Файл: Гофман-Захаров П.М. Проектирование и сооружение подземных резервуаров - нефтегазохранилищ.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 126
Скачиваний: 1
лось сокращение объема потребного нерастворителя. Характер ной особенностью данной схемы размыва явилось отсутствие не обходимости в технологически последовательных перемещениях колонн. Операции по спуску и подъему рабочих колонн обычно связаны с разгерметизацией емкости, они достаточно сложны и сопровождаются довольно длительными простоями в размыве.
На протяжении всего периода размыва потребность в подъеме по причине зашламовывания рассолоподъемной колонны возник ла всего лишь один раз.
Изучая процесс размыва емкости с точки зрения затрат вре мени, можно обнаружить следующее: согласно расчетному регла менту размыв должен был продолжаться 432 суток, а фактически с учетом непроизводительного времени он продолжался около 660 суток.
Структура затрат времени, ч |
|
|||
Чистое |
время |
размыва |
379 |
|
Технологические остановки |
61 |
|||
Ремонт |
|
оборудования |
70 |
|
Ремонт |
трубопроводов |
28 |
||
Простои, |
связанные с отсутствием поглощения . . . . |
122 |
||
Всего |
. |
. |
. , |
660 |
Технологические остановки процесса, предусмотренные регла ментом размыва, возникали при закачке и откачке нераствори теля, проведении геофизических замеров, обмере камеры с по мощью гидролокатора.
Суммируя чистое производительное время размыва с време нем технологических остановок, принятым с некоторым запасом, получаем 440 суток, т. е. величину, весьма близкую к проектной.
Наличие всех прочих простоев связано с отдельными недоче тами, имевшими место при производстве работ.
Систематические наблюдения за концентрацией рассола, под нимаемого на поверхность, позволили сделать один весьма важ ный вывод:
по достижении определенного соотношения между внутренней контактной поверхностью каменной соли 5 и расходом воды Q величина концентрации рассола устанавливается на определен ном уровне, остающемся неизменным на протяжении всего после
дующего времени размыва. Замечено, что порог этот |
соответ |
ствует величине: |
|
-У-= 0,005 м/ч. |
(80) |
Такое постоянство концентраций характерно для любых тех нологических схем с большим .интервалом размыва тюдземных емкостей.
Учитывая это обстоятельство, можно предположить, что в ус ловиях постоянно возрастающей поверхности растворения имеет ся полная возможность вести процесс размыва при более высо-
ких расходах воды, обеспечивая при этом увеличение выноса соли на поверхность и, следовательно, ускоренное формирование камеры заданного объема.
Натурные исследования показали, что во второй фазе размыва емкости концентрация рассола, близкая к насыщению, при уве личении расхода растворителя даже на 50—70% против номи нала уменьшается весьма незначительно (рис. 80).
Рис. 80. Натурный график раз- |
Рис. 81. Зависимость средней концентрации |
мыва подземной емкости в со- |
V |
ляном штоке. |
рассола от соотношения ~q- . |
В то же время для современных технологических схем размыва подземных емкостей, как, впрочем, и для рассолопромыслов, ха рактерен номинальный расход растворителя порядка 30—50 м3/ч, который как правило, не превышает 80 м3/ч.
Как известно, скорость растворения твердого вещества в рас творителе определяется толщиной диффузионного слоя. Умень шение толщины диффузионного слоя, его смещение, любая де формация будут 'способствовать интенсификации массопереноса, т. е. выносу соли из размываемой камеры.
Однако практическое воздействие на диффузионный слой пу тем изменения режима подачи растворителя (повышения рас хода воды) в условиях значительных объемов камер исключается в связи с ничтожно малыми скоростями обтекания растворителем поверхности соли.
Ламинарный режим движения растворителя в камере при весь ма малых числах Рейнольдса приближает процесс к условиям вынужденной конвекции. Таким образом, разумное повышение расхода растворителя в условиях развитой поверхности раство рения приводит к пропорциональному увеличению выноса соли
в единицу времени без какой-либо интенсификации массопереноса.
На основании опытных данных по камере емкостью 100 тыс. мг, размытой ступенчатым методом с предварительно созданным гидроврубом, были выполнены технологические расчеты зависи мости выноса соли от режимов подачи растворителя и геометри ческих параметров хранилища.
В результате проведенного анализа опытных данных по строены графики рис. 80 и 81, характеризующие динамику изме нения средней концентрации рассола (С) и удельного выноса
соли — и з размываемой емкости, а также были получены урав-
т
нения, позволяющие связать основные параметры процесса фор мирования вертикально вытянутых подземных камер в специфи ческих условиях штокового залегания каменной соли
0,003 + |
|
|
|
V |
|
С= |
— , |
(82) |
0,446+0,032 — |
|
|
где G — вынос соли из размываемой емкости, кг; |
|
|
т — время размыва, ч; |
|
|
Q — расход воды, м3/ч; |
|
|
V — объем камеры, м3; |
|
|
S — поверхность контакта |
растворителя с каменной |
солью, |
м2; |
|
|
С — концентрация рассола, |
кг/м3. |
|
Установленные зависимости показывают, что можно суще ственно сократить сроки сооружения хранилища путем увеличе ния расхода растворителя, не применяя специальных интенсифи цирующих средств.
Однако возможности увеличения расхода растворителя огра ничиваются ростом соответствующего гидравлического сопротив ления на нагнетании водоподающей насосной установки, в связи с чем возрастают затраты на ее эксплуатацию.
Обширный опытный и экспериментальный материал, обобщен ный в процессе создания описываемого подземного хранилища, позволил выявить некоторые закономерности изменения опти мальной производительности форсированного размыва подзем ных камер-хранилищ нефтепродуктов вертикально вытянутой конфигурации.
ОПТИМАЛЬНАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РАЗЖЫВА ПОДЗЕМНОЙ ЕМКОСТИ
Затраты на размыв |
данной емкости 21 Э |
складываются |
из |
за |
|||||
трат, пропорциональных мощности |
насоса |
по размыву Э н , |
и |
за |
|||||
трат, не зависимых от мощности насосов, |
а |
пропорциональных |
|||||||
времени |
размыва |
Эт |
(амортизация |
зданий |
и сооружений, |
заня |
|||
тых на |
размыве |
и сбросе рассола, |
текущий |
ремонт, |
зарплата |
||||
обслуживающего персонала и пр.). |
|
|
|
|
|
|
|||
Таким образом, оптимальный расход растворителя Q0 |
опреде |
ляется наивыгоднейшим распределением статей затрат, в резуль
тате которого суммарные затраты будут |
минимальными |
|
|||||
|
ЕЭ = Э н |
+ |
Эт ; ' Э„ = |
aN, |
|
(83) |
|
где |
N — мощность привода |
насосной установки, кет; |
|
||||
|
а — удельные затраты |
на 1 кет мощности, |
руб/квт. |
|
|||
|
^ N |
= |
_QMj_ |
|
|
( 8 |
4 ) |
|
|
|
3600-102т, |
|
|
v |
' |
где |
Q — производительность |
подачи растворителя, |
м3/ч; |
|
|||
|
у — удельный вес перекачиваемой |
жидкости, |
кг/м3 (в дан |
||||
|
ном случае 1000 |
кг/м3); |
|
|
|
|
|
|
т] — к.п.д. насосов в долях от единицы (т] = |
0,6). |
|
Согласно обобщенной формуле Л. С. Лейбензона, гидравличе ский уклон, или требуемый на преодоление гидравлических со
противлений удельный напор |
(м) |
|
|
" = |
Р ^ |
Г - |
(85) |
|
|
э |
|
где v — кинематическая вязкость |
перекачиваемой среды (в дан |
||
ном случае для воды 1 • 10~6 |
м3/сек); |
||
Z)9 — эквивалентный диаметр трубопровода (здесь для-меж |
|||
трубного пространства D3 |
= |
dmp—dBHyTp). |
В области турбулентного течения жидкости в начально шеро
ховатых трубах: т = 0,25; |
(3 = |
0,0246. |
|
|
|
|
||
Тогда на 1 м глубины заложения емкости: |
|
|
||||||
N = |
= |
0,0246-loooVW^ |
Q2'75 |
= 0 > 3 |
5 3 |
. 1 0 _ . . |
<32-75 |
|
|
|
3600-102-0,6 |
|
Ц4.75 |
|
|
|
D34.75 |
|
|
Э н == 0 , 3 5 3 - 1 0 - 5 |
- а . |
(86) |
||||
Далее |
Эх — Ь х, где т определяется из уравнения (78), Ь — сред |
|||||||
нечасовые затраты на размыв, рг/б/ч. |
|
|
|
|
||||
При С = 2 6 0 кг/м3—const |
на основании подтвержденных эксце |
|||||||
|
|
|
|
сс |
V |
|
|
G = 2100 V, |
риментом |
теоретических |
данных — = — . |
Полагая |
|||||
|
|
|
|
V |
т |
|
|
|
где 2100 кг/м3— |
плотность |
|
соли |
(и решая |
уравнение 81 относи |
|||||
тельно т) , получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
х |
3 *c_V |
|
V40У |
+ 67200QV |
|
||||
|
|
' |
Q |
~ |
|
2Q |
|
|
|
|
Поскольку т < 0 не имеет смысла, отрицательное |
значение |
|||||||||
корня |
отбрасывается. |
Далее, |
произведя |
|
известную |
замену |
||||
V |
т |
|
получим |
|
|
|
|
|
||
— — |
, окончательно |
|
|
|
|
|
||||
Q |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,23 VV2+ |
1680 |
|
|
|
||
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
5-236 VVа + |
1680QK |
. |
/ 0 7 Ч |
|||
|
|
dx = |
|
|
|
|
|
(о/) |
||
Таким образом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q 2 ' 7 8 . |
5,236 К V а + 1680QK |
|
|||
|
ЕЭ = 0.353-10-5-а^р+ |
|
|
q |
|
|||||
„ |
|
|
|
|
|
|
d3 |
|
|
|
Приравнивая нулю производную — , получаем уравнение для определения оптимального значения производительности на всем протяжении размыва подземной емкости
|
|
0,97-10-8-а |
Q 1 ' 7 5 _ |
5,2'SbV(840Q |
+ V) |
|
|
|||||
|
|
|
- |
» . * » M » W ) |
> |
( |
8 8 ) |
|||||
|
|
|
|
D |
i J 5 |
Q 2 |
VViJr 1680 QV |
|
|
|||
Воспользовавшись |
методом подбора и последовательного |
при |
||||||||||
ближения, определим Q — Y(V). |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Согласно |
рекомендации |
Л . С. Лейбензона, |
для межтрубного |
|||||||||
пространства, по которому подается вода, |
|
|
D3—dmp—dmyTp. |
|
||||||||
Имея в виду две стандартные |
конструкции |
|
скважины 12"— |
|||||||||
8"—4" и 14"—10"—6", получаем Da |
=0,092 м, D[ =0,117 м. |
|||||||||||
На |
основании анализа |
проектных |
и опытных данных |
установ |
||||||||
лены |
ориентировочные |
средние |
значения |
постоянных |
коэффи |
|||||||
циентов: а » 0 , 1 4 руб/квт; |
b«42 |
руб/ч. |
|
|
|
|
|
|||||
Результаты расчетов представлены в табл. 34. |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 34 |
||
|
Оптимальный расход форсиро |
|
|
Оптимальный расход форсиро |
||||||||
Текущий |
ванного режима размыва |
Текущий |
ванного режима размыва |
|||||||||
объем камеры, |
камеры, м'Іч |
|
объем камеры, |
|
|
камеры, м'/ч |
|
|||||
м1 |
|
£>э = 0,092 м |
D3 |
= 0,117 м |
|
м» |
Da |
= 0,092 м О э = 0,117 м |
||||
2 - Ю 3 |
68 |
|
|
107 |
|
40 - Ю 3 |
|
|
147 |
193 |
||
5 - Ю 3 |
96 |
|
|
143 |
|
60 - Ю 3 |
|
|
158 |
202 |
||
10 - Ю 3 |
ПО |
|
|
157 |
|
80 - Ю 3 |
|
|
161 |
203 |
||
20 - Ю 3 |
125 |
|
|
175 |
|
|
|
|
|
|
|
Оптимальный |
расход форсированного |
режима |
размыва |
под |
||
земной |
емкости |
в функции от текущего |
ее объема |
отражен |
на |
|
графиках |
(рис. 82). |
|
|
|
||
- L |
і |
|
|
|
|
|
J —0 |
1 |
|
Рис. 82. График зависимости опти |
|||
L |
|
мальной производительности |
раз |
|||
L/ |
|
|
мыва подземной емкости в функ |
|||
|
|
ции от ее текущего объема. |
|
|||
(1 |
|
|
|
|
|
|
/О |
20 |
30 40 |
50 60 і 70 V-80I0M |
|
|
|
На совмещенном графике (рис. 83) заштрихованная площадь между двумя графиками представляет собой поле оптимальных значений расхода подаваемой воды при различных конструкциях буровых скважин.
|
|
40 |
V-75mcM' |
|
|
|
|
|
|
36 |
SO |
|
|
32 |
|
|
|
|
|
Рис. 83. |
Совмещенный гра |
28 |
25 |
24 |
|||
фик оптимальной производи |
20 |
|
|
тельности |
размыва. |
|
|
16 |
|
||
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
8 |
|
|
|
4 |
|
|
|
О 204060 |
Ы10020 40 60802002040 60 вО 300 |
График хорошо иллюстрирует нецелесообразность увеличения производительности размыва сверх пределов оптимизации. На пример, рост производительности в 1,5 раза (от 200 до 300 м3/ч) приводит к увеличению выноса соли всего лишь на 5—6%.
ИСПЫТАНИЯ И СДАЧА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА
Пригодность подземной камеры для использования в качестве хранилища нефтепродуктов или сжиженных газов определяется двумя основными показателями: устойчивостью и герметич ностью. Предполагается, что стенки камеры являются газонепро ницаемыми. Соль, будучи пластичной, покрывает сплошной пре дохранительной оболочкой нерастворимые включения, которые сами по себе могут быть и пористыми, и газопроницаемыми; со гласно многочисленным исследованиям, соль на больших глуби нах совершенно непроницаема для нефтепродуктов и газов. По этому испытания на герметичность сводятся фактически к про верке герметичности затрубного цементажа обсадной колонны.