Нефть - главное богатство
России

Подземное хранение нефти и нефтепродуктов в природных емкостях


Подземное хранение нефти и нефтепродуктов применяется в естественных и искусственных емкостях различного вида, находящихся в горных породах.

Причины, обусловливающие все более широкое применение и развитие различных конструкций подземных хранилищ для нефтепродуктов, следующие:

  1. необходимость долговременного и безопасного хранения больших количеств нефтепродуктов и газов;
  2. экономия стали и других строительных материалов и снижение капиталовложений и эксплуатационных расходов;
  3. сокращение размеров наземных земельных участков в местах размещения хранилищ значительных объемов.

В подземных хранилищах возможно хранение различных углеводородов. После многолетних опытов разработаны методы хранения тяжелых и легких нефтей, дизельного топлива, керосина, топлива для реактивных двигателей и бензина.

Один из наиболее эффективных способов подземного хранения состоит в использовании естественных или заброшенных искусственных выемок в горных породах, как, например, неэксплуатируемых карьеров, штолен, шахт, старых рудников и т. п., при условии достаточного давления со стороны грунтовых или пластовых вод, верхний уровень которых должен находиться выше уровня хранимого нефтепродукта. Такое положение уровня грунтовых вод создает подпор, предотвращающий утечку продукта из хранилища. Кроме того, имеются примеры сооружения выработок в горных породах специально под хранилища, которые оказываются в ряде случаев значительно дешевле наземных.

При сооружении подземных хранилищ стремятся к их устройству в благоприятных породах, избегая облицовки внутренних поверхностей хранилищ какими-либо защитными материалами (листовой сталью и т. п.), так как стоимость облицовочных работ и расход материалов бывают большими, особенно при сооружении хранилищ значительных объемов.

Подземные емкости для хранения нефти

Схемы устройства подземных емкостей приведены на изображении ниже: а - схема подземного бензохранилища, в котором бензин хранится на водяной подушке. Наивысший уровень бензина в хранилище соответствует положению 0-0 на схеме. Бетонная заделка в перекрытии резервуара расположена ниже горизонта грунтовых вод, в результате чего обеспечивается необходимая герметизация хранилища.

Промежуточное положение нижнего уровня бензина в неполностью заполненном бензиновом хранилище показано линией. До этого уровня должна подняться вода, подпирающая бензин. Бензохранилище соединено с бетонным регулирующим резервуаром для воды, по положению уровня воды, в котором судят о работе системы. Чтобы не было утечки бензина из хранилища, необходимо поддерживать уровень воды в системе ниже уровня грунтовых вод. При опорожнении хранилища в него подается вода в количестве, равном производительности насосов, откачивающих бензин из хранилища.

 

Схемы подземных хранилищ: а — бензохранилище; б — емкость для хранения, нефти. 1 — емкость; 2 — трубопровод для бензина; 3 — трубопровод для воды; 4 — трубопровод для нефти; 5 — насос для воды; 6 — насос для бензина; 7 и 9 — бетонная пробка; 8 — водяная подушка; 10 — насос для откачки воды; 11 — регулирующий резервуар.

Качество бензина при продолжительном контакте с водой не изменяется. После четырех месяцев хранения бензина было отмечено повышение его прозрачности, что объясняется абсорбированием водой серы и смол, содержащихся в бензине.

На изображени б изображена подземная емкость для хранения нефти. Нефть в емкости находится под давлением, создаваемым столбом воды в трубопроводе. Вода в шахту подается из моря насосом.

Способы залива нефти в естественные хранилища

Способы налива нефтепродуктов в хранилища и обратной выкачки применяются разнообразные и зависят от сорта хранимого нефтепродукта. Налив обычно осуществляется по трубопроводам, заканчивающимся в нижней части хранилища, посредством перекачки насосами или самотеком. Обратная же выкачка осуществляется посредством насосов и вытеснением продукта сжатым воздухом, парами хранимого нефтепродукта или водой, нагнетаемыми в хранилище.

Выбор места заложения подземных хранилищ производится на основе тщательного изучения гидрогеологических материалов, характеризующих район строительства, и физических и химических характеристик самих пород. Особое внимание должно уделяться прочности пород, их плотности и степени взаимодействия с нефтепродуктами. К твердым, устойчивым, плотным и малопористым породам относятся кристаллические — граниты, базальты, гнейсы и т. д.

К твердым достаточно устойчивым и плотным породам следует отнести и большинство известняков. Но они склонны к образованию пор и трещин. Песчаники, несмотря на их твердость и устойчивость, являются пористыми и проницаемыми породами. Каменные угли и сланцы содержат примеси органических веществ, растворимых в углеводородах, и теряют устойчивость при смачивании. Поэтому они непригодны для устройства в них хранилищ. Сооружение подземных хранилищ в других горных породах, являющихся неустойчивыми, может производиться при устройстве искусственных креплений выработок и облицовки их.

Подземное хранение нефтепродуктов в соляных пластах

Подземное хранение нефтепродуктов в массивных соляных пластах и соляных Куполах (изображение ниже) является более эффективным по сравнению с другими способами подземного хранения. Сооружение искусственных хранилищ в соляных пластах производится путем управляемого вымывания полостей водой под давлением.

Схемы подземных хранилищ, образованных в соляных пластах:   а — схема подземного нефтехранилища в соляном пласте; б — схема подземного нефтехранилища в соляном куполе ниже дна моря. 1 —труба для подачи воды; 2 — труба для отвода соляного раствора; 3 — поверхность земли; 4 — заделка цементным раствором; 6 — ангидрит; 6 — соляной пласт; 7- вымытая полость; 8 — хранимая нефть; 9 — добываемая нефть; 10 — морская вода.

Разведанных соляных пластов и куполов вполне достаточно для создания в них емкостей практически в неограниченном количестве. Соляные пласты имеют мощность в 120—300 м и залегают на глубине от 300 до 600 м.

Разведочным бурением тщательно изучается положение и характер залегания соляных пластов, наличие проницаемых пластов, через которые возможна утечка хранимых продуктов, а также наличие водоносных слоев, проходка которых вызывает осложнения.

Выщелачивания каменной соли из нефти

Процесс выщелачивания (растворения) каменной соли давно и широко применяется при добыче соли в химической промышленности и заключается в следующем.

В скважине, пробуренной в пласте каменной соли до заданной глубины, устанавливается обсадная труба и опускается висячая колонна труб меньшего диаметра. В межтрубное пространство под давлением подается вода, которая выщелачивает каменную соль. Рассол поднимается на поверхность земли по центральной трубе.

Вымывание соли производится, как показано на изображении ниже, а закачкой воды по насосной колонне. Обмер вымытой полости производится во время вымывания по количеству закачанной пресной свежей воды и по количеству и концентрации рассола.

Процесс размыва можно вести и в противоположном направлении.

фиг. 43. Подземное выщелачивание каменной соли различными методами: а — противоточное; 6 — ступенчатое; в — последовательного увеличения первоначального объема; г — прямой промывки через две скважины.

В зависимости от местных условий могут применяться различные методы выщелачивания, в частности: противоточный и прямоточный методы, гидровруб с применением и без применения жидких углеводородов в качестве нерастворителей, ступенчатое выщелачивание, метод последовательного увеличения емкости и размыв с помощью двух скважин.

Методы противоточный (с подачей воды по затрубному пространству) и прямоточный являются предельно простыми. Основной недостаток противоточного выщелачивания заключается в образовании кровли подземной камеры с недостаточной механической прочностью, что может привести ее к обрушению при камере значительного объема. При прямотоке интенсивное развитие камеры начинается в нижней зоне. В дальнейшем размыв приводит к образованию формы, близкой к противоточной.

Другие методы, более сложные по технологической' схеме процесса выщелачивания, обеспечивают нужное управление процессом создания подземных камер. Гидровруб является управляемым процессом. Целью применения его является развитие камеры в горизонтальном направлении. Для этого вместе с водой закачивается сжатый воздух, который собирается вверху камеры и создает изолирующий слой, регулируемый и поддерживаемый до конца гидровруба. При достижении заданного диаметра камеры воздух удаляется, и размыв идет в основном по вертикали.

Вместо воздуха можно закачивать нерастворители — нефти, жидкие углеводороды и др.

Подземным хранилищам в соляных формациях придается устойчивая форма. Лучшей является форма эллипсоида или параболлоида с большой осью, направленной вдоль оси буровой скважины.

Контроль формы подземного хранилища в процессе размыва осуществляется ультразвуковым нутромером, воспроизводящим импульсную съемку поперечных сечений хранилища на любой глубине.

При ступенчатом размыве процесс выщелачивания регулируется подъемом через определенные промежутки времени водоподающей и рассолоподъемных труб. Подъем труб на одну ступень производится по достижении заданного отношения высоты ступени к радиусу размыва.

Метод выщелачивания с последовательным увеличением первоначального объема заключается в том, что сооружение камеры производится не на полный проектный объем, а разбивается на очереди. По готовности первой очереди в камеру закачивается нефть и дальнейший размыв второй очереди ведется параллельно с хранением нефти.

При необходимости строительства подземного хранилища большого объема применяется выщелачивание методом прямой промывки через две скважины.

Для производства работ по созданию искусственных хранилищ в соляных пластах необходимо обеспечивать на месте возможность получения воды в количестве, достаточном для растворения вымываемой соли. В дальнейшем же для эксплуатации, в целях замещения продукта при отборе из хранилища, необходимо иметь специальные емкости с рассолом в объеме равновеликом объему основной емкости.

Хранилища для нефти под морским дном в соляных пластах

Особый интерес представляют подземные хранилища для нефти, созданные в соляных куполах под морским дном. Такое хранилище может быть расположено близко к местам добычи нефти и заменяет наземные резервуары, строящиеся на морских эстакадах. Кроме того, при строительстве хранилища и дальнейшей эксплуатации может быть использована морская вода (соленость ее составляет около 2%).

Подземное хранение нефтепродуктов в горных породах и в естественных и искусственных выработках целесообразно при создании хранилищ емкостью не менее 20—30 тыс. м3.