Підземне зберігання нафти і нафтопродуктів застосовується в природних і штучних ємностях різного виду, які перебувають в гірських породах.
Причини, що зумовлюють все більш широке застосування і розвиток різних конструкцій підземних сховищ для нафтопродуктів, такі:
- необхідність довготривалого і безпечного зберігання великих кількостей нафтопродуктів і газів;
- економія сталі та інших будівельних матеріалів і зниження капіталовкладень і експлуатаційних витрат;
- скорочення розмірів наземних земельних ділянок в місцях розміщення сховищ значних обсягів.
У підземних сховищах можливо зберігання різних вуглеводнів. Після багаторічних дослідів розроблені методи зберігання важких і легких нафт, дизельного палива, гасу, палива для реактивних двигунів і бензину.
Один з найбільш ефективних способів підземного зберігання полягає у використанні природних або занедбаних штучних виїмок в гірських породах, як, наприклад, не експлуатованих кар'єрів, штолень, шахт, старих копалень і т. П. За умови достатнього тиску з боку ґрунтових або пластових вод, верхній рівень яких повинен знаходитися вище рівня зберігається нафтопродукту. Такий стан рівня грунтових вод створює підпір, що запобігає витік продукту зі сховища. Крім того, є приклади споруди виробок в гірських породах спеціально під сховища, які виявляються в ряді випадків значно дешевше наземних.
При спорудженні підземних сховищ прагнуть до їх влаштування у сприятливих породах, уникаючи облицювання внутрішніх поверхонь сховищ будь-якими захисними матеріалами (листовий сталлю і т. П.), Так як вартість облицювальних робіт і витрата матеріалів бувають великими, особливо при спорудженні сховищ значних обсягів.
Підземні ємності для зберігання нафти
Схеми влаштування підземних ємностей наведені на зображенні нижче: а - схема підземного бензосховищами, в якому бензин зберігається на водяній подушці. Найвищий рівень бензину в сховище відповідає положенню 0-0 на схемі. Бетонна закладення в перекритті резервуара розташована нижче горизонту грунтових вод, в результаті чого забезпечується необхідна герметизація сховища.
Проміжне становище нижнього рівня бензину в неповністю заповненому бензиновому сховище показано лінією. До цього рівня повинна піднятися вода, підпирають бензин. Бензосховище пов'язане з бетонним регулюючим резервуаром для води, по положенню рівня води, в якому судять про роботу системи. Щоб не було витоку бензину зі сховища, необхідно підтримувати рівень води в системі нижче рівня грунтових вод. При спорожнення сховища в нього подається вода в кількості, що дорівнює продуктивності насосів, що відкачують бензин зі сховища.
Схеми підземних сховищ: а - бензосховище; б - ємність для зберігання, нафти. 1 - ємність; 2 - трубопровід для бензину; 3 - трубопровід для води; 4 - трубопровід для нафти; 5 - насос для води; 6 - насос для бензину; 7 і 9 - бетонна пробка; 8 - водяна подушка; 10 - насос для відкачування води; 11 - регулюючий резервуар.
Якість бензину при тривалому контакті з водою не змінюється. Після чотирьох місяців зберігання бензину було відзначено підвищення його прозорості, що пояснюється абсорбування водою сірки і смол, що містяться в бензині.
На зображеннях б зображена підземна ємність для зберігання нафти. Нафта в ємності знаходиться під тиском, створюваним стовпом води в трубопроводі. Вода в шахту подається з моря насосом.
Способи затоки нафти в природні сховища
Способи наливу нафтопродуктів в сховища і зворотного викачування застосовуються різноманітні і залежать від сорту зберігається нафтопродукту. Налив зазвичай здійснюється по трубопроводах, що закінчується в нижній частині сховища, за допомогою перекачування насосами або самопливом. Зворотній ж викачка здійснюється за допомогою насосів і витісненням продукту стисненим повітрям, парами зберігається нафтопродукту або водою, що нагнітається в сховище.
Вибір місця закладення підземних сховищ проводиться на основі ретельного вивчення гідрогеологічних матеріалів, що характеризують район будівництва, і фізичних і хімічних характеристик самих порід. Особлива увага повинна приділятися міцності порід, їх щільності та ступеня взаємодії з нафтопродуктами. До твердих, стійким, щільним і малопорістое породам відносяться кристалічні - граніти, базальти, гнейси і т. Д.
До твердих досить стійким і щільним породам слід віднести і більшість вапняків. Але вони схильні до утворення пір і тріщин. Пісковики, незважаючи на їх твердість і стійкість, є пористими і проникними породами. Кам'яне вугілля і сланці містять домішки органічних речовин, розчинних у вуглеводнях, і втрачають стійкість при змочуванні. Тому вони непридатні для пристрою в них сховищ. Спорудження підземних сховищ в інших гірських породах, які є нестійкими, може проводитися при влаштуванні штучних кріплень виробок і облицювання їх.
Підземне зберігання нафтопродуктів в соляних пластах
Підземне зберігання нафтопродуктів в масивних соляних пластах і соляний купол (зображення нижче) є більш ефективним в порівнянні з іншими способами підземного зберігання. Спорудження штучних сховищ в соляних пластах проводиться шляхом керованого вимивання порожнин водою під тиском.
Схеми підземних сховищ, утворених в соляних пластах: а - схема підземного нафтосховища в соляному пласті; б - схема підземного нафтосховища в соляному куполі нижче дна моря. 1 труба для подачі води; 2 - труба для відводу соляного розчину; 3 - поверхня землі; 4 - закладення цементним розчином; 6 - ангідрит; 6 - соляний пласт; 7- вимита порожнина; 8 - збережена нафту; 9 - видобута нафта; 10 - морська вода.
Розвіданих соляних пластів і куполів цілком достатньо для створення в них ємностей практично в необмеженій кількості. Соляні пласти мають потужність в 120-300 м і залягають на глибині від 300 до 600 м.
Розвідувального буріння ретельно вивчається стан і характер залягання соляних пластів, наявність проникних пластів, через які можливий витік збережених продуктів, а також наявність водоносних шарів, проходка яких викликає ускладнення.
Вилуговування кам'яної солі з нафти
Процес вилуговування (розчинення) кам'яної солі давно і широко застосовується при видобутку солі в хімічній промисловості і полягає в наступному.
В свердловині, пробуреної в пласті кам'яної солі до заданої глибини, встановлюється обсадная труба і опускається висяча колона труб меншого діаметра. У міжтрубний простір під тиском подається вода, яка вилуговує кам'яну сіль. Розсіл піднімається на поверхню землі по центральній трубі.
Вимивання солі виробляється, як показано на зображенні нижче, а закачуванням води по насосній колоні. Обмір вимитого порожнини проводиться під час вимивання за кількістю закачаною прісної свіжої води і за кількістю і концентрації розсолу.
Процес розмиву можна вести і в протилежному напрямку.
фіг. 43. Підземне вилуговування кам'яної солі різними методами: а - протитечійне; 6 - ступеневу; в - последо вательного збільшення початкового об'єму; г - прямий промивки через дві свердловини.
Залежно від місцевих умов можуть застосовуватися різні методи вилуговування, зокрема: протиточний і прямоточний методи, гідровруб із застосуванням і без застосування рідких вуглеводнів в якості нерастворителем, ступеневу вилуговування, метод послідовного збільшення ємності і розмив за допомогою двох свердловин.
Методи протиточний (з подачею води по затрубному простору) і прямоточний є гранично простими. Основний недолік противоточного вилуговування полягає в освіті покрівлі підземної камери з недостатньою механічною міцністю, що може привести її до обвалення при камері значного обсягу. При прямотоке інтенсивний розвиток камери починається в нижній зоні. Надалі розмив призводить до утворення форми, близької до противоточной.
Інші методи, більш складні за технологічною 'схемі процесу вилуговування, забезпечують потрібний управління процесом створення підземних камер. Гідровруб є керованим процесом. Метою застосування його є розвиток камери в горизонтальному напрямку. Для цього разом з водою закачується стиснене повітря, який збирається вгорі камери і створює ізоляційний шар, регульований і підтримуваний до кінця гідровруба. При досягненні заданого діаметра камери повітря видаляється, і розмив йде в основному по вертикалі.
Замість повітря можна закачувати нерастворителем - нафти, рідкі вуглеводні і ін.
Підземних сховищ в соляних формаціях надається стійка форма. Кращою є форма еліпсоїда або параболлоіда з великою віссю, спрямованої уздовж осі свердловини.
Контроль форми підземного сховища в процесі розмиву здійснюється ультразвуковим нутромером, що відтворює імпульсну зйомку поперечних перерізів сховища на будь-якій глибині.
При ступінчастому розмиванні процес вилуговування регулюється підйомом через певні проміжки часу водоподаючого і рассолопод'емних труб. Підйом труб на один щабель проводиться після досягнення заданого відносини висоти ступені до радіусу розмиву.
Метод вилуговування з послідовним збільшенням початкового об'єму полягає в тому, що споруда камери проводиться не на повний проектний обсяг, а розбивається на черзі. По готовності першої черги в камеру закачується нафту і подальший розмив другої черги ведеться паралельно зі зберіганням нафти.
При необхідності будівництва підземного сховища великого обсягу застосовується вилуговування методом прямої промивки через дві свердловини.
Для виконання робіт по створенню штучних сховищ в соляних пластах необхідно забезпечувати на місці можливість отримання води в кількості, достатній для розчинення вимиває солі. Надалі ж для експлуатації, з метою заміщення продукту при відборі зі сховища, необхідно мати спеціальні ємності з розсолом в обсязі рівновеликої обсягом основної ємності.
Сховища для нафти під морським дном в соляних пластах
Особливий інтерес представляють підземні сховища для нафти, створені в соляних куполах під морським дном. Таке сховище може бути розташований близько до місць видобутку нафти і замінює наземні резервуари, споруджувані на морських естакадах. Крім того, при будівництві сховища і подальшої експлуатації може бути використана морська вода (солоність її становить близько 2%).
Підземне зберігання нафтопродуктів в гірських породах і в природних і штучних виробках доцільно при створенні сховищ ємністю не менше 20-30 тис. М 3.