Хранилища в соляных пластах

Подземные хранилища в отложениях каменной соли – это наиболее распространённый вид подземных ёмкостей для хранения нефтепродуктов. Каменная соль (галит) характеризуется пределами прочности на сжатие 25 – 30 МПа, на растяжение 0,5 – 1,6 МПа, на изгиб 2,5 – 4 МПа. Важное свойство каменной соли – способность резко увеличивать пластические свойства при повышении давления (до 27,5 МПа). Пластичность каменной соли возрастает при смачивании. При этом капиллярные трещины в кристаллах закрываются, что приводит к значительному повышению предела прочности на растяжение. При большой продолжительности действия давления даже небольшие нагрузки могут вызвать текучесть каменной соли. Поэтому отложения каменной соли в толще земной коры имеют весьма малую проницаемость и пористость. Указанные свойства каменной соли весьма благоприятны для создания в её отложениях подземных ёмкостей.

Многочисленные экспериментальные исследования, проведённые для изучения влияния каменной соли и имеющихся в ней включений на свойства хранимых углеводородов позволили установить, что основные компоненты топлив при взаимодействии с каменной солью и её водными растворами незначительно растворяются друг в друге. Это позволяет хранить нефтепродукты в подземных резервуарах из каменной соли от 3 до 11 лет без замены.

Образование подземных хранилищ в отложениях каменной соли осуществляется циркуляционным выщелачиванием – растворением соли водой, нагнетаемой через скважину с одновременным выдавливанием образующегося при этом рассола на земную поверхность. В среднем в 1м³ воды при температуре 20 °C может раствориться 360кг соли.

Существует несколько методов выщелачивания каменной соли в пластах большой мощности, однако наиболее распространены основанные на технологии размыва сверху вниз, снизу вверз и комбинированный.

В начальный момент размыва поступающая вода интенсивно растворяет соль у забоя скважины. Концентрация соли по мере поднятия раствора возрастает, и скорость растворения соли уменьшается по направлению от забоя к замку свода кровли резервуара, поэтому форма размытой полости резервуара до определённого момента имеет вид усечённого конуса с большим основанием внизу. За счёт разности плотностей и концентрации соли в рассоле при выщелачивании в полости возникают два встречных потока: плотный рассол стекает вниз в пристенной зоне, а слабоминерализованный раствор у колонны поднимается вверх. Это приводит к перемещению зоны интенсивного растворения соли вверх и выравниванию формы резервуара к цилиндрической. Ограничение размыва полости по высоте добиваются введением нерастворителя.

При комбинированном способе сооружения процесс размыва начинают с создания кольцевого паза в окресностях башмака скважины –гидровруба, необходимого для естественного осаждения нерастворимых включений каменной соли, которые, осаждаясь на поверхности резервуара, могут сильно снизить, а при толщине слоя в 2 – 4 см полностью прекратить выщелачивание. Размыв гидровруба осуществляется при противоточном режиме, если соль содержит от 8 до 10% нерастворимых включений, и при прямоточном режиме при содержании включений от 10 до 15%. После создания гидровруба размыв проводят при противоточном режиме – ступенями снизу вверх, до образования полости заданных размеров. После этого, установив уровень нерастворителя на отметке замка свода резервуара, продолжают размыв соли уже ступенями сверху вниз, добавляя при этом определённые порции нерастворителя для окончательного формирования верхней части полости заданной формы.

Наряду с жидкими нерастворителями для управления процессом размыва применяют и газообразные нерастворители, в частности воздух. Воздух подаётся в размываемую полость совместно с водой, из которой он выделяется и собирается в верхней части полости.

Преимуществами газообразных нерастворителей является: простота получения заданных давлений и расходов и лёгкость их регулирования; доступность и невысокая стоимость; отпадает необходимость в зачистке ёмкости перед заполнением продуктом и создании наземного хранилища для хранения нерастворителя. К недостаткам – возможность разрушения верхней части кровли резервуара и утечка нерастворителя в атмосферу при подъёме труб.

В пластах малой мощности (5 – 20м) и значительного простирания создают ёмкости галерейного типа, располагаемые вдоль пласта. Для строительства таких ёмкостей бурят наклонную скважину с выходом параллельно пласту по возможности в нижнюю его часть.

Выщелачивание галерейной ёмкости осуществляют двумя способами. По первому способу, применяемому в основном при наличии в соли 5 – 10% нерастворимых включений, выщелачивание проводят частями. Из-за разности плотностей рассола и воды подаваемая в забой вода занимает верхнее положение, а рассол опускается вниз. Создаётся движение вдоль стенки пласта. Сначала выщелачивается соль вокруг трубы, затем постепенно возрастает тенденция развития камеры вверх и полость приобретает определённую форму.

По второму способу каменная соль размывается одновременно по всей длине галерейной ёмкости, что достигается периодичной работой на прямоточном и противоточном режимах. Подземные резервуары больших объёмов (300000 – 500000м³), размещённые на глубине 500 – 1000м, эффективно сооружать при помощи двух скважин: наклонно-горизонтальной и вертикальной. Выщелачивание соли ведут поэтапно.

Общий объём законченного строительством подземного резервуара может быть определён при помощи его тарировки жидким нерастворителем. Для этого в резервуар закачивают определённый объём нерастворителя ∆V_i и контролируют перемещение границы раздела рассол – нерастворитель ∆H_i, используя плотностной каротаж. Определяя средний радиус r_i на участке полости ∆H_i по формуле

r_i=

Метод тарировки не позволяет определить форму резервуара и его расположение в пласте соли. Последнее может быть определено при помощи звуколокационной съёмки размеров резервуара в различных горизонтальных сечениях.