Файл: Гофман-Захаров П.М. Проектирование и сооружение подземных резервуаров - нефтегазохранилищ.pdf

Периферийные скважины являются автоматическими клапа­ нами, снижающими давление межпластового разрыва при сбойке трещин размыва со стволами скважин, таким образом, развитие трещин будет приостановлено;

усваивая из практики выщелачивания солей «метод ступенча­ того выщелачивания» целесообразно применять послойный раз­ мыв снизу вверх и «нерастворитель» (сжатый воздух) для предо­ хранения потолочины от размыва;

приступают к размыву полученных трещин, нагнетая в цент­ ральную скважину под давлением воду, содержащую реагент;

после создания «первичной камеры» малой высоты приступают к послойному процессу разжижения глин. Подушка сжатого воз­ духа предотвращает размыв потолка;

камера при трех скважинах получится тоннелеобразной формы, при четырех — осесимметричной;

основное условие эксплуатации камеры — поддержание посто­ янного давления, которое снижает действующие на контуры камеры напряжения и сохраняет устойчивость, прочность и гер­ метичность стенок камеры. Отбираемый сжиженный газ и нефте­ продукт компенсируется нагнетанием в камеру насыщенного рас­ твора.

§ 3. Подземные емкости, создаваемые в трещиноватых

горных породах с герметизацией стенок противодавлением грунтовых вод

Проведенные исследования показали, что можно хранить нефть и нефтепродукты в подземных емкостях — в искусственных выработках с водяной подушкой снизу и герметизацией стенок давлением грунтовых вод, которые создают подпор и препят­ ствуют утечке продукта из хранилища. Давление грунтовых вод на стенке должно быть выше давления хранимого нефтепродукта, так как удельный вес последних обычно меньше единицы. Это достигается при небольшом превышении грунтовых вод над зер­ калом хранилища.

Выработки должны быть в твердых, прочных породах, нерас­ творимых в воде и углеводородах, таких, как например, извер­ женные или метаморфические породы — граниты, сиениты, ба­ зальты, гнейсы, роговики и т. д. Обычно они хрупки и трещино­ ваты.

В закрытых подземных хранилищах для нефтепродуктов с вы­ сокой упругостью паров требуется герметизация верхней части хранилища цементом, листовой сталью или другим материалом.

Близ Стокгольма построено несколько хранилищ для нефти и светлых нефтепродуктов в скальных породах ниже уровня грун­ товых вод.

Опытное хранилище для бензина было сооружено в сильно тре­ щиноватых гнейсах. Резервуар был закрыт сверху, а гермети-

зация стенок достигалась за счет подпора грунтовых вод и водя­ ной подушки снизу. З а 10 месяцев хранения потери (от испаре­ ния) составили всего 0,5%.

Крупное промышленное хранилище бензина в виде гигантской бутыли было создано взрывным способом в прибрежной скале (рис.88).

Верх «бутыли» закупорен бетонной пробкой. Заданная раз­ ность давлений бензина и грунтовой воды на стенки достигается регулированием уровня водной подушки с помощью автомати­ ческой насосной станции.

Возникновение пожара или взрыва, утечка бензина, испарение его, попадание воздуха в хранилище при^наполнении и отборе в данной конструкции исключено.

Опыт показал, что в бензине при хранении в контакте с водой количество воды не повышается, а бензин становится более чи­ стым и прозрачным за счет адсорбирования серы и смолы грун­ товой водой.

Этот метод позволяет использовать для подземного хранения нефти и светлых нефтепродуктов заброшенные шахты, рудники, карьеры.

В Филадельфии (США) в заброшенном сланцевом карьере,

размером 9,6X0.6 м, хорошо предохраняющих продукт от испа­ рения.

Близ Стокгольма очень крупное хранилище нефтепродуктов емкостью 165 тыс. мъ устроено в заброшенной шахте для добычи полевого шпата.- Глубина хранилища около 80 м. Шахта вырабо­ тана в гранитах и гнейсах, имеющих незначительную трещиноватость. Верхняя часть хранилища располагается выше уровня

грунтовых вод. Для наполнения хранилища водой пройдена спе­ циальная наклонная шахта.

В последние годы в США разработан способ хранения жидких углеводородов в полупроницаемой горной породе. Емкость в виде мешка, заглубленного в породу камеры, изготовляется из газо­ непроницаемых пластмасс, либо специальной резины. При за­ качке хранимого продукта мешок расширяется и заполняет ка­ меру. Для предохранения мешка от испарения в камеру закачи­ вается вода и мешок плавает, не касаясь стенок камеры.

Для этих же целей между слоем воды и потолком камеры под определенным давлением вводят инертный газ. Для отбора про­ дукта в камеру нагнетают воду сжимающую мешок, в результате чего хранимая жидкость вытесняется наверх.

§ 4. Оригинальные конструкции грунтовых хранилищ

для сжиженных углеводородных газов

В соответствии с французским патентом № 1397189 предло­ жена весьма интересная конструкция ледяного хранилища для низкотемпературного хранения сжиженных газов.

Согласно этому проекту вначале сооружают в земле котлован, в котором устанавливают горизонтальные цилиндрические резер­ вуары, затем его заливают водой, которую замораживают. Таким образом создается ледогрунтовое хранилище.

Дно котлована находится немного ниже поверхности грунта, но выше уровня грунтовых вод, обычно его устраивают на 2—3 м ниже уровня грунта, а верхняя плоскость реборды котлована находится на 7—10 м выше днища. Форма котлована обычно квадратная или прямоугольная, длина сторон 100—200 м. На дне размещают водонепроницаемую гидроизоляцию типа пеностекла. На Слой гидроизоляции укладывают трубы, с помощью общего коллектора их соединяют с источником низкотемпературной жидкости для замораживания воды — жидким пропаном или бу­ таном. Вначале путем намораживания на дне котлована обра­ зуют слой льда толщиной 20—60 см. По трубам циркулирует охлаждающая жидкость.

На первом слое льда устанавливают эластичные резервуары, которые могут иметь цилиндрическую или сферическую форму. Между резервуарами размещают трубы для циркуляции охлаж­ дающей жидкости, котлован постоянно заполняют водой до верх­ него уровня, производя послойное замораживание, чтобы исклю­ чить всплывание резервуаров.

При этом необходимо принять меры, препятствующие смятию эластичных резервуаров водой и льдом..

Трубы для охлаждающей жидкости размещают равномерно по всей толще ледяного слоя. Сверху лед в котловане закрывают слоем теплоизоляции. Диаметры эластичных резервуаров могут

быть различными, чтобы полнее использовать объем ледяного слоя.

Резервуары могут быть изготовлены из пластифицированных

Резервуары, установленные в хранилище, постепенно охлаж­ дают, пропуская ту же жидкость, которая циркулирует в системе труб, и после охлаждения заполняют жидким газом.

Для хранения больших количеств сжиженного газа в США за­ патентована конструкция подземного грунтового хранилища, состоящего из группы отдельных резервуаров, сооружаемых пу­ тем замораживания грунта (патент № 3309883).

Резервуары располагают на равном расстоянии друг от друга по площади шестиугольника. Каждый резервуар строят отдельно, и он является самостоятельной ячейкой хранилища.

Глубина залегания для всех резервуаров одинакова. Такое расположение резервуаров дает возможность сократить до ми­ нимума тепловое влияние грунта на стенки резервуаров.

Резервуары строят не одновременно, заполняют их сжиженным газом по мере готовности. Таким образом, в хранилище ряд ре­ зервуаров может эксплуатироваться, в то время как другие ре­ зервуары находятся в стадии строительства. Это позволяет вести строительство постепенно, используя для этого небольшое коли­ чество оборудования для замораживания грунта.

Конструкция резервуаров рассчитана на эксплуатацию их под давлением 3 ати, что дает возможность производить забор про­ дукта из резервуаров без насосов. Резервуары соединены между собой так, что операции заполнения их и выдача продукта могут осуществляться как для каждого отдельного резервуара, так и для всей группы одновременно.

На рис. 90 показан отдельный резервуар в процессе заверше­ ния его строительства.

Строительство резервуара начинают с бурения колодца 8 на глубину ниже уровня грунтовых вод. В колодце устанавливают стальной кожух 7, стенки колодца цементируют слоем цемента 9. Далее бурение производят по несколько уменьшенному диаметру с образованием колодца 14 н-а глубину будущего резервуара. За­ тембуровое оборудование демонтируют. Колодец на это время остается заполненным буровым раствором для предотвращения оползания грунтовых стенок. Затем уровень жидкости в колодце

релку. В верхней части колодца устанавливают системы труб 23 и 6 и заливают бетонную пробку / / . После этого верхнюю часть колодца засыпают грунтом 17.

Грунтовые стенки резервуара замораживают сверху вниз, пу­ тем постепенного заполнения колодца хладоагентом, например,

жидким пропаном, подаваемым в резервуар по трубе 10. Во из­ бежание перемешивания пропана с буровым раствором между ними вводят слой буферной жидкости 16. По удельному весу бу­ ферная жидкость легче воды, но тяжелей пропана, поэтому она не должна растворяться в них. В качестве такой жидкости может быть использовано касторовое или льняное масло.

Рис. 90. Грунтовой резервуар в разрезе.

Вначале под давлением уровень бурового раствора в колодце несколько понижается за счет вытеснения его по трубе 18; по трубе 10 подается буферная жидкость, за ней постепенно посту­ пает хладоагент 15. Под давлением пропана буровой раствор вытесняется через трубу 18. Скорость вытеснения бурового рас­ твора и заполнения колодца пропаном регулируется выходным клапаном на конце трубы 18.

При строительстве резервуара, а в дальнейшем и при его экс­ плуатации используется пароконденсирующая система. Она со­ стоит из тарелки, имеющей коническое дно 20 с вертикальными стенками 19 и 21. Тарелка в верхней части стенки 21 имеет мно­ жество V-образных отверстий 13, через которые жидкий газ по внешней поверхности 22 стенки тарелки сливается в резервуар. В систему также входит наземное оборудование, расположенное на поверхности: вспомогательный резервуар 5, циркуляционный насос 2 и теплообменник /. Наземное оборудование используют для нескольких резервуаров или даже для всех резервуаров хра­ нилища. Работа пароконденсирующей системы зависит от изме­ нений температуры, давления и объема сжиженного газа в резер­ вуаре. Действие системы автоматическое, регулирование ее осуществляется поддержанием нужного давления во вспомога­ тельном резервуаре и вертикальным перемещением паровой ли­ нии 3, регулирующей уровень жидкости на тарелке. Когда уро­ вень сжиженного газа в тарелке падает ниже обреза паровой линии 3, начинается подача'егб из вспомогательного резервуара по сифонной линии 4. С повышением температуры сжиженного газа в резервуаре испарение его с тарелки усиливается, уровень жидкости на ней понижается и более холодный газ из вспомога­ тельного резервуара подается с большой скоростью.

После окончания замораживания стенок резервуара хладоагент удаляется из него, давлением паров метана, и резервуар заполняется сжиженным газом.

Глубина до верха бетонной пробки — 6,1 м.

Такое хранилище экономично, оно обеспечивает высокую на­ дежность и безопасность при эксплуатации. Авария отдельного резервуара не влечет за собой выхода из строя всего хранилища. Пожарная безопасность и высокая степень герметичности таких хранилищ позволяет строить их вблизи населенных пунктов.

Новая конструкция заглубленного резервуара с плавающей крышей для.хранения сжиженных газов при низкой температуре (французский патент № 1408180) отличается простотой и эконо­ мичностью. Предложенная конструктивная схема предусматри­ вает сооружение грунтового котлована и оригинальную плаваю­ щую крышу. Последняя герметично соединена с насыпной ребордой по краям котлована. Соединение крыши с краями ре­ зервуара эластичное, оно может перемещаться вслед за уровнем жидкости от верха до низа котлована. Обеспечивается также плавучесть на поверхности жидкого газа.

Котлован резервуара, наполненный жидким газом, представ­ ляет собой углубление круглой формы, вырытое бульдозером или экскаватором. Глубина котлована по отношению к поверхности земли сравнительно небольшая — от 2 до 3 м. Необходимо, чтобы