Modelling of Critical Gas Velocities based on the Entrained Droplet Model for Gas Wells and the Effect of Heat Loss on Gas Production

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitMasterarbeit

Abstract

Erdgas ist eine der wichtigsten Energiequellen. Im Jahr 2014 war es verantwortlich für rund ein Viertel des Weltenergieverbrauchs. Dementsprechend findet Gasproduktion weltweit statt und mögliche Verbesserungen dieser Produktionsmethoden können erhebliche Auswirkungen haben. Dies gilt insbesondere dann, wenn diese Verbesserungen überschaubar und einfach zu implementieren sind. Weiters kann das Unfallrisiko reduziert werden, wenn diese Maßnahmen Workover-Tätigkeiten verhindern oder verzögern. Somit wird auch die Gesundheit, Sicherheit und Umwelt-Bilanz einer Firma verbessert. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der allgegenwärtigen Problematik von Flüssigkeitsansammlungen, welche jede Gasbohrung früher oder später betreffen. Die Flüssigkeitsansammlungen in Gasbohrungen entstehen in den meisten Fällen durch Wärmeverlust in die umliegende Gesteinsformation und durch abnehmende Fließgeschwindigkeiten im Förderstrang. Der Wärmeverlust wird begünstigt durch die Tatsache, dass die Verwendung von angemessen isolierten Fördersträngen meist vernachlässigt wird. Das Fehlen dieser Isolierung erlaubt unnötigen Wärmeverlust und daher eine Reduzierung der Gastemperatur. Die reduzierte Temperatur wiederum führt zur Kondensation von Flüssigkeiten, die zusätzlich zu den möglicherweise bereits existierenden Lagerstätten-Flüssigkeiten hinzukommen. Zudem nimmt die Fließgeschwindigkeit aus zwei Gründen ab. Einer ist der unvermeidliche Abfall des Lagerstätten-Drucks. Der andere ist das reduzierte Gasvolumen aufgrund der verringerten Temperatur. Daher sind das Verständnis des Wärmeflusses und Methoden zur Verringerung dieser Verluste wünschenswert, um diese Problematik zu bekämpfen. Diese Arbeit untersucht die führende Formel zur Bestimmung der kritischen Gas-Geschwindigkeiten, welche nicht durch die tatsächlichen Gas-Geschwindigkeiten unterschritten werden dürfen. Diese Formel ist umgangssprachlich als „Turner-Gleichung“ bekannt und erlaubt die Berechnung der minimal benötigten Fließgeschwindigkeit, um Flüssigkeits-Tropfen bis zur Oberfläche zu befördern. Dieses „Mitgerissenes Tröpfchen Modell“ beinhaltet mehrere Parameter, welche letztendlich von Druck und Temperatur abhängig sind. Daher wurde ein Wärmeübertragungs-Modell kreiert, um die vorherrschenden Druck- und Temperatur-Bedingungen im gesamten Förderstrang berechnen zu können. Das Wärmeübertragungs-Modell baut auf Konzepte auf wie Zustandsgleichungen, Wärmekapazitäts-Modelle, Dichte-Modelle, Viskositäts-Modelle, dem Joule-Thomson Koeffizient und Wasser-Dichte- und Wasser-Oberflächenspannungs-Modellen. Das Modellieren hat schlussendlich gezeigt, dass isolierte Förderstränge höhere Temperaturen und Drücke ermöglichen und dass diese Auswirkungen berechenbar sind für verschiedene Arten und Dicken von Isolierungen. Weiters führt der Temperaturanstieg zu höhren Gas-Geschwindigkeiten. Daher wird die kritische Gas-Geschwindigkeit leichter und für einen längeren Zeitraum überschritten und die Differenz zwischen den beiden ist stärker ausgeprägt. Dies ermöglicht eine höhere Produktionsrate und verlängert die Wirtschaftlichkeit einer Gasbohrung.

Details

Titel in ÜbersetzungModellieren der kritischen Gas-Geschwindigkeiten basierend auf dem „Mitgerissenes Tröpfchen Modell“ für Gas-Bohrungen und die Auswirkungen von Wärmeenergie-Verlust auf die Gas-Förderung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung18 Mär 2016
StatusVeröffentlicht - 2016