Сооружение подземных газонефтехранилищ

Подземные хранилища для газа, нефти и нефтепродуктов представляют собой комплексы инженерных сооружений, которые включают подземные (скважины, выработки, емкости) и наземные (ГРП, компрессорный или насосный цех, установки для очистки газа и др.) объекты и технологическое оборудо­вание.

Подземные газонефтехранилища подразделяют по способам сооружения:

образованные в подземных водонасыщенных пористых средах (пластах), а также в выработанных локальных нефтяных или газовых месторождениях;

образованные в отложениях каменной соли методом размыва через буровые скважины;

создаваемые в прочных и плотных горных породах шахтным способом или в горных выработках отработанных рудников;

сооружаемые в вечномерзлых породах;

образованные подземными взрывами;

подземные и заглубленные низкотемпературные хранилища с льдопородной оболочкой.

В первом случае в водоносный пласт (обычно куполообразный или горизонтальный), лежащий между водонепроницаемыми кровлей и подошвой, пробуривают скважины, по которым отбираемый из магистрального трубопровода газ с помощью газомоторных компрессоров, газотурбинных установок или турбин с электроприводом закачивается под расчетным давлением, вытесняя из пласта воду, заполняя его поры и трещины и образуя подземное хранилище (обычно вблизи крупных потребителей природного газа). Из этого хранилища газ подается потребителям за счет пластового давления (с предварительной очисткой газа на станции подземного хранилища и редуцированием на ГРП). Все сооружения станции подземного хранения газа, за исключением компрессорного цеха, имеют блочное исполнение, что уменьшает объем работ по сооружению СПХГ, К ним относят подготовительные работы, сооружение технологических трубопроводов, строительство компрессорного цеха, монтаж блоков на подготовленные фундаменты, благоустройство станции. Возможен вариант компрессорного цеха в блочном исполнении. Технологическая схема хранения газа в отработанных нефтяных месторождениях аналогична.

Рис. 10.5. Схема подземного хранилища в соляной толще:

1 – подземная емкость; 2 – рассольная колонна; 3 – рассолохранилище; 4 - насос для рассола; 5 – рассолопровод; 6- -продуктовая колонна; 7 – буферный резервуар; 8, 10 – насосы соответственно низкого и высокого давлений; 9 - железнодорожная эстакада; 11 – обсадная колонна; 12 – нефтепродукт; 13 - рассол

Принципиальная схема подземного хранилища нефтепродукта в соляной толще дана на рис. 10.5. Методы сооружения подземных емкостей путем размыва через буровые скважины весьма разнообразны:

прямо- и противоточный (вода поступает соответственно по внутренней колонне, а раствор на поверхность по межтрубному пространству и наоборот);

комбинированный (емкость формируется в два этапа: сначала размывается гидровруб и несколько ступеней до получения камеры определенных размеров, а затем верхнюю и нижнюю части емкости разрабатывают навстречу друг другу);

подземное выщелачивание каменной соли с гидроврубом, который представляет собой специальную горную выработку, создаваемую искусственным путем в нижней части соляного пласта;

ступенчатое выщелачивание каменной соли (развитие камеры вверх по вертикали регулируется с помощью нерастворителя (например, нефти), предохраняющего кровлю от растворения пресной водой);

размыв емкостей с помощью газообразного нерастворителя, как правило, воздуха;

размыв емкости с помощью двух скважин (емкости создают как независимым выщелачиванием, так и совместным, когда одну скважину используют в качестве водоподающей, другую — рассолоподъемной);

размыв, подземных емкостей струей;

сооружение емкостей галерейного типа (скважины бурятся наклонно-горизонтальными, а выработки емкости образуются протяженными, расположенными вдоль простирания пласта сравнительно малой мощности — 5—20 м).

Подземные хранилища шахтного типа (рис. 10.6) сооружают в различных устойчивых непроницаемых горных породах, а также в проницаемых породах с искусственной герметизацией стенок емкостей. Под хранилища оборудуют отработанные выработки шахт и рудников.

Рис.10.6. Схема подземного хранилища шахтного типа:

1 – наземная насосная станция для раздачи продукта; 2 – наземный буферный резервуар; 3 – жележнодорожная эстакада; 4 – автоналивные стоянки;

5 – ствол; 6 – насосная камера; 7 – продуктовый насос; 8 - газонаполнительная станция; 9 – зумпф; 10 – выработка - емкость

По мере вскрытия шахтные газонефтехранилища делят на хранилища с вертикальным стволом, наклонной вскрывающей выработкой и штольней (горизонтальной выработкой). В комплексных хранилищах одновременно может находиться несколько видов продуктов.

На практике применяют три основные схемы камерного типа с замкнутой системой выработок емкостей; камерного типа с обособленными выработками-емкостями; ячеистого типа.

Подземная часть газонефтехранилищ шахтного типа состоит из вскрывающих и вспомогательных выработок и непосредственнно выработок-емкостей. Вскрывающие выработки, т. е. строительные подходы, представляют собой вертикальные или наклонные стволы, а также штольни. Вертикальные стволы проходят как традиционным буровзрывным способом, так и бурением в особо сложных геологических условиях с использованием метода замораживания породы. Для бурения шурфов используют ручные электросверла, пневматические перфораторы или специальные бурильные установки (например, типа БУКС-1м).

Вертикальные стволы проходят сплошным забоем с применением шпуровых зарядов. Разработанная порода поднимается из забоя бадьями (вместимость до 1 т).

При бурении вертикальных стволов малого диаметра наиболее эффективен реактивно-турбинный метод. Пробуренный ствол крепят обсадными трубами с заполнением пространства между выработкой и обсадной трубой тампонажным раствором.

Горизонтальные выработки подземных хранилищ шахтного типа проходят в основном с применением буровзрывного метода: сплошным забоем при опережающей выработке малого сечения с уступным забоем (верхний и нижний уступы).

Надежность подземных газонефтехранилищ шахтного типа обеспечивают герметизацией подземных емкостей в пределах непроницаемого массива пород; герметизацией стенок выработок-емкостей при наличии трещиноватости пород: созданием специальных устройств, выполняющих роль герметичных перемычек. Существует несколько конструкций герметичных перемычек, например, двойная герметичная перемычка, основанная на принципе гидрозатвора; одинарная герметичная перемычка, расположенная в устье ствола; двойная металлическая перемычка, расположенная в стволе большого диаметра.

Технологическая схема образования подземных емкостей глубинными взрывами весьма проста: первый этап бурения скважины; второй этап бурения скважины; первое простреливание скважины; второе простреливание скважины; основной взрыв заряда взрывчатых веществ. Подземные емкости, образованные глубинными взрывами, бывают одиночными и групповыми. При сооружении групповых подземных емкостей оптимальное расстояние между ними может быть уменьшено до 7а глубины заложения емкости, что обеспечивает сохранность породных целиков и максимальную плотность размещения емкостей на занимаемой площади.

После создания полости в хранилище монтируют технологическое оборудование, в том числе осуществляют обвязку устья скважины. Емкость закрепляют разными способами: нанесением облицовочных материалов механическим способом, формированием бетонной крепи взрывом и др.

Вместимость подземных резервуаров достигает 100 000 м³.