CC BY
37
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Инструкция по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин. Руководящий документ, РД 39 - 7/1 -0001 - 89, Куйбышев, 1989 , с. 192.
2. Временная инструкция по переаттестация скважин ПХГ с целью определения их возможной эксплуатации. \\ Руководящий нормативный документ. Ставрополь, 1996, с. 2.
3. Саркисов ГМ. Расчеты обсадных труб и колонн. -М.: Госпотехиздат, 1961, с. 244.
4. Бекетов С.Б., Евик В.Н., Гендель Г.Л., Яковенко Н.А., Кубланов А.В., Теплов М.К., Федчук В.И. Определе-
ние частоты аварий и значений факторов риска подземных хранилищ углеводородов в каменной соли методом экспертного анализа. \\ Безопасность и жизнь, № 11, 2003.
5. Алешин Н.П., Бигус ГА. Применение акустических методов контроля при оценке остаточного ресурса резервуаров и трубопроводов.\\ Безопасность труда в промышленностЗи, №1, 2001.
6. Хенли Э.Дж., Кумамото Х. Надежность технических систем и оценка риска. - М.: Машиностроение, 1984, с. 528.
— Коротко об авторах -----------------------------------
Теплов М.К. - кандидат технических наук, зав отделом,
Федчук В.И. - кандидат технических наук, вед. научный сотрудник, ООО «Подземгазпром».
-А
------------------------------------------------ © Н.Ю. Смайльс, 2005
УДК 622.831.322.234.42 Н.Ю. Смайльс
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИАЛЬНО НАПРАВЛЕННОЙ СТРУИ В РАСТВОРЕНИИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ (ГИДРОВРУБА) ПРИ СКВАЖИННОЙ ДОБЫЧЕ РАССОЛОВ
Семинар № 15
етод подземного растворения через систему скважин с земной поверхности широко используется в строительстве камер-хранилищ в формациях каменной соли, которые предназначаются для длительного хранения углеводородного сырья и захоронения вредных отходов производства. Кроме этого методом подземного растворения осуществляется добыча хлоридно-натриевых рассолов, используемых в качестве сырья в химической промышленности, черной металлургии, целлюлозно-бумажном производстве, чистая же соль после выпаривания используется в пищевой промышленности и медицине. Не смотря на
одинаковый подход процессов растворения каменной соли, условия разработок имеют принципиальные отличия. Так, например, в строительстве камер-хранилищ стремятся получать устойчивые выработки диаметром 50-80 м за короткий период времени, при этом используются большие скорости движения жидкости и0 = 15-20 м/с и производительность скважины до 300 м3/час, извлекая при этом слабоминерализованные рассолы концентрацией до 150 г/л, которые при повторном цикле использования сливаются в водоносные горизонты [1-2]. Добыча рассолов связана с извлечением насыщенных растворов соли концентрацией близ-
кой к 305 г/л. Для этого скважина работает в режиме производительности 40-80 м3/час, камера отрабатывается до размеров диаметра 100-120 м, и концентрация рассолов среды камеры в среднем составляет 200-250 г/л.
Для интенсификации темпов строительства камер-хранилищ в практике применяется струйный метод, который для быстрого растворения стенок выработки используют воздействие направленной струи. Вынужденное действие струи связано с подачей воды через небольшое отверстие в колонне, т.е. сопло. Скорость струи на выходе и0 = 15-20 м/сек обусловлена рядом технических параметров системы труб и оборудования скважины. Использование энергии направленной струи приводит к сокращению времени создания камеры-хранилища [3-8].
Анализ условий размыва камер при добыче рассолов показал, что на подготовительном этапе формообразования выработки - гидро-вруба, когда выработки имеет небольшие размеры диаметра до 60-80 м, извлекаемые рассолы и рассольная среда камеры имеют невысокую плотность, и при этом производительность скважины может составлять до 80 м3/час и выше. Эти условия идентичны размыву камер-хранилищ и подготовительному периоду отработки гидровруба, поэтому представляется возможность использования энергии затопленной струи.
С целью обмена опыта и выяснения возможности использования энергии струи на подготовительном этапе создания гидроврубовой выработки, проводились исследования по определению влияния радиально направленной струи. Направленная струя имеет зоны действия, соответствующие: 1 - зоне механического отрыва частиц соли, которая определяется длиной пробега Ь<30(!о; 2 - зоне формирования компактной части струи Ь = 300+400(!о; 3 - зоне, характеризуемой повышенной скоростью растворения соли в неподвижной среде и Ь = 650(!о; 4 -зоне диффузионного растворения поверхности соли в неподвижной среде растворителя Ь = 1000+1200(!о [5] (рис.
1).
Рис. 1. Схема радиально направленной струи при У0 = 16 м/с: р = 0,723 м3/час и
4 = 0,004 м, где Ь1<30^ =0,12 м; Ь2 = 300+400^ = 1,2+1,6 м; Ь3 = 6504 = 2,6 м; Ь4 = 1000+1200^ = 4+4,8 м;
Попадая в радиус первой зоны, частички соли отрываются от соляной поверхности, в радиусе второй зоны происходит турбулентное перемешивание растворов жидкости, интенсивное растворение стенок выработки и формирование факельной части струи, в радиусе третьей зоны наблюдается вынужденное движение струи в среде окружающих рассолов и вынужденное растворение стенок камеры по оси струи. Факел струи, сформированный во второй фоне, обуславливает дальнейшее движение струи-потока, и при удалении на большее расстояние от факела, приводит к угасанию активности действия направленной струи. Чем больше радиус факела, тем больше радиус действия струи. Это наблюдается в четвертой зоне, когда действие потока прекращается, и растворение переходит на стадию массопере-носа или диффузионного растворения. В дальнейших расчетах использовалась 5 зона Ь = 2000(!о, растворение которой связано с процессами диффузионного обмена на контакте соприкосновения стенок выработки со слабыми рассолами среды камеры.
С учетом данных зон действия струи, проводился математический анализ по формообразованию выработки радиально направленными струями. В соответствии с технологическими параметрами скважинной добычи относительно рскв = 60-80 м3/час и в соответствии с начальной скоростью истечения жидкости из насадки и0 = 15-20 м/сек, определялись размеры насадок и их количество, обеспечивающих работу струй [6-8], и кинематическое подобие систем растворения [9-11] (рис. 2). Затем определялся радиус действия каждой зоны и размеры выработки на каждом этапе растворения. Таким образом, была разработана методика математического моделирования формирования гидровруба горизонтально направленными струями, которая представляет поэтапное формирование выработки с определением разме-
ров радиуса и предполагаемых форм камеры. Соблюдая геометрическое подобие, были определены технологические параметры скважины для размыва гидровруба в промышленных
Безразмерные координаты струи по зонам, ЬМ
- о=30м:
- д=40м:
- о=50м:
- д=б0м:
- д=80м:
Рис. 2. Радиус формирования струи по зонам действия при Q = 10...80 м/ч и й = 0,0148-0,042 м
условиях, к которым относятся диаметр и количество насадок, время размыва и размеры радиусов на каждом этапе формирования.
Математические расчеты показали, что время размыва гидровруба при использовании энергии радиально направленной струи сокращается в 2-4 раза. Вместо 1,0-1,5 лет потребуется всего 6-8 месяцев для получения подготовительной выработки (гидровруба) с использованием энергии струи.
В результате проведенных исследований и математических расчетов были разработаны:
1. Методика математического моделирования подготовительной выработки - гидровруба с использованием энергии горизонтально направленной струи.
2. Рекомендации по созданию гидровруба радиально направленными струями для промышленных условий растворения.
И получены следующие результаты:
1. Радиус вынужденного действия направленной струи определяется зоной влияния Ь = 650(1,, которая обеспечивает максимальный радиус проникновения струи в область
неподвижной среды рассолов слабой
минерализации.
2. Определены зависимости технологических параметров (производительности скважины, начальной скорости истечения жидкости на выходе из насадки (сопла), размеров и количества насадок, времени отработки) и радиуса действия горизон-тально направленной струи
3. При рскв = 60-80 м3/час и и0 = 16 м/сек максимальная дальность проникновения (погружения) горизонтально направленной струи растворителя соответственно составляет Я = 23 и 27 м. При сопоставлении с радиусом действия растворителя через сечение скважины, которая не превышает гвх. = 4,7+7,5 м и характеризуется У0 = 0,721+ 0,966 м/с, зона вынужденного влияния струи значительно выше и распространяется до размеров Я = 23-27 м.
4. Необходимо учесть, что полученные результаты справедливы для среды рассолов малой минерализации. Возможно, на этапе эксплуатационного размыва камеры, когда плотность рассольной среды камеры значительно выше, пробег струи будет меньше. Однако, с учетом граничных условий критерия Архимеда: 10<Лг<40 м3/час, то, возможно, дальность пробега струи при р>40 м3/час сохранит свои значения. Данное положение по определению зависимостей дальности пробега в среде рассолов переменой плотности требует проведения дополнительных исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванцов ОМ. Подземное хранение сжиженных углеводородных газов. - М.: Недра, 1964, 2-е изд.
2. Мазуров В.А. Подземные газонефтехранилища в отложениях каменной соли. - М.: Недра, 1982.
3. Теперин Н.Л. Движение струи в массиве жидкости. - Тр.САНИИРИ, вып. 10, 1933.
4. Милович А.Я. Гидродинамические основы газовой борьбы. - Новочеркасск, 1918.
5. Царенков Ю.В. Исследование кинетики растворения галита затопленной струей//Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - М.: ЦНИ-ИТнефтехим, 1973, N8.
6. Царенков Ю.В., Грохотов В.А. Исследование технологических параметров создания емкостей в соляных
формациях //Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - М.: ИНИИТЭнефтехим 1977, №12. - С. 1-4.
7. Васюта Ю.С.,Черникин В.И. Растекание водных
струй при выщелачивании подземных емко-
стей//Транспорт и хранение нефтепродуктов, N3. 1967.
8. Свиридов В.П., Губин В.Е. Исследование распространения затопленной струи в вязкой жидко-сти//Транспорт и хранение нефтепродуктов, N2, 1967.
9. Здановский А.Б. Кинетика растворения природных солей в условиях вынужденной конвекции - Л.: Тр.ВНИИГ, вып.33 , Госхимиздат, 1956.
10. Долежалик В. Подобие и моделирование в химической технологии. - М.: Гостоптех. 1960.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------
Смайльс Н.Ю.— кандидат технических наук, научный сотрудник, ИПКОН РАН.
------------------------------------------- © В.П. Малюков, 2005
УДК 622.272 В.П. Малюков
КРУПНОМАСШТАБНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В КАМЕННОЙ СОЛИ ПРИ ПОДЗЕМНОМ РАСТВОРЕНИИ
Семинар № 15
0дним из основных направлений научных исследований в области строительства подземных хранилищ углеводородов является разработка технологии создания резервуаров горизонтального типа в соляных пластах малой мощности и разработка устройств и методов интенсификации процесса растворения соли.
Современное состояние теории и практики строительства подземных резервуаров в отложениях каменной соли геотехнологическим методом через буровые скважины, предназначенных для хранения газообразных и жидких продуктов, характеризуется развитием технологических схем сооружения подземных резервуаров и получением основных расчетных уравнений формирования подземных резервуаров в зависимости от горно-геологи-ческих, технологических условий и режимов подачи растворителя.
Месторождения каменной соли на территории Российской Федерации, представленные пластами мощностью до 60 м составляют 25 % от общего количества месторождений [1]. Использование залежей каменной соли малой мощности в области строительства подземных хранилищ жидких и газообразных продуктов возможно при создании горизонтальных резер-
вуаров (галерейных, тоннельных), в виде протяженной выработки с размерами поперечных сечений в пределах мощности пласта.
Сооружение подземных вертикальных резервуаров в маломощных пластах через вертикальные скважины технически возможно, но экономически нецелесообразно. При этом получается подземный резервуар небольшого геометрического объема при дорогостоящей скважине. В пластах каменной соли незначительной мощности целесообразно строительство горизонтальных протяженных выработок необходимых геометрических объемов.
При сооружении горизонтальных резервуаров в маломощных пластах каменной соли результатом управления процессом подземного растворения соляной поверхности является получение геометрических характеристик выработки (площади поперечных сечений по длине выработки и их конфигурации) максимально близких к проектным. В этом случае можно получить максимально возможный геометрический объем резервуара и его оптимальную конфигурацию для конкретных горногеологических условий площадки строительства хранилища.
