CC BY
49
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».
