5.4.5. Оборудование для герметизации подземных газонефтехранилищ шахтного типа

Надежность шахтных газонефтехранилищ обеспечивается герметизацией подземных емкостей. Герметизация достигается размещением выработок- емкостей в пределах непроницаемого массива пород, применением различ­ных методов, герметизацией стенок выработок-емкостей при наличии тре- щиноватости в породах и созданием специальных устройств, выполняющих роль герметичных перемычек.

Для герметизации стенок выработок-емкостей существуют различные методы и способы. Местные нарушения горных пород со значительной тре- щиноватостью обычно устраняют посредством цементирования породы. Слабые породы закрепляют путем наг нетания цементно-песчаного или бес- песчаного раствора. Цементацию проводят с целью предупреждения проры­вов воды в емкость и паров сжиженного газа в окружающие породы, а также для повышения устойчивости пород.

Конструкция герметичных перемычек. Герметичные перемычки предназначены для изоляции выработок, заполненных продуктом, от осталь­ных выработок хранилища или внешней среды.

Герметизация перемычки должна выдерживать расчетную нагрузку (дав­ление, создаваемое хранимым продуктом), обеспечивать герметичность конструкции перемычки и контакт с непроницаемой толщей вмещающих горных пород, в которой размещаются емкости; позволять герметичный пропуск необходимых технологических трубопроводов.

Перемычки выполняют из материалов, не подвергающихся воздействию со стороны хранимых продуктов и не оказывающих влияния на их товарные свойства. В хранилищах сжиженных газов предусматривают перемычки вы­сокого, а в хранилищах светлых нефтепродуктов - низкого давления.

Двойная герметичная перемычка, основанная на принципе гидро­затвора. Такие перемычки сооружают в подходных горизонтальных выра­ботках. Они предназначены для герметизации емкостей сжиженных газов, хранящихся под избыточным давлением паровой фазы. Герметичная пере­мычка состоит из двух напорных стенок, перекрывающих выработку-ем- кость. Стенки изготовлены из специального бетона. Полость между ними заполнена изолирующей жидкостью специального состава. Изолирующая жидкость в полости гидрозатвора находится под давлением, на 0,05-0,1 МПа превышающим давление сжиженных газов в хранилище (рис. 5.16). Более высокое, чем в хранилище, давление изолирующей жидкости препятствует фильтрации из емкости жидкой и паровой фаз продукта.

Одинарная герметичная перемычка с контурным гидрозатвором. Работа одинарной перемычки аналогична описанной выше. Гидрозатвор выполнен в виде кольцевого вруба, расположенного по периметру напорной стенки. Одинарные перемычки применяют для герметизации хранилищ неф­тепродуктов, находящихся при атмосферном давлении.

Двойная металлическая перемычка. Ее обычно располагают в устье ствола. Такую перемычку используют в хранилищах для одного вида сжи­женного газа при бурении с обсадной трубой. Пространство между обсадной трубой и породой цементируют продуктонепроннцаемым раствором. Через перемычку проходят технологические коммуникации и погружной насос, который опускают по специальному трубопроводу, предназначенному для заполнения подземной емкости продуктом. Для контроля за герметичнос­тью перемычки на оголовке устанавливают предохранительный клапан и ма­нометр, регистрирующий давление в камере, расположенной между метал­лическими полусферами. В случае разгерметизации технологических трубо­проводов, выходящих из оголовка подземного хранилища, предусмотрено гидравлическое закрытие труб, опущенных в емкость. Для этого по специ­альному трубопроводу зумпф заливают водой. Вода поднимается по трубо­проводам до тех пор, пока ее столб не уравновесит давление газа внутри хра­нилища, создав таким образом надежный гидравлический затвор в трубах, препятствующий выбросу на поверхность паров сжиженного газа.

Двойную металлическую перемычку можно располагать в стволах боль­шого диаметра. На участке ствола, пройденного по "рабочей толще" пород, возводят продуктонепроницаемую крепь. Крепь представляет собой метал­лическую сварную обечайку, с внутренней стороны которой имеется железобетонная рубашка. В пространство за металлическую обечайку при рас­четном давлении осуществляют двух-, трехкратное нагнетание продукто- непроницаемого раствора. Раствор нагнетают по трубкам, герметично прива­ренным к металлической обечайке. По ее периметру приваривают металлические воротники, к которым крепят сферические перемычки.

Материалы для сооружения герметичных перемычек. В целях обеспечения надежности герметизирующих устройств предъявляют ряд фебований к материалам, применяемым для их строительства. Основными среди них являются бетон, используемый при сооружении герметичной пе­ремычки, цементные растворы для цементации закрепленного пространства и стволах и изолирующие жидкости, необходимые для герметичных пере­мычек с гидрозатвором и заполняющие пространство между бетонными стенками.

Нстоны для сооружения перемычек должны быть высокопрочными, практически непроницаемыми при давлении до 1,5 МПа и безусадочными.

К изолирующим жидкостям предъявляют следующие требования. Их вязкость должна быть минимальной для лучшего насыщения окружающих пород. Изолирующая жидкость не должна проникать через бетонную стсн ку; не допускается ее контакт с породой в подходную выработку, где отсут­ствует избыточное давление.

­Для получения более плотных и прочных материалов используют различ­ные полимерные добавки в виде эмульсий, которые при введении в бетон­ную смесь затвердевают в цементном камне, кольматируя его поры. Сниже­нию проницаемости и улучшению других свойств бетонов способствуют компоненты, содержащие дивинил, винилиденхлорид, фуриловый спирт с со­лянокислым анилином, эпоксидные смолы и др.

Для герметизации подземных шахтных хранилищ сжиженных газов при­меняют перемычки с гидрозатвором специальных конструкций. Они пред­ставляют собой две бетонные стенки, примыкающие к окружающей непро­ницаемой породе, пространство между которыми заполняют изолирующей жидкостью под давлением, превышающим давление хранимого сжиженного газа.

Расчет оптимальных параметров герметизирующих устройств и технология их сооружения. Расчет прочности напорных бетонных стенок герметизирующих устройств, расположенных во врубах, выполняется с учетом сжатия и скалывания пород, возможности среза тела перемычек по периметру изолируемых выработок и отсутствия трещин в бетоне, образую­щихся под действием возникающего в теле перемычки напряженного состояния.

Технология сооружения перемычек во врубах, полученных бурением ко­ротких скважин большого диаметра, заключается в следующем. Вначале буровым инструментом одну под другой бурят короткие скважины, количе­ство которых зависит от размеров горизонтальной выработки. Затем пере­мычки между скважинами разрушают отбойными молотками. Создается вруб, в контуре которого отсутствуют трещины. Во врубах, образованных бурением коротких скважин, возводят бетонные стенки. Надежность работы герметичных перемычек обусловливается качественным проведением ра­бот по их сооружению, оптимальными параметрами и формой заделки в гор­ную породу.

После образования врубов приступают к сооружению напорных стенок. Бетонирование напорных стенок герметизирующих устройств проводят не­прерывно. Перерывы в укладке бетона способствуют образованию рабочих швов, которые впоследствии могут стать местом возможной разгерметиза­ции хранилищ.

Для проверки герметичности подземные хранилища шахтного типа под­вергают опрессовке. Емкости для хранения пропана опрессовывают сжатым воздухом под давлением 1,2-1,4 МПа в течение 24 ч. При положительных результатах приступают к оснащению скважины и ствола для осуществления сливо-наливных операций. Хранилища большой емкости опрессовывают дважды.

Герметичность выработки-емкости считается удовлетворительной, если в процессе испытаний видимое падение давления не превышает фиксируемо­го вследствие изменения температуры. Завершающим этапом является оп­ределение емкости хранилища по количеству нагнетавшегося и выданного воздуха.