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

Ниже приведены основные положения методики испытаний емкости № 1 (на нерастворителе), разработанной лабораторией специальных методов хранения нефтепродуктов института ВНИИПКнефтехим в соответствии с СН 320—65.

4.В качестве контрольного органа на линии подачи нераство­ рителя должен быть установлен образцовый манометр с ценой деления шкалы более 0,2 кГ/см2.

5.Задвижка на трубопроводе нерастворителя должна быть

снята и вместо нее установлена заглушка.

6.Дл я производства испытаний скважина должна быть запол­ нена нерастворителем до уровня, расположенного на 3—5 м ниже кровли емкости (в данном случае 368—370 м от поверх­ ности) .

7.Количество нерастворителя при закачке перед испытанием должно быть тщательно замерено, а контрольная отметка кон­ такта нерастворитель — рассол — подтверждена каротажной диа­ граммой.

8.Давление испытания создается подкачкой рассола в вися­ чую колонну диаметром 8".

Испытание на герметичность.

1. Цель испытания — проверка герметичности обсадной ко­ лонны, ее цементного кольца, необсаженной части ствола сква­ жины.

2.Испытательное давление 35 ати.

3.Продолжительность испытания 48 ч.

4.В течение всего испытания следует поддерживать давление подкачкой рассола на уровне 34,5—35 ати.

5.По истечении 48 ч нерастворитель полностью отбирают из емкости. Герметичность емкости определяют сопоставлением ко­ личества закачанного и отобранного нерастворителя. Допусти-

мая потеря нерастворителя не должна превышать 1 % от перво­ начально закачанного количества.

6.В случае превышения допустимой величины потери испыта­ ния производят повторно.

7.При испытании необходимо учитывать поправку на сжимае­ мость и на изменение температурных условий.

8.При обнаружении негерметичности (после трехкратной проверки) участок утечки определяют поинтервальным испыта­ нием путем последовательного перемещения уровня нераствори­ теля сверху вниз до контрольной отметки минус 368 м.

Согласно указанной методике в декабре 1966 г. емкость № 1 была испытана на прочность. К моменту испытания в скважине № 1 находилось 40 м3 нерастворителя. Емкость была заполнена концентрированным рассолом. Испытание производили в три этапа с промежуточной разрядкой. Результаты испытаний све­ дены в табл. 35.

В соответствии с требованиями методики емкость № 1 вполне успешно выдержала испытание на прочность.

Следующее испытание — на герметичность затрубного про­ странства— было начато 2.XII 1966 г. и закончено 8.II 1967 г. Результаты испытаний сведены в табл. 36.

После испытаний 8.II 1967 г. все последующие проверочные циклы закачки и выкачки бензина показали практически полное отсутствие каких-либо потерь. Потеря бензина на протяжении первой ^ерии испытаний на герметичность, как и ее последова­ тельное уменьшение, являются вполне закономерными. Заполне­ ние пазух, образуемых в потолке камеры в результате вывалов нерастворимых включений (в процессе размыва),— процесс по­ степенный, требующий многократных закачек нефтепродукта и его отбора.

Опыт показал необходимость тщательного контроля за процес­ сом испытания емкости на герметичность, ибо недоучет таких факторов, как температурные колебания, изменения плотности рассола,-наличие в нем нерастворенного воздуха, упругость рабо­ чих колонн, может привести к неоправданно пессимистической оценке утечки нефтепродукта.

Следует заметить, что потеря нефтепродукта в процессе испы­ таний емкости (при заполнении всего рабочего объема) является однократной и далее не повторяется, знаменуя собой балластный объем каверн в стенках подземного хранилища.

Суммарная потеря нерастворителя на протяжении всего пе­ риода формирования камеры составила около 150 м3, что состав­ ляет 0,15% от ее объема.

Были все основания предполагать, что в процессе эксплуата­ ции эта потеря заметно не возрастет. Таким образом, хранилище емкостью 100 тыс. м3 оказалось пригодным к эксплуатации, что было подтверждено последующим опытом.

§ 12. Перспективы интенсификации размыва

подземных емкостей в отложениях каменной соли

Сооружение подземных хранилищ в соляных формациях свя­ зано с некоторыми особенностями, несколько снижающими их общую эффективность. Одной из таких особенностей является большой срок сооружения камер-хранилищ. Так, размыв камеры емкостью 100 тыс. м3 в зависимости от применения технологиче­ ской схемы размыва продолжается 1,5—2 года. Для размыва гидровруба высотой 1,5 м и диаметром 50 м необходимо 150 дней непрерывного режима эксплуатации. Поэтому сокращение сро­ ков создания емкостей дает возможность значительно повысить экономическую эффективность этого метода хранения.

При анализе процесса размыва особое внимание следует обра­ тить на получение рассолов слабой концентрации в первой фазе процесса, занимающей 25—30% общего времени создания ка­ меры (при концентрации насыщения 310 г/л, в этот период она обычно не превышает 80—-150 г/л). Это явление объясняется не­ достаточной в данной фазе процесса поверхностью растворения при постоянном поступлении в емкость свежих порций раствори­ теля (воды).

С увеличением диаметра и высоты камеры, по мере роста по­ верхности контакта между в,одой и каменной солью процесс рас­ творения переходит во вторую фазу, когда концентрация выхо­ дящего рассола достигает 260—270 г/л. Во второй фазе процесса даже существенное увеличение подачи растворителя оказывает малое влияние на концентрацию рассола, которая в определен­ ных пределах изменения производительности практически не снижается.

Процесс растворения в жидкости происходит следующим обра­ зом. При взаимодействии растворяемого твердого тела с раство­ рителем на его поверхности (в соответствии с химизмом про­ цесса) почти мгновенно образуется пограничный слой насыщен­ ного раствора, из которого растворенное вещество диффундирует внутрь жидкости. Скорость химической реакции на границе раз­ дела фаз, обусловленная наличием градиента потенциалов, на­ много превышает скорость диффузии.

Таким образом, скорость растворения зависит, в основном, от скорости диффузии, а также от толщины и свойств диффузион­ ного слоя.

При вымывании полостей в соляных формациях скорость по­ тока воды у соляной стенки обычно мала в сравнении со ско­ ростью перемешивания частиц, происходящего в результате есте­

растворения соли. В частности, по данным Дюри, при линейной

Вместе с тем (согласно экспериментальным данным) турбулизация омывающего соль потока растворителя способствует зна­ чительному ускорению процесса растворения. Это вызывается, с одной стороны, уменьшением толщины либо нарушением, це­ лостности пограничного слоя, что выдвигает на первый план ско­ рость химического взаимодействия фаз, а с другой стороны, уси­ лением молярного обмена в общей массе турбулизированной жидкости.

Однако трубулизация потока растворителя в подземной ем­ кости за счет увеличения производительности его подачи яв­ ляется -трудновыполнимой задачей. Это объясняется относи­ тельно большими объемами размываемых полостей в сравне­ нии с обычными параметрами скважин и водоподающих уст­ ройств.

Таким образом, увеличение скорости подачи воды картину рас­ творения не меняет, так как скорость потока на выходе из меж­ трубного пространства в размываемую емкость быстро гаснет, и движение воды вдоль стенок камеры приобретает ламинарный характер.

Какие же способы интенсификации процессов сооружения под­ земных нефтегазохранилищ в отложениях каменной соли могут оказаться эффективными?

Как уже указывалось, интенсификация процесса формирова­ ния подземной камеры в соляной толще может быть достигнута активным воздействием на диффузионный слой с целью повы­ шения скорости растворения. Такой принцип ускорения строи­ тельства применим на всем протяжении процесса размыва, од­ нако наиболее эффективным он является в первой фазе формо­ образования подземной емкости, т. е. когда концентрация извле­ каемого рассола находится еще на недостаточном уровне.

Экспериментальные работы проводились нами по следующим основным направлениям:

интенсификация размыва с помощью воздействия на процесс упругими колебаниями звукового диапазона частот. (Предвари­ тельно было установлено, что именно этот диапазон частот яв­ ляется эффективным);

турбулизация растворителя с помощью раскручивания входя­ щего потока воды;

применение магнитной обработки воды.

Изучение характера воздействия на процесс растворения упру­ гих колебаний звукового диапазона частот позволило экспери­ ментально подтвердить эффективность этого метода. Установ­ лено, что степень интенсификации процесса растворения прак­

На рис. 85 приведена конструктивная схема гидросирены, обе­ спечивающей получение нужных параметров звукового поля в натурных условиях размыва подземной емкости. В качестве го­ товой конструкции для модернизации использовано стандартное турбодолото КТД-91, гидравлический двигатель которого исполь­ зован без изменений.

Однако энергия вращения вала используется здесь не для при­ ведения в действие бурового инструмента, а для получения пуль-

Учитывая широкое распространение перемешивания в ряде технологических процессов для интенсификации процессов рас­ творения, на основании имеющихся теоретических предпосылок и предварительных расчетов разработано гидравлическое переме­ шивающее устройство для применения в натурных условиях.

С помощью указанного перемешивающего устройства внутри зоны растворения создается турбулентное движение жидкости в результате вихревого движения струи на выходе в зону раство­ рения. Конструктивное решение перемешивающего устройства следующее (рис. 86). По наружной образующей рассолоподъем-

. Рассоп -Вода

ной колонны 3 в зоне башмака колонны для подачи растворителя наваривается шнекообразная насадка 5, образующая винтовую полость.

Струя растворителя, движущаяся между колоннами 2 и 3, про­ ходит по винтовой полости насадки и приобретает вихреобразную форму на выходе в зону растворения. При обычном способе размыва, растворитель, поступая в скважину, как менее плотный по сравнению с раствором в емкости, поднимается вдоль системы колонн 2 и 3 в верхнюю часть емкости. Затем, омывая поверх­ ность активного контакта, по мере насыщения растворитель опускается вниз и выносится на поверхность по колонне 3. При применении шнекообразной насадки 5 вихревое движение жидко­ сти при общей тенденции потока вверх увлекает близлежащие слои и постепенно искусственно турбулизирует всю массу жидкого реагента, обтекающего поверхность растворения.

Усиленная вынужденная конвекция жидкости приводит к уменьшению толщины диффузионного слоя, к срыву его и резко

активизирует процесс растворения. Наиболее эффективным будет использование устройства в начальной стадии размыва при не­ больших объемах размываемой полости.

По мере удаления стенок камеры от водоподающей колонные эффект будет снижаться в связи с уменьшением «даль­ ности» затопленной струи.

Чрезвычайно заманчивой является пер­ спектива использования для интенсифи­ кации размыва подземных емкостей маг­ нитной обработки поступающей в сква­ жину воды.

Проведенные экспериментальные рабо­ ты подтвердили простоту и эффективность этого интенсифицирующего агента.

Было установлено, что относительная эффективность процесса растворения со­ ли водой, обработанной в магнитном по­ ле переменного тока, составляла всего 1,09, в то время как для постоянного то­ ка 1,28 (эффективность процесса раство­ рения в необработанной воде принята за единицу).

Кроме того, было определено, что по­ вышение расхода воды требует увеличе­ ния напряженности магнитного поля, удельная величина которой составляет примерно 1,2—1,8 тыс. эрстед)мин.

Наличие «эффекта памяти», т. е. свойства воды после намагни­ чивания долго сохранять повышенную эффективность растворе­ ния соли, в процессе экспериментов не подтвердилось.

Г л а в а IV. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ НЕФТЕПРОДУКТОВ

§ 1. Подземные емкости, сооружаемые методом внутренних взрывов

Конструктивные и технологические принципы подземных и

По ряду причин, несмотря на очевидную эффективность, ниже описываемые специальные типы хранилищ получили еще недо­ статочное распространение в мировой практике.

В 1960 г. группа специалистов (О. М. Иванцов, Н. А. Евстропов и др.) предложила способ сооружения подземных емкостей в пластичных глинах и суглинках внутренними взрывами. Сущ­ ность способа заключается в том, что на расчетную глубину бу­ рится скважина с заходом в пласт глины или суглинка с обсад­ кой ее трубами до верха будущей емкости. Затем в скважине взрывают прострелочные заряды; при этом образуются проме­ жуточные котлы для сосредотачивания основного заряда. В ре­ зультате полного камуфлетного взрыва основного заряда обра­ зуется полость сферической или сфероидальной формы с уплот­ ненными и упрочненными стенками. При камуфлетном взрыве пластичная среда сначала сжимается, а затем несколько дефор­ мируется с образованием подземной полости.

Полость образуется при взрыве в неограниченном массиве, т. е. ее формирование происходит вне связи с поверхностью.

Перед первой прострелкой скважину, а перед последующими прострелками и основным взрывом скважину и котел заливают водой или глинистым раствором до дневной поверхности. Гидро­ забойка повышает коэффициент полезного использования энер­ гии взрыва и защищает скважину от действия взрыва.

Опробование предложеннойтехнологии подтвердило возмож­ ность создания таким методом подземных камер.

Образование опытных емкостей взрывом осуществляли на площадках с различными геологическими условиями.

Обобщение экспериментальных данных по образованию этих емкостей в различных глинах и суглинках позволило сделать следующие выводы.

Наиболее благоприятны для создания подземных хранилищ взрывным способом пластичные глины и суглинки, так как они обладают необратимыми пластическими деформациями под действием больших давлений, возникающих при взрыве.

При большей глубине взрывания заряда значение функции будет увеличиваться.

Значение функции f(q, п) зависит не только от физико-механи­ ческих свойств рабочей толщи глин или суглинков, но и от ха­ рактера их геологического разряда.

Вес заряда внутреннего взрыва при сложном слоистом геоло­ гическом разрезе определяется по формуле

В случае, когда в верхней части геологического разреза нахо­ дятся несвязные или малосвязные породы, суммарная величина функции ft (q, п) может быть принята равной 0,01.

Эти данные получены при взрывании зарядов из некондицион­ ных пироксилиновых порохов.

При применении других ВВ в формулу (91) необходимо вво­ дить коэффициент эквивалентности пироксилиновым порохам по работоспособности.

Объем емкости V, получаемой после взрыва, зависит от веса заряда внутреннего взрыва и показателя простреливаемое™ П п р , который для глинистых пород колеблется в очень широких пре­ делах — от 100 до 1400 дм3/кг.

В дополнение к зависимостям, полученным при взрывании ка-

где 2 Qi —суммарный вес прострелочных и основного зарядов ВВ, кг.

Зная вес зарядов ВВ и замеряя фактические объемы получен­

Для условий взрывания зарядов, о которых было сказано выше, поправочный коэффициент /(=0,8, т. е. полученный объем оказался на 20% менее расчетного.

Величина прострелочного заряда определяется по формуле

ряда, кг;