8.4. Подземные хранилища сжиженных углеводородных газов в отложениях каменной соли

В соляных пластах достаточно большой мощности на глубине, обеспечивающей гидростатическое давление, превышающее давление хранимого продукта, через буровые скважины путем размыва (выщелачивания) сооружают полости-резервуары. Такие резервуары занимают обычно большой объем: от 1 тыс. м³ до 1,5 млн. м³ . Каменная соль имеет предел прочности 25-30 МПа и не влияет на качество сжиженных углеводородных газов. При увеличении давления каменная соль резко повышает свои пластические свойства, особенно при смачивании. Капиллярные трещины в кристаллах закрываются, и это приводит к значительному повышению предела прочности на растяжение. Выбор методов и схем создания подземных емкостей зависит от мощности пласта, структурных особенностей, условий залегания, физико-химических характеристик соляного тела, содержания и характера распределения в нем нерастворимых включений. Залежи каменной соли могут иметь строение: пластовое, пластово-линзообразное, купольное и штоковое. Характер литологического состава соленосной толщи и содержание в ней нерастворимых примесей являются определяющими факторами выбора способа сооружения камер подземных хранилищ.

Размыв соли осуществляют по двум схемам: закачкой пресной воды и выдавливанием на поверхность рассола (циркуляционный метод); струями воды, разбрызгиваемыми при атмосферном или повышенном давлении в емкости специальным оросителем (струйный метод или орошение), при этом рассол откачивают из размываемой камеры погружным насосом, а также выдавливают сжатым воздухом или газом.

Циркуляционный метод сооружения емкостей состоит в подаче по одной рабочей колонне на забой скважины воды, которая, размывая соляной пласт, создает подземную камеру и насыщается солью.

Насыщенный соляной раствор по другой колонне труб выводят на поверхность. Создание подземной камеры заданной конфигурации возможнотолько путем управляемого выщелачивания. Процессом выщелачивания управляют при помощи жидкого или газообразного нерастворителя, предохраняющего подземную полость от произвольного размыва. Принципиальная схема сооружения емкости показана на рис. 6.3.

Рис. 8.3. Принципиальная схема выщелачивания подземной полости

циркуляционным способом:

1 - труба для подачи воды; 2 - труба для отвода соляного раствора; 3 -

породы кровли; 4 - заделка цементным раствором; 5 - обсадная труба; 6 -

наружная рабочая колонна; 7 - нерастворитель; 8 - внутренняя рабочая

колонна; 9 - границы последовательного развития подземной камеры; а -

грунт кровли; б - соляной пласт; в - пресная вода; г - рассол; д -

нерастворимые отложения.

В качестве жидкого нерастворителя обычно используют нефтепродукты или сжиженные углеводородные газы, а в качестве газообразного - воздух или азот. Нерастворитель подают в межтрубное пространство обсадной трубы и внешней рабочей колонны.

Многие месторождения каменной соли имеют пласты мощностью 5-20 м. При сооружении подземных емкостей в таких пластах проходят наклонно-горизонтальные скважины и образуют протяженные выработки-емкости галерейного типа, расположенные вдоль простирания пласта. Несмотря на то что стоимость проходки наклонных и горизонтальных скважин выше, чем вертикальных, возможность создания крупных хранилищ делает этот способ экономичным.

Схема размыва емкости галерейного типа изображена на рис. 8.4.Горизонтальное бурение скважины осуществляют для размыва больших, вытянутых по горизонтали емкостей. Для обеспечения прочности и устойчивости подземной емкости в кровле и почве оставляют защитные целики соли толщиной 2-3 м. Чтобы обеспечить сохранность целика соли ниже камеры, горизонтальную часть камеры бурят выше подошвы пласта. Верхний защитный целик можно создать при размыве.

Для размыва подземных емкостей галерейного типа используют двухколонные системы без применения нерастворителя.

а б

Рис. 8.4 Схема емкости галерейного типа:

а- через одну скважину; б-через две скважины;

1-пласт соли; 2-вмещающие породы; 3-обсадные трубы для отбора рассола; 4-водоподающая колонна; 5-камера образованная размывом (первая захватка)

Струйный метод размыва подземных емкостей, основанный на использовании гидродинамических свойств водяных струй при растворении соли, значительно интенсифицирует процесс и повышает надежность управления формообразованием емкости. Размыв осуществляют методом орошения стенок камеры струями воды (рис. 8.5). Воду подают через серию насадок, расположенных на внешней рабочей колонне в скважине в пределах интервала глубины заложения емкости. Колонне придают медленное вращательное движение, благодаря которому каждая струя воды равномерно растворяет соль по всей окружности камеры. Количество рассола примерно соответствует объему подаваемой на размыв воды. На поверхность земли рассол можно подавать гидроэлеватором, эрлифтом, погружным электронасосом или вытеснять сжатым воздухом.

Вода Рассол

Рис. 8.5. Схема струйного метода размыва подземных емкостей с отбором рассола сжатым воздухом: 1, 2, 3, 4 - отверстия диаметром 5-10 мм

Применение механических мешалок и перемешивающих устройств, приводимых в движение энергией поступающей в камеру воды, оказалось нецелесообразным из-за больших объемов камер. Положительные результаты получены при использовании высоковольтных искровых разрядов, при этом достигалось увеличение концентраций в 1,3-2,7 раза. При исследовании явления было установлено, что основной причиной интенсификации процесса растворения являются акустические колебания, возбуждаемые в жидкости электрическими разрядами. Поэтому были использованы более простые источники акустического излучения -ультразвуковые и гидродинамические излучатели.

Положительный эффект получен при использовании пульсационного или колебательного движения жидкости, что достигается термодинамическим частичным или полным перекрытием потока воды. Для этого используют многоступенчатую гидравлическую турбину осевого типа, приводимую во вращение водой, поступающей в скважину под давлением. Чередование совмещения и несовмещения отверстий ротора и статора приводит к возникновению пульсации давления жидкости. При использовании частоты пульсации 10-60 Гц для подземной емкости объемом 10000 м³ время размыва может быть сокращено с 554 до 294 сут.

Существуют различные методы определения формы и объема подземных емкостей, из которых наиболее надежным следует считать метод ультразвуковой локации.