СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В ФОРМАЦИЯХ КАМЕННОЙ СОЛИ
METHOD OF FORMATION OF UNDERGROUND RESERVOIRS IN BEDS OF ROCK SALT

Изобретение относится к горному делу, в частности к технологии скважинной разработки месторождений каменной, калийной и других солей путем их растворения, и может быть использовано для ускорения процесса строительства подземных резервуаров.
Известно устройство для создания камер в отложениях соли (а.с. СССР №232172, Е21В 43/28, 11.12.1968, Бюл. №1). Устройство содержит обсадную колонну, опущенную несколько ниже подошвы поглощающего горизонта с зацементированным затрубным пространством от нижней отметки скважины до устья и имеющую в зоне поглощения перфорационные отверстия обсадной колонны меньшего диаметра, опущенной до верхней проектной отметки емкости с тампонажем затрубного пространства от верхней отметки емкости до нижней отметки обсадной колонны, двух свободновисящих и соосно расположенных колонн, находящихся внутри обсадной колонны меньшего диаметра, обводного патрубка, соединяющего свободновисящую рассолоподъемную колонну с кольцевой щелью, по которой производится сброс рассола в поглощающий горизонт. Недостатком данного способа и устройства является резкое снижение его эффективности при увеличении высоты резервуаров из-за уменьшения средней линейной скорости растворения стенки камеры.
Известен способ создания подземных резервуаров в формациях каменной соли и конструкция подземных резервуаров для его осуществления, принятый за прототип (патент РФ №2236579, Е21В 43/28, опубл. 2004.09.20).
Способ создания подземных резервуаров в формациях каменной соли, заключающийся в бурении вертикальной скважины в соляную залежь, обсадку скважины, оборудование ее концентрически расположенными рассолоподъемной, водоподающей и эксплуатационной трубами, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и рассолоподъемной трубой под давлением растворителя, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и эксплуатационной трубой под давлением нерастворителя, создание подготовительной выработки, воздействие на соль в верхней части резервуара по периметру тангенциально ориентированными струями растворителя и отбор рассола по рассолоподъемной трубе, в котором согласно изобретению после создания подготовительной выработки в скважину вводят дополнительную трубу, нижний конец которой перед спуском в скважину перфорируют по длине, равной высоте резервуара, и закрепляют на этом участке эластичную герметичную оболочку, после чего по зазору между дополнительной и рассолоподъемной трубой в эластичную герметичную оболочку подают растворитель в объеме, равном количеству добытой соли, причем максимальный объем эластичной герметичной оболочки выбирают равным проектному объему резервуара. Недостатком данного способа является резкое снижение его эффективности при увеличении высоты резервуаров из-за уменьшения средней линейной скорости растворения стенки камеры.
Техническим результатом изобретения является ускорение строительства резервуаров в формациях каменной соли за счет исключения зависимости средней линейной скорости растворения стенки от высоты камеры.
Технический результат достигается тем, что в способе создания подземных резервуаров в формациях каменной соли, заключающемся в бурении вертикальной скважины в соляную залежь, обсадку скважины, оборудование ее концентрически расположенными рассолоподъемной, водоподающей и эксплуатационной трубами, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и рассолоподъемной трубой под давлением растворителя, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и эксплуатационной трубой под давлением нерастворителя, создание подготовительной выработки, воздействие на соль в верхней части резервуара по периметру тангенциально ориентированными струями растворителя и отбор рассола по рассолоподъемной трубе, причем после создания подготовительной выработки в скважину вводят дополнительную трубу, нижний конец которой перед спуском в скважину перфорируют по длине, равной высоте резервуара, и закрепляют на этом участке оболочку, после чего по зазору между дополнительной и рассолоподъемной трубой в оболочку подают растворитель, согласно изобритению оболочку выполняют из полупроницаемой мембраны для прямого осмоса, причем в нее по мере увеличения объема резервуара периодически подают растворитель в объеме 0,1 от растворителя, подаваемого в резервуар, при этом объем оболочки принимают равным 0,9 от объема резервуара.
Технический результат достигается также тем, что полупроницаемую мембрану изготавливают из ацетатцеллюлозы.
Технический результат достигается также тем, что полупроницаемую мембрану изготавливают композитной из полиамида.
Технический результат достигается также тем, что полупроницаемую мембрану изготавливают из полимеров.
Применение способа по сравнению с прототипом позволяет ускорить строительство резервуаров в формациях каменной соли за счет исключения зависимости средней линейной скорости растворения стенки от высоты камеры.
Главной причиной низкого уровня конвективной скорости растворения стенки камеры подземного растворения является малая интенсивность пристеночных потоков, а следовательно, значительная толщина пограничного слоя с ламинарным течением насыщенного рассола, через который медленный массоперенос осуществляется по механизму молекулярной диффузии (по закону Фика). Совершенствование технологии требует учитывать связь константы скорости растворения с коэффициентом диффузии и толщиной пограничного слоя. Отсюда следует, что для увеличения скорости растворения необходимо искать пути уменьшения толщины пограничного слоя, то есть увеличения скорости пристеночных потоков.
Способ поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез резервуара, где:
1 - проектный контур резервуара;
2 - оболочка, выполненная из полупроницаемой мембраны для прямого осмоса (например из ацетатцеллюлозы, композитной из полиамида, полимеров);
3 - водоподающая труба;
4 - рассолоподъемная труба;
5 - подготовительная выработка;
6 - нерастворитель, например дизельное топливо;
7 - свободно вращающаяся насадка с поворотными соплами;
8 - дополнительная труба;
9 - эксплуатационная труба;
10 - перфорация в дополнительной трубе.
Способ создания подземных резервуаров в формациях каменной соли осуществляется следующим образом. Бурят вертикальную скважину, обсаживают ее, оборудуют концентрически расположенными трубами: водоподающей трубой 3, рассолоподъемной трубой 4 и эксплуатационной трубой 9. Для размыва подготовительной выработки 5 башмак рассолоподъемной трубы 4 опускают в нижнее проектное положение (1-3 м от забоя скважины), а разница между башмаками водоподающей трубы 3 и рассолоподъемной трубы 4 лежит в пределах от 5 до 15 м (в зависимости от необходимых геометрических размеров подготовительной выработки). Затем по зазору между водоподающей трубой 3 и рассолоподъемной трубой 4 под давлением подают растворитель (воду), а по зазору между водоподающей трубой 3 и эксплуатационной трубой 9 подают под давлением нерастворитель 6. После создания подготовительной выработки 5 в скважину вводят дополнительную трубу 8, на нижнем конце которой перед спуском в скважину делают перфорацию 10 по длине, равной высоте резервуара 1, и закрепляют на этом участке оболочку 2 из полупроницаемой мембраны. Максимальный объем оболочки 2 равен 0,9 от объема проектного контура резервуара 1 для обеспечения минимально необходимого зазора между стенкой резервуара и оболочкой при размыве резервуара. При этом водоподающую трубу 3 поднимают так, что разница между башмаками водоподающей трубы 3 и рассолоподъемной трубы 4 лежит в пределах от 15 до 100 и более м (в зависимости от геометрических размеров резервуара). На башмаке водоподающей трубы 3 закрепляют свободно вращающуюся насадку 7 с поворотными соплами. Разница между башмаками дополнительной трубы 8 и рассолоподъемной трубы 4 может составлять 10-100 м и более. После этого по зазору между дополнительной 8 и рассолоподъемной 4 трубами подают растворитель в объеме, равном объему оболочки, который заполняет оболочку 2. За счет того, что оболочка 2 выполнена из материала для прямого осмоса, пропускающего воду только в одном направлении, происходит осмотическое движение воды из оболочки 2 в резервуар, что приводит к разбавлению рассола, насыщенного за счет размыва вертикальной стенки резервуара. При необходимости в зазоре между дополнительной 8 и рассолоподъемной 4 трубами создают избыточное давление для более интенсивного перетекания воды из оболочки 2 в зазор между оболочкой 2 и стенкой резервуара. Для компенсации объема воды, перетекающей из оболочки 2 под действием эффекта прямого осмоса в резервуар, в нее подают растворитель в объеме 0,1 д.ед. от объема растворителя, подаваемого между водоподающей трубой 3 и рассолоподъемной трубой 4. Растворение соли ведут вертикальными слоями в радиальном направлении от центра скважины. При подаче растворителя (воды) в зазоре между водоподающей трубой 3 и рассолоподъемной трубой 4 через свободно вращающающуюся насадку 7 с поворотными соплами возникает круговое вращение растворителя за счет реактивной силы. В процессе эксплуатационного размыва по зазору между дополнительной 8 и рассолоподъемной 4 трубой подают растворитель, который через перфорацию 10 заполняет оболочку 2. При увеличении высоты камеры до 100 м возможно изменение указанного соотношения до 1:1. В зависимости от параметров камер и величины зазора между трубами 8 и 4 используют различные материалы для создания оболочки 2 из ацетатцеллюлозы, или композитную мембрану на основе полиамида, или мембрану из полимеров. Перечисленные материалы обладают разными свойствами и могут использоваться при разных объемах резервуаров.
Путем создания емкости (оболочки 2) в проектном контуре резервуара 1 из обмена исключаются значительные объемы растворителя, при этом средняя радиальная скорость растворения перестает зависеть от высоты резервуара. Управление процессом формообразования камеры производится с помощью нерастворителя 6 (например, дизельного топлива), подаваемого в зазоре между водоподающей трубой 3 и эксплуатационной трубой 9. После отработки проектного контура резервуара 1 оболочку 2 извлекают и используют для дальнейшей работы. По мере увеличения объема резервуара предполагается замена оболочки 2 на больший объем, при этом разница между объемом оболочки 2 и объемом резервуара не должна превышать 0,1 д.ед. При создании подземных резервуаров в формациях каменной соли методом ступенчатого растворения средняя радиальная скорость растворения соли уменьшается с увеличением высоты резервуара из-за быстрого насыщения растворителя на верхнем участке (так как с увеличением концентрации рассола падает скорость растворения). Это приводит к необходимости уменьшения высоты ступени растворения до 15 м. При использовании предлагаемого способа высота ступени растворения может достигать 100 м и более.
Применение способа создания подземных резервуаров в формациях каменной соли обеспечивает следующие преимущества:
- ускорение строительства подземных резервуаров за счет исключения зависимости средней линейной скорости растворения стенки от высоты камеры;
- увеличение скорости пристеночных потоков;
- снижение затрат энергии за счет уменьшения числа циклов насыщения.