CC BY
109
----------------------------------------- © В.П. Малюков, А.Г. Поздняков,
2011
УДК 622.363.1/2
В.П. Малюков, А.Г. Поздняков
СОЗДАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК-ЕМКОСТЕЙ В КАМЕННОЙ СОЛИ В НЕТРАДИЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ
Рассмотрены особенности создания подземных выработок-емкостей для резервирования газонефтепродуктов на месторождениях каменной соли в нетрадиционных условиях.
Ключевые слова: подземная выработка-емкость, скважина, подземное растворение каменной соли.
~ШУ* нетрадиционным условиям
Л строительства подземных хранилищ в каменной соли, с подачей растворителя через буровые скважины, относятся месторождения каменной соли с низкой температурой; со значительным содержанием газа; с повышенным содержанием нерастворимых включений; со значительным техногенным воздействием.
Опыт строительства подземных хранилищ в нетрадиционных условиях рассмотрен на примере создания 10 подземных выработок-емкостей (ПВЕ) в каменной соли со значительным содержанием газа на Лейковском штоке; создании ПВЕ в каменной соли с повышенным содержанием нерастворимых включений и высокой сейсмоактивностью (Ереванское ПХГ); создании ПВЕ в соляных куполах после значительного техногенного воздействия и повышения со временем уровня сейсмоактивности на Астраханском газоконденсатном месторождении; создании ПВЕ при низких температурах с применением рециркуляции раствора и закачкой рассола в продуктивные пласты для интенсификации нефтеотдачи (Талаканское месторождение, Якутия). [1-5]
Исследование влияния повышенного содержания нерастворимых включений каменной соли на строительство подземных выработок-
емкостей
Анализ разведанных месторождений каменной соли, предполагаемых для сооружения подземных выработок-
емкостей, показывает, что многие соляные залежи содержат повышенное количество (20-35 %) рассеянных включений нерастворимых и труднорастворимых пород. Повышенное содержание нерастворимых включений в каменной соли влияет на технологические параметры подземного растворения: увеличивается срок строительства подземных выработок-емкостей и происходят различные осложнения в процессе их создания, а также потеря полезного объема выработки при выпадении нерастворимых включений на дно и их набухание.
Интервалы каменной соли с повышенным содержанием нерастворимых включений отмечены на Аванском (Ереванском), Сереговском, Камыш-Курганском, Туз-Тагском, Калушском, Мировском (Болгария), Сали-де-Берн (Франция), Эминенс (США), Хейде (Германия). Для определения влияния
повышенного содержания нерастворимых включений на технологию строительства подземных резервуаров, выполнено крупномасштабное моделирование процесса создания подземных выработок в натурных условиях в соляном карьере на 8 моделях с различными технологическими параметрами, при содержании в массиве рассеянных глинистых включений (галопелитовых) до 35 %.
Основная задача экспериментальных исследований - определение особенностей создания подземных выработок-емкостей объемом 100 тыс. м3 в соляной толще сложного строения при различных условиях ведения процесса с целью выбора оптимальных параметров и рациональной технологической схемы.
По разработанной технологической схеме создана подземная выработка на скв.8Г Ереванского ПХГ объемом 100 тыс. м3, высотой 176 м. Выработка-модель объемом 18 л, высотой 97 см создавалась по схеме «снизу-вверх» отдельными этапами с предварительным образованием зумпфа на сближено прямоточном режиме водоподачи. Сравнение формы модели и натурной выработки согласно данных тарировки модели и локационной съемки выработки показывает их определенную идентичность в конфигурации. В результате интенсивного выпадения нерастворимых включений нижняя часть модели и натурной выработки была зашламована на значительную высоту (рис. 1).
Разработка технологии строительства подземной выработоки-емкости без применения нерастворителя на Астраханском газоконденсатном месторождении
На Астраханском газоконденсатном месторождении (АГКМ) методом подземного растворения каменной соли через буровые скважины построены под-
Рис. 1. Выпадения нерастворимых включений в натурной выработке
земные выработки-емкости для хранения углеводородных продуктов, а также для продувки газовых скважин после бурения или капитального ремонта: 1А объемом 28200 м3, ЗА - 37500 м3, 4А - 54700 м3,
Рис. 2. Форма и размер выработки-емкости 1А (направление сечения 270-90; 0-180)
Рис. 3. Форма и размер выработки-емкости 1А (II очередь, расширение, объем 101300 м3)
5А - 22500 м3, 4УП - 14800 м3, 6УП -12100 м3; 9УП - 23100 м3. Месторожде-
ние характеризуется сложной геодинамикой.
Изменение подземной выработки-емкости 1А в процессе строительства представлены на рис. 2 и 3.
Современное состояние мировой практики создания подземных выработок-емкостей для хранения жидких и газообразных углеводородов характеризуется разработкой новых технологий строительства подземных выработок в каменной соли методом подземного растворения через буровые скважины.
Существующие технологии строительства подземных выработок-емкостей, как правило, предусматривают формирование подземных выработок проектной формы с помощью нераство-рителя. В качестве нерастворителя используются нефтепродукты или сжатые газы.
В ООО «Подземгазпром» разработана новая технология строительства подземных выработок-емкостей в каменной соли методом подземного растворения через буровые скважины без применения нерастворителя для управления процессом формирования выработки-емкости, что существенно повышает эффективность строительства по сравнению с обычными методами.
Предназначение технологии строительства подземных выработок-емкостей без применения нерастворителя состоит в том, чтобы исключить искусственный защитный слой (нераствори-тель), прикрывающий соляную потолочину подземной выработки и ускорить процесс образования выработки устойчивой формы. Отличие технологии строительства подземной выработки без применения нерастворителя в том, что целик каменной соли в кровле выработки используется в качестве ограничителя - изменяющейся границы развития подземной выработки вверх, которая
подрабатывается в пределах проектного контура. Использование каменной соли вместо традиционно применяемого не-растворителя возможно при учете разной интенсивности прироста размеров подземной выработки по высоте и диаметру в процессе ее образования.
Для строительства подземной выработки-емкости осуществляют проходку вертикальной скважины до глубины, соответствующей проектному положению дна выработки. Скважину крепят основной обсадной колонной таким образом, чтобы ее нижняя часть оказалась расположенной ниже проектной отметки кровли будущей выработки на определенную расчетную глубину. Затрубное пространство основной обсадной колонны качественно цементируют, причем особенно качественным должно быть цементирование нижней части колонны, контактирующей с каменной солью. После окончания строительства подземной выработки часть основной обсадной колонны, находящуюся ниже отметки кровли выработки, отделяют или перфорируют.
По геологическим и геофизическим материалам каменная соль встречена скважиной на глубине 643 м. Для проведения процесса растворения каменной соли скважина оборудована двумя подвесными рабочими колоннами, расположенными одна в другой, при этом башмак центральной рабочей колонны диаметром 114,3 мм установлен на 1,01,5 м выше забоя скважины и приподнимается по мере выпадения нерастворимых включений на дно выработки. Башмак внешней подвесной колонны диаметром 177,8 мм установлен ниже башмака основной обсадной колонны диаметром 244,5 мм.
Раствор хлористого
Рис. 4. Схема строительства подземного резервуара по технологии без применения не-растворителя: 1 - скважина, 2 - цементное кольцо, 3 - основная обсадная колонна, 4, 5 -внешняя и центральная подвесные колонны, 6 - промежуточный контур подземного резервуара, 7 - контур подземного резервуара по окончании строительства, 8 - выпавшие из каменной соли нерастворимые включения
На рис. 4 представлена схема строительства подземной выработки по технологии без применения нерастворите-ля.
Определение формы подземной выработки в процессе строительства осуществлялось проведением звуколока-ции. Общее представление о форме выработки дают ее вертикальные сечения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, выполненные
Юг-Север Запад-Восток
Рис. 5. Вертикальные сечения ПР по материалам звуколокации
по материалам звуколокации (рисунок 5). Выработка формируется практически близкой к цилиндрической форме, с уходом кровли подземной выработки выше башмака основной обсадной колонны в пределах, предусмотренных проектным регламентом.
Фактические показатели строительства подземной выработки имеют некоторые отклонения от расчетных параметров. Процесс строительства подземной выработки проводился с производительностью подачи растворителя 50 м3/ч, как и предусматривалось технологическим регламентом, но фактические простои превышают расчетные, в том числе за счет осложнений при солеот-ложениях в трубных пространствах рабочих колонн.
На момент проведения звуколокации при объеме подземной выработки ~ 14800 м3 уход кровли за башмак основной обсадной колонны составил ~ 15 м, тогда как, по расчетным показателям
при объеме подземной выработки 30000 м3 уход кровли - 32 м. Фактические показатели характеризуют соотношение массоотдачи различных поверхностей контура подземной выработки в каменной соли в процессе строительства при увеличении искусственно неограниченной высоты активной зоны, как достаточно близкие к расчетным.
Применение технологии строительства подземной выработки-емкос-ти без использования нерастворителя позволяет использовать естественные соотношения параметров массообменных процессов при постоянном росте высоты подземной выработки-емкости. При этом уменьшается расход воды примерно на 20%, снижается количество выдаваемого на поверхность некондиционного рассола на 20%, происходит уменьшение воздействия на экологическую обстановку, достигается экономия средств на 15% от проектной стоимости объекта (без учета досрочного ввода подземной выработки-емкости).
Исследование газопроявлений при строительстве подземных выработок-емкостей в каменной соли
В процессе строительства подземных резервуаров через буровую скважину возможны естественные газопроявления при растворении каменной соли и техногенные газопроявления при использовании в качестве нерастворителя газа (природного газа, азота, воздуха).
Исследование газовыделения при массопереносе и его влияние на процесс строительства подземных резервуаров рассматривается на примере строительства подземного хранилища углеводородов в Лейковском соляном штоке. Газопроявления из каменной соли рассмотрены на протяжении всего периода строительства подземного резервуара для различных технологических операций. На штоке пробурено 10 технологи-
ческих скважин по сетке 200 х 200 м. По данным 23 скважин, вскрывших соль штока, каменная соль характеризуется различной окраской, разноориентированной в пространстве слоистостью и пропластками пород различного состава.
Строительство подземных резервуаров в каменной соли с повышенным содержанием газа характеризуется более значимым газопроявлением по сравнению с обычными условиями. Проведённые на керновом материале из интервалов заложения подземных резервуаров определения коэффициента скорости массоотдачи вертикальной поверхности каменной соли в воде в условиях естественной конвекции выявило газовыделе-ния, содержащие в основном метан (>99 %).
Максимальное содержание газа при растворении керна соляного штока составило 136,26 мл/кг (13,63 мл/100 г). Образец соли чёрного цвета при массо-переносе под воздействием растворителя разрушается с выделением крупных газовых пузырей под давлением. Массо-перенос происходит значительно быстрее по сравнению с обычными образцами соли и при этом разрушение является основным элементом массопереноса.
При массопереносе в процессе газо-выделения из каменной соли под гидростатическим давлением происходит разрушение ограждающих газ стенок породы в сторону выработки. Процесс разрушения приконтурной зоны при газо-выделении влияет на параметры пограничного слоя и увеличивает значение массопереноса. Величина массопереноса изменяется в зависимости от количества газа и его давления, а также свойств соли.
Рис. 6. Форма и размеры модели подземного резервуара объемом 50 тыс. м3
Закономерности формирования подземного резервуара по принятой технологии строительства исследовались на модели в лабораторных условиях (блок соли размером 100 х 50 х 45 см3). Параметры модельного процесса задавались на основе положений теории подобия. Линейный масштаб равнялся 250. На рисунке 6 представлена конфигурация подземной выработки-модели. Фактическая конфигурация подземного резервуара по результатам локации представлена на рис. 7. Наблюдается идентичность в конфигурации модели и резервуара.
На рассматриваемом соляном штоке с газопроявлениями выявлен фактор более быстрого строительства подземного резервуара по сравнению с расчётными параметрами.
Рис. 7. Вертикальные сечения подземного резервуара 4Т по материалам звуколокации. Сечения:юг-север; х—х запад-восток, М 1:500
По интенсивности газовыделений при растворении соли Лейковского месторождения процесс массоотдачи характеризуется: газовыделением из породных включений, газовыделени-ем из межкристаллического пространства и газовыделением из внут-рикристаллических пустот.
Методом подземного растворения каменной соли через буровые скважины на Лейковском месторождении каменной соли со значительным содержанием газа созданы 10 выработок-емкостей (полезный объем выработок-емкостей по проектному регламенту 50 или 75 тыс. м3).
Рис. 8. Вертикальные сечения подземной выработки на скважине М179-1РЭС
Строительство подземной выработки в пластах каменной соли незначительной мощности при низких температурах с применением рециркуляции растворителя и закачкой строительного рассола в пласт-коллектор для интенсификации добычи нефти
Строительство подземных резервуаров в каменной соли проводится для хранения углеводородного сырья, использования подземных выработок-ёмкостей в качестве технологических аппаратов для промысловой подготовки газа и нефти к транспорту (для сепарации нефтегазоконденсата), интенсификации процесса отбора сырья при закачке строительного рассола в продуктивный нефтяной пласт. Массоперенос в процессе строительства подземных резервуаров в каменной соли с подачей растворителя через скважину слагается из процессов в выработке, процессов при очистке строительного рассола и проникновении рассола при закачке в пласт-коллектор.
Талаканское нефтегазоконденсатное месторождение расположено в западном
(Ботуобинском) промышленном регионе Якутии в 210 км юго-западнее г. Ленска.
Строительство гидровруба вертикального резервуара в каменной соли юрегинской свиты на Талаканском месторождении на начальном этапе предусматривается в соответствии с разработанным в ООО «Подземгазпром» технологическим регламентом на противо-точном режиме с неоднократной рециркуляцией выдаваемого из выработки строительного рассола через резервуар-отстойник на поверхности до получения рассола определённой концентрации (плотности). Целесообразность получения определенной концентрации строительного рассола для закачки в пласт-коллектор на начальных этапах отработки подземного резервуара определяет применение метода вторичного (многократного) использования растворителя с целью насыщения рассола до определённой концентрации (рециркуляция рассола).
При строительстве подземного резервуара применялся жидкий нераство-ритель (нефть).
При рециркуляции плотность растворителя доведена до 1142-1190 кг/м3.
С целью поддержания пластового давления в пласт осинского горизонта в интервал перфорации 1063-1078 м и 1084-1101 м периодически закачивался рассол (плотность рассола 1148-1151 кг/м3, температура - 7^8 °С). При 7 закачках рассола суммарным объемом 1178 м со средней производительностью 17,5 м /ч средний коэффициент
1. Малюков В.П. Экспериментальные исследования параметров массоотдачи при растворении каменной соли из интервала заложения ПХГ. Международная конференция по подземному хранению газа. М, Секция С.Ч.1, 1995, с. 142-145.
2. Kazaryan V.A., Pozdnyakov A.G., Ma-lyukov V.P. Blanketless Solution Mining of Salt Caverns. Spring SMRI (Solution Mining Research Institute) Conference. 29 April - 2 May 2007. Basel, Switzerland. p. 21-32.
3. Kazaryan V.A., Pozdnyakov A.G., Ma-lyukov V.P. The Use of Solvent Recirculation at Target Cavern I, Leaching for Horizontal Cavity Creation and Quality Brine Output. Spring SMRI
приемистости скважины № 827 по рассолу составил 82,9 м3/сутки МПа.
По результатам звуколокации определена фактическая форма подземной выработки-мишени (рисунок 8) при объеме выработки 7600 м3.
Рассмотрен опыт строительства подземных хранилищ в каменной соли в нетрадиционных условиях, выполненные впервые в отечественной или мировой практики.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Conference. 29 April - 2 May 2007. Basel, Switzerland. p. 155-164.
4. Малюков В.П., Казарян В.А. Физикотехнические процессы при строительстве подземных хранилищ каменной соли. Международная конференция. ПХГ: надежность и эффективность. 11-13 октября 2006 г. ООО “ВНИИГАЗ”, ОАО Газпром. М., 2007 т. 2, с. 32-49
5. Казарян В.А., Поздняков А.Г., Малю-
ков В.П. Массоперенос при создании выработок-емкостей в каменной соли с газопроявлениями. Горный Информационно-
аналитический бюллетень. М.: №4, 2008. с. 263-268. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------
Малюков Валерий Павлович - кандидат технических наук, доцент, Российский университет дружбы народов, V.Malyukov@mail.ru,
Поздняков Анатолий Григорьевич - кандидат технических наук, главный специалист. Под-земгазпром.
АФОРИЗМЫ «ГОРНОЙ КНИГИ» _____________________________
С помощью редактора исправляются даже безнадежные рукописи.
