Способ сооружения подземной емкости в мерзлых породах

 

Изобретение относится к геотехнологическим способам строительства подземных емкостей в вечномерзлых породах для хранения жидких углеводородов. Способ включает бурение скважины, крепление ее обсадными трубами, спуск рабочих труб, подачу теплоносителя в емкость, удаление пульпы и регулирование положения уровня теплоносителя. Отличается тем, что, с целью интенсификации разрушения мерзлых пород подачу теплоносителя осуществляют порционно, а положение уровня теплоносителя в емкости регулируют изменением расходов подаваемого теплоносителя и отбираемой пульпы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 65 G 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 3034278/03 (22) 30.12.81 (46) 23.08.93. Бюл. hL 31 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт использования газа в народном хо зяйстве и подземного хранения нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов (72) П.И.Калашников, Ю,Ф.Судариков, А.Д.Пястолов, Ю.Н,Туфанов, IO.А,Берестянский и В.И.Смирнов (54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ПОДЗЕМНОЙ

ЕМКОСТИ В МЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ (57) Изобретение относится: к геотехнологическим способам строительства подземных Изобретение относится к геотехнологическим способам строительства подземных емкостей в вечномерзлых породах для хранения жидких углеводородов при отрицательнойй температуре.

Изобретение может быть использовано в газовой, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях народного хозяйства.

Из известных способов строительства подземных емкостей наиболее близким к заявляемому по своей технологической сущности и достигаемому результату является способ строительства емкости тепловым

-размещением мерзлых дисперсных пород. например, песков, супесей, суглинков, вво,дом через буровую скважину жидкости-теплоносителя. Строительство подземной емкости осуществляют закачкой теплоносителя в ее нижнюю часть, тепловым разрушением мерзлых пород, вэмучиванием минеральных частиц разрушенной породы потоком движущегося теплоносителя и удалением разрушенной породы из нижней части емкости на поверхность в виде пульпы.

„„Я „„1835379 А1 емкостей в вечномерэлых породах для хранения жидких углеводородов. Способ включает бурение скважины, крепление ее обсадными трубами, спуск рабочих труб, подачу теплоносителя в емкость, удаление пульпы и регулирование положения уровня теплоносителя. Отличается тем, что, с целью интенсификации разрушения мерзлых пород подачу теплоносителя осуществляют порционно, а положение уровня теплоносителя в емкости регулируют изменением расходов подаваемого теплоносителя и отбираемой пульпы, Формообразование подземной емкости осуществляют регулированием положения уровня теплоносителя в емкости посредством подачи сжатого газа в ее верхнюю часть под давлением, превышающим .давление жидкости-теплоносителя, при герметичном оголовке скважины. Для обеспечения герметичности подземной емкости в процессе ее создания скважину обсаживают двойной обсадной колонной труб,,<оторую цементируют известным способом. Для предотвращения растепления стенок скважины и ее разгерметизации при сооружении емкости производят захолаживание. стенок скважины, циркуляцией хладоагента в межтрубном пространстве обсадных колонн. После окончания строительства емкости ее полностью заполняют водой для создания ледяной облицовки, после образования которой воду вытесняют из емкости сжатым газом или подлежащим хранению продуктом.

Однако данный способ строительства подземной емкости в вечномерзлых породах имеет следующие недостатки;

1835379 — неполное использование тепла, подаваемого в емкость с теплоносителем для теплового разрушения пород, вследствие ввода теплоносителя в нижнюю часть емкости; — газ, находящийся в емкости в процессе ее строительства под избыточным давлением, способствует разгерметизации емкости; — необходимость охлаждения обсадной колонны труб для обеспечения герметичности емкости; — сложность управления формообразованием емкости в процессе ее сооружения вследствие трудности удерживания контакта газ-теплоноситель на одной отметке.

Целью настоящего изобретения является исключение из процесса сооружения емкости сжатого газа и охлаждения обсадной колонны труб с одновременной интенсификацией процесса теплового разрушения мерзлых пород в емкости и улучшением ее формообразования.

Поставленная цель достигается тем, что емкость создают при атмосферном давлении, при этом положение уровня теплоносителя в емкости регулируют изменением расходов подаваемого теплоносителя и отбираемой пульпы, а подачу теплоносителя осуществляют паинтервально с температурой на 5-10"C выше температуры отводимой пульпы.

Заявляемый способ поясняется чертежом,прикладываемым к материалам описания, на которой обозначено следующее: 1— скважина, 2 — обсадная колонна труб, 3— водаструйный, насос, 4 — трубопровод водоструйного насоса, 5 — трубопровод теплоносителя, 6 и 7 — электроуравнемеры, 8 и 9— злектразадвижки на трубопроводах водоструйного насоса и теплоносителя, 10— пульповод, 11- электрозадвижка на пульповоде, 12 — теплоабменник, 13 — релейная схема управления электрозадвижками, 14— соаружаемая подземная емкость, 15 — теплоноситель, 16 — разрушенная порода, 17— всасывающий патрубок вадоструйного насоса. 18 — мерзлые дисперсные парады, 19 — патрубок для взмучивания разрушенной породы, 20 — уровень теплоносителя в емко- сти.

Предлагаемый способ сооружения подземной емкости реализуется по следующей технологии, В начале бурят скважину i, затем закрепляют верхнюю часть ее обсадной колонной 2, устанавливают в скважине soдоструйный насос 3, соединенный с трубопроводом 4, опускают в скважину трубопровод подачи теплоносителя 5 и электрауравнемеры 6 и 7. На поверхности

10 монтируют насосы для подачи воды из водоема, водовод гидроэлеватора 4 с электрозадвижкой 8, водовод теплоносителя 5 с электрозадвижкой 9, пульповод 10 с электрозадвижкой 11, теплообменник 12 и релейную схему управления электрозадвижками

13, По окончании монтажа оборудования приступают к созданию подземкой емкости

14 по следующей технологии, . По трубопроводу 5 через теплообменник 12 подают теплоноситель — воду необсаженную. часть скважины 1, с которой начинают формирование подземной емкости 14. Одновременно включают водоструйный касас 3 посредством подачи воды насосом из водоема по водоводу 4. В результате отбора теплоносителя 15 совместно с разрушенной породой 16 гидроэлеватором 3 через всасывающий патрубок 17 в емкости создается поток теплоносителя сверху вниз, который тепловым оттаиванием разрушает мерзлые породы 18 .на стенках емкости. Разрушенные породы оседают на дно емкости, взмучиваются потоком воды из патрубка 19 и выносятся в виде пульпы на поверхность водоструйным насосом, где транспортируются по пульповоду 10 в гидроотвал.

Создание подземной емкости 14 заданной формы осуществляют по заранее разработанному регламенту, согласно которому .строительства емкости производят с поинтервальной подачей теплоносителя сверху

35 вниз и изменением положения его уровня

20 в емкости на каждой ступени. Поинтервальную подачу теплоносителя осуществля, ют опусканием трубопровода 5.

Регулирование положения уровня 20 производят электроуровнемерами 6 и 7, опущенными соответственно в верхнюю и нижнюю часть заданного интервала глубин.

При нормальном технологическом режиме датчик электроуровнемера 7 находится под уровнем теплоносителя — воды, а датчик уровнемера 6 в воздухе. В случае понижения уровня ниже датчика прекращение сигнала этого датчика релейной схемой управления 13 трансформируется в команду на приоткрытие задвижки 9 за счет чего расход подаваемого теплоносителя увеличится и уровень теплоносителя повысится.

Если уровень теплоносителя повысится до датчика 6, то его сигнал релейной схемой управления трансформируется в команду на прикрытие задвижки 9. В результате этого расход подаваемого теплоносителя уменьшается, уровень теплоносителя понижается.

Положение уровня теплоносителя в емкости можно регулировать изменением ре1835379

20

30

50 жима работы водоструйного насоса 3 при помощи электрозадвижки 8. Для этого к ней подключаются электроуровнемеры 6 и 7, При понижении уровня электроуровнемер 7 подает сигнал в релейную схему управления

13 на призакрытие задвижки 9, за счет чего расход отбираемого, теплоносителя уменьшается, а уровень теплоносителя в емкости повышается. При повышении уровня электроуровнемер 6 подает сигнал на приоткрытие электрозадвижки 9, эа счет этого расход отбираемого теплоносителя увеличивается, а уровень теплоносителя в емкости понижается.

Скорость движения пульпы регулируют электрозадвижкой 11 ° расположенной на пульповоде.

В случае прекращения движения пульпы в пульповоде 11 релейная схема управления 13 отключает насос, Описанная выше технология сооружения подземной емкости осуществляется при атмосферном давлении. Отсутствие избыточного давления газа в подземной емкости не создает условий для разгерметизации затрубного пространства обсадной колонны

2. Тем самым по сравнению с прототипом при строительстве подземной емкости отпадает необходимость в нагнетании газа в емкость и в охлаждении обсадной колонны.

Пример практического осуществления способа. Строительство подземного резервуара осуществлялось на одном из объектов организации в мерзлых мелкозернистых песках с естественной температурой минус

50С

Подземная емкость создавалась в интервале глубин от 50 до 80 м. Проектный объем подземной емкости 10000 м . Проекз том был разработан регламент сооружения подземной емкости (таблица 1), в котором затраты тепла на оттаивание одного кубического метра породы. с учетом потерь тепла в массив мерзлых пород и на теплообмен с гидроэлеватором, были приняты равными

30 тыс ккал/мз.

Сооружение подземной емкости осуществлялось следующим образом, До глубины

50,0 м была пробурена скважина и обсажена трубами d""0,5 и. После обсадки скважина была углублена до 80 м, На берегу озера, который распол,". гался в 200 м от скважины, были установлены два насоса. Первый — с производительностью 350 м /ч и даелением нагнетания 35 кгс/см; втоо2ой — соответст2. еенно 60 м /ч и 5 кгс/см . От насосов к скважине были проложены деа временных водовода с условными диаметрами соответственно 250 и 100 MM. Температура воды в озере к началу сооружения подземной емкости рэенялэсь +10 С, поэтому подогреватель воды у скважины не устанавливался, так как принятая в проекте расчетная температура теплоносителя рэвнялэсь +1О С.

После спуска в скважину гидроэлеватора и монтажа измерительной аппаратуры, электрозадвижек и пульповода приступили к созданию подземной емкости е соответствии с регламентом. Для этого включили насос для подачи теплоносителя в емкость на глубину 50 м от поверхности, заполнили скважину водой до этой отметки и включили насос для подачи воды в водоструйный насос. В результате засасывания теплоносителя гидроэлееатором в скважине возник поток жидкости в интервале глубин 50,078,5 м от поверхности, направленный сеерху вниз, который начал разрушать мерзлые пески на стенках скважины посредством их тепловой оттайки. Минеральные частицы разрушенной породы были вовлечены е поток теплоносителя и, достигнув забоя скважины, были взмучены потоком воды из специального патрубка и всасаны вместе с теплоносителем в диффузор водоструйного насоса, далее по системе водоструйного насоса вынесены на поверхность в виде пульпы, После 2-часовой проработки стенок скважины приступили непосредственно к формированию свода подземной емкости.

Для этого опустили трубопровод теплоносителя на глубину 51,0 м от поверхности, а водоструйный насос подняли нэ высоту 78,0 м от поверхности и установили уроенемеры на глубинах 50,4 и 50,8 м от поверхности.

Согласно регламенту сооружение емкости при этих параметрах производили 64 часа.

После образования верхней части свода опустили трубопровод теплоносителя на глубину 51,7 м, а водоструйный насос подняли на высоту 77,5 м от поверхности, уровнемеры установили на глубинах 51,3 м и 51,5 м от поверхности и продолжали сооружение емкости е течение 98 часов (по регламенту).

Далее теплоноситель вводили в емкость на отметках 53,05 м,54,65 м и т,д. согласно регламенту и поднимали еодоструйный насос соответственно до 77,0; 76,5 и 70,0 м от поверхности уроенемеры устанавливали на последующих отметках по регламенту. Соответствующее время сооружения емкости на 3-еА и последующих ступенях определяли по реглменту.

B процессе сооружения емкости положение уровня теплоносителя е емкости регулироеэлось автоматически при помощи релейной схемы управления электрозэдеижкэми.

1835379

Таблица 1

Объем иэвлекаеной на поверхность породы, и>

Примечание

Глубина установки водоструйнЬго насоса, м

Глубина ввода теплоносителя в емкость, н

Радиус емкости на конец ступени, н

Средняя высота отрабатываемой ступени, M

Помер ступе ней

Время работы, в час

Глубина установкм уровнемеров, и нианий раэнос верхний от начала сооруяения емкости

IQ сту пени на ступе- от начала ни сос рукения енкости

7е,5о

0,63

28,5

Проработка ствола скеаяины

30,0 30,0

2,0

2 > 0

64,0

98,О

89,0

97,0

87>0

42 ° 0

21,5

1200 1310

1960 3270

1780 5050

1940 6990

1740 8730

840 9570

430 10000

25,40

23,10

20,2

17,1

12,4

10,7

5,00

78,0

77,50

77,0

7о;50

76,0

76,0

76,0

0,40

0,20

О,10 .

0,10

0 10

0,10

0,10

4,0

6,0

8,0

То,о

Т2,0

13 ° О

14, 00

50,4

51 30

52,75

54,35

57,55

58 75

63,95

50,8

51,5О

52,85

54,4>5

57,65

58,85

64,05

66,0

164,0

253, О

350,0

437,0

479,0

500,5

51 0

51 7, 53, о55

54>65

57,85

59,о5

64,15

8 табл.2 приведены технологические характеристики создания в подземной емкости по известному и предлагаемому способам.

Анализ данных табл.2 показывает, что предлагаемый способ по сравнению с известным требует постановки насосов большей мощности, но зато в 1,5 раза увеличивает теплосъем с поверхности теплоносителя и соответственно уменьшает в 1,5 раза время на сооружение емкости.

Предлагаемый способ сооружения подземных емкостей в вечномерзлых породах по сравнению с известным имеет следующие преимущества:

Обсадка скважины одинарной обсадной колонной по сравнению с обсадкой двойной обсадной колонной экономит обсадные трубы и упрощает конструкцию оголовка подземной емкости.

Отпадает необходимость охлаждения обсадной колонны и, следовательно, необходимость в холодильной технике на строительной площадке.

Отпадает необходимость в закачке газа в подземную емкость в процессе ее сооружения и, следовательно, в компрессорном оборудовании на строительной площадке.

Экономит время сооружения подземной емкости, которое на 40 — 60% меньше

Регламент совру»ения подземной енкости продолжительности сооружения емкости по известному способу.

Уменьшает капиталовложения при строительстве подземной емкости. от Благодаря возможности подогрева теплоносителя на 5-10ОС расширяет возможные сроки сооружения емкостей в условиях

Крайнего Севера, где продолжительность теплого периода не превышает 3-4 меся10 цев, Поинтервальный ввод теплоносителя в емкость позволяет создавать емкости более правильной формы за счет повышения точности фиксации уровня теплоносителя элек15 троуровнемерами, Формула изобретения

Способ сооружения подземной емкости в мерзлых, породах, включающий бурение

20 скважины, крепление ее обсадными трубами, спуск рабочих труб, подачу теплоносителя в емкость, удаление пульпы и регулирование положения уровня теплоносителя,отличающийся тем,что,сцелью

25 интенсификации разрушения мерзлых пород, подачу теплоносителя осуществляют порционно, положение уровня теплоносителя в емкости регулируют изменением расходов подаваемого теплоносителя и

30 отбираемой пульпы, 1635379

Таблица2

Количество

NМ пп

Наименование показателя

Един.измер. по предлагаемому способу по известному способ

Подача теплоносителя на создание подземной емкости

Подача воды нэ транспортировку породы Температура теплоносителя

Теплосьем с теплоносителя

Поизводительность оттаивания пород

Чистое время размыва подземной емкости м /ч

200 м /ч

350

12 град.С ккал/ч

600000

400000 м /ч

20,0

13,3

500,0

750.0

Составитель П.Калашников

Техред М,Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор Т.Куркова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2974 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5