способ эксплуатации подземных хранилищ газов в отложениях растворимых пород
Классы МПК: | B65G5/00 Хранение жидкостей в естественных /природных/ или искусственных впадинах или скважинах в земле |
Автор(ы): | Богданов Ю.М., Игошин А.И., Смирнов В.И., Шустров В.П., Лапицкий А.А. |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Подземгазпром" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-12-27 публикация патента:
27.08.2003 |
Изобретение относится к эксплуатации подземных хранилищ, созданных в устойчивых породах, например в отложениях растворимых солей, и может быть использовано при хранении природных и промышленных газов. Задачей изобретения является повышение эффективности эксплуатации подземных хранилищ газов за счет снижения влажности отбираемого из хранилищ газа. Задача решается с использованием известного способа эксплуатации подземных хранилищ газов, создаваемых в растворимых породах, предусматривающего закачку и отбор хранимого продукта вытеснением рассола, хранение и отбор газа путем понижения давления в продуктовом пространстве резервуара. Новизна изобретения заключается в связывании остаточного рассола в донной части подземного хранилища посредством полимеризующейся смеси и образовании твердой фазы во всем объеме остаточного рассола. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ эксплуатации подземных хранилищ газов в отложениях растворимых пород, включающий закачку газа в подземный резервуар при одновременном вытеснении из него рассола, хранение и отбор газа путем понижения давления в продуктовом пространстве подземного резервуара, отличающийся тем, что после вытеснения рассола в донную часть резервуара под давлением производят закачку состава связующего, создающего твердую фазу в объеме остаточного рассола. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вытеснение рассола из подземного резервуара производят до достижения минимального объема остаточного рассола в донной части. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве состава связующего используют полимеризующуюся смесь, в частности нефелиновый концентрат, обработанный разбавленной серной кислотой. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем закачиваемого в подземный резервуар состава связующего не меньше объема остаточного рассола в донной части. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что для обработки связующего, нефелинового концентрата используют серную кислоту, разбавленную рассолом, в частности, концентрированным раствором хлорида натрия, вытесненным из подземного резервуара.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к эксплуатации подземных резервуаров, созданных в устойчивых породах, например в отложениях растворимых солей, и может быть использовано для хранения природных и промышленных газов в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Известен способ эксплуатации подземных резервуаров, созданных в каменной соли [1, 2], в которых хранится природный газ под давлением с использованием разделительного слоя между газом и рассолом. В качестве разделительного слоя используют стирол с циклогексанонпероксидом и кобальтовым катализатором [1]. Толщина разделительного слоя составляет 10 мм. Применение разделительного слоя между газом и рассолом [2] полностью не исключило попадания влаги в хранимый газ, но в значительной мере снизило увлажнение газа во времени при его хранении. Содержание влаги при давлениях 1,5-2,0 МПа в подземных резервуарах с разделительным слоем примерно на 40% ниже, чем в резервуарах без разделительного слоя. Способ [2] является наиболее близким к предлагаемому. Он осуществляется путем закачки газа в подземный резервуар с одновременным вытеснением из него рассола хранимым газом. После удаления рассола из подземного резервуара в него закачивают по рассольной колонне труб стирол с добавкой 0,5 мас.% циклогексанонпероксида и 2 мас.% кобальтового катализатора. Рассольная колонна после закачки может быть удалена, закачиваемый состав полимеризуется в течение 35 дней с образованием на поверхности рассола эластичного слоя, препятствующего проникновению паров воды в хранимый газ. После хранения газ отбирают по "сухой" схеме путем понижения давления в продуктовом пространстве подземного резервуара. Недостатком известного способа является то, что он не позволяет избавиться от остаточного рассола в подземном резервуаре. Наличие эластичного разделительного слоя между рассолом и хранимым газом не гарантирует полного исключения увлажнения его парами влаги, особенно при изменении напряженно-деформированного состояния подземного резервуара. В процессе разработки предлагаемого способа решалась задача повышения эффективности эксплуатации подземных резервуаров за счет снижения влажности отбираемого газа. При этом сокращаются или полностью исключаются установки осушки газа и метанольного оборудования в наземном комплексе подземных хранилищ газа. В частности, экономическая оценка предлагаемого технического решения для подземного хранилища объемом 800 млн. м3 активного газа, включающего 14 подземных резервуаров, расположенных в интервале 8701000 м (Рмах=16 МПа; Pmin= 4,9 МПа), показывает, что при сокращении мощности узла осушки только наполовину затраты снижаются примерно на 5 млн. рублей без учета сокращения эксплуатационных расходов. Решение указанной задачи осуществляется при использовании способа эксплуатации подземных хранилищ газов в отложениях растворимых пород, предусматривающего закачку газа в подземный резервуар с одновременным вытеснением из него рассола, хранение и отбор газа путем понижения давления в продуктовом пространстве подземного резервуара. Согласно предлагаемому способу после вытеснения рассола производят закачку под давлением в донную часть резервуара состава связующего, создающего твердую фазу во всем объеме остаточного рассола. Отличие способа выражается также в вытеснении рассола из подземного резервуара до достижения минимального объема остаточного рассола в его донной части. Другое отличие способа заключается также в том, что в качестве состава связующего используют полимеризующуюся смесь, в частности нефелиновый концентрат, обработанный разбавленной серной кислотой. Отличительным признаком способа является и то, что объем закачиваемого в подземный резервуар связующего состава не ниже объема остаточного рассола в донной части. Другим отличием способа является также то, что для обработки связующего, нефелинового концентрата, используют серную кислоту, разбавленную рассолом, в частности, концентрированным раствором хлорида натрия, вытесненным из подземного резервуара. Количество остаточного рассола в подземном резервуаре после заполнения его хранимым газом пропорционально сказывается на влагосодержании газа, поэтому в отечественной и зарубежной практике разработаны различные технические приемы и средства, направленные на сокращение объема остаточного рассола. Оптимальным вариантом служит предлагаемое техническое решение, которое позволяет практически полностью освободить донную часть подземного резервуара от остатков свободного рассола. В предлагаемом способе эксплуатации подземных хранилищ газов вместо различных разделительных экранов впервые предлагается связать свободный рассол в донной части, превратив его в твердую фазу с использованием связующего состава. В частности, в качестве основного компонента связующего состава предложено использовать нефелиновый концентрат ТУ 2111-28-0020039-38-93, представляющий собой порошкообразное вещество, классифицированное по классу 0,5 мм [3]. Состав нефелинового концентрата содержит до 45% диоксида кремния, до 30% триоксида алюминия, оксиды калия, натрия, железа, кальция, магния, марганца (суммарно до 28%), диоксид титана, пентаоксид фосфора, воду до 1,52,0%. Для обработки нефелинового концентрата используют серную кислоту по ГОСТ 4204-77. Предлагаемый способ эксплуатации поясняется чертежом, на котором изображен подземный резервуар 1, созданный геотехнологическим способом в залежах каменной соли. В подземный резервуар 1 спущена снабженная насадками 2 рассольная колонна 3 труб. Соосно с ней установлена эксплуатационная колонна 4 труб с межколонным пакером 5, размещенным между эксплуатационной 4 и основной обсадной 6 колоннами труб. Внутри эксплуатационной колонны труб 4 установлены ингибиторный клапан 7 и клапан-отсекатель 8. Подводящие и отводящие трубопроводы на устье скважины снабжены запорными устройствами 9, 10 и 11. Пространство между обсадной 6 и эксплуатационной 4 колоннами труб заполнено защитной жидкостью 12. Полость подземного резервуара 1 заполнена хранимым газом 13. Через концевик 14 рассольной колонны 3 труб рассол из подземного резервуара 1 подают на дневную поверхность, после чего в донной части резервуара 1 будет содержаться остаточный рассол 15 и нерастворимые включения 16. Эксплуатация подземного хранилища газов в соответствии с предлагаемым способом осуществляется следующим образом. Подземный резервуар 1, созданный растворением каменной соли, сообщают с дневной поверхностью скважиной, оснащенной рассольной колонной 3 с насадками 2, расположенными в нижней ее части, эксплуатационной 4 и основной обсадной 6 колоннами труб. Основная обсадная колонна труб 6 зацементирована до устья скважины. Между эксплуатационной 4 и основной обсадной 6 колоннами труб устанавливают межколонный гидравлический съемный пакер 5, предназначенный для разобщения газового пространства подземного резервуара 1 от межколонного пространства. С целью предотвращения забивки живых сечений трубопроводов при выдаче хранимого газа 13 устанавливают ингибиторный клапан 7. Для исключения аварийных выбросов газа на дневную поверхность в скважине устанавливают клапаны-отсекатели 8. Управление расходом и направлением потоков рассола, газа 13 и защитной жидкости 12 служат соответственно запорные устройства 9, 10 и 11. Для защиты основной обсадной колонны труб 6 от коррозии и колебаний температуры и давлений в процессе эксплуатации межтрубье колонн 4 и 6 заполняют защитной жидкостью 12, например зимним дизельным топливом. После создания подземного резервуара 1 растворением каменной соли производят локационные замеры его конфигурации и объема, осуществляют испытания на герметичность, затем закачивают газ 13 с одновременным вытеснением рассола. Отбираемый рассол из подземного резервуара 1 тщательно замеряют с целью уточнения геометрического объема последнего. Отбор рассола из подземного резервуара 1 осуществляют до предельно минимального его остатка в донной части посредством хвостовика 14 в нижней части рассольной 3 колонны труб. Вытеснение рассола осуществляют до момента появления газа 13 в рассольной колонне 3 на устье скважины. Количество остаточного рассола 15 ("мертвый" объем) определяют по результатам локации донной части подземного резервуара 1 с учетом нерастворимых включений 16 и по положению рассольной колонны труб 3. После завершения операции вытеснения рассола из подземного резервуара 1 сжатым 13 газом приступают к приготовлению состава связующего в цементировочном агрегате. В частности, в качестве такого связующего используют нефелиновый золь, получаемый путем разложения нефелинового концентрата разбавленной серной кислотой, которая не вызывает образования токсичных летучих веществ. В качестве разбавителя серной кислоты применяют рассол, в частности концентрированный раствор хлорида натрия. Приготовление нефелинового золя с использованием концентрированного раствора хлорида натрия позволяет избежать дополнительного подрастворения подземного резервуара 1. При незначительном объеме остаточного рассола 15 в его донной части допускается использование в качестве разбавителя серной кислоты для обработки нефелинового золя пресной воды. Приготовленный состав связующего закачивают цементировочным агрегатом под давлением в подземный резервуар 1 по рассольной колонне 3 труб. Выведение состава связующего из рассольной колонны 3 труб производят таким образом, чтобы он растекался по всей поверхности границы раздела газ - рассол, используя при этом специальные насадки 2 рассольной колонны 3. Поскольку удельный вес состава связующего больше удельного веса рассола, он свободно проникает в рассол, образуя гелеобразную массу, которая с течением времени за счет высаливания переходит в твердую фазу, исключающую попадание влаги из донной части подземного резервуара 1 в хранимый газ 13. Так как состав связующего имеет начальную вязкость, близкую к вязкости насыщенного рассола, после закачки его в подземный резервуар 1 остатки связующего, находящегося выше башмака рассольной колонны 3 и в самой рассольной колонне 3 труб, удаляют на дневную поверхность посредством энергии сжатого газа 13, хранимого в подземном резервуаре 1. Рассольную колонну 3, как правило, извлекают на поверхность земли или оставляют в подземном резервуаре 1. После этого осуществляют хранение газа 13 в подземном резервуаре 1 в условиях полной изоляции проникновения влаги в него и отсутствия остаточного рассола 15 в донной части. Последующий отбор газа 13 из подземного резервуара 1 после хранения производят путем понижения давления в продуктовом пространстве резервуара 1 до величины давления буферного газа. С увеличением оборачиваемости подземного хранилища эффективность процесса осушки газа 13, хранимого в подземных резервуарах 1, повышается. Пример 1. Предлагаемый способ эксплуатации подземного хранилища природного газа осуществляют аналогично вышеописанному. При этом в подземное хранилище объемом 800 млн. м3, включающее 15 подземных резервуаров 1 с единичным объемом 280 тыс. м3 и глубиной заложения 1350-1450 м, закачивают природный газ 13. Технологические скважины для сооружения и обслуживания 15 подземных резервуаров 1 создают размерами 114х 178х 245 мм. Максимальные и минимальные давления в подземных резервуарах 1 соответственно составляют 21 МПа и 5,9 МПа. Суточная производительность закачки газа - 3,37,5 млн.м3. Производительность отбора газа из одной скважины в зависимости от давления в ней составляет 38 млн.м3 в сутки. Экспериментальные данные показали, что примерно через 45 суток в донной части подземного резервуара образуется твердая фаза в объеме остаточного рассола, и процесс увлажнения хранимого газа после этого будет отсутствовать. При хранении же газа с разделительным слоем в подземном резервуаре процесс его увлажнения не удается исключить полностью, содержание влаги в газе удается лишь понизить на 40%. Кроме того, за счет полимеризации смеси объем образовавшейся твердой фазы примерно на 18% меньше суммарного объема смеси и остаточного рассола. Следовательно, на такую же величину увеличивается полезный объем подземного резервуара. Источники информации1. Wedel, Volkmar, Hoffmann, Jngrid. Verfahren zur Gasdichten (Wasserdampfdichten) Abdeckung von Flussigkeiten und Feststoffen. Метод изоляции рассола и нерастворимых включений в подземной емкости. Патент ГДР 104951, В 65 G, 5/00: В 65 D, 87/50, 1974. 2. H. J. Kretzschmar, K.-E. Holst und M. Klafki. Sol-und Betriebstechnologie des Gaskavernenspeichers Bernburg. GWF-GAS/Erdgas 126, H. 9, 1985. 3. Коновалов Е.А., Ноздря В.И. и др. Гидроизоляционные составы для борьбы с осложнениями в скважинах. - Газовая промышленность, 12, 1998, с. 28-30.
Класс B65G5/00 Хранение жидкостей в естественных /природных/ или искусственных впадинах или скважинах в земле