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

Опыт измерений показал, что при неблагоприятных условиях погрешность гидроакустических данных может достигать 10—15%, поэтому в каждом случае требуется оценивать суммарную по­ грешность измерений.

Работы по контролю за формой и объемом незаполненных емкостей выполняют в следующем порядке. Сначала делают ви­ зуальный обзор внутренней полости емкости при помощи теле­ камеры. Отдельные участки стенок камеры фотографируют и ориентировочно оценивают размеры емкости. Затем оптическим измерительным прибором с учетом телевизионных наблюдений из­ меряют размеры сечений через заданный интервал глубин. Ем­ кость рассчитывают по формуле (243).

О с о б е н н о с т и э к с п л у а т а ц и и п о д з е м н ы х х р а н и л и щ в о т л о ж е н и я х к а м е н н о й с о ли

Технологическая схема и режим эксплуатации подземных хра­ нилищ зависят от назначения хранения; сезонное, суточное, технологическое на заводах и т. д. Процесс эксплуатации храни­ лища состоит из четырех циклов: закачка, хранение, отбор, простой частично или полностью-опорожненного хранилища.

Продукт закачивают двумя способами: самотеком и с приме­ нением насосов. В период неподвижного хранения продукта про­ водят соответствующий контроль за давлением, положением уров­ ней продукта и за состоянием оборудования.

Хранимый продукт при его отборе вытесняют рассолом, газо­ образными агентами или другими продуктами. Откачку ведут с помощью глубинных погружных насосов. Для подъема газожид­ костной смеси по скважине используют газлифт. Во время простоя частично опорожненной емкости контролируют допустимые дав­ ления, уровни и состояние оборудования. Продолжительность каждого цикла зависит от назначения хранилища, простой его следует сокращать до минимума.

Наибольшее распространение получили технологические схемы хранилищ с применением для отбора способа вытеснения. В зави­ симости от способа вытеснения применяют схемы эксплуатации хранилищ с жидким и газообразным рабочим агентом.

Преимущества схемы с жидким рабочим агентом: рассол ней­ трален по отношению к стенкам хранилища и к хранимому про­ дукту, плотность его выше плотности продукта, в связи с чем увеличивается эффективность вытеснения; во всех точках техноло­ гической схемы и в подземных резервуарах отсутствует паровая

177

фаза хранимого продукта (нет «больших» и «малых» дыханий); продукт находится в хранилище под давлением столба рассола.

Недостатками схемы являются: необходимость хранения рас­ сола в рассолохранилищах (получение рассола с рассолопромыслов или из скважин, пробуренных на неглубокие пласты минерали­ зованной воды); поддержание заданной концентрации рассола;

Рис. 47. Принципиальная схема эксплуатации подземного хранилища сжижен­ ных газов в отложениях каменной соли:

/ — трубопровод жидкой фазы; / / — трубопровод паровой фазы; / / / — рассольный трубопровод

сохранение герметичности стенок и ложа рассолохранилища; изме­ нение плотности рассола вследствие нагрева в подземной емкости холодного закачанного рассола.

Технологическая схема эксплуатации хранилища с жидким ■рабочим агентом представлена на рис. 47.

В данном случае сжиженный газ сливают на железнодорожной эстакаде 2. Возможно также поступление сжиженного газа по трубопроводу или водным транспортом. Насосами 3 при избыточ­ ном давлении, достаточном для вытеснения рассола, газ подается по кольцевому пространству скважины в верхнюю часть емкости, а рассол по внутренней колонне вытесняется в наземное рассолохранилище 8. Возможно создание и подземных рассолохранилищ. После слива жидкой фазы железнодорожные цистерны освобож­ даются от паров пропана, которые сжимаются компрессором 5 и сжижаются в конденсаторе 6. Из сборника конденсата 7 сжижен­ ный газ периодически откачивается в подземную емкость 1.

178

Сжиженный газ отбирают путем вытеснения его рассолом, кото­ рый подается из рассолохранилища 8 насосами 9 в центральную рассольную колонну, а сжиженный газ по затрубному простран­ ству поступает на поверхность. Сжиженный газ после хранения при необходимости поступает на установку осушки газа 4. Если содержание влаги в газе не превышает допустимого, сжиженный газ подается непосредственно из хранилища на эстакаду 2 для налива в железнодорожные цистерны или выдается другим по­ требителям.

При эксплуатации рассолохранилищ возникают следующие затруднения: предотвращение утечек и фильтрации в грунт рас­ сола; поддержание стабильной концентрации рассола, использова­ ние неконцентрированных рассолов для регулируемого доразмыва подземной емкости; предотвращение коррозии и эрозии противофильтрационных экранов стенок и днища рассолохранилища.

Для предотвращения утечек и фильтрации рассолов в грунт применяют специальные герметизирующие покрытия: эластичные — пленки, полимеры, мазуты и др.; жесткие — сборные железобетон­ ные плиты, асфальтобетон, пневмобетон и др. Требования к экра­ нам— рассолонепроницаемость и долговечность.

Для автоматического контроля за состоянием хранилища и обнаружения утечек используют метод измерения электросопротив­ ления. Под рассолохранилищем располагают координатную сетку из чувствительных элементов, представляющую собой провод, по длине которого через каждые 1—2 м снято по 20 мм изоляции. Эти участки являются активными элементами, так как находятся в прямом контакте с окружающим грунтом. Общий электрод по­ мещен в рассолохр'анилище. Рассол при прорыве из хранилища замыкает цепь: общий электрод — чувствительный элемент. Это фиксируется индикаторной системой (световой или звуковой сиг­ нал). После этого при помощи многопозиционного переключателя находят места утечек.

К преимуществам описанного контроля за герметичностью рассолохранилища относятся отсутствие специальных генераторов, периодических измерений и затрат энергии (в рабочем состоянии система разомкнута), кроме того, используемая сетка дешевле датчиков.

Стабильность и постоянство концентрации рассола в рассолохранилище нарушаются под действием атмосферных осадков и климатических условий. При разбавлении рассола может произойти неуправляемый доразмыв и требуется сброс излишнего объема рассола. Из перенасыщенного рассола в коммуникациях выпадает соль, кроме того, при перенасыщении увеличивается плотность рассола, а следовательно, повышаются затраты энергии на его вытеснение.

Специальные эксперименты на действующих объектах показали, что в южных районах страны испарение превышает объем выпадаемых осадков и концентрация рассола близка к нормативной.

179

В хранилище разрешается закачивать рассол концентрацией не

100 тыс. м3/год и более). В этих районах рекомендуется уменьшать площадь рассолохранилища и увеличивать его глубину.

При заполнении и опорожнении рассолохранилища стенки периодически контактируют то с рассолом, то с воздухом. Экспе­ риментально установлено, что коррозия стенок происходит вслед­ ствие реологических и кристаллизационных процессов в порах материала стенок, поэтому рекомендуется эти поверхности покры­ вать непроницаемыми пленками или покрытиями.

Доразмыв емкости путем закачки неконцентрированного рас­ сола часто применяют для ускорения ввода в эксплуатацию под­ земных хранилищ. Аналитические решения и анализ фактических данных показывают, что доразмыв емкостей произвольной кон­ фигурации происходит в основном в верхней трети емкости( 37% общей высоты).

По техническим условиям эксплуатации при цикле хранения продукта задвижки на рассольной колонне должны быть полностью открыты. Это обусловлено повышением давления в хранилище вследствие нагрева холодных продукта и рассола. При повышении температуры и закрытых задвижках давление на устье воз­ растает

продукта и рассола в 1/°С; At — перепад температур.

>При эксплуатации подземного хранилища происходит тепло­ обмен между рассолом и продуктом, между содержимым хра­ нилища и горными породами. В результате этого изменяются плотности продукта и рассола; из рассола может выкристалли­ зовываться соль; образуются гидраты; изменяется взаиморастворимость продукта и рассола, вследствие чего возникает опасность изменения товарных свойств хранимых продуктов.

Интенсивность теплообмена в хранилище зависит от режимов закачки и отбора, геометрии емкости, теплофизических свойств пород, хранимых продуктов и рассола. Теплообмен осуществляется вынужденной конвекцией при закачке и отборе, а при хранении — теплопроводностью.

В подземном хранилище был проведен промышленный экспе­ римент. Одна емкость представляла собой цилиндр с диаметрами 18,6 м верхней окружности и 10,4 м нижней. Высота цилиндра /-/=*186 м; объем емкости У=33 тыс. м3. Другая емкость— шар радиусом R= 18 м, V = 20,4 тыс. м3. Температуру в емкостях изме­

180

ряли электротермометром ЭТМИ-55 передвижной промыслово-гео­ физической станции.

Было установлено, что характер кривых температур практически не зависит от формы емкости. По глубине скважины температура возрастает в соответствии с геотермическим градиентом. Сниже­ ние температуры на входе рассола в камеру обусловлено умень­ шением теплообмена с горными породами (R^$>rCKlt). Минимальная температура на контакте нефтепродукт — рассол обусловлена раз­ ностью их теплопроводностей; по этому скачку температур можно определять границу рассол — нефтепродукт.

Опыт показал, что тепловое равновесие в емкостях объемом 20—30 тыс. м3 устанавливается в течение 3—4 мес.

Аналитическое решение совместно уравнений теплового баланса подземного хранилища дает возможность рассчитывать изменение температур рассола и нефтепродукта во времени. Эти данные ис­ пользуются для установления нормы наполнения емкости нефте­ продуктом, определения объема поступающего на поверхность рассола, позволяют выбрать арматуру по давлению и темпера­ туре.

При эксплуатации нескольких емкостей, расположенных на некотором расстоянии в едином массиве соли, необходимо учиты­ вать их тепловую интерференцию.

В процессе эксплуатации подземных хранилищ возникает необ­ ходимость замены одного хранимого продукта другим. В этом случае более легкий продукт закачивают по затрубному простран­ ству в верхнюю часть емкости, а более тяжелый продукт отбирают по центральной колонне. Зона изменения концентрации по расче­ там и лабораторным "экспериментам составляет 10—30 м и зависит от вертикальных размеров емкости, разности плотностей и интен­ сивности перемешивания струй жидкости.

Особенности хранения нефтепродуктов в отложениях каменной соли (контакт с солью и рассолом, отсутствие газовоздушной фазы, постоянство температуры, повышение давления) обусловили необ­ ходимость проведения не только лабораторных, но и промышлен­ ных наблюдений за изменением качества хранимых продуктов. Было установлено, что при различных сроках хранения (от 5 мес до 5 лет) разных нефтепродуктов в различных условиях в емкости (2 0 ^ р ^ 5 0 кгс/см2, 1 6 ^ /^ 3 2 °С ) свойства продуктов практически не изменяются.

Таким образом, схемы эксплуатации хранилищ с жидким аген­ том достаточно изучены. Проектирование и эксплуатация таких

•схем базируются на современном научном уровне.

Схемы эксплуатации хранилищ с газообразным рабочим аген­ том, несмотря на их преимущества перед схемой с жидким рабочим агентом, в значительной мере находятся в стадии научных разра­ боток и промышленных испытаний. Перспективы этих схем боль­ шие и можно ожидать, что в ближайшие годы они займут доми­ нирующее положение в подземном хранении.

181