СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В ОТЛОЖЕНИЯХ КАМЕННОЙ СОЛИ Российский патент 2024 года по МПК B65G5/00 

Изобретение относится к строительству подземных хранилищ для жидких и газообразных углеводородов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической, нефтедобывающей и газовой отраслях промышленности.

Известно устройство для создания камер в отложениях соли (патент РФ №2236579, опубл. 02.07.2003). Устройство содержит обсадную колонну, рассолоподъемную, водоподающую и эксплуатационную трубы, подача осуществляется по межтрубному пространству между водоподающей трубой и рассолоподъемной трубой под давлением растворителя, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и эксплуатационной трубой под давлением нерастворителя, создание подготовительной выработки, воздействие на соль в верхней части резервуара по периметру тангенциально ориентированными струями растворителя и отбор рассола по рассолоподъемной трубе. После создания подготовительной выработки в скважину вводят дополнительную трубу, нижний конец которой перед спуском в скважину перфорируют по длине, равной высоте резервуара, и закрепляют на этом участке эластичную герметичную оболочку, после чего по зазору между дополнительной и рассолоподъемной трубой в эластичную герметичную оболочку подают растворитель в объеме, равном количеству добытой соли.

Недостатками этого способа являются большое потребление пресной воды, разомкнутый процесс растворения, который не предусматривает повторного использования рассола.

Известен способ создания подземного резервуара в отложениях каменной соли (патент РФ №1633099, опубл. 07.03.1991), включающий закачку через скважину воды, растворение соли, отбор слабоминерализованного рассола на поверхность, повышение концентрации рассола в осмотической установке обратным осмосом, подачу насыщенного рассола на утилизацию или на закачку в глубокозалегающий поглотительный водоносный горизонт.

В упомянутом способе размыва пласта каменной соли цикл замкнутый, но недостатками этого способа являются высокое загрязнение окружающей среды в результате сброса рассола в поглощающие водоносные горизонты, большие энергозатраты на сброс рассола в недра и низкая толерантность мембран обратного осмоса к хлорид-ионам, процент восстановления ниже, чем у электродиализной установки, устойчивость мембран к солям и различным рН ниже, чем у мембран электродиализной установки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ создания резервуара в отложениях каменной соли, описанный в статье «Повторное использование рассолов при устройстве подземных газохранилищ в соляных пластах» (Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья, №2, 2019. - С.36-39, DOI:10.24411/0131-4270-2019-10207). Способ включает растворение соли, отбор минерализованного рассола на поверхность, опреснение рассола на обессоливающей электродиализной установке, подачу насыщенного рассола на выпарку, возврат обессоленного дилуата обратно в процесс растворения.

В упомянутом способе размыва пласта каменной соли цикл замкнутый, но недостатками этого способа является низкая эффективность размыва за счет недостаточного насыщения подаваемой воды в процесс растворения.

Технической проблемой изобретения является разработка способа сооружения подземных резервуаров в отложениях каменной соли с достижением следующего технического результата: повышение эффективности процесса растворения за счет наиболее оптимального времени контакта воды и породы, оптимального времени опреснения с выводом рассола из процесса растворения с наиболее оптимальной концентрацией, что позволяет создать непрерывный связанный цикл растворения и опреснения, увеличить скорость создания полости и сократить водопотребление на подпитку цикла растворения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе сооружения подземных резервуаров в отложениях каменной соли, включающем закачку воды в скважину для сооружения резервуара, отвод рассола, извлечение соли из рассола с отделением воды на электродиализной обессоливающей установке, рециркуляцию отделенной воды (дилуата) в сооружаемый резервуар, согласно изобретению рассол выводят из процесса растворения и подают на электродиализную обессоливающую установку с оптимальной концентрацией 30-50 г/л, опреснение рассола проводят в течение 40-50 минут и затем возвращают дилуат обратно в процесс растворения пласта соли.

На фиг.1 представлена технологическая блок-схема процесса, на фиг.2 - зависимость массы растворенной соли от концентрации рассола, выводимого из процесса растворения, на фиг.3 - зависимость времени обессоливания от концентрации раствора соли, поступающего на электродиализную обессоливающую установку, на фиг.4 представлена зависимость времени размыва пласта каменной соли от концентрации рассола, выводимого из процесса растворения для пяти объемов создаваемых резервуаров V₁=50000 м³, V₂=100000 м³, V₃=150000 м³, V₄=200000 м³, V₅=250000 м³.

Способ предусматривает закачку воды в буровую скважину создаваемого резервуара с отводом рассола по трубопроводу на обессоливающую электродиализную установку. Опресненный дилуат подают обратно в цикл растворения залежи каменной соли, а образующийся концентрированный рассол подают на выпарные установки. После этого следует ступень центрифугирования, после которой соленая вода возвращается в цикл на стадию выпарки, а влажная соль поступает на сушку. В процессе сушки аппарат забирает теплый воздух, а выпускает в атмосферу влажный воздух. В конечном счете, на выходе получают сухую товарную соль NaCl.

Процесс растворения многих природных соединений в реальных гидрогеологических и геохимических ситуациях часто зависит от скорости движения воды. Связано это с тем, что увеличение скорости движения имеет следствием более активный отвод продуктов растворения. Следовательно, величина недосыщения исходной воды является движущей силой процесса растворения. Однако минерализация воды при этом снижается, т.к. увеличение скорости воды приводит к уменьшению времени контакта вода-порода и уменьшению массы твердого вещества, переходящего в раствор. Чем ниже концентрация солей в исходной воде, тем эффективнее проходит растворение в ней твердого вещества. Тем быстрее происходит образование полости при размытии пласта каменной соли.

Размыв пласта осуществляется водой с расходом и концентрацией солей, обеспечивающими максимальную скорость растворения. Рассол постоянно обессоливается на электродиализной обессоливающей установке. Дилуат циркулирует в системе размыва, концентрат отводится на дальнейшее концентрирование и утилизацию.

На фиг.1 обозначено 1 - установка электродиализная обессоливающая, 2 - выпарная установка, 3 - центрифуга, 4 - сушильный аппарат.

Способ осуществляется следующей последовательностью операций: чистую воду (I) в качестве подпитки процесса растворения подают в пласт отложений каменной соли. Рассол (II) после достижения оптимальной концентрации выводят из процесса растворения и подают на электродиализную обессоливающую установку 1. После установки 1 электродиализа концентрат (III) направляют на выпарную установку 2, где происходит выпаривание соли, а дилуат (IV) возвращают обратно в процесс растворения пласта каменной соли. При этом дилуат составляет 95-97% от всего объема пресной воды, участвующей в процессе. На выходе выпарной установки 2 получают рапу (V) (влажную соль) с приблизительной влажностью 70%, которую подают в центрифугу 3 для избавления от избыточной влаги. После центрифуги 3 соленую воду (VII) возвращают обратно в цикл процесса и повторно подают на выпарную установку 2 со следующей порцией концентрата, а влажную соль (VIII) направляют на сушильный аппарат 4. В процессе сушки аппарат забирает теплый воздух (IX), а выпускает в атмосферу влажный воздух (X). В конечном счете, на выходе получают сухую товарную соль NaCl (XI).

С увеличением конечной концентрации (начиная с 30 г/л) (фиг.2) значительно возрастает и масса растворенного вещества. Зона эффективной работы установки электродиализа находится в пределах от 2 г/л до 50 г/л. Следовательно, наиболее оптимальная концентрация рассола, который следует выводить на электродиализную обессоливающую установку, составляет 30-50 г/л.

Согласно проведенным экспериментам, наиболее эффективное время опреснения рассола с указанной концентрацией составит 30-50 минут (фиг.3).

На фиг.4 видно, что с увеличением концентрации рассола, выводимого из процесса растворения, выше 50 г/л время создания полости снижается незначительно, т.к. насыщение раствора происходит медленнее.

Кроме того, в исследовании Старостина Р.А. и Кошелева А.Е. (Р.А. Старостин, А.Е. Кошелев Современные методы определения скорости растворения горных пород. Автоматизация методики определения коэффициента скорости растворения каменной соли для лабораторных испытаний, Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. №4. С.54-62. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-4-0-54-62) доказано, что наиболее эффективное время контакта воды с породой составляет от 40 до 80 минут, т.к. интервал пиковых значений коэффициента скорости растворения. Следовательно, при выводе рассола из процесса растворения в промежуток от 40 до 50 минут и придерживаясь того же временного интервала при обессоливании, создается наиболее эффективный непрерывный процесс создания полости в каменной соли.

Изобретение относится к строительству подземных хранилищ для жидких и газообразных углеводородов. Способ сооружения подземных резервуаров в отложениях каменной соли включает закачку воды в скважину для сооружения резервуара и поддержание концентрации исходной воды на уровне, обеспечивающем оптимальную скорость растворения породы. Затем отвод рассола и извлечение соли из рассола с отделением воды на электродиализной обессоливающей установке. Далее рециркуляцию отделенной воды в сооружаемый резервуар. Рассол выводят из процесса растворения и подают на электродиализную обессоливающую установку с оптимальной концентрацией 30-50 г/л. Опреснение рассола проводят в течение 40-50 минут. Достигается повышение экологической безопасности в процессе сооружения хранилищ за счет сокращения сброса в поглощающие горизонты и закачки в них лишь незначительной части высокоминерализованного рассола, сокращение водопотребления и эффективное использование рассола. 4 ил.

Способ сооружения подземных резервуаров в отложениях каменной соли, включающий закачку воды в скважину для сооружения резервуара и поддержание концентрации исходной воды на уровне, обеспечивающем оптимальную скорость растворения породы, отвод рассола, извлечение соли из рассола с отделением воды на электродиализной обессоливающей установке, рециркуляцию отделенной воды в сооружаемый резервуар, отличающийся тем, что рассол выводят из процесса растворения и подают на электродиализную обессоливающую установку с оптимальной концентрацией 30-50 г/л, опреснение рассола проводят в течение 40-50 минут.