Geri Dön

Simulation of carbon dioxide as a cushion gas in underground gas storage reservoirs

Yeraltı gaz depolama rezervuarlarında yastık gazı olarak karbondioksit simülasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 842075
  2. Yazar: NATIG SOLTANOV
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER İNANÇ TÜREYEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 76

Özet

Fosil yakıtlar, yaşam için gerekli olan birincil enerji kaynağıdır ve bugün sanayileşmiş ve gelişmekte olan ülkelerin çoğu, birincil fosil yakıtları olarak petrol, kömür ve doğal gazı kullanmaktadır. Bu fosil yakıtlardan biri olan doğal gaz çok yönlü, verimli ve çok çeşitli uygulamalarda kullanılan bir yakıttır. Gaz endüstrisi, güvenilir bir gaz arzının genel olarak genişletilmesine ve sürdürülmesine katkıda bulunan çeşitli alt sektörleri kapsar. Bu hayati bileşenlerden biri, gaz arzında tutarlılığın sağlanmasında çok önemli bir rol oynayan yer altı gaz depolamadır. Yeraltı gaz depolama, doğal gazın önemli kapasitelere sahip rezervuarlarda depolanması uygulamasını içerir. Bu stratejik yaklaşım, talebin düşük olduğu dönemlerde yüksek ithalat hacimlerinin yönetilmesine ve talebin yüksek olduğu dönemlerde yeterli doğal gaz arzının sağlanmasına olanak sağlamaktadır. Yeraltı gaz depolamanın temel amacı, gaz piyasasının dalgalı arz ve talep dinamiklerini dengelemektir. Yaz mevsimi veya endüstriyel faaliyetin azaldığı dönemler gibi talebin düşük olduğu zamanlarda doğal gazın depolanmasıyla, fazla arz rezervuarlarda yeraltında depolanabilir. Bu uygulama, gaz kaynaklarının israf edilmesini önlemeye yardımcı olur ve talep arttığında gaz arzının hazır olmasını sağlar. Ayrıca, yer altı gaz depolama tesisleri, bir bölgenin veya ülkenin genel enerji güvenliğine katkıda bulunur. Ülkeler, jeopolitik belirsizlikler veya gaz ithalatındaki aksamalar sırasında yeterli miktarda depolanmış doğal gaz envanteri bulundurarak, gaz tedarikinde dış kaynaklara olan bağımlılıklarını azaltabilir. Bu, enerji dayanıklılığını artırır ve potansiyel arz kesintilerine karşı bir tampon sağlar, böylece endüstrilerin, elektrik üretim tesislerinin ve konut ısıtma sistemlerinin kesintisiz çalışmasını sağlar. Sermaye harcaması açısından, yeraltı gaz depolama tesislerinin geliştirilmesi ve bakımına yönelik yatırımlar esastır. Yeni depolama rezervuarlarının inşası ve mevcut altyapının devam eden bakımı ve izlenmesi önemli mali kaynaklar gerektirir. Bu harcamalar, istikrarlı ve güvenilir bir gaz tedariği sağlamanın uzun vadeli faydaları ile haklı çıkarılmaktadır. Bir yeraltı rezervuarından gazın depolanması ve çekilmesi sürecinde, düzgün çalışmayı sağlamak için bazı hususların ele alınması gerekir. Rezervuar basıncı, gaz depolandığında enjeksiyon döneminde yükselme ve yüksek talep dönemlerini karşılamak için doğal gaz çıkarıldığında düşme eğilimindedir. Gazın çekilmesi söz konusu olduğunda, depolanan gazın akıcı bir şekilde çıkarılmasını sağlamak için ortalama rezervuar basıncını minimum eşiğin üzerinde tutmak çok önemlidir. Bu, yastık gazı kavramının devreye girdiği yerdir. Yastık gazı, gerekli basınç seviyelerini korumak için özel olarak belirlenmiş gazla doldurulmuş rezervuarın bir bölümünü ifade eder. Geleneksel olarak doğal gaz, depolanan gaz ve rezervuar koşulları ile uyumlu olması nedeniyle yastık gazı olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte, alternatif depolama yöntemleri ve gaz yönetim stratejileri araştırıldıkça, karbondioksit (CO2) gibi diğer gazlar potansiyel yastık gazı olarak dikkatleri üzerine çekmiştir. Karbon dioksit bir yastık gazı olarak çeşitli avantajlar sunar. İlk olarak, endüstriyel süreçlerin bir yan ürünü olarak kolaylıkla temin edilebilir ve bu da onu kullanım için çekici bir seçenek haline getirir. Ek olarak, karbon dioksit, hazne basıncını istenen aralıkta tutmada etkili bir şekilde işlev görmesine izin vererek, uygun termodinamik özellikler sergileyebilir. Yastık gazının seçimi, belirli rezervuar özellikleri, gaz depolama gereksinimleri ve çevresel hususlar dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır. Her gazın kendine özgü özellikleri vardır ve yastık gazı seçimi, bu faktörlerin kapsamlı bir değerlendirmesine göre yapılmalıdır. Uygun bir yastık gazı kullanarak, gaz depolama tesisi, ortalama rezervuar basıncının verimli gaz çıkarma için gereken minimum seviyenin üzerinde kalmasını sağlayabilir. Bu, yüksek talebin olduğu dönemlerde güvenilir ve tutarlı gaz tedariği sağlayarak, gaz depolama ve geri alma sürecinin genel kararlılığına ve etkinliğine katkıda bulunur. Bu çalışmanın ana amacı, karbondioksitin bir yer altı depolama rezervuarında yastık gazı olarak kullanılmasının uygulanabilirliğini araştırmaktır. Buna ek olarak, karışım bölgesinin davranışı da incelenmiştir. Simülasyon süreci, CMG tarafından geliştirilen bir yazılım olan GEM kullanılarak gerçekleştirilir. Bu çalışmada simülasyon programı kullanılarak toplam sekiz farklı senaryo modellenmiştir. Her senaryo, rezervuar sıcaklığı, ortalama rezervuar basıncı ve rezervuar içindeki karbondioksit ve metan bileşimleri dahil olmak üzere rezervuar koşullarının belirli bir kombinasyonunu temsil eder.Simülasyon, karbondioksit yastık gazı olarak kullanıldığında rezervuarın çeşitli koşullar altında nasıl davrandığına dair kapsamlı bir anlayış sağlamayı amaçlamaktadır. Simülasyon sonuçları rezervuar basıncı değişiklikleri, rezervuar sıcaklığı ve rezervuar içindeki karbondioksit ve metanın davranışı gibi faktörlere ilişkin verileri içeriyor. Bu sonuçlar, karbon dioksitin yastık gazı olarak kullanılmasının uygunluğunun değerlendirilmesine ve böyle bir depolama yaklaşımının potansiyel faydalarının veya sınırlamalarının belirlenmesine yardımcı oluyor. Genel olarak, bu çalışma, karbon dioksitin yastık gazı olarak kullanımını araştırarak, böyle bir sistemin dinamikleri ve bunun karbondioksit depolama ve yönetim stratejileri üzerindeki potansiyel etkileri hakkında değerli bilgiler sağlayarak yer altı rezervuar depolama alanına katkıda bulunmaktadır. Karbondioksitin belirli sıcaklık ve basınç koşullarında farklı sıkıştırılabilirlik davranışı nedeniyle, yastık gazı olarak kullanıldığında hem avantajlı hem de dezavantajlı bir gaz olabilir. Sonuçlar, 313.15 K, 323.15 K, 333.15 K ve 343.15 K rezervuar sıcaklıklarında ve 120 bar'ın altındaki basınç aralıklarında yastık gazı olarak karbondioksit kullanımının metandan daha yüksek sıkıştırılabilirlik değerleri nedeniyle basınç desteği sağladığı için oldukça faydalı olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, ilk rezervuar basıncı 180 bar'a çıkarıldığında karbondioksit avantajını kaybeder, çünkü daha yüksek rezervuar basınçlarında sıkıştırılabilirliği metanın sıkıştırılabilirliğinden daha düşüktür. Başka bir deyişle, metan, daha yüksek rezervuar basınç aralıkları için (120 bar'ın üzerinde) 313,15 K, 323,15 K, 333,15 K ve 343,15 K rezervuar sıcaklıklarında yastık gazı olarak kullanılabilir. Ayrıca, metan ve karbondioksit bileşimlerinin ortalama rezervuar basıncı düşüş oranı üzerinde büyük etkisi vardır. Ayrıca sonuçlar, depolanan gaz ile yastık gazı arasında oluşan karışım bölgesi uzunluğunun zamanla uzama eğiliminde olduğunu göstermektedir. Karışım bölgesinin uzunluğunun erken, orta ve geç zaman için sırasıyla 270 m, 458 m ve 567 m olduğu bulunmuştur. Karışım bölgesi uzunluğunun boyutsuz zamanın kareköküyle orantılı olduğu da gözlendi.

Özet (Çeviri)

Fossil fuels are a part of the primary source of energy, and today the majority of industrialized and developing nations use oil, coal, and natural gas as their primary fossil fuels. Natural gas, one of these fossil fuels, is a versatile, efficient, clean-burning fuel that is utilized in a range of applications. The gas industry encompasses various sub-sectors that contribute to the overall expansion and maintenance of a reliable gas supply. One of these vital components is underground gas storage, which plays a crucial role in ensuring consistency in gas supply. Underground gas storage involves the practice of storing natural gas in reservoirs that have significant capacities. This strategic approach allows for the management of high import volumes during periods of low demand, as well as the provision of an adequate supply of natural gas during periods of high demand. The primary purpose of underground gas storage is to balance the fluctuating demand and supply dynamics of the gas market. By storing natural gas during times when demand is low, such as during the summer season or periods of reduced industrial activity, the excess supply can be stored underground in reservoirs. This practice helps to avoid wastage of gas resources and ensures that the gas supply is readily available when demand increases. Moreover, underground gas storage facilities contribute to the overall energy security of a region or country. By maintaining a sufficient inventory of stored natural gas, countries can reduce their dependence on external sources of gas supply during times of geopolitical uncertainties or disruptions in gas imports. This enhances energy resilience and provides a buffer against potential supply disruptions, thus ensuring the uninterrupted functioning of industries, power generation facilities, and residential heating systems. Overall, underground gas storage is a critical sub-sector within the gas industry. It provides a means to balance supply and demand, manage seasonal variations, and enhance energy security. By investing in the expansion and maintenance of underground gas storage facilities, countries can increase customers' access to a reliable gas supply and strengthen their overall energy infrastructure. In the process of storing and withdrawing gas from an underground storage reservoir, certain considerations need to be addressed to ensure smooth operation. When it comes to withdrawing gas, it is crucial to maintain the average reservoir pressure above certain value to ensure the fluent extraction of the stored gas. This is where the concept of cushion gas or base gas comes into play. The cushion gas refers to the amount of gas that needs to stay in place to maintain the required pressure levels. Traditionally, natural gas has been used as cushion gas due to its compatibility with the stored gas and the reservoir conditions. However, as alternative storage methods and gas management strategies have been explored, other gases such as carbon dioxide (CO2) have gained attention as potential cushion gases. Carbon dioxide offers several advantages as a cushion gas. Firstly, it can be readily available as a byproduct of industrial processes, making it an attractive option for utilization. Additionally, carbon dioxide can exhibit favourable thermodynamic properties, allowing it to function effectively in maintaining the reservoir pressure within the desired range. The selection and amount of the cushion gas depends on various factors, including the specific reservoir characteristics, gas storage requirements, and environmental considerations. Each gas has its own unique properties, and the choice of cushion gas should be made based on a comprehensive assessment of these factors. By employing an appropriate cushion gas, the gas storage facility can ensure that the average reservoir pressure remains above the minimum level required for efficient gas extraction. This allows for reliable and consistent supply of gas during periods of high demand, contributing to the overall stability and effectiveness of the gas storage and retrieval process. The main objective of this study is to investigate the feasibility of utilizing carbon dioxide (CO2) as a cushion gas in an underground storage reservoir. In addition, behaviour of mixing zone is also investigated. The simulation process is conducted using the Generalized Equation of State Model Compositional Reservoir Simulator (GEM), a software developed by the Computer Modelling Group. In this study, several scenarios are modelled using the simulation program. Each scenario represents a specific combination of reservoir conditions, including reservoir temperature, average reservoir pressure, and the compositions of carbon dioxide and methane within the reservoir. The simulation aims to provide a comprehensive understanding of how the reservoir behaves under various conditions when carbon dioxide is used as a cushion gas. By inputting the specific reservoir properties and gas compositions into the GEM simulator, the researchers can assess the performance of the reservoir in each scenario. The simulation results include data depending on factors such as reservoir pressure, reservoir temperature and the behaviour of the carbon dioxide and methane within the reservoir. These results will help to evaluate the suitability of using carbon dioxide as a cushion gas and determine the potential benefits or limitations of such a storage approach. Overall, this study contributes to the field of underground reservoir storage by investigating the use of carbon dioxide as a cushion gas, providing valuable insights into the dynamics of such a system and its potential implications for carbon dioxide storage and management strategies. Due to the different compressibility behaviour of carbon dioxide at certain temperatures and pressure conditions, it can be both an advantageous and disadvantageous gas when it is used as a base gas. The results showed that carbon dioxide usage as a cushion gas at reservoir temperatures of 313.15 K, 323.15 K, 333.15 K and 343.15 K and pressure ranges below 120 bar is quite beneficial as it provides pressure support because of its higher compressibility values than that of methane at these reservoir conditions. However, carbon dioxide loses its advantage when initial reservoir pressure is increased to 180 bar since its compressibility is lower than compressibility of methane at higher reservoir pressures. Moreover, the concentration of methane and carbon dioxide have a huge impact on average reservoir pressure decline rate. Furthermore, results illustrate that mixing zone length formed between working and cushion gas tends to extend with time. The mixing zone is assumed to be the part in which tracer concentration is between 0.1 and 0.9 and the length of mixing zone for early, mid, and late time is 270 m, 458 m, and 567 m respectively. It was also observed that mixing zone length is proportional to the square root of dimensionless time.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    528602

    Simulation of geothermal reservoirs with high amount of carbon dioxide

    Yüksek miktarlarda karbon dioksit içeren jeotermal sahaların simülasyonu

    SERHAT KÜÇÜK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERHAT AKIN

  2. Tez No

    685953

    Sudan'da 1 GW kapasiteli fotovoltaik enerji santralinin tasarımı ve simülasyonu

    Design and simulation of a 1-GWp solar photovoltaic power station in Sudan

    SOHAIB NASR MOHAMED ABDALLA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    EnerjiOndokuz Mayıs Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN ÖZCAN

  3. Tez No

    421199

    Photovoltaic-powered water pumping applications in rural villages

    Kırsal yerleşimlerde fotovoltaik enerji ile çalışan su pompalama uygulamaları

    HASHIM ABDULLAHI ABDI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. RAMAZAN ÇAĞLAR

  4. Tez No

    557014

    Petri ağları yaklaşımı ile raylı sistemler anklaşman sistemlerinin PLC ile gerçeklenmesi ve simülasyonu

    PLC application of railway interlocking systems with petri net approach and simulation

    OZAN CAN BEHMERANREZAİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesi

    Raylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SIDDIK MURAT YEŞİLOĞLU

  5. Tez No

    507715

    Kentsel atıksu arıtma tesisi anaerobik çamur çürütücülerinin dinamik proses modelleme yaklaşımı ile analizi

    Analysis with dynamic process modeling approach of anaerobic sludge digesters of the urban wastewater treatment plant

    KERİM EKİCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL

Geri Dön