L`optimisation des stockages de gaz par

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
Stockage souterrain de gaz naturel
Deux techniques dominent le marché
Notre sujet d’aujourd’hui
Optimisation stockage gaz
16/03/2017
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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
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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
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Les apports de la modélisation thermodynamique et
thermomécanique
Dimensionnement du stockage (phase conception)
Besoins
exploitation
(volume, débits)
Données de site
(géologie,
géotechnique)
Modélisation
thermodynamique
P gaz -> T gaz
Modélisation thermomécanique
P gaz, Tgaz -> contraintes et
déformations dans le sel
Géométrie
caverne
Pression
max et min
en caverne
Variations de
pression max
et min en
caverne
Subsidence
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Les apports de la modélisation thermodynamique et
thermomécanique
Optimisation de la performance (phase exploitation)
Nouveaux besoins
exploitation
(volume, débits)
Nouvelles
données de site
(REX exploitation)
Modélisation
thermodynamique
P gaz -> T gaz
Modélisation thermomécanique
P gaz, Tgaz -> contraintes et
déformations dans le sel
Agrandissement
caverne
Pmax 
Pmin 
en caverne
dP/dt 
en caverne
Vérification
subsidence
Vérification
inventaire
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Modélisation thermodynamique : bilan matière et bilan
énergétique
Tw(t)
Ts(0)
Ts(t)
Tg(t)
Tb(t)
Tg(t)
+ dissolution
endothermique
Tb(t)
Création
(« lessivage »)
Échanges thermiques
Création
(vidange saumure)
Tb(t)
Exploitation
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Utilisation de la modélisation thermodynamique
Utilisation pour calculer les variations de température
et de pression dans la caverne
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
(Modélisation thermomécanique)
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Utilisation de la modélisation thermodynamique
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
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Utilisation de la modélisation thermodynamique
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
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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
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Modélisation thermomécanique
Modélisation couplée T-M (éléments finis)
Données de sortie modélisation thermodynamique
•
•
Données d’entrée géomécaniques
Variations de pression du gaz en caverne
Variations de température du gaz en caverne
•
•
•
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
…
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Modélisation thermomécanique
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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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