Способ создания подземной емкости в соляных породах

Способ создания подземной емкости в соляных породах

Реферат

 

Изобретение относится к созданию подземных резервуаров и м. б. использовано для строительства подземных емкостей в каменной соли с одновременной добычей соли. Цель - сокращение времени создания сухой подземной емкости. В массиве солесодержащих пород бурят и обсаживают скважину. В нее спускают подающую колонну с насадкой для подачи на забой пара и удаления шлама из создаваемой камеры и подъемную колонну. Вначале по подающей колонне под давлением 50 - 90% от геостатического на глубине создания емкости подают сухой насыщенный пар. Подачу осуществляют на забой камеры до обрушения и начала выноса соляной породы. После чего подают влажный пар для выноса обрушенной породы. Теплоизоляцию обсадной колонны и целостность тампонажного камня осуществляют нагнетанием газообразного или жидкого хладагента под давлением в межколонное пространство. Для образования пара в скважину подают перегретый пар одновременно с водой. При уменьшении выноса соляной породы осуществляют допуск подающей колонны. Подачу сухого насыщенного и влажного пара осуществляют до достижения заданного объема емкости. 4 з. п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам создания подземных резервуаров и может быть использовано для строительства подземных емкостей в каменной соли с одновременной добычей соли. Известен способ создания подземной емкости, согласно которому в подземную емкость, созданную в каменной соли (например, камуфлетным взрывом) и существенно сократившую свой объем за счет рыхлого навала соли, образовавшегося на дне каверны, подают водяной пар с параметрами насыщения, допуская при этом лифтовую пароподающую колонну до отметки дна. Обработанный паром рыхлый навал соли, становясь проницаемым, увеличивает активный объем камеры до первоначального значения. Недостатком способа является необходимость в предварительном создании, например, взрывом подземной камеры: невозможность увеличения объема емкости более ее первоначального значения. Наиболее близким к предлагаемому способу является технология, включающая бурение скважины в соляную залежь, обустройство ее с оснащением колоннами труб, нагнетанием в нее рабочего агента, в частности пресной воды, и извлечение из создаваемой камеры рассола на поверхность. Недостатками данного способа являются необходимость в расходовании большого количества дефицитной пресной воды, длительность строительства и дороговизна его реализации. Целью изобретения является снижение затрат и повышение эффективности создания подземной емкости в солесодержащих горных породах путем послойного обрушения соляной породы и извлечения ее на поверхность. Достигается это тем, что в способе создания подземной емкости, включающем бурение скважины в соляной массив, оснащение ее колоннами труб, нагнетание в подающую колонну рабочего агента и вынос по подъемной колонне разрушенной породы на поверхность, в качестве рабочего агента для обрушения породы используют сухой насыщенный пар с давлением, равным 50-90% от геостатического, на глубине создаваемой емкости. Для измельчения и выноса породы в качестве рабочего агента в подающую колонну нагнетают влажный пар с расходом, обеспечивающим вынос соли на поверхность. После прекращения выноса соли из образованного навала вновь подают сухой насыщенный пар. Способом предусматривается подавать в межколонное пространство хладагент. Способом предусматривается одновременно подавать в скважину перегретый пар и воду в количестве, необходимом для получения пара с требуемыми параметрами. Способом предусматривается осуществлять доспуск пароподающей колонны с одновременной подачей влажного пара для увеличения выноса соляной породы на поверхность. Способом также предусматривается приподнятие подающей и подъемной колонн по мере прекращения обрушения и выноса соляной породы. На фиг.1 дана начальная стадия образования камеры; на фиг.2 то же, промежуточная стадия; на фиг.3 то же, окончание создания камеры; на фиг.4 забой камеры в процессе выноса измельченной соляной породы через подъемную колонну на поверхность; на фиг.5 изменение температуры (Т) и влажность (m) солесодержащей породы, окружающей выработку в начале процесса создания камеры; на фиг.6 изменение температуры и влажности породы в массиве в завершающей стадии создания камеры; на фиг.7 изменение параметров 1 кг водяного пара в процессе его движения по пароподающей колонне, создаваемой камере, окружающем массиве и подъемной колонне до выхода на поверхность. В массиве 1 солесодержащих пород пробурена и обсажена скважина 2, в которую спущены до забоя подающая 3 и подъемная 4 колонны. Подающая колонна оснащена насадкой 5 для подачи на забой пара 6 и удаления шлама 7 из создаваемой камеры 8, около которой в массиве соли образована зона конденсации пара пояс влажности 9 Охлаждение обсадной колонны осуществляется хладагентом 10, в качестве которого могут быть жидкость или газ (например, воздух или вода). Перемещением колонны 3, 4 в образуемой камере достигают требуемого объема камеры, заключенного в контуре 11. Между забоем скважины 2 (камеры) и подъемной колонной 4 в зоне 12 происходит измельчение, забор и подъем разрушенной соляной массы на поверхность. Нагрев стенки 13 камеры, сопровождаемый конденсацией пара в массиве окружающих пород, приводит к перемещению зоны повышенной влажности 14. В соответствии с изменением температуры, изображенной на кривой 15, зона пояса влажности сдвигается в глубь массива r (фиг.8). Значение влажности при этом изменяется от естественного значения 16 до минимального 17 у стенок камеры с максимумом, равным 100% в зоне пояса влажности. На фиг.7 обозначены по оси ординат, температура Т, по абсцисс энтропия S воды и водяного пара. На диаграмме кривой 18 воды и водяного пара с нанесенными изоэнтальпиями 19 и изобарами 20 представлено изменение термодинамических характеристик 1 кг пара. В интервале, ограниченном точками 21-22, отражено изменение параметров пара при движении с поверхности по пароподающей колонне в камеру, на участке 22-23 представлен теплообмен между паром и породой в пристеночной области камеры, 23-24 изменение термодинамических параметров пара при его движении по подъемной колонне на поверхность. Способ осуществляется следующим образом. В соляной массив 1 бурят и обсаживают скважину 1, спускают на забой подающую 3 и подъемную 4 колонны. Подающую колонну 3 оснащают насадкой 5 для подачи пара. По подающей колонне 3 (фиг.1-4) на забой камеры подают до обрушения и начала выноса солесодержащей породы соли сухой насыщенный пар 6 под давлением 0,5-0,9 от геостатического на глубине создания емкости. После чего нагнетают влажный пар до прекращения выноса обрушенной породы из образованного при обрушении навала. Предусматривается подача воды в скважину одновременно с перегретым или сухим насыщенным паром на забой для получения требуемых параметров пара. Теплоизоляцию обсадной колоны и целостность тампонажного камня осуществляют нагнетанием газообразного или жидкого хладагента под давлением (4 МПа) с учетом выше указанных параметров пара на забое. Форму и требуемый объем обеспечивают допуском пароподающей колонны по мере падения давления на устье скважины и прекращения выноса соли, а также путем приподъема подающей и подъемных колонн. Чередуя подачу сухого насыщенного и влажного пара до достижения необходимого объема, созданную камеру охлаждают известными способами и извлекают колонны труб. Скважину оборудуют, испытывают ее на герметичность и вводят в эксплуатацию созданную подземную емкость камеру. При нагнетании сухого насыщенного пара в камере одновременно с прогревом ее стенок поднимается давление до момента появления сети трещин, в которых пар конденсируется, образуя вокруг камеры зону трещиноватости, заполненную конденсатором, называемую поясом влажности (см. фиг.1-3, поз.9, фиг.5, 6. поз.14). Известно, что условием образования трещин в породе является повышение давления в камере до 0,5-0,9 от геостатического, а условием заполнения трещин конденсатом использование сухого насыщенного пара. Обрушившаяся порода измельчается наиболее эффективно, если ее влажность превышает величину 15% Таким образом, измельчение породы на забое скважины 12 следует вести в режиме подачи влажного пара с расходом, обеспечивающим вынос смеси на поверхность, способным увлажнять и измельчать породу в забое одновременно. Параметры пара при этом ниже чем исходно применяющиеся для рыхления и обрушения массива и легко определяются по T-S диаграмме для воды и водяного пара. Предположим, что забой скважины находится в массиве каменной соли на глубине 600 м, следовательно, геостатическое давление составляет примерно 15 МПа. Параметры сухого насыщенного пара 0,6^.15-0,9 МПа. Потери в подающей колонне составят около 1 МПа. Конденсация пара в зоне трещиноватости заметно не снизит его температуру и давление в камере. Однако подача воды в камеру, в количестве около 20% от массы подаваемого пара, снижает теплосодержание смеси от 2800 до 2000 кДж/кг и следовательно, приводит к образованию водяного пара с параметрами Р 2 МПа, t 220^oС и х 0,7, т.е. с такими, при которых происходит увлажнение раздробленной породы, а снизившееся давление остается достаточным для эффективного уноса разрушенной породы по подъемной колонне. Вследствие теплообмена с нисходящим потоком сухого пара происходит нагрев и расширение восходящего потока влажного пара, а также сушка измельченной соляной взвеси, что обеспечивает получение сухой породы на поверхности. Устойчивость скважины и ее герметичность в массиве определяется температурным режимом обсадной колонны, цементной камень которой на нагревается свыше 70-80^оС. Обеспечить нормальный температурный режим колонны возможно путем нагнетания по межтрубному пространству подъемной и обсадной колонн хладагента, например сжатого воздуха. Исходя из допустимого нагрева обсадной колонны для глубины скважины 600 м. диаметра труб 384 и 400 мм, скорость воздуха в межтрубье равна 16-22 м/с, что соответствует расходу 10-15 м³/мин и обеспечивается работой компрессорной установки. В общем случае охлаждение обсадной колонны может быть произведено подачей жидкости, например воды, при условии обеспечения необходимых параметров пара. При нагнетании пара по подающей колонне происходит нагрев камеры и навала соли, обрушившейся на дно, в котором образуется воронка из-за механического действия струи пара на рыхлую соль (фиг.4). По мере углубления воронки допускают подающую и подъемные колонны, сохраняя неизменным расстояние между концом колонны подающей и дном воронки. Контроль допуска колонны осуществляют по изменению, например, падению давления. Утыкание низа трубы вызывает увеличение давления на устье и соответственно останов доспуска. По мере прекращения обрушения и выноса соли приподнимают подающую и подъемную колонны в не обработанную паром часть массива соли и осуществляют нагнетание сухого насыщенного пара до очередного его обрушения и образования навала на дне, который затем извлекают из камеры вышеописанным способом доспуска. П р и м е р. Для технико-экономической оценки способа воспользуемся данными о соляных куполах Прикаспийской впадины, залегающих на глубинах 600-800 м. Скважина, которой вскрыт соляной массив, пробурена на глубине 750 м, обсажена 420-миллиметровой колонной, в которую спущена 324-миллиметровая колонна. По затрубью подают воду и сжатый воздух. В 324-миллимеровую колонну помещают подающую колонну диаметром 150 (184) мм, по которой на забой подается сухой насыщенный пар. Расход теплоты (Q), вносимой в создаваемую каверну, составит Q G_i, где G расход пара с энтальпией i. При объеме каверны в 30 тыс. м³ распределение температуры 15 от действия источника тепла представлено на фиг. 5, 6. Согласно расчету, количество теплоты, затраченное на нагрев массива, значительно меньше, чем поступает с паром в каверну. Поэтому выпускаемый поток смеси имеет практически постоянное теплосодержание. Изменение параметров пара при движении его от устья до забоя по подающей колонне и обратно по подъемной колонне представлено на фиг.7. Процесс, изображенный точками 23-24, соответствует параметрам пара, выносимого из камеры на поверхность. Расширение пара и его теплообмен в скважине вызывает увеличение скорости истечения и переход пара из влажной в перегретую область, что исключает засоление и закупоривание межтрубного пространства. Величина уноса разрушенной массы из зоны 12 (фиг.4) определяется расходом пара и разностью давлений на забое и на устье скважины, выраженной через увеличение плотности потока. В таблице приведены расчетные технические и технико-экономические параметры осуществления способа. Предлагаемый способ позволяет в 2-3 раза ускорить строительство подземной емкости и в 2-2,5 раза сократить затраты на ее сооружение по сравнению с известными способами. Поскольку создается "сухая" подземная емкость, то ее эксплуатация возможна природным газом или сжатым воздухом, что является более экономичным и экологически чистым, чем эксплуатация емкости по рассольной схеме. Извлекаемая "сухая" соль легко транспортируется и не приводит к засолению почвы в районе.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ЕМКОСТИ В СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ, включающий бурение в породы скважин, оборудование ее подающей и отводящей колоннами труб, подачу через скважину в солесодержащие породы рабочего агента для разрушения породы с навалом ее в полости, сопряженной со скважиной, и воздействие на породу в навале влажным паром, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени создания сухой подземной емкости, в качестве рабочего агента для разрушения используют сухой насыщенный пар, который нагнетают в подающую колонну под давлением, равным 50 - 90% от геостатического, на глубине создаваемой емкости до обрушения породы, при воздействии влажным паром осуществляют вынос породы из навала на поверхность, при этом после прекращения выноса обрушенной породы из навала в скважину продолжают подавать сухой насыщенный пар. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подаче пара в подающую колонну в межколонное пространство подают хладагент. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования пара в скважину подают перегретый пар одновременно с водой. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что при уменьшении выноса соляной породы осуществляют доспуск подающей колонны с одновременной подачей влажного пара. 5. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что по мере прекращения обрушения и выноса соляной породы подающую и подъемную колонны приподнимают.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002