шахтное подземное хранилище в многолетне-мерзлых породах

Формула изобретения

1. Шахтное подземное хранилище в многолетне-мерзлых породах, содержащее основную тоннельную выработку, наклонную выработку для проходки тоннельной выработки, эксплуатационную и технологическую скважины, отличающееся тем, что основная тоннельная выработка выполнена с подъемом в сторону технологической скважины, а эксплуатационная скважина пробурена в нижнюю часть тоннельной выработки, при этом в эксплуатационной скважине размещены трубопроводы для приема и отбора продукта хранения.

2. Шахтное подземное хранилище в многолетне-мерзлых породах по п.1, отличающееся тем, что угол наклона основной тоннельной выработки не превышает величины, при которой абсолютная отметка почвы основной тоннельной выработки в зоне размещения технологической скважины не превышает абсолютной отметки ее кровли в зоне расположения эксплуатационной скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области подземного хранения в многолетне-мерзлых породах нефти, газового конденсата и продуктов их переработки и может быть использовано в газовой, нефтедобывающей и нефтехимической промышленности.

Известно подземное хранилище шахтного типа в многолетне-мерзлых породах, состоящее из основной горизонтальной тоннельной выработки, технологической и эксплуатационной скважин, расположенных на противоположных концах тоннельной выработки [1].

Недостаток данного подземного хранилища заключается в том, что при его заполнении у кровли основной тоннельной выработки может оставаться воздух, уменьшающий полезный объем хранилища и препятствующий намораживанию ледяной облицовки.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является шахтное подземное хранилище в многолетне-мерзлых породах, содержащее основную тоннельную выработку, наклонную выработку для проходки основной тоннельной выработки, эксплуатационную и технологическую скважины [2]. Это техническое решение взято нами в качестве прототипа.

Недостаток данного подземного хранилища выражается в том, что при его заполнении через эксплуатационную приемную скважину, в особенности жидким продуктом с положительной температурой, на дне подземного хранилища будут происходить эрозионные процессы с размывом почвы основной тоннельной выработки и выносом грунта в зумпф эксплуатационной скважины отбора продукта, что неизбежно приведет к выходу из строя погружного насоса.

Решаемая задача заключается в повышении эффективности эксплуатации шахтного подземного хранилища в многолетне-мерзлых породах.

В результате этого достигаются следующие преимущества предлагаемого сооружения:

- эффективное перемешивание более теплого продукта, подаваемого в подземное хранилище, с содержащимся в нем холодным продуктом;

- предотвращение эрозионного размыва почвы основной тоннельной выработки;

- снижение теплового воздействия хранимого продукта на стенки основной тоннельной выработки, в особенности на кровлю, наиболее подверженную разрушению в контакте с более теплым продуктом.

Это достигается тем, что в шахтном подземном хранилище в многолетне-мерзлых породах, содержащем основную тоннельную выработку, наклонную выработку для проходки основной тоннельной выработки, эксплуатационную и технологическую скважины, основная тоннельная выработка выполнена с подъемом в сторону технологической скважины, а эксплуатационная скважина пробурена в нижнюю часть тоннельной выработки, при этом в эксплуатационной скважине размещены трубопроводы для приема и отбора продукта хранения. Угол наклона основной тоннельной выработки не превышает величины, при которой абсолютная отметка почвы основной тоннельной выработки в зоне размещения технологической скважины не превышает абсолютной отметки ее кровли в зоне расположения эксплуатационной скважины.

Выполнение тоннельной выработки с уклоном в сторону эксплуатационной скважины исключает эрозионный размыв почвы выработки и снос минеральных частиц в зумпф и, следовательно, повышает надежность работы и срок эксплуатации погружного насоса.

Размещение технологической скважины на участке с максимальной абсолютной отметкой исключает образование воздушных пустот в кровле выработки при приеме продукта хранения и обеспечивает ее полное заполнение.

Размещение труб для приема и отбора продукта хранения в одной эксплуатационной скважине, расположенной на участке с минимальной абсолютной отметкой почвы основной тоннельной выработки, обеспечивает постоянное перемешивание принимаемого продукта хранения за счет естественной конвекции более теплого продукта, поднимающегося от самого нижнего уровня тоннельной выработки к верхнему охлажденному слою, снижая тем самым тепловое воздействие на вмещающие мерзлые породы.

Кроме того, заданный угол наклона основной тоннельной выработки позволяет получить максимальную площадь охлаждения поверхности продукта при минимальной мощности его верхнего охлаждаемого слоя. Этот процесс происходит до того момента, когда общий уровень продукта в хранилище достигнет кровли основной тоннельной выработки.

Таким образом, совокупность вышеперечисленных признаков обеспечивает повышение эффективности эксплуатации шахтного подземного хранилища в многолетне-мерзлых породах.

На фиг.1 показан вертикальный разрез шахтного подземного хранилища в многолетне-мерзлых породах при частичном заполнении его жидким продуктом, а на фиг.2 - при его полном заполнении.

Шахтное подземное хранилище в многолетне-мерзлых породах 1 состоит из основной тоннельной выработки 2, наклонной выработки 3, эксплуатационной 4 и технологической 5 скважин. Основная тоннельная выработка 2 выполнена с подъемом в сторону технологической скважины 5, при этом угол ее наклона не превышает величины, при которой абсолютная отметка почвы 6 тоннельной выработки 2 в зоне размещения технологической скважины 5 не превышает абсолютной отметки ее кровли 7 в зоне расположения эксплуатационной скважины 4. В эксплуатационной скважине 4 размещены труба 8 для приема продукта хранения и труба 9 для его отбора, в которой установлен погружной насос 10. В почве 6 тоннельной выработки 2 на участке размещения эксплуатационной скважины 4 выполнен зумпф 11. Технологическая скважина 5 оборудована дыхательным клапаном 12, через который происходит вытеснение воздуха из шахтного хранилища при его заполнении продуктом хранения 13. По окончании строительства наклонную выработку 3 с поверхности герметизируют послойно намораживаемым водопесчаным раствором 14.

Работа шахтного подземного хранилища в многолетне-мерзлых породах осуществляется следующим образом.

Для заполнения основной тоннельной выработки 2 шахтного подземного хранилища в многолетне-мерзлых породах по трубе 8 эксплуатационной скважины 4 подают жидкий продукт 13, например стабильный газовый конденсат, температура застывания которого ниже температуры вмещающих многолетне-мерзлых пород 1. Уровень продукта 13 при заполнении основной тоннельной выработки 2 постепенно повышается снизу вверх с одновременным вытеснением воздуха в атмосферу через дыхательный клапан 12 технологической скважины 5. Если основная тоннельная выработка 2 заполняется в летний период и температура продукта 13 превышает температуру вмещающих многолетне-мерзлых пород 1, в основной тоннельной выработке 2 заранее резервируется часть содержащегося в ней холодного продукта 13. При этом более теплый продукт, подаваемый по трубе 8 скважины 4, эффективно смешивается с холодным продуктом 13 за счет естественной конвекции, возникающей при всплытии более теплой жидкости.

Благодаря тому что основная тоннельная выработка 2 выполнена с подъемом в сторону технологической скважины 5, она наполняется продуктом хранения 13 равномерно заполняя весь объем выработки без образования воздушных пустот под кровлей 7. Размещение трубы для приема продукта хранения на участке с минимальной абсолютной отметкой почвы 6 основной тоннельной выработки 2 исключает термоэрозионный размыв почвы выработки и снос грунтовых частиц в зумпф 11 эксплуатационной скважины 4.

Так как абсолютная отметка почвы 6 основной тоннельной выработки 2 вблизи технологической скважины 5 не превышает абсолютной отметки ее кровли 7 на участке размещения эксплуатационной скважины 4, верхний уровень продукта хранения 13, пока не приблизится к технологической скважине 5, не достигает уровня кровли 7 основной тоннельной выработки 2 вблизи эксплуатационной скважины 4 (фиг.1). При этом воздух, находящийся над поверхностью закачиваемого продукта 13, будет выполнять роль теплоизолирующего слоя между верхним слоем продукта хранения 13 и кровлей 7 тоннельной выработки 2. По такой схеме будет происходить прием продукта хранения 13 до полного заполнения основной тоннельной выработки 2 (фиг 2). По окончании срока хранения продукта 13 последний откачивается потребителю погружным насосом 10 по трубе 9, установленной в эксплуатационной скважине 4.

Таким образом, повышение эффективности эксплуатации подземного хранилища в многолетне-мерзлых породах достигается:

- снижением тепловых нагрузок на многолетне-мерзлые породы, вмещающие основную тоннельную выработку, что повышает ее длительную устойчивость и сроки эксплуатации подземного хранилища;

- исключением развития термоэрозионных процессов и сноса грунтовых частиц в зумпф эксплуатационной скважины в почве основной тоннельной выработки при ее заполнении продуктом хранения, что повышает надежность работы погружного насоса и срока его эксплуатации;

- максимальным увеличением полезного объема основной тоннельной выработки за счет выполнения ее кровли с подъемом в сторону технологической скважины, расположенной на участке основной тоннельной выработки, противоположном участку размещения эксплуатационной скважины.

Примером конкретного шахтного подземного хранилища в многолетне-мерзлых породах может служить проектируемое подземное хранилище стабильного газового конденсата в объеме 75 тыс. м³ на Ямбургском газоконденсатном месторождении. Подземное хранилище состоит из основной тоннельной выработки, наклонной выработки для проходки основной тоннельной выработки, эксплуатационной и технологической скважин. Наклонная выработка сечением 14 м ² пройдена в многолетне-мерзлых породах до глубины 16 метров под углом 16° к горизонту. На глубине заложения основной тоннельной выработки температура многолетних пород изменяется от минус 3,5°С до минус 4,0°С. Основная тоннельная выработка сечением 16,4 м² имеет длину 320 метров. Абсолютная отметка поверхности почвы основной тоннельной выработки в районе технологической скважины на 2,5 м ниже абсолютной отметки кровли выработки на участке размещения эксплуатационной скважины. Эксплуатационная скважина оборудована трубой для заполнения основной тоннельной выработки продуктом хранения и трубой для его отбора, в которой смонтирован погружной насос. Срок службы шахтного подземного хранилища составляет 50 лет за счет обеспечения условий сохранения многолетне-мерзлых пород при естественной отрицательной температуре.

Заполнение подземного хранилища газовым конденсатом осуществляется в осенне-зимний период, при этом температура конденсата не должна превышать температуры вмещающих многолетне-мерзлых пород. Отбор продукта потребителю происходит в конце лета в период навигации.

Источники информации

1. Смирнов В.И. Строительство подземных газонефтехранилищ. М., Газоил пресс, 2000, с.75.

2. Смирнов В.И. Строительство подземных газонефтехранилищ. М., Газоил пресс, 2000, с.16 (прототип).