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

екают, тщательно тампонируют до образования замка у начала обсадной колонны в прочных вышележащих пластах.

В скважину до забоя спускают эксплуатационную колонну труб меньшего диаметра.

В период размыва по этой колонне подают в скважину воду, а по межтрубному пространству отбирают рассол. При закачке

АВода

Рассол

6

Рис. 52. Схема размыва емкостей галерейного типа захватками:

продукта в емкость по внутренней трубе отбирают рассол, а при отборе продукта подают рассол. Подают и отбирают продукт по межтрубному пространству между обсадной и эксплуатацион­ ными трубами.

Размывают галерейную емкость по двум схемам.

Каменная соль, в которой размывают емкость, залегает между практически нерастворимыми вмещающими породами.

По первой схеме размыв осуществляют захватками, причем воду в начальной стадии подают в забой. Из-за разности удель­ ных весов воды и рассола после насыщения воды солью рассол опускается вниз, а новые порции «свежей» воды поднимаются вверх. Времени пребывания воды в забое недостаточно для пол­ ного насыщения, и поэтому образуется слабый рассол, который донасыщается при движении по соли вдоль скважины. Поэтому первоначально камера вытянута вдоль горизонтальной части скважин.

Вначале соль вокруг трубы размывается равномерно во все стороны, затем постепенно камера развивается вверх и в резуль­ тате в сечении / — / камера приобретает конечную форму.

После размыва первой захватки эксплуатационная труба под­ нимается из скважины на заданную величину, укорачивается го­ ризонтальный участок и начинается размыв следующей захватки.

Подземная емкость размывается по падению пласта соли с тем, чтобы потолочина галереи поднималась к обсадной трубе для обеспечения полного отбора продукта во время эксплуатации.

По второй схеме производят размыв одновременно на всю длину галерейной емкости. Горизонтальная часть эксплуатацион­ ной трубы имеет через определенные интервалы отверстия для подачи воды в скважину. Объем и напор подаваемой на размыв воды регулируются размерами отверстий. Был опробован способ, при котором водоподающая труба имеет только отверстие в за­ бое, и ее положение не меняется в процессе размыва. При необ­

вокруг каждой из которых размывают емкость галерейного типа.

В настоящее время строят первые опытно-промышленные ем­ кости галерейного типа.

Все описанные методы размыва подземных емкостей и способы их эксплуатации основываются на обязательном заполнении ем­ костей для разгрузки горного давления. Причем подача в сква­ жину и отбор находятся в динамическом равновесии, т. е. подача воды для размыва и нерастворителя требует отбора такого же объема рассола. Закачивают продукт одновременно с отбором рассола, а выдают, выдавливая рассолом.

СТРУЙНЫЙ МЕТОД РАЗМЫВА ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ

В последнее время разработан и опробован струйный метод размыва подземных емкостей, который позволяет получать ка­ меры строгой формы и более интенсивно размывать соль, чем при циркуляционных способах. Из-за большой устойчивости вы­ работок в прочной каменной соли даже на больших глубинах размытые струйным методом подземные камеры до заполнения находятся под атмосферным давлением. Так, в шахтах для до­ бычи каменной соли выработки на глубине 200—300 м с пло­ щадью обнажения 2 тыс. м2 и более стоят десятки лет без всякого крепления. Под Детройтом (США) на глубине 500 м расположен «город» соли — крупнейшее солепредприятие. Протяженность дорог в этом «городе» составляет 100 км. Выработки соли про­ водятся без крепления. В ГДР ведутся шахтные разработки ка­ менной соли на глубине до 600 м без крепления выработок.

Подземные емкости, размытые струйным методом, при хране­ нии в них жидких продуктов можно эксплуатировать с примене­ нием погружных насосов или выдавливать продукт сжатым воздухом. При использовании таких емкостей как хранилищ их можно опорожнять полностью или частично, оставляя в них

внутреннее давление, в определенной степени противодействую­ щее горному давлению.

Размыв осуществляют методом орошения стенок камеры струями воды. Вначале проходят скважину обычными методами, в нее через водоподающую колонну до забоя опускается электро­ приводной погружной насос с рассолоподъемной колонной. Водоподающие трубы по всей высоте отрабатываемой соляной толщи имеют отверстия с насадками, рассчитанными на подачу струи заданных параметров. Лучшие результаты получают при враще­ нии водоподающей трубы и системы насадок. Этим способом можно размывать лишь камеры небольшого объема (с малыми пролетами и площадями обнажения потолочины) и на глубинах, не превышающих 200—300 м.

РАЗМЫВ ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗООБРАЗНЫХ НЕРАСТВОРИТЕЛЕЙ

Как уже указывалось при описании схем выполнения гидро­ вруба, размывать подземные емкости можно путем применения не жидкого, а газообразного нерастворителя (воздух, природный газ). Регламенты и методы расчета размыва с применением воз­ душного нерастворителя разработаны Б. Н. Федоровым (ВНИИпромгаз).

Выщелачивать емкости можно по любой из существующих схем: снизу вверх, сверху вниз и комбинированной.

Основной режим выщелачивания емкостей — противоточный. Воздух рекомендуется подавать ежесуточно по специальному

регламенту, определяемому расчетом.

В начальный период работ по любой схеме выщелачивания в нижней части емкости, как правило, создается гидровруб, слу­ жащий для приема нерастворимых включений и для подготовки фронта интенсивного растворения каменной соли.

Минимальную толщину слоя нерастворителя на участках гори­ зонтальной потолочины следует принимать при расчетах равной не менее 50 см.

Воду в скважину подают в соответствии с регламентом. После начала процесса выщелачивания, особенно в период формирова­ ния куполообразной части емкости, не рекомендуется допускать длительных простоев (более 3—5 суток).

В период простоя постоянный уровень жидкости в рабочих колоннах труб поддерживается с помощью периодической под­

подачу в скважину рабочих агентов (воды, воздуха), выдачу рас­ сола и возможность изменения режима работы скважины (пря­ моток — противоток).

Работы по созданию емкостей включают два этапа: подготови­ тельный и непосредственно выщелачивание (размыв).

Подготовительный этап включает следующие работы: бурение, испытание и оборудование скважины, сооружение оголовков над ними и строительство необходимых поверхностных сооружений.

Бурят скважины в соответствии с «Едиными техническими пра­ вилами ведения работ при бурении скважин на нефтяных, газо­ вых и газоконденсатных месторождениях», утвержденных Гос­ комитетом химической и нефтяной промышленности при Гос­ плане СССР по утвержденным техническим проектам.

Отклонение скважины не должно выходить за пределы конуса, образующая которого составляет угол 2° с вертикалью, прохо­ дящей через устье скважины.

Глубину обсадки скважины определяют с учетом глубины за­ ложения подземной емкости, мощности соляного пласта и свойств пород непосредственной кровли. Каждую трубу перед опуска­ нием подвергают осмотру в целях обнаружения видимых дефек­ тов, а также испытанию внутренним гидравлическим давлением в соответствии с ГОСТ 632—64. Для обеспечения герметичности обсадной колонны труб на муфтовые соединения наносят спе­ циальную смазку на базе компаунда К-153, рекомендуемую ВНИИгазом («Временная инструкция по применению смеси на базе компаунда К-153 в качестве уплотнительной смазки резьб обсадных труб для газовых скважин с высоким пластовым дав­ лением»), или на муфтовые соединения накладывают электро­ сварной шов.

Обсадная колонна труб должна быть зацементирована на всю глубину обсадки раствором тампонажного цемента, обеспечи­ вающим прочное плотное сцепление с трубой и породой по всему периметру и высоте колонны. Скорость подъема цементного рас­ твора должна быть не менее 1,5 м/сек, причем перед цементацией

с водой при выходе ее из насоса. Расчеты показывают, что даже при средних глубинах 600—800 м насос, подающий воду на раз­ мыв, должен обеспечивать на выходе достаточно высокое давле­

3 раза) давления, чем в схеме /, что является важным достоин­ ством. В схеме / / насосы включены последовательно, и воздух от компрессора подается в трубопровод, соединяющий насосы. Вто-

рой насос здесь работает на водовоздушной смеси и выполняет дополнительную роль дожимающего компрессора.

В схеме / / / воздух подается через специальные отверстия в корпусе многоступенчатого насоса и смешивается с водой после первого (или второго) рабочего колеса. Так как давление у ме-

|5 камеру

водовоздушная смесь

воздух

Рис. 53. Схемы подачи водовоздушной смеси.

ста входа воздуха значительно меньше, чем при выходе из насоса, то эта схема так же как и схема I I требует компрессор меньшего давления.

Как показывают расчеты, эксплуатационные затраты (по элек­ троэнергии и амортизационным отчислениям) в предлагаемых схемах (// и / / / ) в среднем на 5—10% ниже, чем в схеме /. Что касается капитальных затрат на основное оборудование (на­ сосы, компрессор, двигатели, пусковые устройства), то в предла­ гаемых схемах они в среднем в 2,1 раза меньше, чем в схеме /.

Это важное достоинство схем I I и I I I . Схемы I I и I I I для глубин 200—700 м экономически равноценны. Для больших глубин 700— 1200 м экономически целесообразна схема // . Схему / можно при­ менять в тех случаях, когда от одного насоса ведется размыв одновременно нескольких камер, так как при этом для каждой из размываемых камер возможен разный расход воздуха.

На рис. 54 показана схема установки компрессора. Сжатый воздух от компрессора подают в воздухосборник, который пред­ назначен для сглаживания колебаний давления, обусловленных прерывистым характером подачи сжатого воздуха поршневыми компрессорами, а также для улавливания масла из поступаю­ щего воздуха.

Воздухосборник должен иметь: фланцы для подводящего и отводящего трубопроводов, предохранительный клапан, мано­ метр, спускной кран для выпуска воды и масла, запорный вен­ тиль для отключения от сети. Предохранительный клапан возду­ хосборника должен быть отрегулирован на предельное давление, превышающее наибольшее рабочее давление на 10%.

Ввод воздуха в воздухосборник рекомендуется делать в сред­ ней части, причем входной воздухопровод внутри сборника заги­ бается книзу и заканчивается на расстоянии примерно 0,5 м от днища.

Рассматривая различные способы создания подземных емко­ стей в соляных формациях, следует указать, что окончательный выбор той или иной технологии размыва во многом зависит от ряда предпосылок, главными из которых являются:

проектная емкость подземного хранилища жидких углеводо­ родных газов в соляном пласте или куполе;

планируемый срок строительства подземного хранилища;

ращение верхнего радиуса камеры происходит интенсивнее ниж­ него по следующему соотношению:

8.Для удержания потолочины тидровруба на неизменном уровне требуется систематическая подкачка нерастворителя. По­ требность его определяется необходимостью прикрытия потоло­ чины слоем толщиной 0,1 м.

9.Размывать гидровруб рекомендуется при производительно­ сти 20—40 м3/ч.

После расчета размыва гидровруба рассчитывают развитие ка-- меры совместно с гидроврубом, учитывая формирование кровли камеры заданной конфигурации. Причем процесс формообразо­ вания камеры разбивают на ряд этапов и последовательно их рассчитывают.

При этом рассол, выдаваемый на конец этапа развития, при­ нимают в качестве растворителя для последующего этапа.

Расчет формообразования всей камеры разбивают на две части:

расчет верхней части камеры, исключая гидровруб; расчет всей камеры, включая гидровруб.

Расчет ведут в следующем порядке.

10. Определяют концентрацию рассола, поступающего в гид­

11.Задаются величиной первого этапа верхней части камеры,

т.е. принимают радиус верхней части камеры, а ее нижний ра­ диус определяют из соотношения

меры к концу этапа, исключая гидровруб 5==т:(йГс к в + Дгв + Д г „ ) / м2,

где dCKa — диаметр скважины, м;

Аг'в — приращение верхнего радиуса камеры на этапе, м; Д г„ — приращение нижнего радиуса камеры на этапе, м;

I — образующая конуса, м.

13.По формуле (57) определяют скорость растворения и коэф­ фициент растворения К по формуле (58).

14.Определяют концентрацию рассола, поступающего в гидро­

вруб к концу первого этапа размыва верхней части камеры. Эта же концентрация является конечной концентрацией при раз­ мыве первого этапа верхней части камеры.

вединицу времени аналогично п. 5.

16.Определяют количество соли, выдаваемой на поверхность из верхней части камеры на данном этапе, исходя из геометри­ ческих размеров камеры на данном этапе по формуле (60).

17.Определяют время, потребное на размыв данного этапа верхней части камеры по формуле (61).

Зная время размыва верхней части камеры, определяют раз­

После вычисления концентрации выдаваемого рассола по фор­ муле (59) вновь пересчитывают коэффициенты /С2 и Кз для по­ толка и боковой поверхности гидровруба, приняв в качестве рас­ творителя рассол с концентрацией, вычисленной по формуле