СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО РЕЗЕРВУАРА В КАМЕННОЙ СОЛИ Российский патент 2005 года по МПК B65G5/00 

Предлагаемое техническое решение относится к строительству подземных емкостей через скважины в каменной соли путем ее растворения и может быть использовано в нефтяной, газовой и химической промышленности при создании подземных хранилищ и для добычи соли в пластах ограниченной мощности.

Известен способ создания и эксплуатации подземного газохранилища в соленосных породах, включающий бурение скважины, установку в ней обсадной и подвесных колонн труб, растворение пород подачей растворителя и отбором образующегося рассола по подвесным колоннам труб и ступенчатое формирование подземного резервуара снизу вверх (Патент РФ №2055007, МПК 6 В 65 G 5/00).

Известен также способ сооружения подземного резервуара в каменной соли, включающий бурение скважины, установку в ней обсадной и подвесных колонн труб, растворение пород подачей растворителя и отбором образующегося рассола по подвесным колоннам труб и ступенчатое формирование подземного резервуара снизу вверх с перемещением внешней подвесной колонны перед размывом каждой ступени (СП 34-106-98 "Подземные хранилища газа, нефти и продуктов их переработки", М., 1999, с.22-23).

Недостатком данных способов является плохая управляемость формированием подземного резервуара при растворении соли на ступени, связанная с невозможностью обеспечения стабильного положения границы раздела нерастворитель-рассол в скважине при колебаниях давления растворителя вследствие малого сечения скважины. Кроме того, уровень раздела нерастворитель-рассол находится у башмака внешней подвесной колонны труб, что приводит к попаданию нерастворителя в эту подвесную колонну и подъему его на поверхность, а в конечном итоге - к нарушению подачи растворителя в скважину.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ создания подземного резервуара в растворимых породах, включающий бурение скважины, установку в ней обсадной и подвесных колонн труб, растворение пород ступенями снизу вверх подачей растворителя и отбором образующегося рассола по подвесным колоннам труб, формирование подземного резервуара с изоляцией кровли выработки нерастворителем и перемещением границы раздела нерастворитель-рассол при переходе от нижней ступени растворения пород к верхней (СП 34-106-98 "Подземные хранилища газа, нефти и продуктов их переработки", М., 1999, с.22-23).

Этот способ позволяет избежать попадания нерастворителя во внешнюю подвесную колонну труб, однако не решает задачи поддержания стабильного уровня границы раздела нерастворитель-рассол при формировании подземного резервуара.

Решаемая задача заключается в создании подземного резервуара в каменной соли через скважину с одновременным повышением эффективности извлечения соли.

В результате решения этой задачи обеспечиваются следующие преимущества заявляемого способа:

- сокращение сроков строительства, так как упрощается процесс контроля за положением границы раздела нерастворитель-рассол;

- повышение надежности формирования подземного резервуара при растворении каменной соли, связанное с более стабильным положением потолочины подземного резервуара на всех ступенях его формирования, что обеспечивается подачей в начале отработки ступени полного объема нерастворителя, необходимого на прикрытие кровли резервуара.

Решение указанной задачи достигается при использовании способа создания подземного резервуара в каменной соли, включающего бурение скважины, установку в ней обсадной и подвесных колонн труб, растворение пород ступенями снизу вверх подачей растворителя и отбором образующегося рассола, формирование подземного резервуара с изолированием кровли выработки нерастворителем и перемещением границы раздела нерастворитель-рассол при переходе от нижней ступени растворения пород к верхней. Согласно предлагаемому способу, при отработке каждой очередной ступени растворения каменной соли предварительно создают вертикальную подготовительную выработку, а в качестве нерастворителя используют природный газ. При создании вертикальной подготовительной выработки ступени границу раздела газ-рассол в скважине устанавливают и поддерживают над уровнем кровли отрабатываемой ступени. В созданную вертикальную подготовительную выработку ступени закачивают природный газ и понижают границу раздела газ-рассол до уровня или под уровень кровли той же ступени, после чего дальнейшую отработку ступени ведут растворением каменной соли в вертикальной подготовительной выработке. По окончании отработки ступени формирования подземного резервуара границу раздела газ-рассол поднимают вновь и устанавливают над уровнем кровли последующей верхней ступени растворения каменной соли. Отработку этой ступени осуществляют в той же последовательности производимых операций, которая перечислена для отработки предыдущей ступени.

Отличие способа заключается также в том, что часть объема вертикальной подготовительной выработки, созданная над уровнем кровли той же ступени формирования подземного резервуара, больше или равна объему природного газа, закачанного в скважину.

Другое отличие способа заключается в том, что при понижении границы раздела газ-рассол в созданной вертикальной подготовительной выработке с установлением этой границы под уровнем кровли ступени для завершения отработки ступени закачивают дополнительный объем природного газа, определяемый площадью кровли для данной ступени.

Использование природного газа в качестве нерастворителя значительно снижает стоимость строительства подземного резервуара за счет низкой стоимости этого газа и сокращения затрат на его хранение в процессе сооружения подземного резервуара.

Формированием вертикальной подготовительной выработки, часть объема которой создана над верхним уровнем ступени и больше объема природного газа в скважине, обеспечивается амплитуда колебания границы раздела газ-рассол в пределах 20 см при остановке подачи растворителя в скважину, что допустимо при сооружении подземных хранилищ.

Формирование вертикальной подготовительной выработки перед отработкой каждой ступени и смещение границы раздела газ-рассол в указанных пределах в процессе отработки отдельной ступени и при переходе к ступени верхнего уровня формирования подземного резервуара обеспечивают стабильное положение границы раздела газ-рассол при отработке ступени и одновременно снижают расход нерастворителя, природного газа, закачиваемого в скважину для изолирования кровли от непредусмотренного регламентом строительства растворения каменной соли.

Кроме того, установление границы раздела газ-рассол ниже уровня кровли ступени перед ее отработкой, а также рассчитанный объем дополнительно закачиваемого газа обеспечивают более стабильное положение потолочины подземного резервуара за счет создания большей толщины слоя нерастворителя в начальный период отработки ступени отработки ступени.

Предлагаемый способ сооружения подземного резервуара в каменной соли поясняется схемами на фигурах 1-4.

На фигуре 1 представлена схема осуществления способа сооружения подземного резервуара в каменной соли при отработке первой ступени его формирования (вариант 1 - с понижением границы раздела газ-рассол в вертикальной подготовительной выработке до уровня кровли первой ступени).

На фигуре 2 представлена схема осуществления способа сооружения подземного резервуара в каменной соли при отработке второй (верхней) ступени его формирования (вариант 1 - с понижением границы раздела газ-рассол в вертикальной подготовительной выработке до уровня кровли второй ступени).

На фигуре 3 изображена схема осуществления способа сооружения подземного резервуара в каменной соли при отработке первой ступени его формирования (вариант 2 - с установлением границы раздела газ-рассол в вертикальной подготовительной выработке под уровнем кровли первой ступени).

На фигуре 4 показана схема осуществления способа сооружения подземного резервуара в каменной соли при отработке второй (верхней) ступени его формирования (вариант 2 - с установлением границы раздела газ-рассол в вертикальной подготовительной выработке под уровнем кровли второй ступени).

Изображения фиг.1-4 включают обсадную колонну 1 труб скважины, оборудованную внешней 2 и центральной 3 подвесными колоннами труб. Подачу растворителя 4 производят по внешней 2 подвесной колонне труб, а отбор рассола 5 - по центральной 3 подвесной колонне труб. В процессе растворения каменной соли вначале создают вертикальную подготовительную выработку 6, из которой формируют подземный резервуара 7 отработкой первой 8 и второй 9 ступеней растворения каменной соли. Управление формообразованием подземного резервуара 7 осуществляют подачей или откачкой газообразного нерастворителя 10 с изменением границы раздела газ-рассол 11.

Способ осуществляется в следующей последовательности.

Как показано на фиг.1а и 1б пробуренную в каменной соли скважину оборудуют обсадной колонной труб 1, внутри которой устанавливают внешнюю 2 и центральную 3 подвесные колонны труб. При этом башмак внешней 2 подвесной колонны труб размещают ниже верхнего уровня 8 первой ступени растворения каменной соли (фиг.1а). В обсадную колонну труб 1 подают нерастворитель - природный газ 10 под давлением, необходимым для вытеснения рассола 5 и установления границы раздела газ-рассол 11 на 1-2 м выше уровня 8 первой ступени растворения каменной соли (фиг.1а). Для отработки первой ступени во внешнюю подвесную колонну 2 труб подают растворитель 4, а по центральной 3 подвесной колонне труб извлекают рассол 5 на дневную поверхность. При этом создают вертикальную подготовительную выработку 6, диаметр которой составляет 4-5 м.

После создания вертикальной подготовительной выработки 6 (фиг.1а) на первой ступени формирования подземного резервуара 7 снова производят закачку природного газа 10, а границу раздела газ-рассол 11 понижают до уровня 8 первой ступени (кровли первой ступени создания подземного резервуара) растворения каменной соли (фиг.1б) и поддерживают границу раздела газ-рассол 11 на этом уровне при периодическом закачивании природного газа 10 для прикрытия кровли этой ступени, осуществляя таким образом дальнейшее растворение каменной соли до достижения проектного объема первой ступени формирования подземного резервуара 7 (фиг.1в).

По окончании формирования первой ступени подземного резервуара 7 (фиг.1в) приступают к созданию второй его ступени, показанной на фиг.2. Для этого границу раздела газ-рассол 11 поднимают в скважине на 1-2 м выше уровня 9 второй ступени (фиг.2а) и, производя дальнейшее растворение каменной соли, создают вертикальную подготовительную выработку 6 второй ступени.

По завершении создания выработки 6 на второй ступени растворения границу раздела газ-рассол 11 понижают с установлением ее на уровне 9 второй ступени (фиг.2б) и осуществляют растворение каменной соли до проектного объема этой ступени формирования подземного резервуара 7 (фиг.2в).

Аналогичным образом создают последующие ступени растворения до полного формирования проектного объема подземного резервуара 7.

Давление на выходе рассола 5 может колебаться от 0, когда нет закачки растворителя 4, до 0,5 МПа, когда ведется закачка растворителя 4 при максимальном расходе. Колебания положения границы раздела газ-рассол 11 не должны превышать толщину слоя природного газа, равную 5-10 см, изолирующую кровлю подземного резервуара 7 на уровнях 8, 9 ступеней растворения.

Когда объем природного газа в вертикальной подготовительной выработке 6 равен объему газа в скважине, составляя 25-30 м³ при глубине скважины около 1000 м, величина давления, приходящаяся на закачиваемый природный газ, составляет 5%, а величина изменения общего объема газа (50-60 м³) равна 2,5-3,0 м³. Таким образом, колебания положения границы раздела газ-рассол 11 в вертикальной подготовительной выработке 6 диаметром 4 м составляет 5 см. Отсюда часть объема вертикальной подготовительной выработки 6, созданной над уровнем кровли отрабатываемой ступени, целесообразно принять равной или немного превышающей объем природного газа, находящегося в скважине.

Для облегчения задачи контроля за толщиной слоя природного газа 10, находящегося на уровнях 8, 9 ступеней растворения при создании подземного резервуара 7, может быть реализован второй вариант предлагаемого способа, проиллюстрированный на фиг.3 и 4.

В соответствии со вторым вариантом выполнения способа, показанным на фиг.3 и 4, вертикальную подготовительную выработку 6 на каждой ступени растворения каменной соли создают аналогично тому, как было описано выше (фиг.3а, 4а). Отличие этого варианта способа состоит в том, что по завершении формирования подготовительной выработки ступени границу раздела газ-рассол 11 устанавливают под уровнем ступени (кровли) (фиг.3б, 4б). Для этого производят дополнительную закачку природного газа 10 в количестве, необходимом для заполнения им той части объема вертикальной подготовительной выработки 6, которая находится над уровнем ступени, и для изолирования кровли ступени на завершающей стадии ее отработки, то есть с учетом максимальной площади кровли данной ступени растворения. Согласно схеме на фиг.3, при формировании первой ступени создания подземного резервуара 7 границу раздела газ-рассол 11 устанавливают под уровнем 8 первой ступени (кровли) (фиг.3б). При начальном избыточном объеме природного газа 10 вначале ведут отработку проектного объема до уровня 8 первой ступени подземного резервуара 7 (фиг.3в). При этом толщина слоя природного газа 10, изолирующая кровлю ступени, в конце ее отработки снизится до заданной проектной толщины 5-10 см, что позволяет дополнительно стабилизировать положение границы раздела газ-рассол в начале отработки ступени. Аналогично отрабатывают вторую (фиг.4в) и последующие ступени формирования подземного резервуара 7 (фиг.4).

Пример осуществления способа.

На подземном хранилище природного газа подземный резервуар 7 объемом 100 тысяч м³ сооружается в интервале глубин 1173-1214 м. Строительство ведется в 5 ступеней. Предварительно через скважину, пробуренную в каменной соли, создают вертикальную подготовительную выработку 6 диаметром 5 м в интервале глубин 1206-1214 м. При этом башмак внешней подвесной колонны 2 труб устанавливают на отметке 1208 м, а границу раздела газ-рассол 11 поддерживают на уровне 1206 м (фиг.1а). По завершении создания вертикальной подготовительной выработки 6 указанную границу опускают до отметки 1207 м (фиг.1б) и производят размыв первой ступени подземного резервуара 7 в интервале глубин 1207-1214 м до объема 13 тысяч м³ (фиг.1в). После этого природный газ 10 удаляют из скважины, а башмак внешней подвесной колонны 2 труб устанавливают на уровне 1198 м. Затем производят закачку природного газа 10 в обсадную колонну 1 труб до отметки 1196 м и создают вертикальную подготовительную выработку 6 в интервале глубин 1196-1206 м (фиг.2а). После этого границу раздела газ-рассол 11 опускают до отметки 1197 (фиг.2б) м и размывают вторую ступень объемом 13,5 тысяч м³ подземного резервуара 7 (фиг.2в). На следующей ступени растворения положение границы раздела газ-рассол 11 поднимают до отметки 1188 м и создают вертикальную подготовительную выработку 6 диаметром 4-5 м в интервале глубин 1188-1196 м, после чего границу раздела газ-рассол 11 опускают на 1 м и создают третью ступень объемом 12,5 тысяч м³. На четвертой ступени растворения границу раздела газ-рассол 11 поднимают до отметки 1180 м и создают вертикальную подготовительную выработку 6 диаметром 4-5 м в интервале глубин 1180-1188 м. После подкачки природного газа 10 и понижения границы раздела газ-рассол 11 на 1 м отрабатывают четвертую ступень объемом 33,3 тысячи м³. На пятой, завершающей ступени сооружения, границу раздела газ-рассол 11 поднимают до отметки 1172 м, создают вертикальную подготовительную выработку 6 в интервале глубин 1172-1180 м. С понижением границы раздела газ-рассол 11 на 1 м отрабатывают пятую ступень объемом 29 тысяч м³. Таким образом, общий объем подземного резервуара 7 составил 100 тысяч м³. Колебания положения границы раздела газ-рассол 11 при этом не превышают 5 см, а толщина слоя природного газа 10, изолирующая кровлю подземного резервуара 7 в процессе его строительства, составила 10 см.

Данный способ позволяет повысить надежность защиты интервала соли над отрабатываемой ступенью от растворения, что обеспечивает строгое соблюдение регламента строительства подземного резервуара и гарантирует достижение заданного объема и геометрической формы подземного резервуара при обеспечении его устойчивости в процессе длительной эксплуатации.

Изобретение относится к строительству подземных резервуаров в растворимых породах, в частности в каменной соли. Согласно изобретению при отработке каждой очередной ступени растворения пород предварительно создают вертикальную подготовительную выработку, в качестве нерастворителя используют природный газ. Границу раздела газ-рассол устанавливают и поддерживают над уровнем кровли отрабатываемой ступени, в созданную вертикальную подготовительную выработку ступени закачивают природный газ и снижают положение границы раздела газ-рассол до или под уровень кровли той же ступени. После отработки ступени указанную границу поднимают вновь и устанавливают над уровнем кровли последующей верхней ступени, отработку которой осуществляют в той же последовательности. Изобретение позволяет обеспечить сокращение сроков строительства резервуара, повышение надежности формирования резервуара. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ сооружения подземного резервуара в каменной соли, включающий бурение скважины, установку в ней обсадной и подвесных колонн труб, растворение пород ступенями снизу вверх подачей растворителя и отбором образующегося рассола по подвесным колоннам труб, формирование подземного резервуара с изоляцией кровли выработки нерастворителем и перемещением границы раздела нерастворитель-рассол при переходе от нижней ступени растворения пород к верхней, отличающийся тем, что при отработке каждой очередной ступени растворения пород предварительно создают вертикальную подготовительную выработку, в качестве нерастворителя используют природный газ, при этом границу раздела газ-рассол устанавливают и поддерживают над уровнем кровли отрабатываемой ступени, в созданную вертикальную подготовительную выработку ступени закачивают природный газ и снижают положение границы раздела газ-рассол до или под уровень кровли той же ступени, а после ее отработки указанную границу поднимают вновь и устанавливают над уровнем кровли последующей верхней ступени, отработку которой осуществляют в той же последовательности.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть объема вертикальной подготовительной выработки, созданная над уровнем кровли отрабатываемой ступени растворимых пород, больше или равна объему природного газа, закачанного в скважину.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при снижении границы раздела газ-рассол в вертикальной подготовительной выработке с установлением этой границы под уровнем кровли отрабатываемой ступени подземного резервуара закачивают дополнительный объем природного газа, определяемый площадью кровли данной ступени.