СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 1997 года по МПК B65G5/00 

Изобретение относится к эксплуатации подземных резервуаров, созданных в устойчивых породах, например в отложениях растворимых солей, и может быть использовано для хранения высоковязких продуктов, например нефти или мазута, в нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности.

Известен способ эксплуатации подземной емкости [1] предназначенной для хранения высосовязких продуктов, в частности топочного мазута, оснащенной скважиной с тремя колоннами труб (обсадная, зацементированная до устья и две рабочие), суть которого заключается в использовании только тепловой энергии. Этот способ требует значительного расхода тепла и является весьма дорогостоящим.

Известен также способ хранения тяжелых углеродов методом насыщения их двуокисью углерода [2] В этом патенте США разработан способ эксплуатации подземного хранилища высоковязких продуктов в отложениях растворимых солей, который является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу. К недостаткам способа следует отнести сложность выполнения операции поднасыщения хранимого продукта углекислым газом при его хранении и отборе, особенно в случае отсутствия углекислого газа на площадке расположения подземных резервуаров.

Целью настоящего изобретения является снижение трудоемкости и затрат на эксплуатацию.

Поставленная цель достигается тем, что хранимый продукт в смеси с углекислым газом закачивают по одной из скважин двухскважинного резервуара, при этом вытесняемый рассол отбирают по другой скважине, на этапе хранения рассол предварительно нагревают и прокачивают в резервуаре в направлении его вытеснения при закачке продукта, для чего закачку рассола производят по скважине для закачки продукта, а отбор его из другой скважины, причем отбор продукта осуществляют через обе скважины резервуара закачкой в них нагретого рассола.

В случае изменения геометрического объема резервуара при остывании продукта и дополнительном подрастворении его стенок в резервуар подкачивают рассол.

Так как объектов со сходными предлагаемому способу признаками не обнаружено, можно сделать вывод, что решение обладает существенными отличиями.

Предлагаемый способ эксплуатации поясняется чертежом, на котором обозначены: 1 подземный резервуар, созданный геотехнологическим способом в залежах каменной соли; 2, 5 цементный камень за обсадными колоннами труб; 3, 6 обсадные колонны труб; 4, 7 рабочие колонны труб; 8, 9 компенсаторы на продуктопроводах; 10, 11 компенсаторы на рассолопроводах; 12 смеситель эжекторного типа; 13 аппарат для охлаждения углекислого газа; 14 - компрессор для подачи углекислого газа после разгазирования; 15 насос для подачи продукта в смеситель; 16 насос для подачи продукта после разгазирования в наземные резервуары; 17 теплообменник для подогрева смеси "продукт-CO₂" после выдачи ее из подземного резервуара; 18 наземный буферный резервуар для продукта (топочного мазута); 19 наземный буферный резервуар для дизтоплива; 20 испаритель для разделения смеси на продукт и CO₂; 21 очистные сооружения для рассола, выходящего из подземного резервуара; 22 насос для транспорта рассола с площадки; 23 теплообменник для подогрева рассола; 24 насос для циркуляции рассола в системе хранилища; 25,26 трубопроводы.

Эксплуатация подземного хранилища в соответствии с предлагаемым способом осуществляется следующим образом. Подземный резервуар 1, созданный растворением каменной соли, сообщают с дневной поверхностью двумя скважинами, поскольку одна скважина не обеспечивает необходимые производительности отбора хранимого продукта. Интервалы заложения подземных резервуаров составляют 400-1200 м. Скважины обсаживают обсадными колоннами труб 3, 4 и цементируют их заколонные пространства 2, 5 специальным тампонажным раствором, который не разрушается при переменных температурных нагрузках. Разрушение цементного камня 2, 5 обусловлено тем, что продукт, в частности топочный мазут, закачивают на хранение совместно с углекислым газом при высоких температурах 60-80^oC (температура топочного мазута после установок 90-100^oC, температура CO₂ 35-40^oC), а температура пород, вмещающих подземный резервуар, оказывается значительно ниже (15-30^oC), кроме того, обсадная колонна труб 3, 6 и затампонированный раствор 2, 5 обладают различной теплопроводностью.

Обе скважины оснащены рабочими колоннами труб 4,7 для транспорта по ним рассола. Трубопроводы для подачи (отвода) смеси "продукт-CO₂" и рассола соединяют с оголовками на устье скважин через компенсаторы 8-11 во избежание их порыва за счет возможных смещений между ними и оголовком.

Перед закачкой смеси "продукт-CO₂" в подземный резервуар производят продувку трубопроводов, оборудования углекислым газом путем закачки его в скважины и сводовую часть подземного резервуара 1 (при наличии фазового перехода CO₂ в скважине, продувку заканчивают в скважине). Для этой операции углекислый газ подают по трубопроводу 26 от места его производства либо непосредственно в указанные коммуникации, либо дополнительно компремируя в компрессоре 14. Рассол при этом отбирают по рабочим колоннам 4,7, закачивают в рассолохранилище или передают потребителю.

Закачку смеси в подземный резервуар 1 производят путем подачи горячего топочного мазута насосом 15 в смеситель эжекторного типа 12, в котором его используют в качестве рабочего (инжектирующего) потока. В насос 15 топочный мазут подают с установок по его производству через буферный резервуар 18. Углекислый газ в смеситель 12 подают по линиям 26,25 (либо через компрессор 14), используя его в качестве пассивного (инжектирующего) потока. Горячую смесь нагнетают в продуктовое межтрубье, например, 6-7 скважины, а рассол вытесняют по колонне труб 4 другой скважины, далее его закачивают в рассолохранилище либо передают потребителю с использованием насоса 22. При первоначальном заполнении подземного резервуара смесью вытесняемый рассол будет чистым, и он не будет требовать дополнительной очистки. Закачка смеси в подземный резервуар и отбор из него рассола по раздельным скважинам обусловлены тем, что при этом происходит более эффективное использование тепла, вносимого в подземный резервуар, поскольку при закачке горячей смеси по одной из скважин нет непосредственного противоточного теплообмена с выходящим холодным рассолом, а рассол, находящийся в рабочей колонне, нагреваясь в процессе закачки, практически не поглощает тепло.

После завершения закачки смеси в подземный резервуар 1 в мазутопровод, продуктовые пространства 3-4 и 6-7, а также в сводовую часть подземного резервуара 1 закачивают насосом 15 из резервуара 19 дизельное топливо (зимнее), с целью предотвращения в этих пространствах пробок за счет охлаждения при длительных простоях.

При хранении продукта в подземном резервуаре проводят термометрию по скважинам подземных резервуаров и в самом резервуаре 1 с помощью, например, геофизических измерений.

При необходимости в процессе хранения, а также непосредственно перед началом отбора продукта проводят его подогрев путем циркуляции горячего рассола в следующей последовательности: насосом 24 рассол, поступающий из рассолохранилища или рассолопровода рассолопромысла, через теплообменник 23 закачивают в рабочую колонну труб 7, рассол из подземного резервуара 1 отбирают по колонне 4 на дневную поверхность и направляют в насос 24 (при необходимости очистки рассола перед насосом 24 его пропускают предварительно через очистные сооружения 21).

Отбор хранимого продукта производят путем его замещения в подземном резервуаре 1 рассолом, предварительно отобрав из коммуникаций дизельное топливо. Дизельное топливо отбирают по межтрубным пространствам 6-7 и 3-4 и подают по линиям, на которых установлены теплообменник 17 и испаритель 20, в насос 16, который возвращает дизтопливо в наземный резервуар 19. Аналогично транспортируют и смесь "мазут-CO₂", подогревая ее сначала в теплообменнике 17, а затем в испарителе 20. В испарителе 20 производят разделение смеси на мазут и углекислый газ. Мазут из испарителя направляют в насос 16 и далее в резервуар 18 или непосредственно на железнодорожную эстакаду для слива в цистерны с дальнейшей передачей потребителю. Углекислый газ из испарителя 20 отбирают и направляют для охлаждения, например, в аппарат воздушного охлаждения 13, далее возвращают компрессор 14 потребителю, например на завод минеральных удобрений. При отборе продукта (дизтоплива) нагретый рассол закачивают насосом 24 через теплообменник 23 в рабочие колонны труб 4 и 7 обеих скважин.

После закачки хранимого продукта в подземный резервуар 1 он начинает остывать с уменьшением объема. Учитывая, что объемы хранимого продукта составляют десятки и сотни тысяч кубометров, уменьшение его объема оказывается ощутимым за счет снижения температуры. Во избежание резкого понижения давления в системе хранение продукта производят при открытой задвижке на рассольной линии с подкачкой рассола в рабочие колонны труб 4,7.

При закачке в подземный резервуар 1 горячего рассола предел растворимости соли в нем увеличивается, и происходит дополнительный солесъем со стенок резервуара 1 с увеличением его объема. Увеличение температуры рассола в подземном резервуаре не должно быть существенным, поскольку основную часть тепла он будет отдавать вытесняемому продукту в пределах скважины, то есть сама скважина служит хорошим противоточным теплообменником. В общем случае для исключения или уменьшения указанного процесса следует стремиться использовать нагретый рассол с такой температурой, при которой, проходя по скважине, он будет иметь в подземном резервуаре температуру, близкую к температуре горных пород, вмещающих подземный резервуар. Увеличение объема подземного резервуара за счет дополнительного подрастворения соли компенсируют подкачками рассола, как было указано выше.

С целью уменьшения теплопотерь трубопроводы для транспорта продукта рассола теплоизолированы. Рассолопровод теплоизолирован еще и по другой причине, связанной с возможностью его забивки кристаллами соли при охлаждении на дневной поверхности, поскольку он может оказаться пересыщенным при температуре окружающей среды ниже температуры рассола, находящегося в подземном резервуаре.

В результате длительного хранения мазута в смеси с CO₂ в подземном резервуаре образуются сложные конгломераты углеводородов, которые частично выпадают на дно подземного резервуара, а частично удерживаются в рассоле. Исходя из этого, при последующей оборачиваемости подземных резервуаров предусматривают очистку рассола от этих конгломератов перед подачей его потребителю. Углеводородные конгломераты собирают в системах рассолоочистки и удаляют для дальнейшего их сжигания.

Углекислый газ после температурной сепарации содержит следы отдельных углеводородов, от которых его очищают при необходимости, охлаждают перед компрессором, а затем направляют потребителю.

В качестве примера осуществления предлагаемого способа рассмотрим техническое решение, связанное с подземным хранением топочного мазута для ПО "Салаватнефтеоргсинтез" в подземном резервуаре геометрическим объемом 200 тыс.м³, созданного в каменной соли в интервале отметок 545-754 м. Температура горных пород, вмещающих подземный резервуар, составляет 14^oC. Максимальный поперечный размер подземного резервуара 55 м. Подземный резервуар сообщен с дневной поверхностью двумя скважинами, обсаженными колоннами труб диаметром 325 мм, зацементированными до устья скважин. В каждую скважину опущена рабочая колонна труб диаметром 219 мм.

По технологии подземного хранения топочного мазута марки "М-100" предусмотрено использование в качестве разбавителя углекислого газа. Смешение топочного мазута производят с углекислым газом перед закачкой его в скважину подземного резервуара с помощью струйного смесителя. Температура мазута около 90-100^oC, температура CO₂ около 30-35^oC. Закачку смеси производят по одной из скважин, отбирая рассол по другой скважине. В таком же направлении прокачивают горячий рассол на этапе хранения. Выдаваемую по обеим скважинам смесь из подземного резервуара разделяют в испарителе, предварительно нагрев ее до температуры 80^oC. Топочный мазут передают потребителю, углекислый газ охлаждают в аппаратах воздушного топочного мазута, вытесняемый рассол очищают от углеводородного конгломерата, собирают его, удаляют с площадки и затем сжигают. Изменение объема хранимого продукта ΔV_t= 965 м³ при условии изменения температуры смеси, при которой ее закачали в подземный резервуар, до той, которую она приобрела при хранении в течение одного года, и подземного резервуара (ΔV_p= 6 м³ при условии изменения температуры на контуре подземного резервуара на 5^oC) компенсируют подкачками рассола.

На основе разработанного проекта технологического регламента по предлагаемому техническому решению предполагается начать в ближайшее время проектирование.

Предназначено для подземных хранилищ высоковязких продуктов. Хранимый продукт в смеси с углекислым газом закачивают по одной из скважин двухскважинного резервуара. При этом вытесняемый рассол отбирают по другой скважине. На этапе хранения рассол предварительно нагревают и прокачивают в резервуаре в направлении его вытеснения при значении продукта. Для этого закачку рассола производят по скважине для закачки продукта, а отбор его из другой скважины. Причем отбор продукта осуществляют через обе скважины резервуара закачкой в них нагретого рассола. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ эксплуатации подземного хранилища высоковязких нефтепродуктов, включающий продувку наземного оборудования и подземного резервуара углекислым газом, насыщение продукта углекислым газом, последующую закачку продукта по скважине в резервуар с вытеснением из него рассола, хранение продукта и отбор его вытеснением закачиваемым в резервуар рассолом, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и затрат на эксплуатацию, хранимый продукт в смеси с углекислым газом закачивают по одной из скважин двухскважинного резервуара, при этом вытесняемый рассол отбирают по другой скважине, на этапе хранения рассол предварительно нагревают и прокачивают в резервуаре в направлении его вытеснения при закачке продукта, для чего закачку рассола производят по скважине для закачки продукта, а отбор его из другой скважины, причем отбор продукта осуществляют через обе скважины резервуара закачкой в них нагретого рассола. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае изменения геометрического объема резервуара при остывании продукта и дополнительном подрастворении его стенок в резервуар подкачивают рассол.