Способ эксплуатации подземных хранилищ газов в отложениях растворимых пород

 

Изобретение относится к эксплуатации подземных хранилищ, созданных в устойчивых породах, например в отложениях растворимых солей, и может быть использовано при хранении природных и промышленных газов. Задачей изобретения является повышение эффективности эксплуатации подземных хранилищ газов за счет снижения влажности отбираемого из хранилищ газа. Задача решается с использованием известного способа эксплуатации подземных хранилищ газов, создаваемых в растворимых породах, предусматривающего закачку и отбор хранимого продукта вытеснением рассола, хранение и отбор газа путем понижения давления в продуктовом пространстве резервуара. Новизна изобретения заключается в связывании остаточного рассола в донной части подземного хранилища посредством полимеризующейся смеси и образовании твердой фазы во всем объеме остаточного рассола. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к эксплуатации подземных резервуаров, созданных в устойчивых породах, например в отложениях растворимых солей, и может быть использовано для хранения природных и промышленных газов в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известен способ эксплуатации подземных резервуаров, созданных в каменной соли [1, 2], в которых хранится природный газ под давлением с использованием разделительного слоя между газом и рассолом. В качестве разделительного слоя используют стирол с циклогексанонпероксидом и кобальтовым катализатором [1]. Толщина разделительного слоя составляет 10 мм. Применение разделительного слоя между газом и рассолом [2] полностью не исключило попадания влаги в хранимый газ, но в значительной мере снизило увлажнение газа во времени при его хранении. Содержание влаги при давлениях 1,5-2,0 МПа в подземных резервуарах с разделительным слоем примерно на 40% ниже, чем в резервуарах без разделительного слоя.

Способ [2] является наиболее близким к предлагаемому.

Он осуществляется путем закачки газа в подземный резервуар с одновременным вытеснением из него рассола хранимым газом. После удаления рассола из подземного резервуара в него закачивают по рассольной колонне труб стирол с добавкой 0,5 мас.% циклогексанонпероксида и 2 мас.% кобальтового катализатора. Рассольная колонна после закачки может быть удалена, закачиваемый состав полимеризуется в течение 35 дней с образованием на поверхности рассола эластичного слоя, препятствующего проникновению паров воды в хранимый газ. После хранения газ отбирают по "сухой" схеме путем понижения давления в продуктовом пространстве подземного резервуара.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет избавиться от остаточного рассола в подземном резервуаре. Наличие эластичного разделительного слоя между рассолом и хранимым газом не гарантирует полного исключения увлажнения его парами влаги, особенно при изменении напряженно-деформированного состояния подземного резервуара.

В процессе разработки предлагаемого способа решалась задача повышения эффективности эксплуатации подземных резервуаров за счет снижения влажности отбираемого газа. При этом сокращаются или полностью исключаются установки осушки газа и метанольного оборудования в наземном комплексе подземных хранилищ газа.

В частности, экономическая оценка предлагаемого технического решения для подземного хранилища объемом 800 млн. м³ активного газа, включающего 14 подземных резервуаров, расположенных в интервале 870÷1000 м (Р_мах=16 МПа; P_min= 4,9 МПа), показывает, что при сокращении мощности узла осушки только наполовину затраты снижаются примерно на 5 млн. рублей без учета сокращения эксплуатационных расходов.

Решение указанной задачи осуществляется при использовании способа эксплуатации подземных хранилищ газов в отложениях растворимых пород, предусматривающего закачку газа в подземный резервуар с одновременным вытеснением из него рассола, хранение и отбор газа путем понижения давления в продуктовом пространстве подземного резервуара.

Согласно предлагаемому способу после вытеснения рассола производят закачку под давлением в донную часть резервуара состава связующего, создающего твердую фазу во всем объеме остаточного рассола.

Отличие способа выражается также в вытеснении рассола из подземного резервуара до достижения минимального объема остаточного рассола в его донной части.

Другое отличие способа заключается также в том, что в качестве состава связующего используют полимеризующуюся смесь, в частности нефелиновый концентрат, обработанный разбавленной серной кислотой.

Отличительным признаком способа является и то, что объем закачиваемого в подземный резервуар связующего состава не ниже объема остаточного рассола в донной части.

Другим отличием способа является также то, что для обработки связующего, нефелинового концентрата, используют серную кислоту, разбавленную рассолом, в частности, концентрированным раствором хлорида натрия, вытесненным из подземного резервуара.

Количество остаточного рассола в подземном резервуаре после заполнения его хранимым газом пропорционально сказывается на влагосодержании газа, поэтому в отечественной и зарубежной практике разработаны различные технические приемы и средства, направленные на сокращение объема остаточного рассола. Оптимальным вариантом служит предлагаемое техническое решение, которое позволяет практически полностью освободить донную часть подземного резервуара от остатков свободного рассола.

В предлагаемом способе эксплуатации подземных хранилищ газов вместо различных разделительных экранов впервые предлагается связать свободный рассол в донной части, превратив его в твердую фазу с использованием связующего состава. В частности, в качестве основного компонента связующего состава предложено использовать нефелиновый концентрат ТУ 2111-28-0020039-38-93, представляющий собой порошкообразное вещество, классифицированное по классу 0,5 мм [3]. Состав нефелинового концентрата содержит до 45% диоксида кремния, до 30% триоксида алюминия, оксиды калия, натрия, железа, кальция, магния, марганца (суммарно до 28%), диоксид титана, пентаоксид фосфора, воду до 1,5÷2,0%. Для обработки нефелинового концентрата используют серную кислоту по ГОСТ 4204-77.

Предлагаемый способ эксплуатации поясняется чертежом, на котором изображен подземный резервуар 1, созданный геотехнологическим способом в залежах каменной соли. В подземный резервуар 1 спущена снабженная насадками 2 рассольная колонна 3 труб. Соосно с ней установлена эксплуатационная колонна 4 труб с межколонным пакером 5, размещенным между эксплуатационной 4 и основной обсадной 6 колоннами труб. Внутри эксплуатационной колонны труб 4 установлены ингибиторный клапан 7 и клапан-отсекатель 8. Подводящие и отводящие трубопроводы на устье скважины снабжены запорными устройствами 9, 10 и 11. Пространство между обсадной 6 и эксплуатационной 4 колоннами труб заполнено защитной жидкостью 12. Полость подземного резервуара 1 заполнена хранимым газом 13. Через концевик 14 рассольной колонны 3 труб рассол из подземного резервуара 1 подают на дневную поверхность, после чего в донной части резервуара 1 будет содержаться остаточный рассол 15 и нерастворимые включения 16.

Эксплуатация подземного хранилища газов в соответствии с предлагаемым способом осуществляется следующим образом. Подземный резервуар 1, созданный растворением каменной соли, сообщают с дневной поверхностью скважиной, оснащенной рассольной колонной 3 с насадками 2, расположенными в нижней ее части, эксплуатационной 4 и основной обсадной 6 колоннами труб. Основная обсадная колонна труб 6 зацементирована до устья скважины. Между эксплуатационной 4 и основной обсадной 6 колоннами труб устанавливают межколонный гидравлический съемный пакер 5, предназначенный для разобщения газового пространства подземного резервуара 1 от межколонного пространства. С целью предотвращения забивки живых сечений трубопроводов при выдаче хранимого газа 13 устанавливают ингибиторный клапан 7. Для исключения аварийных выбросов газа на дневную поверхность в скважине устанавливают клапаны-отсекатели 8. Управление расходом и направлением потоков рассола, газа 13 и защитной жидкости 12 служат соответственно запорные устройства 9, 10 и 11.

Для защиты основной обсадной колонны труб 6 от коррозии и колебаний температуры и давлений в процессе эксплуатации межтрубье колонн 4 и 6 заполняют защитной жидкостью 12, например зимним дизельным топливом.

После создания подземного резервуара 1 растворением каменной соли производят локационные замеры его конфигурации и объема, осуществляют испытания на герметичность, затем закачивают газ 13 с одновременным вытеснением рассола. Отбираемый рассол из подземного резервуара 1 тщательно замеряют с целью уточнения геометрического объема последнего.

Отбор рассола из подземного резервуара 1 осуществляют до предельно минимального его остатка в донной части посредством хвостовика 14 в нижней части рассольной 3 колонны труб. Вытеснение рассола осуществляют до момента появления газа 13 в рассольной колонне 3 на устье скважины. Количество остаточного рассола 15 ("мертвый" объем) определяют по результатам локации донной части подземного резервуара 1 с учетом нерастворимых включений 16 и по положению рассольной колонны труб 3.

После завершения операции вытеснения рассола из подземного резервуара 1 сжатым 13 газом приступают к приготовлению состава связующего в цементировочном агрегате. В частности, в качестве такого связующего используют нефелиновый золь, получаемый путем разложения нефелинового концентрата разбавленной серной кислотой, которая не вызывает образования токсичных летучих веществ. В качестве разбавителя серной кислоты применяют рассол, в частности концентрированный раствор хлорида натрия. Приготовление нефелинового золя с использованием концентрированного раствора хлорида натрия позволяет избежать дополнительного подрастворения подземного резервуара 1. При незначительном объеме остаточного рассола 15 в его донной части допускается использование в качестве разбавителя серной кислоты для обработки нефелинового золя пресной воды.

Приготовленный состав связующего закачивают цементировочным агрегатом под давлением в подземный резервуар 1 по рассольной колонне 3 труб. Выведение состава связующего из рассольной колонны 3 труб производят таким образом, чтобы он растекался по всей поверхности границы раздела газ - рассол, используя при этом специальные насадки 2 рассольной колонны 3. Поскольку удельный вес состава связующего больше удельного веса рассола, он свободно проникает в рассол, образуя гелеобразную массу, которая с течением времени за счет высаливания переходит в твердую фазу, исключающую попадание влаги из донной части подземного резервуара 1 в хранимый газ 13.

Так как состав связующего имеет начальную вязкость, близкую к вязкости насыщенного рассола, после закачки его в подземный резервуар 1 остатки связующего, находящегося выше башмака рассольной колонны 3 и в самой рассольной колонне 3 труб, удаляют на дневную поверхность посредством энергии сжатого газа 13, хранимого в подземном резервуаре 1.

Рассольную колонну 3, как правило, извлекают на поверхность земли или оставляют в подземном резервуаре 1.

После этого осуществляют хранение газа 13 в подземном резервуаре 1 в условиях полной изоляции проникновения влаги в него и отсутствия остаточного рассола 15 в донной части. Последующий отбор газа 13 из подземного резервуара 1 после хранения производят путем понижения давления в продуктовом пространстве резервуара 1 до величины давления буферного газа.

С увеличением оборачиваемости подземного хранилища эффективность процесса осушки газа 13, хранимого в подземных резервуарах 1, повышается.

Пример 1.

Предлагаемый способ эксплуатации подземного хранилища природного газа осуществляют аналогично вышеописанному. При этом в подземное хранилище объемом 800 млн. м³, включающее 15 подземных резервуаров 1 с единичным объемом 280 тыс. м³ и глубиной заложения 1350-1450 м, закачивают природный газ 13. Технологические скважины для сооружения и обслуживания 15 подземных резервуаров 1 создают размерами ⊘ 114х ⊘ 178х ⊘ 245 мм. Максимальные и минимальные давления в подземных резервуарах 1 соответственно составляют 21 МПа и 5,9 МПа. Суточная производительность закачки газа - 3,3÷7,5 млн.м³. Производительность отбора газа из одной скважины в зависимости от давления в ней составляет 3÷8 млн.м³ в сутки.

Экспериментальные данные показали, что примерно через 45 суток в донной части подземного резервуара образуется твердая фаза в объеме остаточного рассола, и процесс увлажнения хранимого газа после этого будет отсутствовать. При хранении же газа с разделительным слоем в подземном резервуаре процесс его увлажнения не удается исключить полностью, содержание влаги в газе удается лишь понизить на 40%.

Кроме того, за счет полимеризации смеси объем образовавшейся твердой фазы примерно на 18% меньше суммарного объема смеси и остаточного рассола. Следовательно, на такую же величину увеличивается полезный объем подземного резервуара.

Источники информации 1. Wedel, Volkmar, Hoffmann, Jngrid. Verfahren zur Gasdichten (Wasserdampfdichten) Abdeckung von Flussigkeiten und Feststoffen. Метод изоляции рассола и нерастворимых включений в подземной емкости. Патент ГДР 104951, В 65 G, 5/00: В 65 D, 87/50, 1974.

2. H. J. Kretzschmar, K.-E. Holst und M. Klafki. Sol-und Betriebstechnologie des Gaskavernenspeichers Bernburg. GWF-GAS/Erdgas 126, H. 9, 1985.

3. Коновалов Е.А., Ноздря В.И. и др. Гидроизоляционные составы для борьбы с осложнениями в скважинах. - Газовая промышленность, 12, 1998, с. 28-30.

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации подземных хранилищ газов в отложениях растворимых пород, включающий закачку газа в подземный резервуар при одновременном вытеснении из него рассола, хранение и отбор газа путем понижения давления в продуктовом пространстве подземного резервуара, отличающийся тем, что после вытеснения рассола в донную часть резервуара под давлением производят закачку состава связующего, создающего твердую фазу в объеме остаточного рассола.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вытеснение рассола из подземного резервуара производят до достижения минимального объема остаточного рассола в донной части.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве состава связующего используют полимеризующуюся смесь, в частности нефелиновый концентрат, обработанный разбавленной серной кислотой.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем закачиваемого в подземный резервуар состава связующего не меньше объема остаточного рассола в донной части.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что для обработки связующего, нефелинового концентрата используют серную кислоту, разбавленную рассолом, в частности, концентрированным раствором хлорида натрия, вытесненным из подземного резервуара.

РИСУНКИ

Рисунок 1