Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Edigarov / ЧАСТЬ 1 / Часть первая Глава 3.doc
Скачиваний:
491
Добавлен:
02.03.2016
Размер:
1.24 Mб
Скачать

§ 10. Хранилища в горных выработках

За рубежом и в Советском Союзе стали успешно внедряться подземные емкости, сооружаемые в толще материка. Строительным материалом для таких емкостей является сама горная порода, слагающая толщу материка. В случае хранения больших объемов нефтепродуктов и при наличии соответствующих геологических условий подземные емкости имеют следующие преимущества: они пожаро- и взрывобезопасны; не требуют для строительства больших земельных участков; капиталовложения, эксплуатационные расходы и металлоемкость их ниже по сравнению с наземными стальными резервуарами.

Все известные подземные емкости по способу их сооружения подразделяются на следующие типы: ледогрунтовые; шахтные; хранилища, сооружаемые способом камуфлетного взрыва, и хранилища, сооружаемые в толщах каменной соли способом выщелачивания.

Возможность строительства емкости того или иного типа определяется геологической характеристикой пласта, географическими факторами, экономическими показателями и некоторыми эксплуатационными соображениями.

Ледогрунтовые хранилища сооружаются в районах вечной мерзлоты и представляют собой выемку в грунте, устраиваемую выше горизонта с нулевым колебанием температуры породы. По конструкции эти емкости представляют собой траншею шириной до 5 м, имеющую специально намороженное ледяное перекрытие сводчатой формы, покрытое сверху термоизоляционным слоем (рис. 3.39).

Рис. 3.39. Ледогрунтовое хранилище.

1 — емкость; 2 — эксплуатационный колодец; 3 — артезианский насос; 4 — ледяное перекрытие; 5 — электродвигатель; 6 — дыхательный клапан; 7 — термоизоляционный слой.

Термоизоляционный слой рассчитывается с учетом поддержания в ледяном своде хранилища температуры не выше -3°С. Дно и борта траншеи облицовывают льдом. Верхнюю кромку ледяного перекрытия устраивают на 0,5м ниже уровня, соответствующего глубине оттаивания породы летом. Для размещения эксплуатационного оборудования в одной стороне траншеи устраивают специальный колодец, сечение которого определяется из условия размещения необходимого оборудования и труб. Площадка для строительства ледогрунтового хранилища должна быть удалена от естественных источников тепла на расстояние не менее 50 м. Ледогрунтовые хранилища размещают преимущественно в тонкодисперсных, незаселенных льдонасыщенных суглинистых породах, имеющих влажность не менее 20%. Мерзлые породы обеспечивают необходимую прочность и устойчивость емкости без применения крепи. Облицовку льдом стенок и устройство свода производят при температуре воздуха не выше —10° С. Лед на стенки и свод емкостей обычно намораживают:

а) заливкой воды в пространство между опалубкой и грунтом;

б) выкладкой стен из ледяных блоков или намораживанием ледяного слоя на стенки выработки путем послойного нанесения воды на охлажденные стенки. Для ускорения процесса намораживания ледяной облицовки необходима интенсивная вентиляция емкости морозным воздухом.

Температура заливаемого в емкость нефтепродукта должна быть не выше 0° С. В тех случаях, когда нефтепродукт поступает на базу с положительной температурой, его надо охладить в специальной холодильной установке и только после этого закачать в ледогрунтовую емкость.

Шахтные хранилища строят с помощью специальных вертикальных или наклонных скважин с последующими горизонтальными выработками — штольнями для вскрытия пласта, в котором намечено создать хранилище. Наиболее пригодными для строительства подземных шахтных емкостей являются: осадочные породы (плотные известняки, доломиты, гипс, мел, алевриты, аргиллиты) и метаморфические породы (глинистые и шиферные сланцы, кварциты, кремнистый сланец). Как показано на рис. 3.40, одной скважиной можно разработать несколько емкостей для различных нефтепродуктов. Такие комплексные хранилища достигают иногда объема 100 000 м3.

Рис. 3.40. Шахтное хранилище.

1— трубопровод для заполнения хранилища нефтепродуктом; 2 — буровая скважина;3— эксплуатационная колонна;4— хранилище; 5 — насосная.

Пробуренная скважина в период строительства хранилищ служит для спуска и подъема грузов, рабочих, прокладки водоотливных труб, кабеля, а также для вентиляции штолен. По окончании строительства скважина используется для монтажа трубопроводов и эксплуатационного оборудования. Стоимость сооружения скважины составляет 30—50% общей стоимости хранилища.

Шахтные хранилища представляют собой отдельные тоннели или систему взаимосвязанных горизонтальных выработок, имеющих уклон 0,002 в направлении к месту установки откачивающего насоса. Разрыв между выработками должен быть равным 3—5-кратной ширине емкости.

Сечение емкостей может быть сводчатым, круглым или трапецеидальным. Для разгрузки кровли хранилищ от веса вышележащих слоев устраивают целики. Объем оставляемых целиков и расстояние между ними зависят от прочности пород. Большинство ранее сооруженных шахтных хранилищ имеют сечение сводчатой формы высотой 4—12 м и шириной 4,5—10,5 м. Минимально допустимая глубина заложения штольни определяется условием прочности кровли. Слив нефтепродуктов в подземную емкость может осуществляться самотеком (светлые нефтепродукты) или насосом. Выкачивание производят погружными насосами. Весьма эффективным является использование заброшенных горных шахт (после окончания разработки полезных ископаемых) под хранилище для нефтепродуктов.

Хранилища, сооружаемые способом камуфлетного взрыва. Сущность этого метода заключается в том, что на расчетную глубину бурят скважину, оборудованную обсадной колонной, до расчетной глубины, соответствующей высоте будущей емкости. Сначала в скважине взрывают прострелочные заряды с целью создания необходимой полости для размещения основного заряда. В результате полного камуфлетного взрыва основного заряда пластичная среда сжимается, а затем деформируется, образуя полость сфероидальной формы с уплотненными стенками (рис. 3.41).

Рис. 3.41. Схема последовательности работ при создании хранилищ методом камуфлетного взрыва.

а — бурение скважины на начальный размер; б — обсадка скважины (цементация затрубного пространства и бурение скважины на конечный размер); в — первый «прострел» скважины; г — второй «прострел» скважины; д — взрыв основного заряда взрывчатого вещества (ВВ); е — готовое подземное хранилище

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

Горные породы для создания емкостей взрывным способом должны удовлетворять следующим требованиям: глинистые частицы (d = 0,005 мм) должны составлять не менее 15%, пылевидные (d = 0,05 ÷ 0,005 мм) — не менее 35% и песчаные (d = 2 ÷ 0,05 мм) — не более 40%; естественная влажность от 10 до 20%; пористость более 30%.

Опытное строительство емкостей методом камуфлетного взрыва показало, что полости объемом 50—100 м3 можно успешно сооружать с гарантированной прочностью стенок.

При создании хранилищ большего объема прибегают к базовой застройке. В этом случае сейсмобезопасное расстояние между двумя соседними емкостями должно быть в 2—3 раза больше минимального значения заглубления заряда камуфлетного взрыва.

Емкости, создаваемые камуфлетным взрывом, дешевле стальных резервуаров; их эффективность во многом зависит от глубины заложения, стоимости эксплуатации и срока службы. В настоящее время накоплен опыт создания подземных емкостей значительных объемов посредством подземных взрывов.

Подземные хранилища в отложениях каменной соли. Это наиболее распространенный вид подземных емкостей для хранения нефтепродуктов. Каменная соль (галит) характеризуется пределами прочности: на сжатие 25—30 МПа, на растяжение 1,65 МПа, на изгиб 3,35 МПа. Важным свойством каменной соли является способность резко увеличивать пластические свойства при повышении давления (до 15,0—27,5 МПа). Пластичность каменной соли повышается при смачивании. При этом капиллярные трещины в кристаллах закрываются, что приводит к значительному повышению предела прочности на растяжение. Пластичность каменной соли зависит от фактора времени. При большой продолжительности действия давления даже небольшие нагрузки могут вызвать текучесть каменной соли. Поэтому отложения каменной соли в толще земной коры имеют весьма малую проницаемость и пористость. Указанные свойства каменной соли весьма благоприятны для создания в ее отложениях подземных емкостей.

Образование подземных хранилищ в отложениях каменной соли осуществляется циркуляционным выщелачиванием — растворением соли водой, нагнетаемой через скважину в пласт с одновременным выдавливанием образующегося при этом рассола на земную поверхность. В среднем в 1м3 воды при 20° С может раствориться 360 кг соли.

Для управления формообразованием емкости при выщелачивании солей в пласт вводят нерастворитель — чаще всего нефтепродукт, для которого предназначено хранилище. Создание хранилищ методами выщелачивания может производиться по следующим технологическим схемам выщелачивания: «снизу — вверх», «сверху — вниз» и комбинированная (рис. 3.42).

Рис. 3.42. Схема методов создания хранилищ в отложениях каменной соли.

а — выщелачивание методом «снизу — вверх»; б — выщелачивание методом «сверху — вниз»; в — комбинированный метод выщелачивания; 1 — обсадная труба; 2 — внешняя рабочая колонна труб; 3 — внутренняя рабочая колонна труб; I, II, III, IV — ступени в порядке выщелачивания.

В пластах малой мощности (5—20 м) и значительного простирания создаются емкости галерейного типа, располагаемые вдоль простирания пласта. Для строительства таких емкостей бурят наклонную скважину с выходом параллельно простиранию пласта по возможности в нижнюю его часть (рис. 3.43).

Рис. 3.43. Схема выщелачивания каменной соли в пластах малой мощности.

1 — пласт каменной соли; 2 — вмещающие породы; 3 — обсадная труба; 4 — водоподающая труба; 5 и 6 — камеры, образованные выщелачиванием; 7 — первоначальная скважина; 8 — промежуточные положения водопадающей колонны труб.

Выщелачивание галерейной емкости осуществляется двумя способами. По первому способу выщелачивание осуществляется частями. Вследствие разности удельных весов подаваемая в забой вода занимает верхнее положение, а рассол опускается вниз. Для полного насыщения воды при этом способе создается движение вдоль стенки пласта. Поэтому первоначально камера вытянута вдоль пласта.

Как показал опыт строительства таких хранилищ, вначале соль вокруг трубы выщелачивается равномерно, затем постепенно возрастает тенденция развития камеры вверх и в результате камера приобретает определенную форму (см. рис. 3.43, сеч. А — А).

После выщелачивания первой части пласта эксплуатационная труба поднимается из скважины на заданную величину, укорачивается горизонтальный участок и начинается выщелавание следующей части пласта.

По второму способу размыв каменной соли производится одновременно на всю длину галерейной емкости. На горизонтальной части эксплуатационной трубы по всей длине име­ются отверстия, через которые вода подается в пласт. Объем и напор подаваемой на размыв воды регулируются размерами отверстий. При необходимости из одной скважины можно размыть несколько емкостей галерейного типа.

При создании подземных емкостей методом выщелачива­ния необходимо соблюдать условия, важнейшими из которых являются:

  1. наличие достаточно мощного соляного пласта на необходимой глубине;

  1. наличие источника пресной воды;

  1. наличие необходимых транспортных средств, путей сообщения;

  2. благоприятное расположение емкостей по отношению к местам производства и сбыта нефтепродуктов;

  3. возможность сброса или использования рассола.

Выполнение последнего условия сопряжено с некоторыми трудностями, которые могут быть преодолены следующими способами:

  1. сооружением специальных емкостей — рассолохранилищ объемом, равным объему размываемой емкости;

  2. сбросом рассола в подземные пористые и проницаемые структуры покрывающих или подстилающих пород;

  3. созданием кустов рассолозаборных скважин.

При решении проблемы рассола следует иметь в виду, что количество сбрасываемого рассола должно приниматься из расчета использования части его при эксплуатации подземных емкостей, для подъема на поверхность нефтепродуктов.

Проектирование и строительство подземных хранилищ в отложениях каменной соли для нефти и нефтепродуктов ведется в соответствии с СН 320-65.

Создание емкости заданного объема V в процессе выщелачивания происходит в течение времени т, продолжительность которого зависит от растворимости галита, геологической структуры залежи, технологии размыва и других факторов, не поддающихся строгому учету. Поэтому размеры емкости в процессе выщелачивания постоянно контролируются путем определения значений концентрации и производительности выдаваемого рассола Q.

Количество поступающей на поверхность соли за время τ1

Объем полости, который образовался за время τ1, составит:

3.107)

где ρ1 — плотность соли.

Аналогично подсчитываются объемы V2; V3 и т. д. за время τ2, τ3 и т. д. Продолжительность отрезка времени т определяется периодом, в течение которого концентрация и производительность выдаваемого рассола постоянны.

Общий объем емкости

С увеличением объема емкости уменьшаются капитальные затраты на 1м3. Но чрезмерно большие объемы емкости должны удовлетворять требованиям прочности.

1 К. В. Сaхновский. Железобетонные конструкции. М., Госстройиздат, I960. 807 с.

2Для железобетонных резервуаров необходимо учитывать еще и вес железобетона.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.