Подземные хранилища нефти и нефтепродуктов

Подземные хранилища нефти и нефтепродуктов сооружа­ют в различных естественных искусственных емкостях (гор­ных выработках). Подземное хранение основано на неизме­няемости химического состава нефти и нефтепродуктов при прямом контакте с горными породами и на возможности уравновешивания избыточного давления их паров давлением лежащих над емкостью горных пород. Подземные хранилища предназначаются главным образом для хранения больших запасов нефти и нефтепродуктов в целях обеспечения их максимального сезонного потребления. Хранилища этого типа наиболее экономичны и требуют значительно меньшей пло­щади застройки по сравнению с наземными резервуарными парками [35].

Рис. 6.10. Подземная емкость в пласте каменной соли, размываемая цирку­ляционным методом:

/ — пласт каменной соли; 2 — рассолоподъемная (рабочая) колонна труб; 3 — водоподающая (рабочая) колонна труб;

4 — оголовок скважины; 5 — цемен­тный камень; б — колонна обсадных труб; 7 — защитный экран; 8 — размываемая камера; 9 — проектный контур емкости

Выбор типа хранилища зависит от геологической характе­ристики пластов, географического месторасположения и ком­плекса эксплуатационных показателей, учитываемых при тех­нико-экономических расчетах.

Существует несколько типов подземных хранилищ нефте­продуктов в зависимости от схемы устройства и способа их сооружения. К основным типам относятся:

1) хранилища в отложениях каменной соли;

2) шахтные хранилища;

3) ледогрунтовые хранилища;

4) хранилища, создаваемые в естественных и искусствен­ных выработках;

5) хранилища, сооружаемые специальными методами.

Наибольшее распространение получили хранилища, со­здаваемые в отложениях каменной соли, так как в большин­стве случаев они являются наиболее экономичными, а мес­торождения каменной соли широко распространены на тер­ритории России.

Подземные хранилища в отложениях каменной соли со­оружают путем размыва (выщелачивания) полостей в толще соли через буровые скважины. Размыв каменной соли осуществляют двумя основными способами — циркуляционным и струйным. Циркуляционный метод представлен на рис. 6.10. Он заключается в том, что размыв производится путем закач­ки пресной воды по одной колонне труб с выдавливанием рассола по другой. С этой целью скважина оборудуется тре­мя колоннами труб. В водоподающую колонну труб поступа­ет вода, которая, растворяя каменную соль, превращается в рассол; последний вследствие повышенной плотности опуска­ется в нижнюю часть камеры. По мере поступления новых порций свежей воды давление в камере повышается и рассол вытесняется на поверхность по рассолоподъемной колонне труб. Отмытую до проектной размеров верхнюю часть под­земной камеры предохраняют от дальнейшего растворения путем снижения уровня нерастворителя, вводимого по обсад­ной колонне труб. Нерастворителем называют жидкость, ко­торая легче воды, или газ, не входящий в химические соеди­нения с каменной солью, рассолом и водой. В качестве нера­створителя обычно используются нефтепродукты, для хране­ния которых размывается емкость, или воздух.

Каменная соль легко растворяется в пресной воде. В 1 м³ воды при 20°С может раствориться до 385 кг соли. Для образования 1 м³ емкости требуется 6 — 7 м³ воды.

Рис. 6.11. Подземная емкость в пласте камен­ной соли, размываемая струйным методом: 1— ороситель с насад­ками; 2 — проектный контур емкости; 3 — по­гружной электронасос для откачки рассола

В процессе эксплуатации нефть или нефтепродукт отбира­ют замещением (выдавливанием) его рассолом, который по­дают по колонне для рассола вниз камеры под нефтепродук­том (или нефть) из специального рассолохранилища, а при заполнении, наоборот, замещают рассол нефтепродуктом (или нефтью). Объем рассолохранилищ принимают равным объе­му хранилища. Минимальную глубину залегания подземных емкостей определяют, исходя из геологических условий, фи­зических свойств нефти или нефтепродуктов (сжиженных газов), упругости их паров. Так, учитывая, что 0,1 МПа рабо­чего давления в емкости уравновешивается давлением толщи пород (над емкостью) мощностью не менее 6 м, заглубление хранилища для сжиженного бутана принимают не менее 40 — 60 м, а для сжиженного пропана — 80— 100 м.

Описанная выше схема размыва емкостей называется выщелачиванием по методу снизу вверх. Применяют также методы выщелачивания сверху вниз, т. е. когда размыв емкости начинают сверху, и комбинированный, когда раз­мыв осуществляют одновременно обоими методами, т.е. емкость формируют навстречу друг другу: нижнюю часть размывают в восходящем направлении, а верхнюю часть — в нисходящем.

Наиболее распространенный водоструйный метод размыва (рис. 6.11) заключается в том, что размыв производится стру­ями воды, разбрызгиваемыми при атмосферном или повы­шенном давлении в емкости специальным оросителем. При этом рассол откачивается из зумпфа размываемой камеры погружным насосом или выдавливается сжатым воздухом (или газом). Ороситель с насадками, размещаемый на водоподающей трубе, медленно вращается под напором воды, а также может перемещаться по высоте емкости.

В отдельных случаях применяют систему размывающих насадок по высоте водоподающей колонны труб. Струйный метод, обычно используемый при сооружении емкостей в твердых отложениях каменной соли на глубине не более 300 — 400 м, отличается высокой производительностью.

Определение глубины залегания и мощности соляного пла­ста, качества каменной соли, необходимых для выбора метода размыва, осуществляется геофизическими методами и разве­дочным бурением. Размеры емкости в процессе выщелачива­ния постоянно контролируются путем определения значений концентраций и количества выдавливаемого рассола. Готовые подземные камеры обмеряют методом ультразвуковой лока­ции с помощью гидролокатора, основанного на регистрации посылаемых импульсов от глубинного вибратора до стенок емкости и обратно. Зная время и скорость распространения звуковых волн в рассоле, определяют расстояние и за каждый оборот прочерчивают контур сечения на определенной глуби­не. Хранение нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов в подземных хранилищах происходит при постоянной темпера­туре и под давлением столба рассола в рассольной колонне, что обеспечивает их качественную сохранность.

Рис. 6.12. Схема эксплуатации подземного хранилища в соляном пласте: 1 — железобетонная эстакада; 2 — компрессор; 3 — насосы для перекач­ки нефтепродукта; 4 — установка для осушки газа; 5 — конденсатор; 6 — сборник конденсата; 7 — насосы для перекачки рассола; 8 — хранилище рассола; 9 — подземная емкость; / — трубопровод жидкой фазы; II — трубопровод паровой фазы; III — трубопровод для залива рассола; IV — задвижка, вентиль, кран

На рис. 6.12 показана схема эксплуатации подземного хра­нилища для сжиженного газа (или нефтепродукта) в соляном пласте. Из железнодорожных цистерн эстакады 1 сжижен­ный газ (пропан) перекачивается в хранилище 9 при помощи насосов 3, вытесняя из нее рассол в рассолохранилище 8, После слива жидкой фазы железнодорожные цистерны осво­бождаются от паров при помощи компрессора 2, подающего газ в конденсатор 5. В сборнике 6 газ сжимается до получе­ния конденсата. Из сборника сжиженный газ периодически откачивается в подземную емкость 9. Обратный процесс, т. е. выдача газа из хранилища, производится путем выдавливания его рассолом, забираемым при помощи насосов 7 из рассолохранилища 8. После насосов сжиженный газ подается в железнодорожные цистерны, а при необходимости предвари­тельно пропускается через установку осушки 4.

Рис. 6.13. Схемы подземных емкостей шахтного типа: а, б — емкости для одного и нескольких продуктов соответственно; 1 — ствол; 2 — емкость; 3 — непроницаемая горная порода; 4 — насосная камера; 5 — зумпф; б — нефтепродукт; 7 — герметичная перемычка; 8 — коллекторные выработки

Шахтные хранилища представляют собой систему горных выработок, связанных с поверхностью вертикальными ство­лами (рис. 6.13). Такие хранилища обычно сооружают в горных выработках, сложенных непроницаемыми и хими­чески нейтральными к хранимым нефтепродуктам (нефти), породами, которые не изменяют своей прочности в процес­се длительного контакта с ними. К таким породам, напри­мер, относятся гипс, доломит, известняк, ангидрит, каменная соль, мергели, глинистые сланцы, гранит и др. Подзем­ные хранилища сооружают в виде выработок камерного типа (штолен) сводчатой или прямоугольной формы и с устройством вскрывающих вертикальных стволов, сечение которых принимается с учетом размещения горнопроход­ческого оборудования на время строительных работ и тех­нологического — на период эксплуатации. Для герметиза­ции хранилищ во вскрывающих или подходных выработках возводятся специальные перемычки. Глубина заложения выработок-хранилищ определяется глубиной залегания плас­та непроницаемых пород. Оптимальная глубина заложения выработок-хранилищ составляет 20 — 40 м для нефти и неф­тепродуктов и 80— 100 м для сжиженного газа. Подземные газонефтехранилища объемом 100 000 — 300 000 м³ можно строить на глубине 200 — 300 м.

Кроме указанных типов хранилищ в соляных пластах ма­лой мощности толщиной 10 — 20 м сооружаются емкости галерейного типа, для чего наклонную скважину бурят па­раллельно простиранию пласта. Выщелачивание в этом слу­чае достигается нагнетанием воды вдоль пласта, причем ка­меры получают форму, вытянутую вдоль пласта. Известны также отдельные хранилища для нефти, созданные в соля­ных куполах под морским дном. Для хранения сжиженных газов в небольших количествах применяют подземные вер­тикальные хранилища, облицованные железобетонной обо­лочкой. Так как подземные хранилища нефти, нефтепродук­тов и газа — экономически выгодный и наиболее перспек­тивный вид хранения, они с каждым годом получают все большее применение.

Хранилища специального типа включают: ледогрунтовые хранилища; хранилища, создаваемые в естественных и искус­ственных выработках; хранилища, сооружаемые взрывными методами.

Ледогрунтовые хранилища сооружают в северных районах страны (в зоне распространения многолетнемерзлых пород), где требуется создавать большие запасы нефтепродуктов, до­ставляемых в летнее время. Такие хранилища устраивают в виде траншей в многолетнемерзлом грунте, которые имеют специально намороженное ледяное покрытие сводчатой фор­мы, покрытое сверху теплоизоляционным слоем (для поддер­жания в хранилище температуры не выше —3 °С). Дно и борта траншеи также облицовывают льдом. Лед на стенки хранилища наносят намораживанием ледяного слоя путем послойного нанесения воды на охлажденные поверхности или выкладыванием ледяных блоков. Необходимое оборудование для закачки и выкачки нефтепродуктов устанавливают в спе­циальном колодце. Температура закачиваемого нефтепродук­та должна быть не выше О °С, что в необходимых случаях обеспечивается специальной холодильной установкой.

Хранилища в выработках сооружают в естественных и искусственно создаваемых выемках в виде отработанных соляных шахт, копей, а также в виде различных выработок и карьеров. В этом случае достигается существенная эконо­мия за счет сведения к минимуму выполнение земляных и горных работ. Выработки используются путем установки в них резервуаров или специальной облицовкой их внутрен­ней поверхности. Выемки в отдельных случаях используют­ся для наполнения их водой с последующей установкой в них резервуаров подводного типа. Хранилища, сооружае­мые взрывным методом, весьма перспективны. Для образо­вания подземной полости на определенную глубину бурят скважину, в основание которой закладывается заряд. В ре­зультате камуфлетного взрыва образуется полость сферои­дальной формы с уплотненными стенками. Такие хранили­ща наиболее целесообразно создавать в пластах пластичес­кой глины и суглинков, которые обладают необратимыми пластическими деформациями под действием больших дав­лений, возникающих при взрыве.

ГЛАВА 7