CC BY
33
УДК 622.691 М.А. Бабаян
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОЛНОМУ ОТБОРУ ГЕЛИЕВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В КАМЕННОЙ СОЛИ
В процессе эксплуатации подземных резервуаров гелиевого концентрата, сооружённых в отложениях каменной соли, может возникнуть необходимость в его полном отборе. Полный отбор сопровождается ростом геометрического объема и изменением конфигурации подземного резервуара в результате подрастворения стенок выработки-емкости промстоками. Как следствие может произойти потеря устойчивости и разгерметизация выработки-емкости. Для предотвращения этих негативных последствий необходимо осуществлять управление процессом формообразования.
Ключевые слова: каменная соль, подземные резервуары, гелиевый концентрат.
Семинар № 20
ш и ервое и единственное в России
.Ц. подземное хранилище гелиевого концентрата построено в отложениях иренского горизонта (Кунгурского яруса), сложенного каменной солью с прослоем ангидрита, методом растворения через буровые скважины. Интервал залегания горизонта 1240-1715 м. Подземное хранилище состоит из шести подземных резервуаров. Расстояние между скважинами подземных резервуаров составляет 180-200 м, что исключает взаимовлияние выработок-емкостей.
Основные технические показатели подземного хранилища гелиевого концентрата представлены в табл. 1.
В процессе эксплуатации подземных резервуаров гелиевого концентрата возникает необходимость в его полном отборе. Согласно разработанным техническими решениями отбор гелиевого концентрата осуществляется в 2 этапа. На первом этапе гелиевый концентрат отбирается за счет избыточного давления в подземном резервуаре до минимального эксплуатационного давления. На втором этапе оставшийся гелиевый концен-
трат полностью вытесняется промстоками.
Полный отбор гелиевого концентрата осуществляется промстоками, что сопровождается подрастворением стенок выработки-емкости и, как следствие, увеличивается геометрический объем и изменяется конфигурация выработки-емкости. В результате этого может произойти обрушение, потеря устойчивости, разгерметизация выработки-емкости и утечка продукта. Для предотвращения этих негативных последствий необходимо контролировать процесс изменения формы подземных вырабо-ток-емкос-тей. Основные положения разработанной методики расчета дораз-мыва заключаются в следующем (рис. 1):
- форма выработки-емкости аппроксимируется цилиндром с начальным ра-
П
диусом Г0 и высотой н = 111, ;
1=1
- закачка производится в п ступеней, высота каждой из которых равна Ь,;
- объем выработки-емкости при одноразовом заполнении его промстоками увеличивается примерно на 17% [1].
Характеристика подземных резервуаров
Обозна- чение Проектный объём, м3 Кровля, м Забой,м Максимальное эксплуатационное давление в подземном резервуаре, МПа Минимальное эксплуатационное давление в подземном резервуаре, МПа
Г-1 7000 1351 1470 17,5 5,0
Г-2 50000 1347 1463 18,0 5,0
Г-3 50000 1347 1462 18,0 5,0
Г-4 50000 1355 1468 18,0 5,0
Г-5 50000 1350 1470 18,0 5,0
Г-6 50000 1350 1470 18,0 5,0
После заполнения промстоками 1-й ступени производится отбивка уровня «гелиевый концентрат-рассол» геофизическими методами и определяется радиус 1-ой ступени по формуле:
Я,- =
У + АУ.
Из условия длительной устойчивости подземных выработок-емкостей [2] радиус Яі должен быть меньше максимально допустимого, равного Ятах = 26,5 м.
Скважины подземных резервуаров практически не имеют конструктивных отличий, за исключением состояния па-
Гп
Рис. 1. Расчетная схема доразмыва подземной выработки-емкости: У1 - первоначальный объем 1-й ступени; ДУ1 -увеличение объема 1-й ступени; И1 - высота 1-й ступени
кера на подвесной колонне НКТ (рис. 2). На подземных резервуарах I типа (Г-3, Г-4, Г-5) межтрубное пространство эксплуатационной колонны и колонны НКТ
- открыто. На подземных резервуарах II типа (Г-1, Г-2, Г-6) межтрубное пространство эксплуатационной колонны и колонны НКТ - перекрыто; часть колонны НКТ перфорирована на уровне кровли подземного резервуара. Данные конструктивные особенности оказывают влияние на технологию полного отбора.
В связи с этим полный отбор гелиевого концентрата осуществляется двумя методами: из резервуаров I типа - методом непрерывного замещения промстоками, из резервуаров II типа -методом поддавливания промстоками.
Метод непрерывного замещения промстоками (рис. 3) осуществляется путем подачи промстоков с производительностью 40 м3/ч в колонну НКТ, а гелиевый концентрат отбирается по межтрубному пространству эксплуатационной колонны и колонны НКТ с той же производительностью. Этот процесс происходит при постоянном давлении в подземном резервуаре равном буферному 5,2 МПа. Давление закачки промстоков в подземный ре-
п ступень
і ступень
2 ступень
1 ступень
Подземный резервуар
Рис. 2. Конструкция скважин подземных резервуаров
зервуар составляет 0,1 МПа ^ 0,2 МПа. При этом увеличение объема каждой выработки-емкости составит примерно 7,5 тыс.м3, а максимальный пролет выработок-емкостей не превышает максимально допустимого Ятах (табл. 2).
Метод поддавливания промстоками (рис. 4) осуществляется путем проведения последовательных операций закачки промстоков в колонну НКТ и отбора гелиевого концентрата через перфорационные отверстия в колонне НКТ. Промстоки закачиваются в подземный резервуар с производительностью 40 м3/ч и давлением не более 6,0 МПа для поджа-тия гелиевого концентрата до максимально возможного давления (исходя из
условия неперекрытия промстоками перфорационных отверстий). При этом давление в выработке-емкости изменяется в интервале от 5,0 МПа до 18,0 МПа.
Уравнение состояния гелиевого концентрата на первоначальный момент отбора продукта [3]:
Р0'У = ZoGoRTo, где G0 - количество газа в подземной выработке-
емкости, кг; V - геометрический объем выработки-емкости, м3; Р0, Т0 - давление (Па) и температура (К), гелиевого концентрата в подземной выработке-емкости соответственно; z0 -коэффициент сжимаемости гелиевого концентрата при Р0 и Т0; R - газовая постоянная гелиевого концентрата, нм/кгград.
Уравнение состояния гелиевого концентрата после закачки промстоков с целью повышения давления продукта ^0=сош^):
(Р0 + дРЖ - дV) = ZlGoRTl, где ^ - объем закачанных промстоков в подземный резервуар, м3; ДР - величина повышения давления в подземной выработке-емкости после закачки промстоков, Па; z1 - коэффициент сжимаемости продукта при давлении (Ро + ДР)
Таблица 2
Параметры доразмыва подземных резервуаров I типа
№ ступени Уровень раздела «гелий-рассол», м Радиус выработки в интервале заложения ступени, м
в начале отработки ступени в конце отработки ступени в начале отработки ступени в конце отработки ступени
1 1470 1450 12,5 14,5
2 1450 1430 12,5 13,7
3 1430 1410 12,5 13,2
4 1410 1390 12,5 12,9
5 1390 1370 12,5 12,7
Таблица 3
Параметры доразмыва подземных резервуаров II типа
Риа 3. Схема полНого вытеснения гелиевого Рис. 4. Схема полного вытеснения гелиевого
концентрата методом непрерывного заме8 кон^^нтрат1 'методдА поддакивания промщения промстоками из подземных ре%рвуш, еЩМоками из подземных резервуаров II типа ров I типа
■Количество закачанных промстоков ■Количество отобранного гелиевого концентрата
Рис. 5. Процесс проведения полного отбора гелиевого концентрата из Г-1
и температуре Т1.
Время отбора гелиевого концентрата 1 с давления поджатия равного (Ро + ДР) до минимально допустимого давления (5,2 МПа) на каждой конкретной ступени закачки определяется по формуле:
1 = (1- (Ро + дР)/Р0)-00^-3600-24, сут.
q - производительность отбора гелиевого концентрата, кг/с.
Количество гелиевого концентрата О^ оставшегося в выработки-емкости после 1 суток отбора, определяется по формуле:
Ог = О0 - 1^-3600-24, кг
Увеличение объема каждой выработки-емкости в результате полного отбора составит: для Г-2, Г-6 примерно 8,0 тыс.м3, для Г-1 примерно 1,0 тыс.м3, а максимальный пролет выработок-емкостей не превышает максимально допустимого Ишах (табл. 3).
Процесс проведения полного отбора гелиевого концентрата методом поддав-
ливания промстоками во времени представлен на рис. 5, 6, 7.
В зависимости от объема подземного резервуара время полного отбора гелиевого концентрата составит примерно 16 суток (для Г-1) и примерно 110 суток (для Г-2, Г-6).
Время, сутки
-Количество закачанных промстоков •Количество отобранного гелиевого концентрата
Рис. 6. Процесс проведения полного отбора гелиевого концентрата из Г-2
Время, сутки
■Количество закачанных промстоков ■Количество отобранного гелиевого концентрата
Рис. 7. Процесс проведения полного отбора гелиевого концентрата из Г-6
Таким образом, в зависимости от конструктивных особенностей скважин разработаны два метода технологии полного отбора гелиевого концентрата.
Качественный контроль процесса полного отбора позволяет сохранить длительную устойчивость подземного резервуара, увеличить объем выработки-
емкости и обеспечить полный отбор хранимого продукта.
Разработанная технология в данный момент используется на подзем-
1 Азев В.С. Подземное хранение моторных топлив. Химмотология. -М., 2006.-232с.-ISBN 5-91113-007-6.
2. Подземные хранилища газа, нефти и продуктов их переработки. СП 34-106-98. -М.: ИРЦ ОАО «Газпром», 1999. -110 с.
I— Коротко об авторе -----------------------
Бабаян М.А. - ООО «Подземгазпром», [email protected]
ных резервуарах Г-3 и Г-5 и доказала свою жизнеспособность. В дальнейшем эта технология будет применена на других подземных резервуарах.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Бобровский С.А. Гидравлический расчет распределительных трубопроводов. -М.: Изд-во литературы по строительству, 1968. -160 с.
Н5ГД=1
E-mail: [email protected] /
ПАМЯТНИКИ МИРА
ГОРНОЕ ДЕЛО
Монумент «Каска горняка». Оруро, Боливия
Монумент «Каска горняка» в боливийском городе Оруро сложно соотнести с какими-либо правилами и традициями: каску, приподнятую на опорах, окружают фигуры из шахтерского фольклора.
Дракон, пропахивающий своим червякообразным хвостом землю, грозно смотрит на Святую Деву Сокавону, занявшую вместе с ангелами почетное место в передней части каски, где должен быть вмонтирован фонарь. Считается, что Дева Сокавона покровительствует горнякам и освещает их нелегкий путь.
