CC BY
43
© Е.В. Кузьмин, A.C. Хрулев,
О.И. Савич, A.H. Карпухин, 2008
УДК 69.035.4.004.4
Е.В. Кузьмин, А.С. Хрулев, О.И. Савич,
А.Н. Карпухин
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ПОДЗЕМНЬХ КАМЕР-ХРАНИЛИЩ В ОТЛОЖЕНИЯХ ПОГРЕБЕННОГО ПЛАСТОВОГО ЛЬДА ПОЛУОСТРОВА ЯМАЛ
Семинар № 17
Освоение нефтяных и газоконденсатных месторождений Крайнего Севера и экспорт продукции ОАО "Газпром" в Западную Европу потребует создания большого резервуарного парка для накопления и хранения жидких углеводородов.
При промышленной эксплуатации Бованенковского, Харасавэйского, Новопортовского, Ростовцевского и группы Тамбейских месторождений Ямала выход жидких углеводородов (стабильного конденсата и нефти) достигнет 10-12 млн т/год [1]. Наиболее перспективным вариантом вывоза добытого сырья является Северный морской путь. Для накопления и хранения жидких углеводородов в межнавигационный период необходимо создать значительный по объему резервуарный парк на Бованенков-ском и Харасавэйском газоконденсатных месторождениях (ГКМ).
Создание парка наземных резервуаров в условиях Севера Тюменской области потребует значительных затрат, связанных с завозом на неосвоенные и удаленные территории десятков тысяч тонн стальных и железобетонных конструкций, при этом будет оказано существенное негативное воздействие на экологическую обстановку региона.
Разрабатываемые и осваиваемые месторождения севера Тюменской области расположены в пределах ЯмалоНенецкого автономного округа. Значительная его часть находится за полярным кругом, что обуславливает существование многолетнемерзлых пород (ММП), которые благодаря своим прочностным свойствам и непроницаемости являются прекрасным природным объектом для строительства подземных резервуаров-хранилищ.
В условиях ГКМ Ямала наиболее эффективным будет подземное хранение стабильного конденсата, нефти и сжиженных углеводородных газов в непроницаемых ММП. Подземные хранилища (ПХ) могут быть: шахтного типа, траншейные, скважинные, создаваемые в погребенных песчаных отложениях и в пластовом льду.
К настоящему времени проведены инженерно-геокриологические изыскания площадок, перспективных для строительства ПХ жидких углеводородов на Харасавэйском, Бованен-ковском, Новопортовском и Ямбург-ском месторождениях.
Характерной особенностью геологического строения описываемой территории и полуострова Ямал в целом является распространение в верхней части разреза залежей пластовых
льдов. Мощность, глубина залегания и размеры по простиранию пластов подземных льдов достаточны для размещения в них выработок подземных камер-хранилищ (ПХ). Так на Бованенковском ГКМ максимальная мощность льда достигает 27 м (рис. 1). Глубина залегания кровли пластовых льдов от 4,7 до 24,8 м от поверхности, чаще прослеживается от 12 до 19 м.
Накопленный фактический материал по физико-механическим свойствам грунтов, слагающих рабочую часть массива ММП, позволяет дать положительную оценку их пригодности для строительства ПХ. Температура ММП на изученных площадках колеблется в диапазоне минус 3,5-6 °С.
Для определения экранирующих свойств пород были проведены опытные наливы дизельного топлива в скважины, в результате которых было установлено, что породы являются непроницаемыми. В частности, было доказано, что лед обладает высокой экранирующей способностью по отношению к жидким углеводородам.
Геокриологические условия на Бо-ваненковском и Харасавэйском месторождениях позволяют рекомендовать строительство ПХ в пластовом льду, обладающих по сравнению с другими технологиями, следующими преимуществами:
• существенное снижение затрат по сравнению со строительством шахтных ПХ;
• возможность строительства в летний и зимний периоды с использованием попутного природного газа для нагревания теплоносителя;
• больший единичный объем одного ПХ (20 и более тыс. м3) по сравнению со скважинными резервуарами, создаваемыми в песчаных породах;
• минимальные трудозатраты при строительстве;
• строительство ПХ без присутствия людей в очистном пространстве.
Сущность технологии строительства ПХ в пластовом льду заключается в следующем. Через технологическую скважину, герметично обсаженную с
поверхности земли колонной труб до сопряжения с кровлей пласта, по паропроводу, оборудованному в нижней части перфорированным наконечником, подается пар от парогенераторной установки. В результате подачи и конденсации пара происходит плавление льда и образование подземной камеры-полости. При этом динамика изменения уровня воды зависит от производительности подачи пара и конфигурации образуемой полости. По окончании формирования полости заданного объема, вода откачивается насосом.
В 1995-1996 гг. данная технология прошла опытные испытания в натурных условиях на Бованенковском ГКМ. Полость объемом около 300 м3 была сформирована в интервале глубин от 16 до 28,6 м [2]. Максимальный диаметр полости равен 11 м между отметками 26,4 и 28,6 м. Проведенные через два года геометрические измерения полости показали, что в течение этого периода времени объем и форма полости не изменились.
Следует отметить, что с экономической и технологической точек зрения вертикальные ПХ целесообразнее использовать под захоронение жидких или твердых буровых отходов, а тоннельные подземные камеры-хранилища - под хранение жидких и газообразных углеводородов.
Один из наиболее перспективных вариантов технологии строительства является создания ПХ в пластовых льдах через направленную скважину. Он предусматривает бурение направленной наклонно-горизонтальной скважины по подошве пластового льда, монтаж в скважине колонны труб для циркуляции теплоносителя, теплообмен между колонной труб и пластовым льдом через талую воду при подаче теплоносителя по трубам
с образованием устойчивой тоннельной камеры-выработки.
Технологическая схема может быть реализована как через одиночную скважину, оборудованную сдвоенной колонной труб (рис. 2), так и через скважину, имеющую два выхода на поверхность и оборудованную одной колонной труб (рис. 3). В технологии может быть использован как газообразный, так и жидкий теплоноситель.
Для бурения направленной одиночной скважины может применяться буровой станок типа ЗИФ-650 (рис. 4), а для скважины, имеющей два выхода на поверхность - станок типа «вгип<іо<ігі11» (рис. 5).
Строительство парков наземных хранилищ требует доставки в труднодоступные регионы Крайнего Севера промышленных строительных материалов, особенно металла и железобетонных конструкций, а так же большого количества крупногабаритной техники.
При создании ПХ роль «строительного материала» главным образом выполняют вмещающие ММП.
Сравнительная экономическая оценка по стоимости строительства ПХ и традиционно используемых наземных хранилищ показала, что затраты на строительство ПХ существенно меньше, чем затраты на строительство наземных хранилищ (см. таблицу).
Ожидаемые затраты на строительство ПХ тоннельного типа во льду в 2-4 раза меньше затрат на строительство ПХ шахтного типа.
Не последнюю роль, при выборе технологии создания парков наземных или подземных хранилищ, играет оценка воздействия на окружающую среду и изменения экологической обстановки в регионе от негативного воздействия при строительстве и эксплуатации хранилищ жидких углево-
Рис. 2. Технологическая схема создания подземного хранилища в пластовом льду через одиночную скважину
Рис. 3. Технологическая схема создания подземного хранилища в пластовом льду через скважину с двумя выходами на поверхность
дородов. Эксплуатационная надежность и экологическая безопасность ПХ обеспечивается:
- прочностью и устойчивостью камер-хранилищ;
- сейсмической устойчивостью;
- их герметичностью - изолированностью от грунтовых и поверхностных вод, и от атмосферного воздуха;
- постоянством термобарических условий в резервуаре и как следствие отсутствием больших и малых дыханий;
- минимальным риском при нештатных ситуациях.
Анализ воздействия на окружающую среду хранилищ жидких углеводородов, создаваемых на основе наземных и подземных резервуаров показывает преимущества подземного способа хранения на примере Севера Тюменской области:
• площадь отчуждения земель при подземном хранении сокращается в 1,5 раза;
• срок службы ПХ - 50 лет, против 15-20 лет при наземном хранении;
• максимальный выброс паров конденсата из ПХ в 2 раза меньше, чем из стального резервуара;
Рис. 5. Буровая установка «ОтппйойтШ»
• максимальный выброс паров летучих фракций при подземном хранении нефти снижается в 3 раза, по сравнению с наземным способом хранения;
• исключаются проблемы коррозии и периодической зачистки хранилищ;
• значительно снижается пожароопасность и угроза безопасности
обслуживающего персонала и населения.
Таким образом, при сравнении достоинств и недостатков технологии строительства и последующей эксплуатации подземных или наземных хранилищ, с точки зрения экономической эффективности и экологической безопасности, необходимо отметить бесспорное преи-
Экономическое сравнение технологических схем строительства
Наименование ПХ Стоимость руб/м3 хранилища Материалоемкость кг/м3 Условия строительства
Наземные хранилища 4000 20-30 без ограничений
ПХ шахтного типа 1500-2000 2-4 ^ород < минус 30С
ПХ котлованного типа 1200-1500 8-12 Непроницаемые породы в интервале глубин 0-20 м
ПХ скважинного типа 500-1000 0,5-1 Мощные пласты песчаных пород или отложения подземного льда
мущество технологии подземного хранения.
Промышленная реализация предлагаемой технологии строительства
1. - Журнал «Ямало-Ненецкий автономный округ (Ямал)», региональное приложение №12 к журналу «Нефть и Капитал», материалы статьи «Возвращение на Ямал», март 2004 г.
подземных камер-хранилищ позволит полностью решить проблему хранения жидких углеводородов на Севере Тюменской области.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2 - Казарян В. А. Подземные хранилища газа и нефтепродуктов - необходимый элемент функционирования ТЭК. - М, ООО
«Империал», 2006. - 320 с. ШИН
— Коротко об авторах------------------------------------------------------------------
Кузьмин Е.В. - доктор технических наук, профессор, действительный член РАЕН,
Хрулев A.C. - доктор технических наук, член-корр. РАЕН,
Савич О. И. - кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.
Карпухин A.H. - аспирант, Московский государственный горный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 17 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент чл.-корр. Д.Р. Каплунов.
