Подземные хранилища нефти и нефтепродуктов
Подземные хранилища нефти и нефтепродуктов сооружают в различных естественных искусственных емкостях (горных выработках). Подземное хранение основано на неизменяемости химического состава нефти и нефтепродуктов при прямом контакте с горными породами и на возможности уравновешивания избыточного давления их паров давлением лежащих над емкостью горных пород. Подземные хранилища предназначаются главным образом для хранения больших запасов нефти и нефтепродуктов в целях обеспечения их максимального сезонного потребления. Хранилища этого типа наиболее экономичны и требуют значительно меньшей площади застройки по сравнению с наземными резервуарными парками [35].
Рис. 6.10. Подземная емкость в пласте каменной соли, размываемая циркуляционным методом: |
/ — пласт каменной соли; 2 — рассолоподъемная (рабочая) колонна труб; 3 — водоподающая (рабочая) колонна труб; |
4 — оголовок скважины; 5 — цементный камень; б — колонна обсадных труб; 7 — защитный экран; 8 — размываемая камера; 9 — проектный контур емкости |
Выбор типа хранилища зависит от геологической характеристики пластов, географического месторасположения и комплекса эксплуатационных показателей, учитываемых при технико-экономических расчетах.
Существует несколько типов подземных хранилищ нефтепродуктов в зависимости от схемы устройства и способа их сооружения. К основным типам относятся:
1) хранилища в отложениях каменной соли;
2) шахтные хранилища;
3) ледогрунтовые хранилища;
4) хранилища, создаваемые в естественных и искусственных выработках;
5) хранилища, сооружаемые специальными методами.
Наибольшее распространение получили хранилища, создаваемые в отложениях каменной соли, так как в большинстве случаев они являются наиболее экономичными, а месторождения каменной соли широко распространены на территории России.
Подземные хранилища в отложениях каменной соли сооружают путем размыва (выщелачивания) полостей в толще соли через буровые скважины. Размыв каменной соли осуществляют двумя основными способами — циркуляционным и струйным. Циркуляционный метод представлен на рис. 6.10. Он заключается в том, что размыв производится путем закачки пресной воды по одной колонне труб с выдавливанием рассола по другой. С этой целью скважина оборудуется тремя колоннами труб. В водоподающую колонну труб поступает вода, которая, растворяя каменную соль, превращается в рассол; последний вследствие повышенной плотности опускается в нижнюю часть камеры. По мере поступления новых порций свежей воды давление в камере повышается и рассол вытесняется на поверхность по рассолоподъемной колонне труб. Отмытую до проектной размеров верхнюю часть подземной камеры предохраняют от дальнейшего растворения путем снижения уровня нерастворителя, вводимого по обсадной колонне труб. Нерастворителем называют жидкость, которая легче воды, или газ, не входящий в химические соединения с каменной солью, рассолом и водой. В качестве нерастворителя обычно используются нефтепродукты, для хранения которых размывается емкость, или воздух.
Каменная соль легко растворяется в пресной воде. В 1 м3 воды при 20°С может раствориться до 385 кг соли. Для образования 1 м3 емкости требуется 6 — 7 м3 воды.
Рис. 6.11. Подземная емкость в пласте каменной соли, размываемая струйным методом: 1— ороситель с насадками; 2 — проектный контур емкости; 3 — погружной электронасос для откачки рассола |
В процессе эксплуатации нефть или нефтепродукт отбирают замещением (выдавливанием) его рассолом, который подают по колонне для рассола вниз камеры под нефтепродуктом (или нефть) из специального рассолохранилища, а при заполнении, наоборот, замещают рассол нефтепродуктом (или нефтью). Объем рассолохранилищ принимают равным объему хранилища. Минимальную глубину залегания подземных емкостей определяют, исходя из геологических условий, физических свойств нефти или нефтепродуктов (сжиженных газов), упругости их паров. Так, учитывая, что 0,1 МПа рабочего давления в емкости уравновешивается давлением толщи пород (над емкостью) мощностью не менее 6 м, заглубление хранилища для сжиженного бутана принимают не менее 40 — 60 м, а для сжиженного пропана — 80— 100 м.
Описанная выше схема размыва емкостей называется выщелачиванием по методу снизу вверх. Применяют также методы выщелачивания сверху вниз, т. е. когда размыв емкости начинают сверху, и комбинированный, когда размыв осуществляют одновременно обоими методами, т.е. емкость формируют навстречу друг другу: нижнюю часть размывают в восходящем направлении, а верхнюю часть — в нисходящем.
Наиболее распространенный водоструйный метод размыва (рис. 6.11) заключается в том, что размыв производится струями воды, разбрызгиваемыми при атмосферном или повышенном давлении в емкости специальным оросителем. При этом рассол откачивается из зумпфа размываемой камеры погружным насосом или выдавливается сжатым воздухом (или газом). Ороситель с насадками, размещаемый на водоподающей трубе, медленно вращается под напором воды, а также может перемещаться по высоте емкости.
В отдельных случаях применяют систему размывающих насадок по высоте водоподающей колонны труб. Струйный метод, обычно используемый при сооружении емкостей в твердых отложениях каменной соли на глубине не более 300 — 400 м, отличается высокой производительностью.
Определение глубины залегания и мощности соляного пласта, качества каменной соли, необходимых для выбора метода размыва, осуществляется геофизическими методами и разведочным бурением. Размеры емкости в процессе выщелачивания постоянно контролируются путем определения значений концентраций и количества выдавливаемого рассола. Готовые подземные камеры обмеряют методом ультразвуковой локации с помощью гидролокатора, основанного на регистрации посылаемых импульсов от глубинного вибратора до стенок емкости и обратно. Зная время и скорость распространения звуковых волн в рассоле, определяют расстояние и за каждый оборот прочерчивают контур сечения на определенной глубине. Хранение нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов в подземных хранилищах происходит при постоянной температуре и под давлением столба рассола в рассольной колонне, что обеспечивает их качественную сохранность.
Рис. 6.12. Схема эксплуатации подземного хранилища в соляном пласте: 1 — железобетонная эстакада; 2 — компрессор; 3 — насосы для перекачки нефтепродукта; 4 — установка для осушки газа; 5 — конденсатор; 6 — сборник конденсата; 7 — насосы для перекачки рассола; 8 — хранилище рассола; 9 — подземная емкость; / — трубопровод жидкой фазы; II — трубопровод паровой фазы; III — трубопровод для залива рассола; IV — задвижка, вентиль, кран |
На рис. 6.12 показана схема эксплуатации подземного хранилища для сжиженного газа (или нефтепродукта) в соляном пласте. Из железнодорожных цистерн эстакады 1 сжиженный газ (пропан) перекачивается в хранилище 9 при помощи насосов 3, вытесняя из нее рассол в рассолохранилище 8, После слива жидкой фазы железнодорожные цистерны освобождаются от паров при помощи компрессора 2, подающего газ в конденсатор 5. В сборнике 6 газ сжимается до получения конденсата. Из сборника сжиженный газ периодически откачивается в подземную емкость 9. Обратный процесс, т. е. выдача газа из хранилища, производится путем выдавливания его рассолом, забираемым при помощи насосов 7 из рассолохранилища 8. После насосов сжиженный газ подается в железнодорожные цистерны, а при необходимости предварительно пропускается через установку осушки 4.
Рис. 6.13. Схемы подземных емкостей шахтного типа: а, б — емкости для одного и нескольких продуктов соответственно; 1 — ствол; 2 — емкость; 3 — непроницаемая горная порода; 4 — насосная камера; 5 — зумпф; б — нефтепродукт; 7 — герметичная перемычка; 8 — коллекторные выработки |
Шахтные хранилища представляют собой систему горных выработок, связанных с поверхностью вертикальными стволами (рис. 6.13). Такие хранилища обычно сооружают в горных выработках, сложенных непроницаемыми и химически нейтральными к хранимым нефтепродуктам (нефти), породами, которые не изменяют своей прочности в процессе длительного контакта с ними. К таким породам, например, относятся гипс, доломит, известняк, ангидрит, каменная соль, мергели, глинистые сланцы, гранит и др. Подземные хранилища сооружают в виде выработок камерного типа (штолен) сводчатой или прямоугольной формы и с устройством вскрывающих вертикальных стволов, сечение которых принимается с учетом размещения горнопроходческого оборудования на время строительных работ и технологического — на период эксплуатации. Для герметизации хранилищ во вскрывающих или подходных выработках возводятся специальные перемычки. Глубина заложения выработок-хранилищ определяется глубиной залегания пласта непроницаемых пород. Оптимальная глубина заложения выработок-хранилищ составляет 20 — 40 м для нефти и нефтепродуктов и 80— 100 м для сжиженного газа. Подземные газонефтехранилища объемом 100 000 — 300 000 м3 можно строить на глубине 200 — 300 м.
Кроме указанных типов хранилищ в соляных пластах малой мощности толщиной 10 — 20 м сооружаются емкости галерейного типа, для чего наклонную скважину бурят параллельно простиранию пласта. Выщелачивание в этом случае достигается нагнетанием воды вдоль пласта, причем камеры получают форму, вытянутую вдоль пласта. Известны также отдельные хранилища для нефти, созданные в соляных куполах под морским дном. Для хранения сжиженных газов в небольших количествах применяют подземные вертикальные хранилища, облицованные железобетонной оболочкой. Так как подземные хранилища нефти, нефтепродуктов и газа — экономически выгодный и наиболее перспективный вид хранения, они с каждым годом получают все большее применение.
Хранилища специального типа включают: ледогрунтовые хранилища; хранилища, создаваемые в естественных и искусственных выработках; хранилища, сооружаемые взрывными методами.
Ледогрунтовые хранилища сооружают в северных районах страны (в зоне распространения многолетнемерзлых пород), где требуется создавать большие запасы нефтепродуктов, доставляемых в летнее время. Такие хранилища устраивают в виде траншей в многолетнемерзлом грунте, которые имеют специально намороженное ледяное покрытие сводчатой формы, покрытое сверху теплоизоляционным слоем (для поддержания в хранилище температуры не выше —3 °С). Дно и борта траншеи также облицовывают льдом. Лед на стенки хранилища наносят намораживанием ледяного слоя путем послойного нанесения воды на охлажденные поверхности или выкладыванием ледяных блоков. Необходимое оборудование для закачки и выкачки нефтепродуктов устанавливают в специальном колодце. Температура закачиваемого нефтепродукта должна быть не выше О °С, что в необходимых случаях обеспечивается специальной холодильной установкой.
Хранилища в выработках сооружают в естественных и искусственно создаваемых выемках в виде отработанных соляных шахт, копей, а также в виде различных выработок и карьеров. В этом случае достигается существенная экономия за счет сведения к минимуму выполнение земляных и горных работ. Выработки используются путем установки в них резервуаров или специальной облицовкой их внутренней поверхности. Выемки в отдельных случаях используются для наполнения их водой с последующей установкой в них резервуаров подводного типа. Хранилища, сооружаемые взрывным методом, весьма перспективны. Для образования подземной полости на определенную глубину бурят скважину, в основание которой закладывается заряд. В результате камуфлетного взрыва образуется полость сфероидальной формы с уплотненными стенками. Такие хранилища наиболее целесообразно создавать в пластах пластической глины и суглинков, которые обладают необратимыми пластическими деформациями под действием больших давлений, возникающих при взрыве.
ГЛАВА 7