykazuje po celom ložisku veľkú rozmanitosť. Ložisko je tvorené viacerými eleváciami rozličnej plochy a kubatúry, prepojenými cez poklesnuté časti sýtené plynom prípadne vodou.
V súčasnosti využívame na vtlačno-ťažobné účely 96 sond a máme k dispozícii 37 pozorovacích a kontrolných sond na zabezpečenie hermetičnosti PZZP.
Zo všetkých týchto faktov vyplynula potreba vytvorenia metodiky monitorovania výkonnosti jednotlivých sond a zhodnotenia ich aktuálneho stavu. Aj keby sa mohlo zdať, že zásobníkový objekt disponuje dostatočným počtom sond a výpadok niekoľkých sond by nemal spôsobovať väčšie ťažkosti, môže byť zavádzajúce vzhľadom na spomenuté fakty o dĺžkach prípojok, rozmiestnení sond, veku vystrojenia sond a komplikovanom faciálnom vývoji zásobníkového objektu. Výpadok niekoľkých sond by potom mohol spôsobiť problémy pri plnení zvýšených nárokov – nominácií predovšetkým ku koncu ťažobnej sezóny, keď sú v ložisku nízke tlaky a vysoká aktivita vodného zápolia v niektorých častiach zásobníkového objektu. Preto je dôležité monitorovanie, vyhodnocovanie a udržiavanie čo najlepšieho stavu sond na PZZP Suchohrad-Gajary.
Aby sme mohli bezproblémovo plniť záväzky a požiadavky klientov – nominácie, musíme zabezpečiť dokonalý kontakt ložiska s povrchovou infraštruktúrou. Kontakt zabezpečuje technické vystrojenie sondy, a to predovšetkým filtračná kolóna (FK), pieskový obsyp cez perforáciu alebo open hole – obr. 2. Technický stav sond vieme určiť na základe testovania sond, pričom hlavným ukazovateľom nedostatku je pokles výkonnosti sondy alebo zvýšený výnos, či už ložiskového alebo obsypového materiálu v povrchových filtroch. Dlhoročné skúsenosti s prevádzkovaním PZZP umožnili vytvorenie metodiky monitorovania výkonnosti.
Metodika hodnotenia sond – identifikácie zníženého výkonu sond
Výkon sondy, alebo množstvo plynu, ktoré môže prúdiť do alebo zo sondy závisí od tlakovej depresie akú sme schopní vyvinúť na ložisko počas ťažby alebo vtláčania. Vzťah medzi tokom plynu a tlakovou depresiou v poréznom prostredí je veľmi komplexný. Závisí od veľkého množstva parametrov, ktoré opisujú vlastnosti ložiskovej horniny, prúdiaceho plynu, typ prúdenia a kvalitu napojenia sondy k ložiskovému kolektoru. Vyhodnocovanie takéhoto súboru parametrov je pre prax málo efektívne, preto pre definovanie prítokovej krivky používame prítokovú rovnicu:
kde:
pr – statický ložiskový tlak
pwf – dynamický tlak na dne sondy
a – koeficient vplyvu turbulentného prúdenia
b – koeficient vplyvu laminárneho prúdenia
q – prietok plynu
Koeficienty a, b z prítokovej rovnice sú vyhodnocované na základe testov potenciálnej produkcie sond a zahŕňajú okrem vlastností ložiska aj aktuálny stav filtračnej kolóny, ktorá zabezpečuje pripojenie sondy k ložisku. Tieto koeficienty sú tiež veľmi dôležitými parametrami pri tvorbe matematického modelu PZZP, ktorý nám umožňuje počítať výkonové možnosti nielen jednotlivých sond, ale aj celého komplexu podzemného zásobníka od ložísk cez sondy a povrchovú infraštruktúru (vrátane kompresorov) až po odovzdávacie body zákazníkov.
Na monitorovanie výkonnosti sond využívame každodenné meracie testy stredísk ZS1 – ZS4. Počas meracieho testu sa sondy samostatne pripájajú k testovaciemu separátoru, pričom sa pre daný tlak v testovacom separátore odmeria aktuálny prietok plynu. Namerané údaje sú spracované riadiacim systémom a uložené do databázy denných testov sond.
Pri vyhodnocovaní výkonnosti sond prepočítavame pomocou modelu PZZP každý jeden test, ktorý bol z na správnu inicializáciu modelu, a to najmä z pohľadu ložiskového tlaku, koeficientov prítokovej rovnice (IPR) a tlaku v testovacom separátore. Po prepočítaní modelu získavame teoretickú hodnotu prietoku plynu, ktorú môžeme porovnať s nameranou hodnotou a určiť trend vývoja výkonnosti jednotlivých sond.
Analýza dát – zisťovanie príčin výkonového nedostatku sond
Ak sa zistia rozdiely vo výkonnosti sondy vypočítané a aktuálne namerané, začíname pátrať po príčinách, od najdostupnejších, „najlacnejších“ operácií, po zložitejšie a finančne náročnejšie.
Prvým krokom je zanalyzovanie všetkých dostupných dát o
sonde, aké úkony boli v minulosti na sonde vykonané (podzemné opravy sond,
kyselinovanie, výmena technického vystrojenia) a zhodnotia sa všetky dostupné
merania, ktoré boli na sonde za ostatné roky merané. Po ich zhodnotení sa
rozhodne, či sú merania dostatočné, a či je nevyhnutné niektoré dáta o sonde
doplniť. Medzi najdôležitejšie analyzované dáta patria:
Karotážne merania
Opakované merania zamerané na sledovanie kontaktu plyn – voda, teda
prípadného pohybu hladiny kvapaliny v ložisku po vtlačnej a ťažobnej sezóne,
pretože jedným z dôvodov poklesu výkonu alebo až odstavenia sondy môže byť
zavodnenie sondy ložiskovou vodou. Predovšetkým na konci ťažobnej sezóny.
Chemické rozbory
Overujú sa tiež chemické rozbory ťažených médií a analýzy materiálu
zachyteného na povrchových filtroch za uplynulé sezóny.
Overenie priechodnosti povrchovej infraštruktúry
Overuje sa, či pokles výkonu sondy nie je spôsobený prekážkou v povrchovom
vystrojení sondy. Zisťuje sa priechodnosť povrchovej prípojky a povrchového
protipieskového filtra sondy. Priechodnosť prípojky môže byť znížená najmä v
chladných mesiacoch zvýšenou tvorbou hydrátov, prípadne ku koncu ťažby, keď
sonda môže produkovať zvýšené množstvo ložiskovej vody.
Šablónovanie sondy
V tomto prípade sa overuje priechodnosť samotnej sondy, resp. jej
podpovrchového vystrojenia. Využíva sa na to šablóna, ktorou sa zistí, či je na
bezproblémový prie chod ťaženého alebo vtláčaného zemného plynu dostatočný
vnútorný priemer čerpacích rúr a filtračnej kolóny.
Merania hlbinným prietokomerom (Spinner)
Ak je sonda priechodná, overuje sa ďalej priechodnosť filtračnej kolóny
voči ložiskovému prostrediu. Prietokomerom sa zisťuje, či nie je obmedzený tok
plynu z ložiska alebo do ložiska v rámci filtračnej kolóny a definujú sa zóny
filtrácie.
Kamerový záznam
Kamerový záznam ukáže aký je reálny stav vnútorného vystrojenia sondy.
Môžeme na ňom pozorovať predovšetkým mieru znečistenia – oblepenia čerpacích
rúr a FK, prípadné poškodenia vnútorných častí sondy.
Vyhodnotenie analýzy dát a navrhnutie zásahov na sonde
Po dôkladnej analýze – obr.
3 dostupných dát a zistení pravdepodobnej príčiny zníženého výkonu alebo
nefunkčnosti sondy, sú navrhnuté riešenia.
Prečistenie prípojky
Spočíva najmä v odstránení možných hydrátov, prípadne nečistôt po oprave
sond alebo nahromadenej kvapaline.
Vyčistenie povrchových filtrov
Chemické čistenie povrchových filtrov sa vykonáva spravidla každý rok po ťažobnej sezóne. Je to dôležitý ukazovateľ podpovrchového stavu vystrojenia sondy. Odobratý materiál sa posiela na rozbor, kde sa zhodnotí zloženie a granulometria odobratej vzorky. Ak sa v povrchovom filtri objaví ložiskový materiál väčšej zrnitosti ako je veľkosť „sita“ filtračnej kolóny alebo sa objaví naplavovací piesok, je potrebné zvažovať zásah na sonde. Tento stav môže nastať postupne (príklad sonda SUC 24) alebo sa môže stať počas ťažobnej sezóny náhle. Napríklad pri zvýšených výkonoch, keď sa do povrchového filtra dostane veľké množstvo materiálu, ktorým sa filter zaplní, čo vedie k poklesu tlaku a sonda sa zastaví (príklad sonda SUC 30). V tomto prípade je nutné opätovné čistenie povrchového filtra a zistenie zloženia vynášaného materiálu.
Čistenie filtračnej kolóny
Ak sonda vykazuje znížený výkon a povrchové vystrojenie nevykazuje známky defektu, analyzuje sa meranie hlbinným prietokomerom, ktoré nám ukáže nedostatky v prúdení plynu vo filtračnej kolóne, prípadne to potvrdí aj kamerový záznam. Navrhne sa prečistenie sondy, respektíve filtračnej kolóny kyselinovaním. Na kyselinovanie sa používa roztok Retakys, ktorý sa aplikuje do sondy a pôsobí na materiál nalepený na filtračnej kolóne znemožňujúci priechod plynu cez FK. Pozitívne výsledky roztoku Retakys boli odskúšané v laboratóriu, kde bol znečistený podpovrchový filter z časti namočený do roztoku Retakys a po šiestich hodinách bolo znečistenie – oblepenie FK odstránené – obr. 4.
Aplikácia roztoku Retakys v sonde
Pozitívne laboratórne výsledky boli potvrdené aj v praxi na sondách PZZP Suchohrad-Gajary, kde bol dosiahnutý pozitívny účinok na znečistenú filtračnú kolónu priamo v sonde. Napríklad sonda GZ53 vykazovala pri prevádzke znížené výkony až o 50 %. Meranie prietokomerom poukázalo na výrazné zúženie priemeru vrchnej časti filtračnej kolóny a nepriechodnosť vyše 50 % plochy filtračnej zóny, čo spôsobovalo veľké straty na výkone sondy. Túto skutočnosť potvrdil aj kamerový záznam, na ktorom sme mohli identifikovať znečistené časti filtračnej kolóny – obr. 4.
Na sonde bolo navrhnuté prečistenie sondy aplikáciou roztoku Retakys. Po aplikácii boli pozitívne výsledky potvrdené zvýšením výkonu sondy na 100 %, ale aj opätovným premeraním prietokomerom a kamerovým záznamom – obr. 5.
Podzemná oprava sondy s výmenou filtračnej kolóny
Jeden z komplikovanejších a finančne náročnejších zásahov na sonde je podzemná oprava sondy (POS) s výmenou filtračnej kolóny. Táto operácia je navrhovaná v prípadoch, ak je na sonde zaznamenaný výrazný pokles výkonnosti a vysoký výnos materiálu zo sondy zachyteného v povrchovom filtri. Takýto prípad bol zaznamenaný na sonde SUC 24, kde bol významný pokles výkonu. Meranie prietokomerom potvrdilo nepriechodnosť časti filtračnej kolóny (70 %), ale najzávažnejším ukazovateľom defektu bola prítomnosť naplavovacieho piesku v povrchovom filtri (veľkosť zrna 0,733 mm). Na sonde bola realizovaná POS, pričom vytiahnutá filtračná kolóna vykazovala známky značného opotrebenia a znečistenia povrchu oblepeným vyzrážaným materiálom. Bola zistená aj príčina výnosu obsypového materiálu do povrchového filtra, a to z dôvodu vzniku diery vo filtračnej kolóne – obr. 6. Po výmene filtračnej kolóny sa výkony nielenže vrátili do pôvodného stavu, ale v súčasnosti dosahujú dokonca vyššie hodnoty – obr. 6 vpravo.
Závery
Udržiavanie dobrého technického stavu vystrojenia sond vrátane filtračnej zostavy, ktorá zabezpečuje priamy kontakt sondy s ložiskom, je veľmi dôležité nielen z pohľadu bezpečného prevádzkovania sond, ale aj z pohľadu udržiavania a zvyšovania výkonnosti PZZP ako celku.
Online monitoring s následným vyhodnotením stavu sond umožňuje včas diagnostikovať príčinu zhoršenia výkonnosti sondy a cielene realizovať opatrenia na obnovenie výkonu. Rýchlym obnovením výkonu sa predĺži nielen životnosť sondy, ale eliminujú sa najmä omnoho vyššie náklady v prípade, že by sa situácia neriešila dlhodobo (výmena filtračnej kolóny).
Kvalitné spojenie povrchovej infraštruktúry zlepšuje efektivitu prevádzkovania zásobníka, napríklad tým, že potrebný výkon pre plnenie nominácií klientov vieme dosiahnuť pri menšej tlakovej depresii na dne sond, čo môže mať za následok zníženie kompresorovej práce.