Научная статья на тему 'Интенсификация растворения каменной соли при отработке подземных выработок'

Интенсификация растворения каменной соли при отработке подземных выработок Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
220
48
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Интенсификация растворения каменной соли при отработке подземных выработок»

УДК 622.361.1 В.П. Малюков

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАСТВОРЕНИЯ КАМЕННОЙ СОЛИ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК

Семинар № 15

А нализ отечественного и зарубежного

./л. опыта строительства подземных резервуаров в каменной соли для хранения газонефте-продуктов показывает, что применяемые традиционные технологии характеризуются значительными сроками сооружения подземных выработок. Для интенсификации процессов подземного растворения каменной соли разработаны различные технологии.

Многофакторность процессов строительства подземных резервуаров в каменной соли требует экспериментальных и натурных исследований динамики формообразования и массопереноса при использовании различных режимов подачи растворителя.

Экспериментальные работы и практика строительства подземных резервуаров показывает, что прямоточный режим увеличивает активную зону массообменных процессов и интенсифицирует эти процессы в интервале выработки между башмаками рабочих колонн. Прямоточный режим снижает количество простоев при строительстве подземных резервуаров в соляных отложениях с большим содержанием рассеянных нерастворимых включений. На прямоточном режиме отрабатывают начальные этапы строительства подземных резервуаров для различных гор-но-геологи-ческих условий. Разработанные в ООО «Подземгазпром» технологии строительства горизонтальных и вертикальных подземных резервуаров, в том числе по технологии строительства без применения нерастворителя [1], расширяют область применения прямоточного режима подачи воды.

Одним из вариантов создания подземных резервуаров с повышением экологической безопасности и увеличением экономической эффективности является разработка технологии строительства резервуаров без применения нерастворителя.

В практике рассолодобычи прямоточный режим подачи воды применяется в основном при отработке зумпфа - начальной выработки для сбора нерастворимых включений, выпадающих в процессе растворения.

В практике строительства подземных резервуаров требования к концентрации выдаваемого рассола не всегда являются главными, и прямоточный режим подачи воды находит более широкое применение. Кроме того, применение прямоточного режима подачи воды позволяет использовать, в отличие от противоточного режима, различное оборудование, насадки и приспособления для интенсификации процесса строительства, а также получения оптимально устойчивой формы выработки для конкретных горно-геологических условий, с учетом последующей эксплуатации и чередованием операций различной интенсивности по закачке и отбору углеводородного сырья с изменением давления в резервуаре.

Переход на прямоточный режим обеспечивает устойчивую работу скважин в осложненных горно-геологических условиях.

Формирование концентрационных полей и, следовательно, формообразование зумпфов существенно зависит от динамических условий в точке ввода растворителя в выработку. В условиях прямоточного режима основной динамической характеристикой является восходящая конвективная струя, которая рассматривается как вынужденная плавучая струя. Струя, бьющая в дно выработки, действует как струя, бьющая в стенку или, при последующей отработке выработки, в зону с выпавшими нерастворимыми включениями. Этим обеспечивается интенсификация смешения в области водоподачи и увеличение высоты гидровруба по сравнению с начальной высотой. Отразившись от дна выработки, струя движется вверх, при этом подъемная сила способствует перемешиванию в верхней зоне выработки.

Проблема интенсификации процесса подземного растворения выработки (в том числе, зумпфа) заключается в сокращении времени достижения расчетных размеров выработки. Для этого необходимо увеличение скорости роста выработки, что связано с увеличением линейной скорости растворения выработки, которая является функцией активности растворителя (Сн - С) и коэффициента скорости растворения К. Эта функциональная зависимость характеризуется структур-

ными гидродинамическими условиями в выработке и на поверхности растворения.

Использование скважинной техники, работающей на прямоточном режиме водоподачи, позволяет повысить эффективность прямоточного режима при строительстве подземных выработок в каменной соли. Использование струйного аппарата, формирующего горизонтально направленные струи, позволяет достичь на локальных участках выработки коэффициент интенсификации 1,2-1,25.

В первом отечественном изобретении [2] по применению струй при отработке подземных резервуаров в каменной соли, для интенсификации процесса строительства и обеспечения формирования выработки устойчивой формы, предлагается использовать радиально направленные струи, которые формируются насадками, установленными в нижней части водопадающей колонны.

Использование способа образования подземной выработки на прямоточном режиме с применением радиально направленных струй проведено на ряде объектов в различных горногеологических условиях (Кашкарское и Яр-Бишкадакское месторождения полигалитсодержащей соли, скорость растворения которой примерно в три раза меньше; Лейковский соляной купол). Затопленные струи, наряду с интенсификацией процесса строительства, способствуют опережающему развитию нижней части подземной выработки.

При строительстве подземного резервуара 2Э в интервале каменной соли Усольской свиты Нижнекембрийских отложений Иркутского амфитеатра были применены затопленные струи для обеспечения осесимметричной устойчивой формы резервуара с максимальным приближением к проектному объему [3]. Интервал заложения подземной выработки 1306-1319,6 м включает сильно засоленный доломитовый пропласток двухметровой толщины в интервале 1312-1314 м. Поставленная задача строительства подземного резервуара максимально возможного объема в пласте соли незначительной мощности осуществлялась с применением 6 насадок каноидального типа с диаметром выходного отверстия 13 мм, которые обеспечивают компактность и дальность воздействия. Сравнение значений коэффициентов скорости растворения при применении струй (0= 50 м3/ч, при размещении у торца центральной колонны устройства с насадками (вихроисточник) для закручивания жидкости и отвода рассола через межтрубье центральной и внешней рабочих колонн) с величиной коэффициента скорости рас-

творения вертикальной поверхности керна каменной соли в условиях естественной конвекции, показывает существенное увеличение массопере-носа на начальном этапе (например, при радиусе влияния Я=1 м увеличение составляет 1,6 раза). Использование рециркуляции растворителя при строительстве подземных резервуаров позволяет получать кондиционный рассол на различных этапах технологического процесса [4].

Для интенсификации процесса массопереноса при строительстве подземных резервуаров Ереванского подземного хранилища природного газа разработана технология комплексного использования вторичных энергоресурсов компрессорной станции для подогрева воды [5]. Для снижения тепловых потерь при применении нагретого растворителя предложена конструкция скважины с использованием дополнительной рабочей колонны с заполнением межтрубного пространства природным газом. При подаче в выработку нагретой воды с температурой 60 °С и выдачей рассола со средней температурой ~ 50 °С стоимость процесса растворения снижается на 17 %. При использовании подогретого растворителя происходит более рациональное использование природных ресурсов: кондиционный рассол

выдается уже на ранних стадиях отработки выработки; снижаются затраты на доведение некондиционного рассола до требуемой концентрации; увеличивается КПД

использования оборудования и воды, дефицитной во многих районах, поскольку на единицу объема воды увеличивается количество извлеченной соли и ведется перекачка рассола повышенной кошТапрацния строительства подземного резервуара в каменной соли с использованием телескопического устройства для нарезки в прикон-турной зоне щелевых выработок, увеличивающих поверхность массоотдачи [6], предназначена для сокращения сроков строительства и выдаче кондиционных рассолов на более раннем этапе отработки выработки.

Экспериментальные исследования в натурных условиях показали, что формирование горизонтального резервуара через вертикальногоризонтальную и вертикальную скважины позволяет интенсифицировать процесс растворения каменной соли и получить равновеликие поперечные сечения сводча-той формы с равномерно распределенными различными неровностями по контуру выработки.

При использовании динамического (взрывного) воздействия на каменную соль с целью интенсификации процесса растворения [7],

возможно негативное воздействие на конструктивные элементы скважины.

В ряде работ [8, 9] рассмотрено применение низкочастотных звуковых волн для акустического воздействия с целью интенсификации процесса растворения каменной соли при повышении знакопеременного звукового давления на границе раздела фаз. Использованный интервал изменения звукового давления 0,25-1,75x10-4 Па. При распространении волнового фронта на границе раздела фаз, вследствие неоднородности акустического поля возникают стационарные микроциркуляционные течения среды, ускоряющие диффузионные и массообменные процессы [10]. Разработанный внутри-скважинный гидроакустический генератор длиной 7 м и наружным диаметром 190 мм в ряде случаев может вызвать проблемы в связи со значительными размерами [11].

Разработка комплексной технологии воздействия на приконтурную зону выработки

1. Смирнов В.И., Поздняков А.Г., Малюков В.П. Строительство подземных резервуаров в каменной соли на АГКМ. Горный информационно-аналитический бюллетень, М., 2002, №8, с. 165 - 167.

2. Поздняков А.Г. Способ образования подземной емкости в отложениях растворимых солей. А.с. № 170388.

3. Штерн ЛМ., Борисов В.В., Грохотов ВА., Арыков В.Н., Халилов В.Р., Поздняков А.Г., Каратыггин Е.П. Способ сооружения подземного резервуара с применением затопленных струй. А.с. № 1390983.

4. Александров В.В., Поздняков А.Г., Малюков В.П. Строительство гидровруба подземного резервуара в каменной соли при рециркуляции растворителя. Горный информационно-аналитический бюллетень. М., №9, 2003, с. 113 - 115.

5. Поздняков А.Г., Малюков В.П. Интенсификация создания подземных камер-хранилищ в каменной соли при повышении температуры процесса растворения. Транспорт и хранение газа. М., 1982, №6.

6. Мазуров В.А., Поздняков А.Г., Вологин В.В.и др. Способ создания подземного резервуара в отложениях соли. Мазуров В.А., Поздняков А.Г., Вологин В.В., Малюков В.П., Басий В.А., Молчанов А.Д., Дубровский

(ПЗВ), включает в себя сочетание физикохимических, гидродинамических методов, инфильтрацию флюидов при превышении противодавления величины критического давления. Технология предусматривает создание многократных знакопеременных импульсов давления в приконтурной зоне подземной выработке с развитием трещин и разрушением каменной соли с целью интенсификации массопереноса. Эффективность метода зависит от величины противодавления, темпа изменения противодавления и др. Инфильтрацию флюидов следует рассматривать как гидродинамический метод воздействия на каменную соль в прикон-турной зоне подземного резервуара с целью интенсификации процесса разрушения породы при подземном растворении. Впервые рассматривается использование инфильтрации флюидов в каменную соль приконтурной зоны подземной выработки для интенсификации подземного растворения.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Л.К., Нечаев Ю.А., Федоров Б.Н., Жадовец Ю.Т., Мих-лин З.Л., Эскин А.М. А.с. №1040735, 1983.

7. Михалюк А.В., Захаров В.В., Паршуков П.А. Интенсификация процесса размыва полостей в каменносоляных залежах для создания подземных хранилищ. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск, №1, 1999, с. 7884.

8. Способ выщелачивания полезных ископаемых. А.с. №281326.

9. Ямщиков В.С., Воронов А.Г., Колосов А.В., Воло-гин В. В. Исследования звуковой интенсификации выщелачивания каменной соли в природных условиях. Горный журнал №2. М., 1973.

10. Стукалова Н.К. Исследование интенсификации процессов растворения каменной соли для создания камер газонефтехранилищ. Диссертация к.т.н., Львов, 1970.

11. Вологин В.В. Технология интенсивного строительства подземных резервуаров газонефте-хранилищ в формациях каменной соли с применением новой акустической техники. Международная конференция по подземному хранению газа. Газпром. Секция С. Часть 1. М., 1995. с. 129-134.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------

Малюков В.П. - кандидат технических наук, научный сотрудник ООО «Подземгазпром».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.