Подземные хранилища нефти и нефтепродуктов

Типы подземных хранилищ:

• хранилища в отложениях каменной соли, сооружаемые методом выщелачивания (размыва);
• хранилища в пластичных породах, сооружаемые методом глубинных взрывов;
• шахтные хранилища;
• льдогрунтовые хранилища.

Классификация подземных хранилищ по принципу производства:

• сооружаемые способом камуфлетного взрыва (ледогрунтовые и шахтные);
• сооружаемые способом выщелачивания (хранилища в толщах каменной соли).

Обзор каждого типа подземного хранилища

 

Хранилища в отложениях каменной соли

Подземные хранилища в отложениях каменной соли — это наиболее распространенный вид подземных емкостей для хранения нефтепродуктов. Каменная соль (галит) имеет высокие пределы прочности:

• на сжатие 25—30 МПа,
• на растяжение 1,65 МПа,
• на изгиб 3,35 МПа.

Важным свойством каменной соли является способность резко увеличивать пластические свойства при повышении давления (до 15,0—27,5 МПа). Пластичность каменной соли повышается при смачивании. При этом капиллярные трещины в кристаллах закрываются, что приводит к значительному повышению предела прочности на растяжение. Пластичность каменной соли зависит от фактора времени. При большой продолжительности действия давления даже небольшие нагрузки могут вызвать текучесть каменной соли. Поэтому отложения каменной соли в толще земной коры имеют весьма малую проницаемость и пористость. Указанные свойства каменной соли весьма благоприятны для создания в ее отложениях подземных емкостей.

Хранилища нефтепродуктов в отложениях каменной соли сооружаются методом размыва. Последовательность выполнения работ в этом случае такова:

• сначала бурится скважина, вскрывающая верхнюю кровлю соляного пласта;
• в нее устанавливается обсадная труба;
• в трубу до кровли будущего хранилища опускаются водоподающая труба и рассолоотводящая труба;
• закачиваемая под давлением вода растворяет соль;
• образующийся соляной раствор откачивается по трубе;
• закачку-выкачку нефтепродуктов производят методом прямого вытеснения.

 

Льдогрунтовые хранилища

Ледогрунтовые хранилища сооружаются в районах вечной мерзлоты и представляют собой выемку в грунте, устраиваемую выше горизонта с нулевым колебанием температуры породы. Горючее в эти районы завозят преимущественно танкерами в период очень короткой летней навигации. Поэтому надо иметь большое количество резервуаров значительного объема, обеспечивающих хранение годового запаса нефтепродуктов.

Строить металлические резервуары в этих районах вследствие значительной удаленности от поставщиков металлоконструкций очень дорого. Их эксплуатация вследствие низкой температуры воздуха и сильных ветров технически сложна.

В связи с этим в указанных районах применяют льдогрунтовые хранилища, представляющие собой подземные выработки в вечномерзлых грунтах и имеющие в качестве облицовки покрытия из льда.

Подземное льдогрунтовое хранилище строят в виде горизонтальной выработки длиной около 200 м, ширина пролета составляет обычно 5-6 м.

Резервуары в подземных льдогрунтовых хранилищах изолируют и герметизируют перемычками и ледяной облицовкой стен. Ледяная оболочка предохраняет хранимый продукт от механического загрязнения, обеспечивает герметичность хранилищ. Термоизоляционный слой рассчитывается с учетом поддержания в ледяном своде хранилища температуры не выше -3°С. Дно и борта траншеи облицовывают льдом. Верхнюю кромку ледяного перекрытия устраивают на 0,5 м ниже уровня, соответствующего глубине оттаивания породы летом. Для размещения эксплуатационного оборудования в одной стороне траншеи устраивают специальный колодец, сечение которого определяется из условия размещения необходимого оборудования и труб. Площадка для строительства ледогрунтового хранилища должна быть удалена от естественных источников тепла на расстояние не менее 50 м. Ледогрунтовые хранилища размещают преимущественно в тонкодисперсных, незаселенных льдонасыщенных суглинистых породах, имеющих влажность не менее 20%. Мерзлые породы обеспечивают необходимую прочность и устойчивость емкости без применения крепи. Облицовку льдом стенок и устройство свода производят при температуре воздуха не выше —10° С. Лед на стенки и свод емкостей обычно намораживают:

• заливкой воды в пространство между опалубкой и грунтом;
• выкладкой стен из ледяных блоков или намораживанием ледяного слоя на стенки выработки путем послойного нанесения воды на охлажденные стенки. Для ускорения процесса намораживания ледяной облицовки необходима интенсивная вентиляция емкости морозным воздухом.

Хранилища, сооружаемые методом глубинных взрывов

Данный тип хранилищ создается там, где отсутствуют отложения каменной соли достаточной мощности. Наиболее предпочтительно создание хранилищ в водоупорных глинах. В отличие от кристаллических пород в результате внутреннего взрыва пластичные породы под действием высокого давления, образующегося при взрыве, не разрушаются, а уплотняются и приобретают повышенную прочность и герметичность.

Последовательность создания хранилищ методом глубинных взрывов выглядит следующим образом:

• Сначала бурят скважину нужной глубины;
• Ее стенки укрепляют с помощью обсадных труб и цементируют;
• Затем двумя предварительными взрывами создают зарядную камеру, в которую помещают основной заряд взрывчатого вещества;
• Необходимая полость получается в результате основного взрыва.

Подземные резервуары, созданные методом глубинных взрывов, сохраняют свою устойчивость не более, чем в течение пяти лет. Продлить срок их службы позволяет термическая обработка стенок, напоминающая обжиг кирпича. Процесс осуществляется в три этапа:

• Сначала из приконтурного массива в течение 48 ч при температуре 105-110 °С выпаривают воду;
• затем в течение 40 ч при температуре 900-950 °С глинистый слой переводят в камнеподобное состояние;
• далее при температуре до 1100 °С производят оплавление стенок полости.

Наряду с применением обычных взрывчатых веществ для создания хранилищ нефтепродуктов методом глубинных взрывов перспективно применение ядерных боеприпасов. При взрыве ядерного заряда образующийся плазменный шар расплавляет окружающие горные породы.

 

Шахтные хранилища

Шахтные хранилища строят с помощью специальных вертикальных или наклонных скважин с последующими горизонтальными выработками — штольнями для вскрытия пласта, в котором намечено создать хранилище. Наиболее пригодными для строительства подземных шахтных емкостей являются:

• осадочные породы (плотные известняки, доломиты, гипс, мел, алевриты, аргиллиты);
• метаморфические породы (глинистые и шиферные сланцы, кварциты, кремнистый сланец).

Подземные хранилища шахтного типа — это комплекс сооружений, состоящий из следующих элементов:

• подземных выработок-резервуаров для хранения нефтепродуктов;
• вскрывающих выработок;
• выработок вспомогательного назначения;
• наземных сооружений;
• технологического оборудования.

 

Хранилища, сооружаемые способом камуфлетного взрыва

Сущность этого метода заключается в том, что на расчетную глубину бурят скважину, оборудованную обсадной колонной, до расчетной глубины, соответствующей высоте будущей емкости. Сначала в скважине взрывают прострелочные заряды с целью создания необходимой полости для размещения основного заряда. В результате полного камуфлетного взрыва основного заряда пластичная среда сжимается, а затем деформируется, образуя полость сфероидальной формы с уплотненными стенками.