книги из ГПНТБ / Ширковский, А. И. Добыча и подземное хранение газа учебное пособие

В хранилище разрешается закачивать рассол концентрацией не

100 тыс. м3/год и более). В этих районах рекомендуется уменьшать площадь рассолохранилища и увеличивать его глубину.

При заполнении и опорожнении рассолохранилища стенки периодически контактируют то с рассолом, то с воздухом. Экспе­ риментально установлено, что коррозия стенок происходит вслед­ ствие реологических и кристаллизационных процессов в порах материала стенок, поэтому рекомендуется эти поверхности покры­ вать непроницаемыми пленками или покрытиями.

Доразмыв емкости путем закачки неконцентрированного рас­ сола часто применяют для ускорения ввода в эксплуатацию под­ земных хранилищ. Аналитические решения и анализ фактических данных показывают, что доразмыв емкостей произвольной кон­ фигурации происходит в основном в верхней трети емкости( 37% общей высоты).

По техническим условиям эксплуатации при цикле хранения продукта задвижки на рассольной колонне должны быть полностью открыты. Это обусловлено повышением давления в хранилище вследствие нагрева холодных продукта и рассола. При повышении температуры и закрытых задвижках давление на устье воз­ растает

продукта и рассола в 1/°С; At — перепад температур.

>При эксплуатации подземного хранилища происходит тепло­ обмен между рассолом и продуктом, между содержимым хра­ нилища и горными породами. В результате этого изменяются плотности продукта и рассола; из рассола может выкристалли­ зовываться соль; образуются гидраты; изменяется взаиморастворимость продукта и рассола, вследствие чего возникает опасность изменения товарных свойств хранимых продуктов.

Интенсивность теплообмена в хранилище зависит от режимов закачки и отбора, геометрии емкости, теплофизических свойств пород, хранимых продуктов и рассола. Теплообмен осуществляется вынужденной конвекцией при закачке и отборе, а при хранении — теплопроводностью.

В подземном хранилище был проведен промышленный экспе­ римент. Одна емкость представляла собой цилиндр с диаметрами 18,6 м верхней окружности и 10,4 м нижней. Высота цилиндра /-/=*186 м; объем емкости У=33 тыс. м3. Другая емкость— шар радиусом R= 18 м, V = 20,4 тыс. м3. Температуру в емкостях изме­

180

ряли электротермометром ЭТМИ-55 передвижной промыслово-гео­ физической станции.

Было установлено, что характер кривых температур практически не зависит от формы емкости. По глубине скважины температура возрастает в соответствии с геотермическим градиентом. Сниже­ ние температуры на входе рассола в камеру обусловлено умень­ шением теплообмена с горными породами (R^$>rCKlt). Минимальная температура на контакте нефтепродукт — рассол обусловлена раз­ ностью их теплопроводностей; по этому скачку температур можно определять границу рассол — нефтепродукт.

Опыт показал, что тепловое равновесие в емкостях объемом 20—30 тыс. м3 устанавливается в течение 3—4 мес.

Аналитическое решение совместно уравнений теплового баланса подземного хранилища дает возможность рассчитывать изменение температур рассола и нефтепродукта во времени. Эти данные ис­ пользуются для установления нормы наполнения емкости нефте­ продуктом, определения объема поступающего на поверхность рассола, позволяют выбрать арматуру по давлению и темпера­ туре.

При эксплуатации нескольких емкостей, расположенных на некотором расстоянии в едином массиве соли, необходимо учиты­ вать их тепловую интерференцию.

В процессе эксплуатации подземных хранилищ возникает необ­ ходимость замены одного хранимого продукта другим. В этом случае более легкий продукт закачивают по затрубному простран­ ству в верхнюю часть емкости, а более тяжелый продукт отбирают по центральной колонне. Зона изменения концентрации по расче­ там и лабораторным "экспериментам составляет 10—30 м и зависит от вертикальных размеров емкости, разности плотностей и интен­ сивности перемешивания струй жидкости.

Особенности хранения нефтепродуктов в отложениях каменной соли (контакт с солью и рассолом, отсутствие газовоздушной фазы, постоянство температуры, повышение давления) обусловили необ­ ходимость проведения не только лабораторных, но и промышлен­ ных наблюдений за изменением качества хранимых продуктов. Было установлено, что при различных сроках хранения (от 5 мес до 5 лет) разных нефтепродуктов в различных условиях в емкости (2 0 ^ р ^ 5 0 кгс/см2, 1 6 ^ /^ 3 2 °С ) свойства продуктов практически не изменяются.

Таким образом, схемы эксплуатации хранилищ с жидким аген­ том достаточно изучены. Проектирование и эксплуатация таких

•схем базируются на современном научном уровне.

Схемы эксплуатации хранилищ с газообразным рабочим аген­ том, несмотря на их преимущества перед схемой с жидким рабочим агентом, в значительной мере находятся в стадии научных разра­ боток и промышленных испытаний. Перспективы этих схем боль­ шие и можно ожидать, что в ближайшие годы они займут доми­ нирующее положение в подземном хранении.

181

Преимуществами схем хранилищ с газообразным рабочим агентом являются: отсутствие рассолохранилищ и всех затрат, свя­ занных с их эксплуатацией, закачкой и отбором рассола; возмож­ ность извлечения остатков нефтепродуктов; отсутствие опасности неуправляемого доразмыва емкостей; гибкость управления режи­ мами закачки и отбора; простота схемы, существенное снижение капитальных вложений и эксплуатационных затрат; использование газообразного агента при отборе продукта для подъема жидкости по способу газлифта.

К недостаткам этих схем относятся: повышение требований к герметичности скважин и емкости; опасность растворения газо­ образного агента в хранимом продукте, что ведет к изменению товарных свойств; специальные требования к свойствам газооб­ разного агента; опасность резкого снижения внутреннего давления в емкости при утечках газа.

Газообразные агенты должны удовлетворять следующим усло­ виям: не конденсироваться при давлении и температуре хранили­ ща; незначительно растворяться в хранимых продуктах и не всту­ пать с ними в химическое взаимодействие; незначительно раство­ рять в себе пары хранимых продуктов; не образовывать с парами продуктов взрывоопасной смеси. Простота получения и небольшая стоимость газообразных агентов также определяют целесообраз­ ность применения схемы.

В качестве газообразных агентов могут использоваться азот, выхлопные и топочные газы, продукты сгорания части хранимого продукта, природный газ, состоящий в основном из метана.

Азот, выхлопные и топочные газы целесообразно использовать в хранилищах, расположенных вблизи заводов нефтехимической переработки. Для получения продуктов сгорания, используемых в качестве рабочего агента, по оценке ВНИИПКнефтехима необ­ ходимо сжигать 0,5% от объема хранящегося продукта. Этот способ может быть перспективен при отсутствии других источников газообразных агентов. Природный газ при разветвленной совре­ менной сети газопроводов наиболее перспективен для схем с газо­ образным рабочим агентом. При отборе природного газа из маги­ стрального газопровода нет необходимости в компрессорной стан­ ции на подземном хранилище. Объем газа для заполнения емкости подземного хранилища практически неограничен. Сочетание за­ качки и отбора газа с сезонными потреблениями нефтепродуктов (летом закачка газа в хранилище, а зимой его отбор и подача потребителю) еще больше увеличивает технико-экономическую эффективность использования природного газа в схемах эксплуа­ тации подземных хранилищ с газообразным агентом. В этом случае природный газ, вытесняемый зимой хранимым продуктом, исполь­ зуется для покрытия сезонных потребностей в нем.

При этой схеме эксплуатации хранилища газообразный агент закачивают по затрубному пространству, а хранимый продукт от­ бирают по центральной колонне. Закачивают хранимый продукт

182

по центральной трубе, а газообразный агент выпускают из емко­ сти через затрубное пространство.

Давление на устье скважины при закачке газа в хранилище можно определять по барометрической формуле, пренебрегая по­ терями давления в скважине на трение

газ — продукт в м; Лртр — потери на трение в центральной колонне при движении в ней продукта в кгс/см2.

оценка степени влияния газообразного агента на качество храни­ мого продукта.

В лабораторных условиях экспериментально было исследовано влияние природного газа на качество хранимых автобензинов и дизельных топлив при полном их насыщении при параметрах хра­ нилищ. Эти опыты показали, что при 2 2 ^ ^ 3 2 ° С физико-хими­ ческие характеристики топлив соответствовали предъявляемым требованиям, на незначительную величину уменьшилось октановое число, а потеря бензина в опытах оказалась существенной (3-г- -т-9% объемн.), вследствие чего газ обогатился парами бензина.

183

Так как в хранилище глубина насыщения продукта газом до­ стигает 0,5—1,0 м от контакта, что было установлено в лабора­ торных экспериментах, можно считать, что товарные характери­ стики всего объема хранимого продукта останутся неизменными.

Результаты проведенного опытно-промышленного использования природного газа в схеме с газообразным рабочим агентом позволят уточнить параметры проектирования таких схем.

В отложениях каменной соли хранят не только жидкие газы и нефтепродукты, но и природные газы в газообразном состоянии.

Ереванское хранилище состоит из шести емкостей, суммарный объем которых около 500 тыс. м3. Средняя глубина около 1000 м. Максимальное давление в хранилище 125 кгс/см2; остаточное дав­

нилище позволяет удовлетворять сезонные и суточные потребности в газе Еревана при их резком колебании.

28,3 млн. м3, общий объем газа равен 42 млн. м3. На этом хра­ нилище при 508-мм эксплуатационной колонне достигнута уникаль­ ная для газовых скважин производительность — до 10 млн. м3/сут.

В заключение следует указать, что эксплуатация описанных подземных хранилищ регламентируется «Временными техническими условиями эксплуатации подземных емкостей в отложениях камен­ ной соли при хранении в них нефтепродуктов», утвержденными министерствами нефтедобывающей и газовой промышленности

СССР в январе 1966 г.

§54. Технико-экономические показатели создания и эксплуатации подземных хранилищ в непроницаемых горных породах

Результаты технико-экономических исследований ВНИИПромгаза позволяют установить основные зависимости удельных капи­ тальных и эксплуатационных затрат от объема, глубины храни­ лища и других факторов (рис. 48 и 49).

Удельные капитальные вложения снижаются с увеличением объема хранилища по гиперболической кривой, а с увеличением глубины возрастают почти линейно. Стоимость наземных комплек­ сов составляет 40—50% всех затрат для хранилищ небольшого размера (10 тыс. м3) и 30—40% для хранилищ большого размера (100 тыс. м3), т. е. мало зависит от объема хранилища. Поэтому капитальные вложения существенно снижаются при увеличении объема хранилищ. Стоимость сброса рассола на глубину 1500 м или подача его потребителю на расстояние 100 км (рассолопромысел, завод и т. д.) составляет примерно 20—30% для хранилищ объемом 10 тыс. м3 и 30—40% для хранилищ объемом 100 тыс. м3.

184

подземного хранилища жидких газов от геометрической емкости каверны.

Глубина залегания пласта: 1—1000 м; 2—500 м:

3—250 м

Рис. 49. Зависимость годовых экс­ плуатационных затрат при эксплуатации подземного хранилища жидких газов от глубины залегания пласта и геомет­ рической емкости каверны. Обозначения те же, что и на рис. 48

185

сатных месторождений СССР. Тем. науч.-техн. обзор. М., ВНИИЭгазпром, 1970, 51 с. с ил. Авт.: Л. М. Дюков, А. Г. Варсанович, М. В. Калугин и др.

5. З а в е р т а й л о М. М., Ад они н А. А., С и р о т и н А. М. Эксперимен­ тальное изучение коэффициента теплопередачи в теплообменниках типа «труба в трубе». — «Газовое дело», 1963, № 6—7, с ил.

дуктивных характеристик эксплуатационных скважин при закачке газа в подзем­

техранилищ, сооружаемых в отложениях каменной соли. М., ВНИИЭГазпром, 1968, 94 с. с ил.

пользования авиационных двигателей в качестве привода центробежных нагнета-

188