L optimisation des stockages de gaz par modélisation thermodynamique et thermomécanique

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1 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

2 Stockage souterrain de gaz naturel Deux techniques dominent le marché Notre sujet d aujourd hui Optimisation stockage gaz 16/03/2017 2

3 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 Optimisation stockage gaz 16/03/2017 3

4 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 Optimisation stockage gaz 16/03/2017 4

5 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 Optimisation stockage gaz 16/03/2017 5

6 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 Optimisation stockage gaz 16/03/2017 6

7 Modélisation thermodynamique : bilan matière et bilan énergétique Tw(t) Ts(0) Ts(t) Tb(t) + dissolution endothermique Tg(t) Tb(t) Tg(t) Tb(t) Création («lessivage») Création (vidange saumure) Exploitation Échanges thermiques Optimisation stockage gaz 16/03/2017 7

8 Utilisation de la modélisation thermodynamique Données d entrée Utilisation pour calculer les variations de température et de pression dans la caverne 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) Optimisation stockage gaz 16/03/2017 8

9 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 Optimisation stockage gaz 16/03/2017 9

10 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 Optimisation stockage gaz 16/03/

11 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 Optimisation stockage gaz 16/03/

12 Modélisation thermomécanique 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 Optimisation stockage gaz 16/03/

13 Modélisation thermomécanique Optimisation stockage gaz 16/03/

14 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 Optimisation stockage gaz 16/03/

15 Optimisation stockage gaz 16/03/