Файл: Рачевский, Б. С. Транспорт и хранение углеводородных сжиженных газов.pdf

предотвращения взрыва при заполнении сжиженными газами осу­ ществляется продувка емкости инертными газами.

Хранилища, расположенные непосредственно у газоперераоатывающих заводов или нефтехимических предприятий, могут про­ дуваться углекислым газом или азотом. Если хранилища распола­ гаются вдали от этих предприятий, продувку можно выполнять ды­ мовыми газами с помощью специальных установок. Схема такой установки для продувки подземной емкости приведена на рис. 67. При продувке воздух из подземной емкости всасывается с помощью

рода в подземной емкости. При продувке дымовыми газами или азотом содержание кислорода не должно превышать 10%, при про­ дувке углекислым газом — 13% [28].

Для обеспечения безаварийного первоначального заполнения необходимо по окончании продувки заполнить емкость парами сжиженных газов и довести давление в ней до давления насыщения при температуре окружающих пород. Наибольшее повышение давления происходит при заполнении сжиженным газом с темпера­ турой выше температуры стенок. В этом случае давление может достигнуть 1,5 рабочего, т. е. величины испытательного давления. Для сохранения постоянного давления при заливе продукта налив­ ной трубопровод с форсунками для разбрызгивания газа проводится вдоль емкостей на значительное расстояние.

Далее приведены примеры строительства наиболее технически интересных в зарубежной практике подземных хранилищ шахтного типа. Одно из крупнейших подземных хранилищ в мире суммарной вместимостью 65 тыс. м3 построено в 1965 г. во Франции на нефте­

148

перерабатывающем заводе в Пти-Курон. Хранилище состоит из двух емкостей, расположенных в мергелистой формации на глубине 150 м и предназначено для хранения 50 .тыс. м3 пропана и 15 тыс. м3 бутана.

Строительство хранилища было начато в 1961 г. изучением геологической формации, глубины и мощности пласта, гидрологи­ ческого режима и т. и. Использовались уже имевшиеся сведения, собранные ранее геологами, а также проводилось разведочное бу­ рение на глубину, несколько превышающую отметку создаваемого хранилища (в данном случае — до 170 м). Проводился отбор и ис­ следование проб пород для определения прочности и герметичности кровли каверн, определялся размер емкостей пролетов и целиков.

Слой вышележащих пород составлял 80—85 м, что соответство­ вало статическому давлению, превышающему давление сжиженного

и три вспомогательные — диаметром 472 мм. Бурение проводилось в три стадии: на 380, 634 и 1396 мм. Толщина стенок обсадных труб 16 мм, сбоку к ним приварены 2-дюймовые трубы для цементирования затрубного пространства, которые в дальнейшем использовались как воздухопроводы и магистрали электрического кабеля, 1066миллиметровая колонна опускалась секциями по 18 м.

от основных скважин, в которых были смонтированы подъемники для персонала и материалов. Проходка проводилась буровзрывным способом: пневматическими перфораторами «Монтабер» весом 25 кг бурились шурфы глубиной 2,4 м (по 40 шурфов на фронт стены), затем порода взрывалась динамитом. Выбранная порода транспорти­ ровалась на поверхность через основные скважины. За сутки выби­ ралось 200—250 м3 породы. Всего было пройдено 4500 м галерей, пробурено 200 тыс. шурфов и израсходовано 60 т динамита.

После проходки камер в основных и вспомогательных скважинах были пробурены зумпфы на глубину 7 м и ниже уровня камер, В них установили погружные насосы, предназначенные для откачки газа из хранилища.

Галереи были отнивелированы с уклоном 1' к зумпфам, стены выровнены, смонтированы оборудование и необходимые трубопро­ воды. После этого скважины наглухо заделывались и доступ в камеры прекращался. Затраты рабочего времени на сооружение отдельных объектов хранилища были следующие: на проходку галерей ушло 250 тыс. ч; на бурение и оборудование одной скважины израсходо­ вано 624 ч, в том числе на бурение скважины 402 ч, на засыпку гравия 13 ч, на оборудование обсадной колонны 166 ч, на цементи­ рование затрубного пространства 37 ч, на испытания 6 ч. Все пять скважин были пробурены за 3 месяца.

149

Подземное хранилище сжиженных газов в штате Огайо (США)

влены опорные целики. Для крепления кровли использованы анкер­ ные болты длиной 1,8 м и диаметром 25 мм, которые стягивают отдельные слои сланцев, придавая устойчивость кровле камер.

За два года (с 1957 по 1959 г.) было построено шахтное храни­ лище сжиженных газов объемом 108 тыс. м3 в штате Ныо-Джерси (США). Хранилище состоит из двух, соединенных между собой го­ ризонтальной выработкой длиной 20 м, самостоятельных шахт. От каждой шахты разветвляется серия горизонтальных выработок типа туннелей. Горизонтальные выработки пройдены в глинистых сланцах и имеют ширину 3,0 и высоту 6 м.

В1971 г. введено в эксплуатацию крупное подземное хранилище

вЛавере (Франция) на 120 тыс. м3 сжиженного пропана. Оно рас­ положено вблизи канала Каронт, соединяющего с побережьем Средиземного моря четыре крупных нефтеперерабатывающих завода.

Хранилище состоит из трех подземных выработок площадью 55,4; 87,5 и 84,1 м2. Длина каждой выработки колеблется от 162 до

к хранилищу проложены трубопроводы с пропускной способностью 200 м3/ч. На хранилище имеются два морских приемных пункта с производительностью отгрузки до 1000 м3/ч. Для отпуска сжи­ женного газа потребителям сооружены пункты налива морских судов на 300 м3/ч, автоцистерн на 400 м3/ч и железнодорожных цистерн на 80 м3/ч.

ПОДЗЕМНЫЕ ХРАНИЛИЩА

ВОТЛОЖЕНИЯХ КАМЕННОЙ СОЛИ

Всоляных пластах достаточно большой мощности на глубине, обеспечивающей гидростатическое давление, превышающее давле­ ние хранимого продукта, через буровые скважины путем размыва (выщелачивания) сооружаются полости-резервуары. Такие резерву­ ары сооружаются обычно большого объема: от 1 тыс. м3 до 1,5 млн. м3.

Каменная соль легко растворяется в пресной воде. В 1 м3 воды при +20° С может раствориться до 358 кг соли. При условии по­ лучения концентрированного рассола для образования 1 м3 емкости требуется около 6—7 м3 воды, при получении слабых рассолов

количество воды увеличивается. Повышение температуры воды вы­ зывает увеличение скорости растворения каменной соли. Для вер­ тикальной поверхности скорость растворения каменной соли (в кг/м2-ч) равна [33]

ч(4.22)

где t — температура в °С.

150

Скорость растворения вертикальной поверхности (стенки камеры) примерно в 2 раза меньше скорости горизонтальной поверхности, расположенной над растворителем (потолочные камеры), что объ­ ясняется гидродинамикой пограничного слоя насыщенного рассола, который покрывает растворяемую поверхность. Скорости раство­ рения зависят прежде всего от скорости диффузии через погранич­ ный слой. При увеличении угла наклона растворяющейся поверх­ ности к поверхности растворителя пограничный слой под действием силы тяжести приходит в самостоятельное движение в момент, когда силы трения на границах слоя окажутся меньше сил тяжести. При дальнейшем увеличении наклона поверхности будет возра­ стать скорость движения пограничного слоя, следовательно, будет

а насыщенный рассол в виде отдельных струек вихревого характера опускается вниз, чем и объясняется максимальное значение ско­ рости растворения горизонтальной поверхности над растворителем. По данным П. А. Кулле [33], скорость растворения вертикальной по­ верхности соли при температуре 15° С равна примерно 10 кг/м2-ч; скорость горизонтальных поверхностей при расположении раство­ рителя над растворяющей поверхностью 3,5 и под растворяющей поверхностью — 24 кг/м2-ч.

Скорость растворения, или количество соли, переходящей в рас­ твор в единицу времени с единицы поверхности, находится по формуле

деляется из выражения [35]

По данным В. А. Мазурова [35], коэффициент скорости раство­ рения горизонтальной поверхности, находящейся над растворителем,

Создание подземной емкости в массиве каменной соли осуще­ ствляется по двум принципиально различным схемам.

1. Закачка пресной воды и выдавливание на поверхность рас­ сола (циркуляционный метод). Рассол, полученный при размыве,

151

выдавливается па поверхность водой, подаваемой под избыточным давлением насосом.

2. Струн воды разбрызгиваются специальным оросителем (струй­ ный метод). Рассол откачивается из зумпфа размываемой камеры погружным насосом или отжимается сжатым воздухом.

Расположение емкостей в массиве пород определяется глубиной залегания и мощностью пригодных пластов каменной соли. Мини­ мальная глубина заложения подземных емкостей зависит от свойств покрывающих пород и упругости паров сжиженных газов и прини­ мается из расчета, что 1 кгс/см2 максимального рабочего давления уравновешивается давлением толщи пород над емкостью мощностью не менее б м [1(>|. Скважины для сооружения и эксплуатации под­ земных емкостей бурят обычными методами согласно «Единым техническим правилам ведения работ при бурении скважин на неф­ тяных, газовых и газоконденсатных месторождениях». При подходе забоя скважины к соляному пласту и при бурении по пласту глини­ стый раствор приготавливают на концентрированном растворе соли для предотвращения подразмыва стенок скважины. При проходке буровых скважин особое внимание уделяется их вертикальности и герметичности.

Искривление скважин усложняет производство спуска и подъема рабочих колонн и может привести к их обрыву. Проходка скважины производится с периодическим (через 50 м) замером ее кривизны инклинометром. Отклонения скважины от заданного направления не должны выходить за пределы конуса, образующая которого со­ ставляет угол 2° с вертикалью, проходящей через устье скважины. Пробуренные скважины обсаживаются трубами диаметром 194— 325 мм, затрубное пространство которых на всю глубину тампони­ руется раствором тампонажного цемента. После тампонажа затрубного пространства производят проверку обсадной колонны труб на герметичность путем опрессования ее рассолом. Давление на оголовке при испытании определяется по формуле

где L — глубина спуска обсадной колонны; к — коэффициент за­ паса, учитывающий явление гидроразрыва, равный 0,9; у — средний объемный вес покрывающих пород; ри — плотность испытываемой жидкости.

Колонна считается выдержавшей испытание, если в течение 30 мин падение давления не превышает 2% испытательного.

152