Материал: Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

В современной технологии реактивно-турбинного бурения способ вращения бура ротором является основным. Вращение благодаря силам реакции из-за отсутствия специальных долот осуществляется очень редко. Переход на вращение бура рото­ ром способствовал значительному увеличению скорости буре­ ния выработок.

7. СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ

7.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Всвязи с резким увеличением объема потребления нефти, газа и продуктов их переработки вызывается необходимость наращивания резервуарных парков для создания сезонных и оперативных запасов жидких и газообразных углеводородов. Одним из наиболее перспективных направлений в решении этой задачи является хранение указанных нефтепродуктов в подзем­ ных резервуарах, возводимых в практически непроницаемых горных породах. Подземные резервуары могут быть использо­ ваны для накопления запасов жидких топлив в условиях се­ зонной неравномерности их потребления, создания различных видов резервов, оберпечения экспортных поставок, а также для удовлетворения технологических потребностей. При этом до­ стигается значительное снижение капитальных вложений и экс­ плуатационных затрат, сокращение расходов стали и отчуждае­ мых земельных отводов, уменьшение потерь хранимых продук­ тов, повышение пожаро- и взрывобезопасности, а также умень­

шение загрязнения окружающей среды.

Развитие техники подземного строительства, совершенство­ вание технологии работ и ускорение их скорости при снижении стоимости привели к значительному росту объемов строительст­ ва подземных хранилищ. Если к 1975 г. объем хранилищ для нефтепродуктов (НП) и сжиженных углеводородных газов (СУГ) в мировой практике составлял до 30 млн. м3, из которых около 25 млн. м3 приходилось на США, то в настоящее время общий объем подземных хранилищ резко* возрос (табл. 7.1). При этом следует отметить значительный рост объемов храни­ лищ в ФРГ, Канаде, Франции, скандинавских странах.

Крупнейшими подземными хранилищами за рубежом явля­ ются: западногерманское в Этцеле (33 резервуара суммарной вместимостью 12 млн, м3) и Рюстингене (41 резервуар суммар­ ной вместимостью 12,1 млн. м3), в Гальяно (штат Луизиана, США) суммарной вместимостью 9 млн. м3, во Франции имеет­ ся хранилище суммарной вместимостью 6,9 млн. м3.

Резколф увеличению объемов строительства подземных ем­ костей наряду с их высокой надежностью и безопасностью спо­ собствует экономическая эффективрость.

В отечественной практике разработана и осуществлена в производственных условиях технология строительства подзем­ ных хранилищ методом выщелачивания каменной соли, шахт­ ным способом в устойчивых породах, методом камуфлетных взрывов в пластичных породах и др. Подземные хранилища в СНГ в большинстве случаев представляют собой совокупность двух или более подземных резервуаров, объединенных общим технологическим комплексом, обеспечивающим прием, хранение и отбор хранимых продуктов. Опыт эксплуатации подземных хранилищ позволил обеспечить герметичность и безопасность длительного хранения в них жидких углеводородов для окру­ жающей среды.

Место заложения и способы строительства подземных хра­ нилищ в основном обусловливаются горно-геологическими ус­ ловиями и осуществляются: в отложениях каменной соли раз­ мывом через буровые скважины; в прочных и плотных горных породах шахтным способом; в отложениях вечномерзлых пород горным способом; в глинах камуфлетным взрывом. Возможно использование под хранилища естественных и искусственных вы­ работок, а также пористых структур выработанных газовых и нефтяных месторождений.

7.2. СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ МЕТОДОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Сущность способа (рис. 7.1) заключается в том, что с по­ верхности в толщу соляных пород 5 бурят скважину 4, которую оборудуют обсадной трубой 7 с цементацией затрубного прост­ ранства 3, а также водоподающей 2 и рассолоподъемной 1 тру­ бами. По ставу труб 2 непрерывно с поверхности подают воду,

Рис. 7.1. Технологическая схема раз­ мыва подземной емкости в отложениях каменной соли

которая, циркулируя в замкнутом пространстве, растворяет массив соляных пород. Насыщенный раствор поднимается по трубе 1 на поверхность. В результате непрерывной циркуляции воды в массиве постепенно создается емкость 9. Процесс рас­ творения (выщелачивания) осуществляется до тех пор, пока не будет создана емкость проектных размеров 6.

Создание подземной емкости заданной конфигурации воз­ можно только с применением управляемого процесса растворе­ ния при помощи регулируемой подачи жидкого или газообраз­ ного нерастворителя 8, предохраняющего подземную полость от произвольного размыва. В качестве нерастворителя обычно используют жидкие нефтепродукты или СУГ, а также воздух или азот. Нерастворитель подают в межтрубное пространство обсадной трубы'7 и внешней рабочей колонны 2.

Таким способом возводят емкости в отложениях каменных солей мощностью не менее 10 м. Наиболее целесообразно ем­ кости располагать в мощных пластах каменной соли (50— 250 м), имеющих значительную площадь распространения (бо­ лее 10 км2). Минимальная глубина заложения подземных ем­ костей зависит от свойств покрывающих пород и давления па­ ров сжиженных газов и принимается из расчета, что 0,1 МПа давления СУГ уравновешивается весом пород мощностью не менее 6 м.

Скважины для создания подземных емкостей бурят обыч­ ными методами согласно Единым техническим правилам веде­ ния работ при бурении скважин в нефтяных, газовых и газо­ конденсатных месторождениях. При подходе забоя к соляному пласту для предотвращения размыва стенок скважины глини­ стый раствор приготовляют на концентрированном растворе со­ ли. При бурении скважин особое внимание должно уделяться

из вертикальности и герметичности. Искривление скважин усложняет спуск и подъем рабочих колонн и может привести их к обрыву. Кривизну скважины изменяют инклинометром пе­ риодически через каждые 50 м. Отклонения скважины от за­ данного направления не должны выходить за пределы конуса, образующая которого составляет угол 2° с вертикалью, прохо­ дящей через устье скважины.

В процессе бурения скважины обсаживают трубами, затрубное пространство которых тампонируют цементным раство­ ром. После тампонажа затрубного пространства скважины про­ веряют на герметичность. Для этого в скважину нагнетают рас­ сол под давлением, максимальная величина которого

30 мин падение давления не превышает 2% испытательного. После окончания бурения и испытания скважину оборудуют

системой рабочих колонн труб и затем приступают к размыву соли и созданию емкости проектных размеров.

Размыв соляных залежей осуществляют по двум принципи­ ально различным методам: циркуляционным и водоструйным.

Циркуляционный метод размыва (см. рис. 7.1) заключается в непрерывной подаче по одной из рабочих колони труб воды, которая, размывая соляной пласт, насыщается солью и по дру­ гой колонне труб выдается на поверхность. Существует не­ сколько технологических схем циркуляционного метода созда­ ния подземных емкостей, однако все эти схемы сводятся к пря­ моточному или .противоточному режиму размыва солей.

При прямоточном режиме вода подается по центральной ко­ лонне труб, а рассол выдавливается через межтрубное прост­ ранство между внешней и центральной рабочими колоннами.

При противоточном режиме вода подается по межтрубному пространству между внешней и центральной рабочими колон­ нами, а рассол отбирается по центральной рабочей колонне.

Создание подземных резервуаров методом выщелачивания может производиться через одну или две скважины (одноили двухскважинный вариант).

При односкважинном варианте создания емкости работы ве­ дут заходками снизу вверх, сверху вниз и комбинированно. При выщелачивании по схеме снизу вверх (рис. 7.2, а) на стадии / создается гидровруб — вскрывающая выработка, предназначен­ ная для приема нерастворимых включений и создания необхо­ димой площади для дальнейшего раствореНия соляного масси-

Рис. 7.2. Технологические схемы выщелачивания каменной соли:

/ — обсадная труба; 2 — водоподающая труба; 3 — нерастворитель; 4 — труба для подъема рассола

Рис. 7.3. Технологическая схема выщелачивания каменной соли комбинирск ванным способом:

)—lV — стадии развития емкости; I, 2, 3 — соответственно обсадная водоподающая н рассолоподъемная колонны труб; 4 — нерастворитель

ва. Высоту гидровруба устанавливают в зависимости от кон- •кретных условий. Она колеблется в пределах 5—25 м. После создания гидровруба приступают к процессу выщелачивания в

направлении снизу вверх отдельными ступенями высотой 4— 20 м (II—III на рис. 7.2, а).

При переходе на каждую новую ступень поднимают внеш­ нюю колонну труб 2 на высоту ступени и на эту же высоту под­ нимают уровень нерастворителя в скважине посредством отбо­ ра необходимого его объема из скважины.

Недостатком схемы является трудность придания потолочи­ не емкости строго заданной формы, особенно при небольшой мощности соляной толщи.

При схеме выщелачивания сверху вниз вначале прямоточ­

ступенями в направлении сверху вниз. При этом по мере раз­ вития боковых стенок подкачкой соответствующего количества нерастворителя уровень его раздела с рассолом, находящимся в полости, снижается с заданной закономерностью, определяе­ мой формой его свода. По достижении заданного объема емко­ сти выщелачивание прекращается.

В этой схеме используют положительный момент начальной стадии прямотока, т. е. быстрого размыва (за 20—30 сут) гру­ шевидной камеры.

Преимущества схемы: возможность получения сферического очертания верха камеры; при использовании в качестве нерас­ творителя хранимого продукта можно одновременно с размы­ вом емкости вводить объект в эксплуатацию. Основным недо­ статком этой схемы является потребность в больших количе­ ствах нерастворителя.

При комбинированной схеме создание емкости производят в три этапа (рис. 7.3).

На первом этапе создают гидровруб (рис. 7.3, а). На втором этапе (рис. 7.3,6) осуществляют процесс выщелачивания ка­ менной соли ступенями в направлении снизу вверх, как прави­ ло, на противоточном режиме. После образования емкости про­ ектной высоты приступают к третьему этапу ее создания — фор­ мированию свода (рис. 7.3, в). Для этого уровень нераствори­ теля вначале устанавливают на отметке замка свода, и процесс

преимущества перед другими схемами, а именно: позволяет на­ дежно формировать емкости проектных форм и размеров; обес­ печивает устойчивость обнажения в условиях большого горного давления; не требует высокой точности бурения скважин в зо­ не заложения емкости; малочувствительна к наличию нераство­ римых примесей в слоях, что обеспечивает бесперебойность вы­ щелачивания; эффективна при создании подземных емкостей в соляных пластах как большой, так и средней мощности.