9.2.3. Подземные хранилища в отложениях каменной соли

В соляных пластах достаточно большой мощности на глубине, обеспечивающей гидростатическое давление, превышающее давление хранимого продукта, через буровые скважины путем размыва (выщелачивания) сооружаются полости-резервуары. Такие резервуары сооружаются обычно большого объема: от 1 тыс. м³ до 1,5 млн. м³. [5]

Каменная соль легко растворяется в пресной воде. В 1 м³ воды при +20ºС может раствориться до 358 кг соли. При условии получения концентрированного рассол для образования 1 м³ емкости требуется около 67 м³ воды, при получении слабых рассолов количество воды увеличивается.

Создание подземной емкости в массиве каменной соли осуществляется по двум принципиально различным схемам.

1. Закачка пресной воды и выдавливание на поверхность рассола (циркуляционный метод). Рассол, полученный при размыве, выдавливается на поверхность водой, подаваемой под избыточным давлением насосом.

2. Струи воды разбрызгиваются специальным оросителем (струйный метод). Рассол откачивается из зумпфа размываемой камеры погружным насосом или отжимается сжатым воздухом.

Существует несколько технологических схем выщелачивания подземных емкостей в соляных формациях, однако, все усовершенствованные схемы характеризуются прямоточным или противоточным режимом. При прямоточном режиме вода подается по центральной трубе (рис. 9.6), а рассол выдавливается через затрубное пространство рабочих колонн.

П ри выщелачивании каменной соли противоточным методом вода подается по затрубному пространству рабочих колонн, а рассол отбирается по центральной рабочей колонне. Режим выщелачивания принимается в зависимости от формы и размеров емкости, количества нерастворимых включений и характера их распределения массиве соли, а также от выбранной схемы выщелачивания. Основным режимом выщелачивания является противоточный. [5]

Создание подземных резервуаров методами выщелачивания может производиться через одну или две скважины (одно- или двухскважинный вариант).

9.3. Эксплуатация подземных хранилищ в отложениях каменной соли

Подземные хранилища в отложениях каменной соли состоят из наземного технологического комплекса и подземной части, включающей собственно резервуары хранилища. В зависимости от способа эксплуатации, закачки и отбора продукта из подземных резервуаров хранилища можно разделить на два вида: с рассольной схемой эксплуатации и с безрассольной схемой эксплуатации. В первом случае применяется метод эксплуатации, основанный на вытеснении хранящегося продукта из подземного резервуара на поверхность закачиваемым в него насыщенным рассолом. Во втором случае вытеснение хранящегося продукта из подземного резервуара производится газообразными агентами.

При рассольной схеме эксплуатации подземный резервуар всегда заполнен продуктом, или рассолом, или продуктом с рассолом. Сжиженный газ закачивается в подземный резервуар по межтрубному пространству между обсадными трубами и рассольной колонной и хранится в непосредственном контакте с насыщенным рассолом на рассольной подушке. [5]

Для закачки сжиженного газа, в подземный резервуар необходимо иметь насосы, давление которых определяется глубиной заложения резервуара. Так, для закачки сжиженного газа в резервуар на глубину 500 м напор насосов должен быть 3,54,0 МПа, на глубину 700 м – 4,85,5 МПа и на глубину 1000 м – 7,08,0 МПа.

При отборе продукта рассол подается в подземный резервуар по центральной колонне, а сжиженный газ транспортируется по затрубному пространству. Так как насыщенный рассол и сжиженный газ имеют различную плотность (1,2 и 0,55 т/м³), то рассол, поданный даже без избыточного давления к скважине, не только выдавливает продукт из нее, но и создает избыточное давление для транспортирования продукта по поверхностным трубопроводам.

Во время эксплуатации подземных резервуаров часто увеличивают их объем путем растворения стенок при выдавливании продукта ненасыщенным рассолом или водой. На рис. 9.7 приведена принципиальная технологическая схема эксплуатации подземного газохранилища по рассольному методу.

Насосы 4 предназначены для слива сжиженных газов из железнодорожных цистерн, а буферная емкость 3 устанавливается в том случае, когда для закачки сжиженного газа в подземный резервуар необходимы насосы очень большой производительности, что требует значительного расхода мощности при малом коэффициенте использования насосов. При такой схеме эксплуатации продукт из железнодорожных цистерн насосами 4 закачивается первоначально в наземный буферный резервуар 3, рассчитанный на емкость прибывшего маршрута, а затем с меньшими энергозатратами насосами 2 перекачивается в подземный резервуар. Непосредственная закачка продукта в подземный резервуар с производительностью 300400 м³/ч и более вызывает резкое увеличение затрат на электроэнергию, на установленную мощность насосного оборудования и др.

И спользование буферного резервуара в технологической схеме в подобных случаях позволяет значительно снизить эти затраты. На рис. 9.8 даны графики приведенных затрат по технологическим схемам с буферными резервуарами и без них. Приведенные графики позволяют выбрать область эффективного применения технологических схем с буферными резервуарами в зависимости от параметров слива и глубин заложения подземных емкостей. Так, при поступлении сжиженного газа производительностью 200 м³/ч и глубинах залегания подземного резервуара более 380 м целесообразно применение технологической схемы с буферными резервуарами.

Из рис. 9.8 также следует, что при снижении производительности слива продукта из буферного резервуара в подземный резервуар уменьшаются приведенные затраты. В табл. 9.3 приведены глубины заложения подземных резервуаров, при превышении которых целесообразно применение буферных резервуаров.

Применение технологических схем с буферными резервуарами дает экономию по приведенным затратам до 50% в зависимости от конкретных условий. [5]

Рассольная схема эксплуатации, несмотря на свою относительную простоту, обладает существенным недостатком, связанным с необходимостью сооружения в большинстве случаев специальных наземных рассолохранилищ, предназначенных для накопления и хранения больших запасов рассола. Стоимость наземного рассолохранилища достигает 20% общей стоимости всего комплекса подземного хранилища. [5]

Таблица 9.3

Применение буферных резервуаров

Производительность слива продукта из железнодорожного маршрута, м3/ч	Глубина заложения подземных резервуаров (м) при интенсивности подачи сжиженного газа, м3/ч
	40	100	200
828 552 350 276	380 430 440 475	410 450 475 540	440 550 590 850

Сооружение рассолохранилищ является весьма трудоемкой работой и требует больших земельных участков. Эксплуатация наземных хранилищ рассола ставит ряд задач, связанных с необходимостью предотвращения происходящего под влиянием атмосферных осадков и перепада температур снижения концентрации рассола ниже уровня насыщения для того, чтобы не допустить неконтролируемый размыв подземных резервуаров, а также сохранение герметичности дна и стенок хранилища во избежание утечек рассола в грунт.

При безрассольной схеме эксплуатации подземных хранилищ указанные недостатки отсутствуют. По этой схеме газообразный агент закачивается под давлением по обсадной колонне технологической скважины в подземный резервуар и вытесняет сжиженный газ по центральной колонне труб на поверхность. Непосредственный контакт газообразного агента и сжиженного углеводородного газа в подземном резервуаре при повышенном давлении и температуре сопровождается определенными физико-химическими процессами, поэтому для эксплуатации приемлемы лишь такие газообразные агенты, которые в этих условиях не конденсируются, мало растворяются в сжиженных газах и не вступают с ними в химическое взаимодействие. Этим требованиям удовлетворяет, в частности азот, входящий в состав выхлопных газов.

В качестве газообразного агента может применяться природный газ. Подачей природного газа в подземный резервуар из магистрального газопровода можно обеспечить практически любые необходимые скорости отбора сжиженного газа, а имеющееся в газопроводе большое избыточное давление во многих случаях позволяет обойтись даже без сооружения на подземных хранилищах специальных дожимных компрессорных установок. Однако применение природного газа в качестве газообразного агента требует специальных исследований. Необходимо знание таких важных показателей, как глубина проникновения природного газа в сжиженные углеводородные газы за время их вытеснения и степень изменения товарных свойств хранимого продукта и газообразного агента.