книги из ГПНТБ / Гофман-Захаров П.М. Проектирование и сооружение подземных резервуаров - нефтегазохранилищ

Вдальнейшем размыв должен привести к образованию формы, близкой к противоточной. В данном случае перевернутый конус должен иметь несколько большее нижнее основание.

Впрактике рассолодобычи и создания подземных емкостей встречаются комбинации вышеназванных методов.

Следует заметить, что, несмотря на серьезные дефекты прямо­ точного и противоточного методов подземного выщелачивания, они все же отличаются предельной простотой схемы наземных обустройств, а также характеризуются невысокими расходам^ металла в результате двухколонной системы скважин. При неко­ торых условиях создания подземных емкостей не исключается возможность их применения. В частности, в практике США метод противотока находит широкое применение в тех случаях, когда кровля соляного пласта или купола слагается прочными и непро­ ницаемыми породами, а также при наличии в соляном пласте нерастворимых пропластков.

ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ КАМЕННОЙ СОЛИ С ГИДРОВРУБОМ

Опыт рассолодобычи в различных месторождениях соли пока­ зывает, что сроки нормальной эксплуатации скважин при прямо­ точном и противоточном методах зависят от степени чистоты вы­ щелачиваемой каменной соли.

Включения пустой породы и ангидридов, в изобилии встречаю­ щиеся в пластах и куполах некоторых месторождений каменной соли, покрывают пологие поверхности контакта плотной прослой­ кой, замедляя и иногда прекращая процесс растворения.

Таким образом, пока стенки камеры (коническая поверхность при противоточном выщелачивании) имеют достаточный уклон для соскальзывания нерастворимых частиц, выщелачивание идет нормально. С этой точки зрения для стабильного процесса вы­ щелачивания, обеспечивающего длительную и устойчивую экс­ плуатацию, целесообразно было бы располагать поверхности растворения под углом к горизонту в пределах от 90 до 180°.

Кроме того, доказано, что скорость растворения достигает своего максимума при расположении поверхности под углом 180° к горизонту. Таким образом, объективно установлено, что наи­ выгоднейшей поверхностью растворения каменной соли является кровля подземной камеры. Отсюда и вытекает тенденция техно­ логии добычи рассола в максимальном обнажении кровли ка­ меры для нужд производительного растворения.

Производство самого гидровруба и служит этой задаче, яв­ ляясь подготовительным этапом перед постановкой рациональ­ ной технологии подземного выщелачивания каменной соли.

Поскольку гидровруб является необходимым элементом почти всех управляемых процессов, излагаемых ниже и пригодных для создания подземных хранилищ жидких углеводородных газов, рассмотрим его подробнее.

На рис. 46 показана схема обустройства скважины для произ­ водства гидровруба по методу Трэмпа.

Сущность его заключается в следующем: первоначально искус­

Для этого в камеру одновременно с водой вводят нераствори­ тель, в данном случае сжатый воздух, прикрывающий кровлю камеры на этапе создания вруба, т. е. во время развития камеры в горизонтальном направлении. Количество подаваемого сжатого воздуха устанавливают из расчета создания его избытка над количеством, растворимым в данном объеме рассола. Таким об­ разом, создается изолирующий слой воздуха, регулируемый и поддерживаемый на всем протяжении этапа гидровруба. Высота вруба 1—1,5 м. Диаметр его выбирают в зависимости от предпо­ лагаемого объема камеры.

Как видно из рисунка, конструкция скважины при производ­ стве гидровруба по методу Трэмпа выглядит следующим образом.

Наружную (обсадную) колонну / опускают несколько ниже кровли соляного пласта и тампонируют цементом. Колонна для подачи водовоздушной смеси 3 является висячей, нижний ее ко­ нец не достигает забоя скважины на 2—3 м (это и есть высота вруба). Рассолоподъемную колонну 4 опускают до самого забоя скважины (также свободно подвешивают в устье скважины). Нижний конец воздушного патрубка 7 устанавливается на уровне нижнего торца обсадной трубы.

По мере подачи по колонне 3 воды и воздуха последний запол­ няет пространство между колоннами / и 3 и патрубок 7. На этапе, соответствующем открытию клапана 8, избыток воздуха, поступающий из патрубка 7, имеет свободный выход на поверх­ ность вместе с потоком покидающего скважину рассола (по ко­ лонне 4).

Таким образом, ввиду равенства давлений в обеих ветвях воз­ душного тракта уровень воздуха устанавливается на глубине, соответствующей нижним обрезам труб 1 и 7.

Если несколько прикрыть дифференциальный клапан, то бла­ годаря его сопротивлению перед ним создается подпор, который заставляет воздух, находящийся в межтрубье колонн /—3 и ка­ мере гидровруба, снизить свой уровень. Обратная операция, т. е. постепенное открытие клапана, приводит к соответствующему повышению уровня воздуха. Таким образом, простой регулиров­ кой с поверхности можно обеспечивать любую заданную высоту гидровруба.

Создание камеры гидровруба является начальным этапом под­ земного выщелачивания, после которого предполагается нор­ мальное ведение процесса снизу вверх. Управление процессом с поверхности приводит к постепенному образованию цилиндри­ ческой камеры с диаметром, соответствующим начальной камере гидровруба.

Советскими учеными разработана система создания гидро­ вруба с применением в качестве нерастворителей различных ви­ дов нефтепродуктов (нефти, жидких углеводородных газов и др.).

Здесь использована имеющая место разница между удельным весом нефтепродуктов, с одной стороны, и обычными средами подземного выщелачивания (водой и рассолом), с другой. На этапе проведения гидровруба более легкий нефтепродукт созда­ ет инертную прослойку между водой и кровлей камеры, препят­ ствуя растворению последней. На рис. 47 показана схема кон­ струкции скважины для осуществления гидровруба по данному методу.

Месторождение соли вскрывается буровой скважиной с на­ ружным диаметром 10—14". После того как скважина пересекла толщу покрывающих пород и углубилась в соляной пласт на за­ данную глубину устанавливают и герметично тампонируют на-

в трубу 3 подают нерастворитель, предохраняющий кровлю ка­ меры и обеспечивающий ее радиальное развитие.

По окончании сооружения гидровруба большая часть нерас­ творителя (60—70%) возвращается на дневную поверхность; при этом значительная часть кровли камеры обнажается и начинает растворяться. По данным эксплуатации оставшееся в камере небольшое количество нефти способствует автоматическому ба­ лансированию растворения кровли и поддержанию ее горизон­ тальности.

При сопоставлении двух изложенных методов подземного раз­ мыва каменной соли с гидроврубом выявляются их характерные недостатки и преимущества:

упрощенное решение проблемы подачи нерастворителя, исклю­ чающее потребность в довольно громоздкой и энергоемкой си­ стеме питающего воздуха, дает известные преимущества второй схеме (рис. 47) перед первой (рис. 46);

вторая схема характеризуется более простой конструкцией

дическом демонтаже и подъеме водоподающей колонны; в первой схеме весьма заманчивой является возможность сни­

Анализируя перспективы использования для создания подзем­ ных емкостей метода гидровруба в его классическом виде, сле­ дует указать на следующее.

Из-за малой скорости растворения вертикальных стенок ка­ меры процесс создания вруба протекает весьма медленно. На­ пример, для создания камеры высотой 1,5 м и диаметром 10 м необходим непрерывный размыв на протяжении 40 суток.

Основным недостатком метода гидровруба является необхо­ димость поддержания строгой горизонтальности потолка камеры. При этом, во-первых, ограничивается площадь размыва, а, сле­ довательно, и производительность, во-вторых, возникает опас­ ность обрушения потолочины.

Практика показала, что нерастворимые включения, которые часто встречаются в виде линз или наклонных пропластков, обру­ шиваются неравномерно по площади кровли камеры, в резуль­ тате чего иногда нерастворитель собирается в одном месте и дальнейший размыв камеры происходит по противоточной си-

стеме. При этом резко (почти в два раза) падает производитель­ ность размыва емкости.

Таким образом, по окончании этапа гидровруба при выщела­ чивании каменных солей, сильно загрязненных посторонними включениями, может усложниться управление процессом. В связи с этим, в настоящее время отказываются от выщелачивания ме­ тодом чистого гидровруба, включая его как элемент в другие технологические процессы.

СТУПЕНЧАТОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ КАМЕННОЙ СОЛИ

Данный метод подземного выщелачивания может быть ус­ пешно применен даже на месторождениях с весьма сильным за­ грязнением каменной соли, содержащей до 30% нерастворимых примесей.

На рис. 48 показана схема проведения процесса подземного ступенчатого выщелачивания каменной соли. В данном случае скважину оборудуют аналогично скважинедля создания гидровруба, но ее оголовок снабжают

^Неддстборитель специальным направляющим ап­ паратом, позволяющим осущест­

вить независимое перемещение водоподающей и рассолоподъемной колонн.

После размыва вруба малого диаметра рассолоподъемная и водОподающая колонны труб подни­ маются на одну ступень, и размыв продолжается, пока не будет до­ стигнуто заранее заданное отно­ шение высоты ступени к радиусу размыва (например, в случае вы-

Рис. 48. Ступенчатое выщелачивание ка­

щелачивания сильно загрязненной соли порядка 1 : 1 , 5 — 1 : 2 ) , после чего водоподающая колонна труб поднимается на следую­ щую ступень. В результате вруб, образованный ступенчатым вы­ щелачиванием, имеет форму конуса, обращенного вершиной вниз, с заданным отношением высоты к радиусу основания.

Далее сущность процесса заключается в ограничении размыва боковых стенок камеры заранее заданным вертикальным участ­ ком, выше и ниже которого стенки не размываются. Для того, чтобы размыв не распространялся вверх, применяют жидкий (жидкие углеводороды) или газообразный (воздух) нераствори­ тель; нижняя часть камеры консервируется насыщенным рас­ солом.

Переход на каждую новую ступень выщелачивания осуще­ ствляется подъемом водоподающей колонны, вода из которой поступает непосредственно под слой нерастворителя.

Величина ступени увеличивается постепенно от 1 до 5 ЛІ с воз­ растанием высоты активной зоны до 12—15 м при размыве 10— 12 ступеней (высота активной зоны — расстояние по вертикали от низа рассолоподъемной колонны до потолка камеры или до низа водоподающей колонны). В течение всего процесса выще­ лачивания потолок камеры, сохраняет форму свода, что весьма благоприятно сказывается на скорости размыва емкости, так как увеличивается общая поверхность контакта. Кроме того, та­ кая форма камеры обеспечивает большую устойчивость и проч­ ность кровли.

Независимое перемещение водоподающей и рассолоподъемной колонн дает возможность включить в размыв большую или мень­ шую поверхность стенок камеры и тем самым регулировать фор­ му создаваемой камеры и интенсивность создания.

Производительность ступенчатого выщелачивания, по данным эксплуатации, составляет 75—100 м3/ч рассола, что соответствует 12—16 м3/ч размываемой подземной емкости.

Применение в данной схеме сжатого воздуха в качестве нерас­ творителя может существенно упростить управление процессом, так как, используя положительные качества схемы Трэмпа, можно вовсе исключить необходимость в перемещении водопо­ дающей колонны.

РАЗМЫВ ПОДЗЕМНОЙ ЕМКОСТИ В СОЧЕТАНИИ С НАЧАЛЬНЫМ ЭТАПОМ ХРАНЕНИЯ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Подземные хранилища размывают в несколько стадий, соот­ ветствующих очередности ввода мощности объекта, при котором сооружается подземное хранилище. На всех стадиях размыва камеры выщелачиваются в процессе хранения в них жидких, углеводородов.

Размыв камеры на первой стадии прямоточный. Однако он отличается от прямоточного метода, применяемого в рассолопромысловой практике, тем, что используется трехколонная кон­ струкция скважины вместо двухколонной. Это дает возможность применить хранящийся продукт в качестве нерастворителя, пре­ дотвращающего произвольное развитие камеры.

Вначале создается камера* грушевидной формы. Допустим, что при стометровой высоте камера будет иметь объем около 2000 мг. Время выщелачивания составит 20—30 суток. Дальней­ ший размыв камеры в процессе хранения осуществляется мето­ дом «ступенчатого» противотока. Выщелачивают камеру этим методом (рис. 49) следующим образом:

после окончания размыва прямоточной камеры уровень раство­ рителя поднимается выше предыдущего на 5 м;

при подаче воды по колонне 3 размывается свод на участке между первым и вторым уровнем нерастворителя;

после размыва свода наращивают колонну 3 с таким расче­ том, чтобы ее нижний конец был на 3—4 м ниже уровня послед­ ней ступени. Закачивая продукт так, чтобы его уровень опустился на 2—3 м, приступают к размыву методом противотока (вода подается по межтрубью колонн 3 и 4, рассол выдавливается по колонне 4);

при достижении требуемого диаметра, который можно про­ контролировать дополнительной закачкой продукта с фиксирова­ нием снижения уровня, переходят на новую ступень, снова пони­ жая на 2—3 м уровень нерастворителя, и т. д.

Такая схема позволяет в камере, размываемой сверху вниз, все время наращивать полезную емкость для хранения продукта.

Нужно помнить об одном принципиальном недостатке, прису­ щем направлению процесса сверху вниз: падение крупных нерас­ творимых включений из верхней выщелачиваемой зоны в извест­ ных случаях может грозить нарушением прочности рассолоподъ­ емной и водоподающей колонн. Поэтому применение такой схемы предпочтительнее для формаций с высоким содержанием галита.

Универсальная конструкция скважины, позволяющая осуще­ ствить подземное выщелачивание каменной соли по любой из технологий, показана на рис. 50.

РАЗМЫВ ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ ДВУХ СКВАЖИН

При необходимости строительства нефтехранилищ большой емкости сразу на полный проектный объем используют способ «прямой промывки» при двух сбитых скважинах. Производство работ по этому способу (рис. 51) заключается в следующем:

сбойку первоначальных камер осуществляют при помощи вру­

после соединения камер между собой приступают к размыву целика каменной соли, оставшегося между камерами. Перед на­ чалом размыва из скважин поднимают колонны 3, оставляя только колонны 2, т. е. переходят на двухколонную конструкцию скважин. Уровень нерастворителя в скважинах поднимается на 2—3 м;

при размыве в одну из скважин через колонну 2 нагнетается вода (нагнетательная скважина), а из другой тоже через ко­ лонну 2 отбирается рассол (рассолозаборная скважина), т. е. выщелачивание производится прямой промывкой;

Рис. 51. Размыв подземной емкости методом прямой промывки через две сква­ жины:

/ — наружная колонна; 2 — водоподающая колонна; 3— рассолоподъемная колонна.

по мере выщелачивания камера развивается вверх и в сто­ роны. При достижении уровня нерастворителя последний изоли­ рует потолочину, предохраняя ее от растворения. Пленка нерас­ творителя постепенно распространяется в направлении от нагне­ тательной к рассолозаборной скважине. Начиная с определен­ ного момента времени вследствие изоляции поверхности кровли (потолочины) камеры от растворителя, концентрация рассола при условии поддержания постоянной производительности начнет уменьшаться. Тогда направление движения воды меняется на обратное: нагнетательная скважина становится рассолозаборной, а рассолозаборная — нагнетательной. Перед изменением на­ правления движения воды нерастворитель подымают на новую ступень. Высоту ступени ориентировочно принимают 2—3 м.

Таким образом, в технологии размыва используют метод сту­ пенчатого выщелачивания в измененном варианте применительно к прямой промывке с периодическим изменением направления движения воды на обратное. Выщелачивание прямой промывкой можно вести без подъема водопроводной колонны, т. е. подавая воду во время размыва в нижнюю часть камеры.