Файл: Ширковский, А. И. Добыча и подземное хранение газа учебное пособие.pdf

более общих методов расчета. Один из таких методов, разрабо­ танных во ВНИИпромгазе, положен в основу «Временных ука­ заний по проектированию и строительству подземных хранилищ в отложениях каменной соли (для нефти, нефтепродуктов и сжи­ женных газов)».

Ниже приведена последовательность проектирования размыва подземных емкостей в отложениях каменной соли.

1. Выбор технологической схемы размыва. Опыт сооружения подземных емкостей позволяет рекомендовать в качестве основной схемы ступенчатый противоток, а в сложных горно-геологических условиях — ступенчатый прямоток.

2. Составление расчетной схемы формообразования емкости ведется с учетом следующего: а) растворяющиеся поверхности располагаются по отношению к растворителю под углами 90 и 180° (вертикальная боковая стенка и горизонтальная потолочина); б) линейные скорости растворения поверхностей, одинаково ориен­ тированных в пространстве выше башмака внешней рабочей ко­ лонны, не зависят от высоты камеры и принимаются равными; в) линейная скорость растворения горизонтальной поверхности в 1,5 раза (нерастворитель — воздух) выше линейной скорости рас­ творения вертикальной поверхности. Расчетную схему формообра­ зования принято строить в виде вертикального сечения по оси проектируемой емкости.

Форму гидровруба принимают цилиндрической из условия приема нерастворимых включений. В конце размыва форма гидро­ вруба принимается в виде усеченного конуса, равновеликого по объему начальному "цилиндру с диаметром нижнего основания, равным 2/3 диаметра цилиндра. На каждом заданном этапе строят форму емкости для зоны выше башмака колонны с учетом изло­ женного выше, а для зоны ниже башмака с учетом диаметра гидровруба, который принимается за основание усеченного конуса.

3. Расчет основных технологических параметров. В качестве поверхности растворения принимается «приведенная поверхность» (условная вертикальная поверхность, с которой количество соли, растворяемое водой в единицу времени, равно количеству соли, растворенному с поверхности емкости сложной геометрической формы).

Вводятся понятия приведенной скорости растворителя и при­ веденного коэффициента скорости растворения. Экспериментальные исследования В. А. Мазурова и Б. Н. Федорова позволили уста­ новить область автомодельности и получить систему расчетных формул. Этот метод расчета надежен, прост и дает высокую точность.

Приведенная поверхность растворения в соответствии с при­ нятой схемой формообразования

171

где SB и 5Г — площади вертикальных и горизонтальных поверх­ ностей растворения.

Концентрация поступающего на поверхность рассола на любом этапе формирования емкости рассчитывается по формуле

С = СН( 1 -

ипр

где С„ — концентрация насыщенного рассола в кг/м3; knp— приве­ денный коэффициент скорости растворителя в м/ч; иПр — приве­ денная скорость движения растворителя в м/ч.

растворения в м2).

Среднеинтегральную концентрацию рассола на отдельном этапе формообразования или при размыве всей емкости (при условии непрерывности процесса и монотонного изменения величины рас­ творяющейся поверхности при постоянном расходе растворителя) можно определить по формуле

рости растворения к приведенной скорости движения растворителя (диффузионное число Стентона) соответственно в начале и конце рассматриваемого этапа.

Время размыва этапа или всей емкости

172

Для определения приведенного коэффициента скорости раство­ рения получены следующие эмпирические формулы:

противоток

нимаемого воздухом в верхней части камеры, в м3/сут; 1+(т) —

солютное давление воздуха в камере в кгс/см2; z — коэффициент сжимаемости при рк и Т\ Т — температура воздуха в камере в ° К.

Для расчета растворимости воздуха в рассоле при различных условиях может быть использована формула В. А. Мазурова

lgSK= lgp — 0,00055/j — 0,0024С + 0,00000053Са — 0,012/ +

В табл. 34 даны некоторые результаты расчета по описываемой

173

Физико-химические и гидродинами­ ческие явления, происходящие при создании подземных емкостей, пред­ определили три основных направления интенсификации размыва каменной соли.

1. Воздействие на перемешивание всей массы растворителя в емкости с целью равномерного распределения концентрации соли. Это достигается применением различных схем размы­ ва. Однако значительного эффекта ин­ тенсификации размыва получить не удается, так как концентрация рассола очень быстро стабилизируется и при­ нимает постоянное значение при дан­ ной схеме размыва.

2. Воздействие на пограничный слой растворителя. Дополнительный массоперенос обеспечивают пузырьки воздуха или другого газа, выделяю­ щиеся у стенок камеры. Это явление

было отмечено при использовании воздуха в качестве нерастворителя и подачи его растворенным в воде. Установлено, что раство­ римость вертикальных поверхностей выше при газообразном нерастворителе, чем при жидком. В качестве газа могут быть ис­ пользованы также углекислый газ, пропан и другие легкие угле­ водороды. Для улучшения образования пузырьков при снижении давления рекомендуется добавлять поверхностно-активные ве­ щества.

Массообмен в пограничном слое усиливается под действием упругих колебаний звуковых частот. Эксперименты показали, что в зависимости от интенсивности излучения скорость растворения соли возрастает в 1,5—2 раза. Относительная эффективность воз­

174

действия упругих колебаний увеличивается с ростом начальной концентрации рассола.

3. Изменение параметров процесса. Из формул (228) и (229) видно, что количество соли, растворенное водой, зависит от тем­ пературы растворителя. Лабораторные эксперименты показали,

Рис. 45. Показатели размыва подземной емкости:

что повышение температуры растворителя с 20 до 40—50° С при­ вело к росту количества соли, растворенной водой с единицы по­ верхности каверны, в 1,5—2 раза.

Широкое промышленное внедрение методов интенсификации позволит сократить сроки строительства подземных хранилищ в отложениях каменной соли и повысить их технико-экономическую эффективность.

О п р е д е л е н и е о б ъ е м а и ф о р м ы п о д з е м н ы х е м к о с т е й

Для управления процессом размыва и контроля за состоянием емкости при ее эксплуатации необходимо знать объем и форму подземной емкости. Эти данные получают по информации о раз­ мыве и при помощи дистанционных приборов, спускаемых в ем­ кость.

По наземной информации с использованием методов материаль­ ного баланса и закономерностей, вытекающих из гидростатики, можно оценить объем камеры, но практически невозможно опре­ делить форму емкости. Погрешность этих методов значительна и обусловлена анизотропией соли, наличием нерастворимых включе­ ний, сложностью динамики размыва и т. д. Таким образом, назем­ ные методы контроля за объемом применяют для ориентировочной сценки.

Основными методами определения объема и формы подземных емкостей в настоящее время являются: ультразвуковая гидроло-

175

нация и электроуровнемер в заполненной рассолом и нефтепро­ дуктом емкости; телевизионные установки и оптические измери­

лу времени t между моментом посылки лоцирующего импульса и приходом его отражения от стенки емкости. Размер камеры оп­

хранилища; v — скорость распространения ультразвука в жидко­ сти, заполняющей емкость; t —-определяют измерениями, a v уста­ навливают при калибровке прибора.

На рис. 46 приведено одно и,з сечений емкости подземного хранилища, полученное с помощью фоторегистратора с индикатора кругового обзора.

После съемки сечения камеры на данном уровне скважинный снаряд гидролокатора перемещают на новый уровень. Расстояние между соседними уровнями зависит от размеров емкости и слож­ ности ее формы и колеблется от 1—2 до 20—30 м.

Детальное представление о форме емкости дает совокупность всех горизонтальных сечений, которую иногда представляют в виде пространственной модели.

Форму элементарного объема между сечениями можно описать геометрически как цилиндр, усеченный конус или шаровой слой. Вычисление принято проводить по формуле усеченного конуса

176