способ сооружения и заполнения подземных хранилищ сжиженного газа в вечномерзлых породах

Формула изобретения

1. Способ сооружения и заполнения подземных хранилищ сжиженного газа в вечномерзлых породах, включающий проходку скважины, формирование выработки ниже границы деятельного слоя, создание оболочки, установку расходно-запорной арматуры и закачку низкотемпературного сжиженного газа, отличающийся тем, что выработку формируют проходкой скважины, оболочку создают путем установки в скважине с зазором герметичной металлической емкости, причем зазор заполняют замерзающим раствором, а пространство скважины над металлической емкостью заполняют увлажненным песком и осуществляют проморозку увлажненного песка и раствора в течение 3 20 дней до закачки низкотемпературного сжиженного газа, при этом скважину проходят глубиной, превышающей суммарную высоту металлической емкости и деятельного слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважину проходят глубиной, превышающей суммарную высоту металлической емкости и деятельного слоя на 1 3 м.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве замерзающего раствора используют известковый или грунтовый раствор.

4. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что закачку низкотемпературного сжиженного газа осуществляют в период отрицательных температур воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам строительства подземных емкостей в высокомерзлых породах для хранения жидких углеводородов при отрицательной температуре.

Известно хранение газа с низкой критической температурой, при котором емкости для хранения газа размещают в подземных выработках и погружают в материал, имеющий немного более высокую критическую температуру. Этот материал охлаждают до температуры, которая ниже критической температуры газа и поддерживают ее в период эксплуатации [1]

Недостатками данного способа являются высокие затраты на создание и эксплуатацию хранилища, что связано с необходимостью сооружения гидроизоляции выработки и поддержанием заданной температуры.

Известен способ сооружения хранилищ сжатого газа, заключающийся в том, что бурят скважины, устанавливают в них металлические емкости, выполненные из отрезков труб с днищем и запорно-расходными приспособлениями в верхнем торце, частично или полностью заполняют скважины бетонной смесью, нагнетают в металлические емкости сжатый газ от компрессора [2]

Недостатком известного способа является тор, что сооружен7ие хранилищ указанным способом в вечномерзлых грунтах не обеспечивает надежности конструкции и эксплуатации, не предусматривает подачи охлажденного газа.

Известен способ сооружения подземного хранилища жидких углеводородов при отрицательной температуре, принятый в качестве ближайшего аналога, включающий проходку скважин, формирование подземной выработки, создание ее оболочки и заполнение сжиженным газом, имеющим отрицательную температуру [3]

Недостатком способа является сложность и трудоемкость операций по формированию выработки на большой глубине, экономически целесообразных при сооружении хранилищ большого объема.

Задача способа упрощение и ускорение операций сооружения в вечномерзлых грунтах подземных хранилищ сжиженного газа.

Сущность способа заключается в использовании свойств вечномерзлого грунта при ускоренном и надежном сооружении на небольшой глубине хранилищ малого объема для низкотемпературного хранения сжиженного газа. Это достигается тем, что проходят скважину, формируют выработку и сооружают ее изолирующую оболочку. При этом, согласно способу, выработку формируют проходкой скважины, оболочку создают установкой с зазором герметичной металлической емкости, заполняют зазор между стенкой скважины и стенкой металлической емкости замерзающим раствором, а пространство скважины между емкостью и границей деятельного слоя увлажненным песком. При этом, скважину проходят глубиной, превышающей общую высоту металлической емкости и деятельного слоя, а раствор и песок до закачки низкотемпературного сжиженного газа промораживают в течении 3 20 дней. Глубина скважины превышает суммарную высоту металлической емкости и деятельного слоя на 1 3 м. В качестве замерзающего раствора применяют известковый или грунтовый раствор. Закачку низкотемпературного сжиженного газа осуществляют в период отрицательных температур воздуха.

Способ поясняется чертежом, на котором приведена схема подземного хранилища, где 1 деятельный слой вечномерзлого грунта, 2 металлическая емкость, 3 скважина, 4 зазор между стенками скважины и металлической емкости, 5 труба для закачки и отбора газа, 6 труба с клапаном для сброса избыточного давления, H_с высота (мощность) деятельного слоя, H_E высота металлической емкости.

Способ осуществляется следующим образом.

Определяют диаметр и глубину скважины 3, исходя из необходимого объема хранения. При определении глубины скважины учитывают, что мощность (высота) деятельного слоя 1 зависит от интенсивности и продолжительности прогревания поверхности и в одной и той же местности она неодинакова в различные годы. Кроме того, для обеспечения эффекта естественного термостатирования хранящегося сжиженного газа (что обеспечивает постоянное давление5 внутри металлической емкости) и для эффективного вмораживания металлической емкости 2 в вечномерзлом грунте (что обеспечивает ее удаление и удержание) она должна быть установлена в скважине 3 ниже уровня деятельного слоя 1, а пространство вокруг металлической емкости должно быть заполнено хорошо промерзающим материалом. Для этого проходят скважину 3 диаметром большим диаметра металлической емкости, например бурошнековой установкой, глубиной, превышающей суммарную высоту емкости 2 и деятельного слоя 1 на 1 3 м. В скважину 3 устанавливают с зазором 4 металлическую емкость 2. Емкость 2 может быть стандартной, заводского изготовления, или изготовлена из трубы, металл которой рассчитан на эксплуатацию при низких температурах. Металлическую емкость 3 снабжают выведенными на поверхность трубой 5 для заполнения и отбора газа с запорной арматурой и трубой 6 с клапаном для сброса избыточного давления. В зазор между стенками скважины и металлической емкости нагнетают раствор, например известковый, или на основе выбуренного шлака. Над емкостью 2 скважину 3 заполняют увлажненным песком. Благодаря тому, что металлическая емкость 3 установлена на достаточной глубине ниже границы деятельного слоя 1, происходит промерзание введенного раствора и увлажненного песка с созданием вокруг металлической емкости монолита, усиливающего и удерживающего ее на установленном уровне и, вместе с окружающим вечномерзлым грунтом, создающего без дополнительных затрат низкотемпературное естественное термостатирование хранящегося газа.

На практике установлено, что полное вмораживание металлической емкости происходит в течение 3 20 дней и зависит от времени года, свойств используемого раствора и объемов размещенных в скважине раствора и песка. Наиболее эффективны период сооружения хранилищ м закачки сжиженного газа - период отрицательных температур окружающего воздуха.

Применение предлагаемого способа позволит ускоренно и с малыми затратами сооружать подземные хранилища с использованием доступных средств и материалов, при этом, за счет низкотемпературного состояния хранящегося газа и сформированного монолита появляется возможность использования тонкостенных металлических емкостей, что снижает металлоемкость конструкции.