Способ подачи газообразного нерастворителя при сооружении подземных резервуаров в растворимых породах

 

Изобретение относится к сооружению подземных резервуаров геотехнологическим методом в растворимых горных породах, в частности в залежах каменной соли. Нерастворитель эжектируют и поэтапно сжимают активным потоком газа высокого давления. Газ предварительно закачивают в скважину. На конечном этапе сжатия достигается давление, достаточное для смешения с растворителем. Смесь закачивают в сооружаемый через скважину резервуар. Совершенствуется технология подачи газообразного нерастворителя. Снижаются затраты на ее осуществление. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сооружению подземных резервуаров геотехнологическим методом в растворимых горных формациях, например в залежах каменной соли, и может быть использовано в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известен способ подачи газообразного нерастворителя, предназначенного для управления процессом формирования подземного резервуара, с использованием механического компрессора [1]. Согласно этой схеме газообразный нерастворитель закачивают непосредственно в межтрубье между основной обсадной и внешней рабочей колоннами труб. Недостатком этого способа является то, что для его осуществления требуются высоконапорные дорогостоящие компрессоры (13-18 МПа). Причем, коэффициент использования этих компрессоров очень низок, поскольку закачку нерастворителя осуществляют 1-2 часа в сутки. Эксплуатация высоконапорных компрессоров, в части их запуска в работу, связана со значительными трудностями, особенно, в зимнее время года.

С учетом недостатков этого способа было предложено осуществлять закачку нерастворителя совместно с растворителем (водой), подаваемым в камеру выщелачивания [1,2]. При этом нисходящий поток совершает дополнительную работу по сжатию и переносу газа в камеру выщелачивания по аналогии с работой гидрокомпрессоров непрерывного действия замкнутого цикла.

Известны способы подачи газообразного нерастворителя [2], в которых образование газожидкостной смеси осуществляют непосредственно в центробежном насосе, предназначенном для закачки растворителя. К их недостаткам следует отнести: - снижение параметров центробежных насосов; - наличие мертвых зон, в которых работа насосов невозможна; - сложность распределения водовоздушной смеси по отдельным скважинам, в случае одновременного создания на объекте нескольких подземных резервуаров.

Наиболее близким к предлагаемому является способ подачи газообразного нерастворителя, в котором осуществляют его сжатие и смешение с растворителем в жидкостно-газовом смесителе [1]. В этом способе сжатый воздух поступает в смеситель от компрессора, давление в котором примерно в 2 раза ниже, чем в механическом компрессоре, непосредственно используемом для закачки газообразного нерастворителя в скважину.

Недостатком этого способа является необходимость использования механических компрессоров.

При создании предлагаемого способа решалась задача совершенствования технологии подачи газообразного нерастворителя при одновременном снижении затрат на ее осуществление за счет использования газа, находящегося в скважине под высоким давлением в качестве активного потока в газоструйных аппаратах.

Решение этой задачи позволяет упростить и повысить надежность системы подачи газообразного нерастворителя в процессе сооружения подземного резервуара в растворимых формациях, начиная с момента запуска всей системы в работу. Используемое в способе оборудование позволяет расширить диапазон применяемых жидкостей и газов. По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение в среднем снижает в 2,2 раза капитальные вложения и в 1,7-1,8 раза расходы по приведенным затратам.

Решение указанной задачи осуществляется при использовании способа подачи газообразного нерастворителя в процессе сооружения подземных резервуаров в растворимых породах посредством сжатия его и смешения с растворителем, осуществляющим перенос газообразного нерастворителя в сооружаемый через скважину резервуар. Согласно предлагаемому способу нерастворитель эжектируют и поэтапно сжимают активным потоком газа высокого давления, предварительно закачанного в скважину, до достижения на конечном этапе сжатия величины давления газового потока, достаточной для осуществления процесса смешения его с растворителем.

В качестве растворителя используют воду, слабоминерализованный рассол или сточные воды.

В качестве газообразного нерастворителя и активного потока газа высокого давления используют различные газы, предпочтительно воздух, азот, этилен, метан и его гомологи.

Газ высокого давления, находящийся в скважине, не использовался ранее в системах подачи газообразного нерастворителя и предназначался только для процесса формирования подземного резервуара. В предлагаемом техническом решении он применяется в качестве активного (инжектирующего) потока, посредством которого осуществляют поэтапное сжатие газообразного нерастворителя (инжектируемого потока).

В то же время активный газовый поток из скважины обеспечивает требуемую величину давления эжектируемого газообразного нерастворителя для последующего смешения его с растворителем. При этом частичный отбор газа высокого давления из скважины не нарушает процесс формирования подземного резервуара.

Величина давления газового потока, необходимая для смешения его с растворителем, определяется условиями заложения подземного резервуара (глубиной заложения, конструкцией скважины и т.д.) и технологией его создания. Она достигается поэтапным сжатием, поскольку давление жидкостно-газовой смеси на устье скважины довольно высокое, ввиду того, что резервуары создаются на значительных глубинах (500-1500 м).

Предлагаемый способ поясняется схемой подачи газообразного нерастворителя при сооружении подземного резервуара в каменной соли, представленной на чертеже.

На схеме изображена основная обсадная колонна труб 1 в пробуренной скважине, зацементированной до устья. В колонну труб 1 спущены внешняя 2 и центральная 3 рабочие колонны труб. Подача растворителя (воды) в скважину осуществляется центробежным насосом 4 через жидкостно-газовый смеситель 5. Газообразный нерастворитель эжектируют и поэтапно сжимают в газоструйных компрессорах 6, устойчивость работы которых обеспечивается ресиверами 7. Регулирование потоков в системе осуществляют запорными устройствами 8. По технологическим трубопроводам 9, 10, 11, 12, 13 и 14 транспортируют жидкость и газ в процессе сооружения подземного резервуара.

Способ осуществляют следующим образом.

После испытания скважины на герметичность заполняют межтрубье 1-2 газом (например, воздухом) с вытеснением рассола на дневную поверхность по центральной рабочей колонне труб 3. Затем на прямоточном режиме приступают к созданию гидровруба, закачивая воду насосом 4 по линии 9 в центральную рабочую колонну труб 3, а выходящий из скважины рассол по межтрубью 2-3 и трубопроводу 13 направляют в отстойные карты строящейся площадки.

Для управления процессом создания подземного резервуара используют газообразный нерастворитель (воздух), который эжектируют из атмосферы газоструйным компрессором 6 первой ступени, активным потоком в котором служит сжатый газ высокого давления из межтрубья 1-2. Количество эжектируемого из атмосферы воздуха определяется количеством газа, расходуемого на изменение геометрического объема сводовой части создаваемой камеры, и количеством растворенного в рассоле газа при термобарических условиях камеры. Последний выносится на дневную поверхность с выдаваемым рассолом.

Смешанный поток из газоструйного компрессора 6 первой ступени поступает в ресивер 7, из которого его направляют в качестве эжектируемого потока в газоструйный аппарат 6 второй ступени, активным потоком в котором служит также сжатый газ межтрубья 1-2. Смешанный поток после второй ступени сжатия направляют в ресивер 7 второй ступени. Для достижения необходимого давления сжатия газового потока, подлежащего смешению с водой, производят дополнительное сжатие на последующих ступенях.

После этого газовый поток по трубопроводу 11 направляют на смешение с растворителем, подаваемым центробежным насосом 4, в жидкостно-газовый смеситель 5. Полученную смесь по трубопроводу 10 закачивают в межтрубье 2-3 скважины. Нисходящий жидкостно-газовый поток направляют в создаваемый подземный резервуар (не показан), где после разделения смеси нерастворенный газ направляют в сводовую часть подземного резервуара, а растворившийся в рассоле при термобарических условиях подземного резервуара газ выдают по центральной рабочей колонне 3 труб на дневную поверхность. При прямоточном режиме создания подземного резервуара подготовленную жидкостно-газовую смесь из смесителя 5 транспортируют по трубопроводам 10 и 9 в центральную рабочую колонну 3, а рассол выдают на дневную поверхность по межтрубью 2, 3.

Количество нерастворителя, направляемое на смешение в линию растворителя 10, слагается из суммы расходов активного потока газа на всех ступенях сжатия, количества газа, необходимого для формирования сводовой части подземного резервуара, и газа, растворенного в рассоле, выносимого на дневную поверхность, то есть Qⁿ_c = Qⁿ_p+Qⁿ_p^-1+...+Q^I_p+Q_г+Q_p.p, где Qⁿ_c - количество нерастворителя, подаваемое на смешение в линию растворителя; Qⁿ_p - расход активного газа на последней ступени сжатия; Qⁿ_p^-1 - расход активного газа на предпоследней ступени сжатия; Q^I_p - расход активного газа на первой ступени сжатия; Q_г - расход газа, необходимый для формирования свода подземного резервуара;
Q_р·_р - расход газа, растворенного в рассоле, выносимый на дневную поверхность;
n - количество ступеней сжатия газа в жидкостно-газовых аппаратах.

В зависимости от давления сжатия газа на последней ступени газоструйного компрессора 6 и напора насоса 4 в качестве смесителя 5 может быть использован жидкостно-газовый эжектор либо аппарат типа "труба в трубе" с обтекателем. Жидкостно-газовый эжектор используют в том случае, когда давление в трубопроводе 11 ниже давления, создаваемого центробежным насосом 4. Когда давление в трубопроводе 11 выше давления, создаваемого насосом 4, используют смеситель типа "труба в трубе".

Пример.

Иллюстрирует предлагаемый способ подачи газообразного нерастворителя при создании подземного резервуара со следующими данными. Объем резервуара - 230 тыс. м³, интервал заложения - 890-1035 м. Температура горных пород, вмещающих подземный резервуар, около 15^oC.

Регламент создания подземного резервуара предусматривает гидровруб и четыре ступени выщелачивания. Расход воды на стадии гидровруба и первой ступени выщелачивания составляет 50 м³/ч, второй ступени - 72 м³/ч. На третьей и четвертой ступенях - 100 м³/ч. Максимальный расход воздуха требуется на третьей ступени - 1496 нм³/сутки. Для подачи воды используют насос марки ЦНС 105-409 с производительностью 105 м³/ч и напором 490 м.в.ст. Необходимое давление водовоздушной смеси на устье скважины соответственно регламенту создания составило: 1,94; 2,83; 3,55; 4,77 и 4,77 МПа. Давление воздуха в межтрубье 1,2 на устье скважины при этом составило: 10,22; 10,82; 10,5; 10,89 и 10,63 МПа.

Используя газодинамические функции для расчета газоструйных компрессоров, оказалось, что подачу газообразного нерастворителя можно осуществлять по предлагаемому способу с использованием в качестве смесителя устройства типа "труба в трубе".

С учетом исходных параметров резервуара и проведенных расчетов каждая ступень его создания требует 3 этапа сжатия эжектируемого газа. При создании гидровруба достаточны 2 этапа сжатия.

Величины необходимых давлений сжатия на стадии гидровруба и на каждой ступени сооружения резервуара соответственно составили: 2,15; 3,07; 3,95; 5,27; 5,06 МПа.

Источники информации
1. Ю. М. Богданов, А.В. Колосов, Б.Н. Федоров, В.П. Алиферов О способах подачи газообразного нерастворителя при выщелачивании подземных емкостей. Сб. "Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья", N 1. ЦНИИТэнефтехим, М., 1970.

2. Алиферов В. П. Рациональные схемы подачи воздуха при создании подземных хранилищ. "Строительство трубопроводов", N 1, М.: Недра, 1968.

Формула изобретения

1. Способ подачи газообразного нерастворителя при сооружении подземных резервуаров в растворимых породах, предусматривающий сжатие его и смешение с растворителем, посредством которого осуществляют перенос нерастворителя в сооружаемый через скважину резервуар, отличающийся тем, что нерастворитель эжектируют и поэтапно сжимают активным потоком газа высокого давления, предварительно закачанного в скважину, до достижения на конечном этапе сжатия величины давления газового потока, достаточной для осуществления процесса смешения с растворителем.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют воду или слабоминерализованный рассол или сточные воды.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газообразного нерастворителя и активного потока газа высокого давления используют различные газы, предпочтительно воздух, или азот, или этилен, или метан и его гомологи.

РИСУНКИ

Рисунок 1