Способ сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности
METHOD FOR CONSTRUCTING AN UNDERGROUND TUNNEL RESERVOIR IN A ROCK SALT RESERVOIR OF LIMITED CAPACITY

Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое техническое решение относится к строительству подземных резервуаров через скважины в каменной соли путем ее растворения и может быть использовано в нефтяной, газовой и химической промышленности при создании подземных хранилищ и для добычи соли через скважины.
Уровень техники
Известен способ сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности, предусматривающий бурение вертикальной и направленной (вертикально-горизонтальной) скважин с выходом направленной (вертикально-горизонтальной) скважины в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта, монтаж в скважинах обсадной и технологической колонн труб, сбойку скважин по соляному пласту, закачку нерастворителя, растворение пород подачей воды через технологическую колонну труб направленной скважины с отбором рассола по технологической колонне труб вертикальной скважины (Патент РФ №2258652, опубл. 20.08.2005, МПК 7 B65G 5/00, Е21В 7/06).
Недостатком способа является неравномерное растворение соли по длине тоннельного резервуара, т.к. наиболее интенсивное растворение идет над башмаком технологической колонны труб направленной (вертикально-горизонтальной) скважины, а наименее интенсивное - вблизи вертикальной скважины, что приводит к неполному использованию мощности пласта. Кроме того, недостатком способа является закачка нерастворителя в направленную скважину и создание подготовительной выработки вблизи башмака обсадной колонны направленной скважины. При том, что не существует технических средств контроля уровня нерастворителя в направленных скважинах, отсутствие или недостоверный контроль не позволяют поддерживать необходимый уровень нерастворителя вблизи направленной (вертикально-горизонтальной) скважины, что может привести к растворению соли вблизи башмака обсадной колонны направленной (вертикально-горизонтальной) скважины, обнажению кровли соляного пласта с возможным ее обрушением и потере герметичности подземного резервуара. Кроме того, способ может быть реализован только при строго горизонтальной кровле соляного пласта, т.к. необходимым условием его осуществления является поддержание границы раздела нерастворитель-рассол в вертикальной скважине на уровне или над уровнем границы раздела нерастворитель-рассол в подготовительной выработке или горизонтальной части сооружаемой выработки, причем фиксация момента окончания строительства производится по перетоку нерастворителя из горизонтальной части выработки в вертикальную скважину.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности, предусматривающий бурение вертикальной и вертикально-горизонтальной скважин с выходом последней в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта, монтаж в скважинах обсадной и технологической колонн труб с расположением башмаков технологических колонн труб у подошвы соляного пласта, сбойку скважин, растворение соли подачей воды через технологическую колонну труб вертикально-горизонтальной скважины и отбором рассола по технологической колонне труб вертикальной скважины, изменение точки подачи воды в сооружаемую выработку при переходе к следующему этапу растворения (В.А. Мазуров "Подземные газонефтехранилища в отложениях каменной соли". М., "Недра", 1982, с. 129-132).
Недостатком способа является неравномерное растворение соли по длине тоннельного резервуара, т.к. преимущественно растворяется соль вблизи вертикальной скважины, где процесс растворения более длителен, вследствие чего соляной пласт будет отработан на всю высоту с обнажением башмака обсадной колонны вертикальной скважины до того, как произойдет достаточное растворение соли по длине резервуара. Кроме того, способ предполагает перемещение технологической колонны труб вертикально-горизонтальной скважины, что технически сложно и может привести к обрыву колонны.
Раскрытие сущности изобретения
Решаемая задача заключается в повышении эффективности сооружения подземного тоннельного резервуара в каменной соли за счет управления процессом его формирования:
В сравнении с прототипом предложенное техническое решение имеет следующие преимущества:
- возможность управления процессом формирования подземного резервуара за счет применения нерастворителя, закачиваемого в вертикальную скважину;
- получение подземного резервуара с большим геометрическим объемом и вместимостью при данной мощности соляного пласта;
- обеспечение надежности и непрерывности технологического процесса создания резервуара за счет контролируемого изменения точки подачи воды в сооружаемую выработку.
Сущность предлагаемого способа заключается в использовании способа сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности, предусматривающего бурение вертикальной и вертикально-горизонтальной скважин с выходом последней в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта, монтаж в скважинах обсадных и технологических колонн труб с расположением башмаков технологических колонн труб у подошвы соляного пласта, сбойку скважин, растворение соли подачей воды через технологическую колонну труб вертикально-горизонтальной скважины и отбором рассола по технологической колонне труб вертикальной скважины, изменение точки подачи воды в сооружаемую выработку при переходе к следующему этапу растворения.
Согласно предлагаемому способу, на вертикальной скважине устанавливают технологическую колонну труб, состоящую из двух соосно расположенных подвесных колонн, в межтрубное пространство обсадной и внешней подвесной колонн закачивают нерастворитель и создают подготовительную выработку с размерами, обеспечивающими сбойку вертикальной и вертикально-горизонтальной скважин.
Две соосно расположенные подвесные колонны в вертикальной скважине, по одной из которых закачивается вода, а по другой отбирается рассол, позволяют осуществить создание подготовительной выработки.
Закачка нерастворителя в вертикальную скважину позволяет контролировать растворение соли в потолочине подготовительной выработки и вблизи скважины.
Согласно предлагаемому способу, периодическое изменение точки подачи воды в сооружаемую выработку осуществляется путем установки в технологической колонне вертикально-горизонтальной скважины пакера и последующей перфорации колонны перед пакером. Пакер устанавливается для исключения прохода воды к прежней точке ее подачи и неконтролируемого растворения соли. Дополнительным преимуществом сохранения положения технологической колонны является ее фиксация в выработке, что препятствует потере устойчивости (неконтролируемого перемещения) при закачке воды.
При переходе к следующему этапу растворения уровень нерастворителя в вертикальной скважине поднимают таким образом, чтобы замедлить растворение соли в потолочине подготовительной выработки и не допустить обнажения кровли соляного пласта вблизи башмака обсадной колонны вертикальной скважины до окончания сооружения подземного резервуара.
Для повышения производительности закачки воды и выдачи рассола после сбойки скважин внутреннюю подвесную колонну извлекают из вертикальной скважины, а рассол отбирают по внешней подвесной колонне.
Краткое описание чертежей
Предлагаемый способ сооружения тоннельного резервуара поясняется схемами на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 приведена схема способа сооружения после создания подготовительной выработки на вертикальной скважине и сбойки скважин.
На фиг. 2 приведена схема способа сооружения после последнего этапа создания выработки.
Изображения на фиг. 1 и 2 включают вертикальную 1 и вертикально-горизонтальную 2 скважины, пласт каменной соли ограниченной мощности 3. Вертикальная скважина оборудована обсадной 4 и технологической колонной, состоящей из внешней 5 и внутренней 6 подвесных колонн. В пространстве между обсадной и внешней подвесной колоннами находится нерастворитель 7, имеющий границу раздела с рассолом на уровне 8. Для сбойки скважин в нижней части скважины 1 создается подготовительная выработка 9. Вертикально-горизонтальная скважина оборудована обсадной 10 и технологической колоннами 11. Башмак технологической колонны вертикально-горизонтальной скважины 2, соответствующий точке подачи воды перед проведением первого этапа создания выработки, устанавливается в положение 12. Пакеры 13, 14 и 15, устанавливаемые на втором, третьем и четвертом этапах, и соответствующие им точки подачи воды 16, 17 и 18 отдаляются от вертикальной скважины. В результате на первом этапе создается выработка 19, на втором - 20, на третьем - 21, а после 4 этапа - подземный резервуар 22.
Осуществление изобретения
Способ осуществляют следующим образом. Вначале бурят вертикальную скважину 1. Скважину оборудуют обсадной колонной 4 и двумя соосно расположенными подвесными колоннами внешней 5 и внутренней 6. Внешнюю подвесную колонну устанавливают на глубину выше подошвы соляного пласта 3, а внутреннюю подвесную колонну 6 вблизи подошвы пласта 3. Закачивают в скважину нерстворитель 7, устанавливая границу раздела нерастворитель-рассол 8 на глубину отметки башмака внешней подвесной колонны 5. Закачивают воду по внешней подвесной колонне 5 и отбирают рассол по внутренней подвесной колонне 6, в результате чего создают подготовительную выработку 9. Затем бурят вертикально-горизонтальную скважину 2 до сбойки с подготовительной выработкой 9, оборудуют ее обсадной колонной 10 и технологической колонной 11, башмак которой устанавливают на определенном расстоянии от вертикальной скважины в положение 12. Поднимают уровень нерастворителя в скважине 1, закачивают воду по технологической колонне 11 и отбирают рассол по подвесным колоннам 5 и 6 скважины 1. Для уменьшения гидравлических потерь на трение и повышения производительности подачи воды перед началом процесса растворения извлекают внутреннюю подвесную колонну 6 из вертикальной скважины, а рассол отбирают по внешней подвесной колонне 5. После извлечения определенного объема соли и создания выработки 19 первый этап заканчивается. Затем в технологической колонне 11 устанавливают пакер 13 и перфорируют колонну, создавая перфорационные отверстия 16. Поднимают уровень нерастворителя в скважине 1, закачивают воду по технологической колонне 11 и отбирают рассол по подвесной колонне 5. После извлечения определенного объема соли и создания выработки 20 второй этап заканчивается. Затем устанавливают пакер 14, создают перфорационные отверстия 17, поднимают уровень нерастворителя, закачивают воду и отбирают рассола, извлекая определенное количество соли, создавая на третьем этапе выработку 21. Аналогично проводят операции на четвертом этапе, по окончании которого создается подземный резервуар 22.
3
3
3
3
3
Пример использования. При строительстве подземного хранилища природного газа подземный резервуар 22 объемом 350 тысяч м сооружают в интервале глубин 1150-1200 м соляного пласта 3. Бурят вертикальную скважину 1 на 1 м глубже подошвы соляного пласта 3, устанавливают обсадную колонну 4 на глубину 1150 м, затем в скважину спускают подвесные колонны 5 и 6 на глубину соответственно 1198 и 1199,5 м. Закачивают нерастворитель 7 до уровня 8 - 1198 м. По подвесной колонне 5 закачивают воду, а по подвесной колонне 6 отбирают рассол, поддерживая нерастворитель 7 на уровне 8. Уровень нерастворителя контролируют геофизическими методами через вертикальную скважину с применением скважинных приборов на кабеле. Размывают цилиндрическую подготовительную выработку 9 высотой 2 м и радиусом 2 м. После этого бурят вертикально-горизонтальную скважину 2 с выходом в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта и осуществляют ее сбойку с подготовительной выработкой 9. В вертикально-горизонтальной скважине устанавливают обсадную колонну 10 на глубину 1150 м и технологическую колонну 11, башмак которой располагают на расстоянии 60 м от вертикальной скважины. Уровень нерастворителя в подготовительной выработке 9 устанавливают на 10 м выше отметки, на которой произошла сбойка скважин 1 и 2. В технологическую колонну 11 подают воду с расходом 250 м/час, а образующийся рассол отбирают по технологической колонне вертикальной скважины по подвесным колоннам 5 и 6. После извлечения 30 тысяч т соли заканчивают первый этап, образуется выработка 19. В технологической колонне 11 на расстоянии 150 м от вертикальной скважины устанавливают пакер 13. Затем перфорируют колонну 11 перед пакером таким образом, чтобы суммарная площадь перфорационных отверстий была в два раза больше проходного сечения колонны 11. В результате создают новую точку подачи воды 16. Уровень нерастворителя в подготовительной выработке 9 поднимают на 10 м. В технологическую колонну 11 подают воду с расходом 250 м/час, а образующийся рассол отбирают по технологической колонне вертикальной скважины по подвесным колоннам 5 и 6. После извлечения 70 тысяч т соли заканчивают второй этап, образуется выработка 20. В технологической колонне 11 на расстоянии 240 м от вертикальной скважины устанавливают пакер 14. Затем перфорируют колонну 11 перед пакером как и после первого этапа. В результате создают новую точку подачи воды 17. Уровень нерастворителя в подготовительной выработке 9 поднимают на 10 м. В технологическую колонну 11 подают воду с расходом 250 м/час, а образующийся рассол отбирают по технологической колонне вертикальной скважины по подвесным колоннам 5 и 6. После извлечения 200 тыс. т соли заканчивают третий этап, образуется выработка 21. В технологической колонне 11 на расстоянии 300 м от вертикальной скважины устанавливают пакер 15. Затем перфорируют колонну 11 перед пакером как и после первого этапа. В результате создают новую точку подачи воды 18. Уровень нерастворителя в подготовительной выработке 9 поднимают на 15 м. В технологическую колонну 11 подают воду с расходом 250 м/час, а образующийся рассол отбирают по технологической колонне вертикальной скважины по подвесным колоннам 5 и 6. После извлечения 340 тысяч т соли заканчивают четвертый этап. На этом сооружение выработки подземного резервуара 22 заканчивается.
Предложенное техническое решение реализовано при создании подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности на одном из подземных хранилищ газа в Российской Федерации.