способ сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности

Формула изобретения

1. Способ сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности, предусматривающий бурение вертикальной и направленной скважин с выходом направленной скважины 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 по соляному пласту, растворение пород подачей воды через технологическую колонну труб направленной скважины с отбором рассола по технологической колонне труб вертикальной скважины, отличающийся тем, что башмак технологической колонны труб направленной скважины устанавливают на выходе этой скважины в горизонтальное положение, на начальном этапе растворения пород между башмаками обсадной и технологической колонн труб направленной скважины создают подготовительную выработку на проектную высоту подземного тоннельного резервуара, в обсадные колонны труб скважин подают нерастворитель с поддержанием уровня границы раздела нерастворитель-рассол в верхней части подготовительной выработки или при ступенчатом растворении пород - на уровне кровли каждой ступени формирования подземного тоннельного резервуара, при этом в вертикальной скважине границу раздела нерастворитель-рассол поддерживают на уровне или над уровнем границы раздела нерастворитель-рассол в подготовительной выработке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нерастворителя используют природный газ.

Описание изобретения к патенту

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.

Известен способ сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли, включающий бурение направленной скважины с выходом ее в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта, монтаж обсадной и технологических колонн труб, подачу растворителя и отвод рассола на земную поверхность по подвесным колоннам труб (Патент РФ №2213032, опубл. 2003 г., МПК 7 В 65 G 5/00, Е 21 В 7/06).

Недостатком данного способа является большой срок строительства подземного резервуара из-за ограниченного расхода подаваемого растворителя, что обусловлено ведением процесса растворения через одну скважину.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности, предусматривающий бурение вертикальной и направленной скважин с выходом направленной скважины 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 по соляному пласту, растворение пород подачей воды через технологическую колонну труб направленной скважины и отбором рассола по технологической колонне труб вертикальной скважины (В.А.Мазуров "Подземные газонефтехранилища в отложениях каменной соли". М., "Недра", 1982, с.129-132).

Этот способ позволяет сократить срок строительства подземного резервуара за счет увеличения расхода подаваемого растворителя благодаря тому, что подача воды производится по направленной скважине, а отбор рассола - по вертикальной скважине. Однако данный способ предполагает перемещение технологической колонны труб по всей длине горизонтального участка направленной скважины, что технически затруднено. Кроме этого, происходит неравномерное развитие выработки по высоте и неуправляемое формирование тоннельного подземного резервуара, что может привести к потере его устойчивости и невозможности использования в качестве хранилища.

Решаемая задача заключается в повышении эффективности сооружения подземного тоннельного резервуара в каменной соли за счет управления процессом его формирования с помощью нерастворителя.

В сравнении с прототипом предложенное техническое решение обладает следующими преимуществами:

- Обеспечивается управляемое формирование подземного резервуара.

- Упрощается технология и сокращаются сроки сооружения подземного тоннельного резервуара.

- Сокращается время получения кондиционного рассола, который может быть передан для утилизации на рассолопотребляющее предприятие. Это обусловлено тем, что подземный тоннельный резервуар отрабатывается сразу на всю его проектную длину, при этом необходимая площадь солесъема достигается за более короткое время.

Сущность предлагаемого способа заключается в использовании способа сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности, предусматривающего бурение вертикальной и направленной скважин с выходом направленной скважины 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 по соляному пласту, растворение пород подачей воды через технологическую колонну труб направленной скважины с отбором рассола по технологической колонне труб вертикальной скважины. Согласно предлагаемому способу, башмак технологической колонны труб направленной скважины устанавливают на выходе этой скважины в горизонтальное положение, на начальном этапе растворения пород между башмаками обсадной и технологической колонн труб направленной скважины создают подготовительную выработку на проектную высоту подземного тоннельного резервуара, в обсадные колонны труб обеих скважин подают нерастворитель с поддержанием уровня границы раздела нерастворитель-рассол в верхней части подготовительной выработки, а при ступенчатом растворении пород - в кровле каждой ступени формирования подземного тоннельного резервуара, при этом границу раздела нерастворитель-рассол в вертикальной скважине поддерживают на уровне или над уровнем границы раздела нерастворитель-рассол в подготовительной выработке.

Кроме этого, в качестве нерастворителя используют природный газ.

Расположение башмака технологической колонны в конце наклонного участка направленной скважины позволяет создавать подземный тоннельный резервуар без перестановки технологической колонны труб.

Создание подготовительной выработки между башмаками обсадной и технологической колонн труб направленной скважины на проектную высоту подземного тоннельного резервуара на начальном этапе растворения пород обеспечивает возможность подачи нерастворителя и поддержание заданной границы раздела в подземном тоннельном резервуаре в процессе его сооружения.

Подача нерастворителя в обсадные колонны труб скважин с поддержанием уровня границы раздела нерастворитель-рассол в верхней части подготовительной выработки, а при ступенчатом растворении пород - на уровне кровли каждой ступени обеспечивает управляемое формирование подземного тоннельного резервуара как по его высоте, при строительстве в одну ступень, так и по длине, при ступенчатом формировании подземного резервуара.

Поддерживание границы раздела нерастворитель-рассол в вертикальной скважине на уровне или над уровнем границы раздела нерастворитель-рассол в подготовительной выработке обеспечивает достижение заданной высоты подземного резервуара и позволяет своевременно фиксировать момент окончания строительства, когда нерастворитель из подземного тоннельного резервуара соединяется с нерастворителем, содержащимся в вертикальной скважине, или начинает перетекать в вертикальную скважину.

Использование природного газа в качестве нерастворителя позволяет снизить общие затраты на строительство подземного резервуара по сравнению с аналогичным строительством, производимым с применением жидкого нерастворителя, например дизельного топлива, а также сократить срок ввода в эксплуатацию подземного резервуара при последующем хранении в нем природного газа.

Предлагаемый способ сооружения подземной емкости в каменной соли поясняется схемами на фигурах 1-6.

На фиг.1 представлена схема осуществления способа сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности в процессе сбойки скважин.

На фиг.2 - то же по окончании создания подготовительной выработки.

На фигуре 3 представлена схема осуществления способа сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности при одноступенчатом ее растворении в начальный период формирования резервуара.

На фиг.4 - то же для завершающего периода формирования подземного тоннельного резервуара при одноступенчатом растворении каменной соли.

На фиг.5 представлена схема осуществления способа сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности на промежуточной ступени растворения пород при ступенчатом растворении каменной соли.

На фиг.6 - то же для завершающей ступени растворения каменной соли при ступенчатом формировании подземного тоннельного резервуара.

Изображения на фиг.1-6 включают вертикальную 1 и направленную 2 скважины, которые имеют сбойку по подошве соляного пласта 3 ограниченной мощности. Вертикальная скважина 1 оборудована обсадной 4 и технологической 5 колоннами труб, а направленная скважина 2 - обсадной 6 и технологической 7 колоннами труб, при этом башмак технологической колонны труб 7 установлен на выходе направленной скважины 2 в горизонтальное положение. Сооружаемый подземный тоннельный резервуар 8 (фиг.2-6) создают через подготовительную выработку 9, формируемую между башмаками обсадной 6 и технологической 7 колонн труб направленной скважины 2. Управление формированием подземного тоннельного резервуара 8 осуществляют посредством газообразного нерастворителя, в частности природного газа, с установлением границ раздела нерастворитель - рассол 10 и 11 соответственно в подготовительной выработке 9 и в вертикальной скважине 1.

Способ осуществляют следующим образом. Вначале производят бурение вертикальной 1 и направленной 2 скважин в соляном пласте 3 ограниченной мощности с выходом направленной скважины 2 в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта 3 (фиг.1). В вертикальной скважине 1 монтируют обсадную 4 и технологическую 5 колонны труб, а в направленной скважине 2 - обсадную 6 и технологическую 7 колонны труб, при этом башмак технологической колонны труб 7 устанавливают на выходе направленной скважины 2 в горизонтальное положение. Если при производстве буровых работ вертикальная 1 и направленная 2 скважины не соединились между собой, то осуществляют сбойку по соляному пласту 3 одним из известных способов, например гидроразрывом соляного пласта 3 или растворением пород в вертикальной скважине 1 подачей воды по технологической колонне труб 5 и отбором рассола по обсадной колонне труб 4.

В соответствии с изображением фиг.2 на начальном этапе сооружения подземного тоннельного резервуара 8 создают подготовительную выработку 9 между башмаками обсадной 6 и технологической 7 колонн труб направленной скважины 2. Для этого по технологической колонне труб 7 подают воду, а образующийся рассол отбирают по обсадной колонне труб 6 направленной скважины 2 и технологической колонне труб 5 вертикальной скважины 1. Подготовительную выработку 9 создают на проектную высоту подземного тоннельного резервуара 8 с контролем количества растворенной соли, поднимаемой по обсадной колонне труб 6 направленной скважины 2.

При одноступенчатом растворении каменной соли, показанном на фиг.3, 4, после создания подготовительной выработки 9 в обсадные колонны труб 4 и 6 вертикальной 1 и направленной 2 скважин соответственно подают газообразный нерастворитель (фиг.3). Границу раздела нерастворитель-рассол 10 при одноступенчатом растворении каменной соли устанавливают и поддерживают в верхней части подготовительной выработки 9 на проектной высоте формируемого подземного тоннельного резервуара 8, при этом границу раздела нерастворитель-рассол 11 в вертикальной скважине 1 поддерживают над уровнем или на том же уровне, что и в подготовительной выработке 9. В технологическую колонну труб 7 направленной скважины 2 подают воду, а образующийся рассол отбирают по технологической колонне труб 5 вертикальной скважины 1 на поверхность. После того, как кровля подземного тоннельного резервуара 8 достигнет уровня границы раздела нерастворитель-рассол 10 в подготовительной выработке 9, как показано на фиг.4, произойдет выравнивание уровней границ раздела нерастворитель - рассол 10 и 11 или смещение уровня границы раздела нерастворитель-рассол 11 в вертикальной скважине 1, что будет свидетельствовать об окончании строительства подземного тоннельного резервуара 8. Данная технология обеспечивает создание защитного целика соли в кровле подземного тоннельного резервуара 8.

При ступенчатом растворении соляного пласта 3 ограниченной мощности, которое показано на фиг.5, 6, объем подземного тоннельного резервуара 8 условно разбивают по высоте на несколько ступеней. Границу раздела нерастворитель-рассол 10 поддерживают в подготовительной выработке 9 на уровне проектной отметки кровли каждой ступени растворения соляного пласта 3 до тех пор, пока нерастворитель, находящийся в подготовительной выработке 9, не достигнет вертикальной скважины 1 (фиг.5). После этого границу раздела нерастворитель-рассол 10 в подготовительной выработке 9 поднимают до уровня следующей ступени растворения, продолжая процесс растворения до тех пор, пока не будет достигнут проектный объем подземного тоннельного резервуара 8 (фиг.6). Ступенчатое формирование резервуара 8 требует большего количества нерастворителя, однако при этом достигается более равномерное формирование его по длине.

Пример использования. При строительстве подземного хранилища природного газа подземный тоннельный резервуар 8 объемом 350 тысяч м³ сооружают в интервале глубин 1150-1200 м соляного пласта 3 ограниченной мощности. Первоначально бурят вертикальную скважину 1 до подошвы соляного пласта 3, в ней устанавливают обсадную 4 и технологическую 5 колонны труб. При подаче воды по технологической колонне труб 5 и отборе образующегося рассола по обсадной колонне 4 размывают выработку-мишень объемом 5 тысяч м³. После этого бурят направленную скважину 2 с выходом ее в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта 3 и сбойкой с выработкой-мишенью у вертикальной скважины 1. Длина горизонтального участка направленной скважины 2 около 300 м. В направленной скважине 2 монтируют обсадную 6 и технологическую 7 колонны труб, при этом башмак технологической колонны труб 7 устанавливают на выходе этой скважины в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта 3. В технологическую колонну труб 7 направленной скважины 2 подают воду с расходом 300 м³/ч, а образующийся рассол с расходом 100 м ³/ч отбирают по обсадной колонне труб 6 направленной скважины 2 и по технологической колонне труб 5 вертикальной скважины 1 с расходом около 200 м³/ч. После того, как из обсадной колонны 6 с рассолом будет извлечено около 20 тысяч т соли, заканчивают формирование подготовительной выработки 9 между башмаками обсадной 6 и технологической 7 колонн труб направленной скважины 2. В обсадные колонны труб 4 и 6 вертикальной 1 и направленной 2 скважин соответственно подают нерастворитель - природный газ. Границу раздела нерастворитель-рассол 10 устанавливают в подготовительной выработке 9 на отметке 1150 м, а в вертикальной скважине 1 - на отметке 1148 м. При сооружении подземного тоннельного резервуара 8 воду с расходом 300 м³/ч подают по технологической колонне труб 7 направленной скважины 2, а рассол отбирают через технологическую колонну труб 5 вертикальной скважины 1. После того, как кровля подземного тоннельного резервуара 8 достигнет границы раздела нерастворитель-рассол 10 в подготовительной выработке 9, производят подкачку природного газа в обсадную колонну труб 6, чтобы изолировать увеличивающуюся площадь кровли подземного тоннельного резервуара 8 от попадания воды. Сооружение резервуара 8 заканчивают при поступлении нерастворителя из его кровли в вертикальную скважину 1, о чем свидетельствует изменение уровня границы раздела нерастворитель-рассол 11 в этой скважине.

Таким образом создают подземный тоннельный резервуар 8 заданной устойчивой формы и проектных размеров.