Способ добычи солей из соляных залежей через буровую скважину

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик п1>803543 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (53)м К, 3

Е 21 В 43/28

В 65 G 5/00 (22) Заявлено 091079 (21) 2828923/22-03 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 151181. Бюллетень Но42

Дата опубликования описания 151181 (53) УАК 622. 277 (088.8) «»

R(A. ф. Студенцов. Л- Я- Скваский, B. K, Резников, E И. а:цкфщ . и В. П. шевченко

::..:, е (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт галургии (71) Заявитель (54) СПОСОБ ДОБЫЧИ СОЛЕЙ ИЗ СОЛЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

ЧЕРЕЗ БУРОВУЮ СКВАЖИНУ

Изобретение относится к технике добычи ископаемых солей подземным растворением в недрах, главным образом к горнохимической проььпаленности, и может быть использовано также в других отраслях промышленности, занимающихся добычей рассолов через буровые скважины.

Известен способ образования под-, земного резервуара в отложениях солей с попутной добычей солей путем закачки в массив растворителя, откачки образующегося рассола и с его последующим сбросом, при котором в качестве растворителя используют водный раствор хлористого натрия и органических соединений, образующих истинный раствор в воде, при этом суммарную растворяющую способность растворителя поддерживают не менее

200 г/л путем его подпитки пресной водой. В качестве органического соединения используют метиловый спирт или ацетон (1).

Существенным препятствием при подземном растворении солей через буровые скважины является разница скоростей растворения горизонтальной поверхности кровли и боковой поверхности камеры растворения. Величина скорости растворения кровли, являющейся главной рассолообразующей поверхностью камеры в 2-2,5 раза

5 превышает величину скорости растворения боковой поверхности. Вследствие этого, одной из основных технологических задач при подземном растворении соляных залежей через буровые скважины является подготовка в камере растворения большой горизонтальной поверхности ее кровли с целью создания оптимальных условий для максимальной интенсификации процесса растворения соли и насыщения ею рассола в камере.

Известно несколько способов подготовки большой горизонтальной поверхности растворения кровли камеры, размываемой в подошве соляной залежи до

20 начала эксплуатации скважины, - получения из нее насыщенных рассолов при достаточно высбкой производительности.

Способ Кулле и его модификацияспособ ступенчатой отработки соляных з алежей, предусматривающий разьыв подготовительной выработки гидровруба посредством закачки в скважину растворителя (воды) и нерастворителя, в качестве которого используют нефтемас803543

4 ло, керосин и т.п. с толщиной слоя

5-10 мм, всплывающие к кровле камеры растворения и предохраняющие ее от растворения, последующая отработка соляной залежи производится эксплуатационными ступенями, ограничиваемыми кровлей предыдущей (нижней) ступени и подошвой будущей (верхней) ступени.

При этом в целях предотвращения стихийного растворения кровли камеры и трансформации ее в противоточную камеру, что сопровождается уменьшением концентрации рассола, извлечения за-. пасов и срока службы скважины, произВодится совмещение очистных работ в объеме отрабатываемой ступени, кровля которой стабилизируется нерастворителем - нефтепродуктами, с подготовкой новой рабочей горизонтальной поверхности растворения (кровли) ка ðè С27.

Недостатком способа Кулле и его модификацией являются большие потери нефтепродуктов в камере растворения, достигающие 1,5 кг на 1 м добытого рассола (150-200 т в год на скважину), которые происходят вследствие окисления нефтепродуктов и образования комплексов с водонерастворивыми примесями, выпадающими при растворении соляной залежи на дно камеры растворения.

Известен также способ Трэмпа, rIpeдусматривающий закачку в нижнюю часть соляной залежи воды и воздуха, который ввиду его ограниченной растворимости B рассоле, находящемся в камере растворения, выделяется в свободную фазу у кровли камеры, образуя "подушку" толщиной 1-2 см, которая изолирует кровлю от растворения. Вследствие растворения исключительно боковой поверхности камеры в подошве соляной залежи образуется гидровруб с высотой 2-5 м и диаметром кровли около 100 м. После выпуска воздуха из камеры растворения в ней создаются условия для свободного доступа воды к большой горизонтальной поверхности кровли камеры, в результате растворения которой образуется значительное количество насыщенных рассолов (эксплуатационный период работы скважины) (3 1.

Однако относительно большая растворимость воздуха в воде и рассоле находящихся в камере растворения (до

1 м на 1 м рассола), обуславливает постоянный выход воздуха из нее в рассоле, извлекаемом на поверхность, что и вызывает необходимость постоянной подачи воздуха в скважину для компенсации его потерь и поддержания

"подушки" у кровли камеры. Это ведет к большим энергоэатратам на работу компрессорного оборудования.

После выпуска воздуха из камеры растворения дальнейшее растворение ее кровли и ствола скважины водой происходит стихийно, вследствие чего над гидроврубом происходит образованне противоточной камеры, сопровождаемое уменьшением концентрации солей в рассоле, а также снижением рроизводительности скважины, извлечения запасов и срока службы скважи-, ны.

Применение способа Трэмпа практически делает невозможным осуществление ступенчатой отработки соляной за лежи, заключающейся в совмещении очистных работ в проектном объеме эксплуатационного слоя, кровля кото- . рого фиксируется нерастворителем, а подошва — кровлей гидровруба, с

15 подготовкой .новой рабочей поверхности растворения кровли камеры, так как разгерметизация скважин при ступенчатой отработке вызовет выделение воздуха из всего объема рассола в

2О камере растворения и необходимость форсированной работы компрессорного оборудования в течение длительного времени для насыщения воздухом всего рассола в камере и создания его избытка для образования подушки.

Целью изобретения является повышение рассолодобычи за счет стабилизации слоя нерастворителя у кровли камеры, образующейся в результате растворения солей, и сокращение его расходап. I

Это достигается тем, что в скважину дополнительно в качестве нера-. створителя з акачивают нефтепродукты с добавКой 2-8 вес. Ъ кубовых остатков высокомолекулярных жирных спиртов и альдегидов, толщину слоя которых поддерживают в пределах 5-15 мм.

На фиг. 1 представлена принципиальная технологическая схема осу40 ществления предлагаемого способа, на фиг. 2 — 4 — графики скорости массопередачи воздуха в воду в условных единицах Д Р; на фиг. 2 — в воде, изолированной и неизолированной от

45 воздуха слоем нефтепродуктов без добавок высокомолекулярных жирных спиртов (ВЖС); на фиг. 3 — в воде, изолированной от воздуха слоем нефтепродуктов (дизельного топлива) толщиной

® 5 мм с добавкой ВЖС до 15 вес. В, на фиг. 4 - в воде, изолированной от воздуха слоем нефтепродуктов толщиной 2-15 мм с добавкой ВЖС 8 вес.В.

На чертежах показаны соляной пласт

1, камера 2 растворения, скважина 3

55 рассолодобычи, обсадная колонна 4 труб, водоподающая колонна 5 труб, рассолоподъемная колонна б труб, слой-"подушка"..7 воздуха у кровли камеры, слой 8 нефтепродуктов с до о,бавками ВЖС, рассол 9 в камере, кровля 10 камеры, график 11 скорости массопередачи воздуха.в воде, неизолированной,от него слоем нефтепро.дуктов, 12, 13, 14, 15.и 16 — гра 5 Фики массопередачи воздуха в воде, 803543 изолированной от него слоем дизельного топлива без добавок ВЖС соответственно толщиной 5, 10, 15, 35, 45 мм

17, 18, 19, 20, 21, 22 — графики скорости массопередачи воздуха в воде, изолированной от него слоем дизельного топлива толщиной 5 мм с до5 бавками ВЖС, соответственно, вес. %1 ,О, 2, 5, 8, 10, 15; 23, 24, 25, 26, 27, 28 — графики скорости массопередачи воздуха в воде, изолированной от него дизельным топливом с добавкой ВЖС 8 вес. %, соответственно толщиной 2, 4, 5, 8, 10, 15 мм.

Применение предлагаемого способа предусматривает следующую последовательность технологических операций: соляной пласт 1 вскрывают скважиной

3 рассолодобычи, которую оборудуют обсадной колонной труб, водоподающей колонной труб, рассолоподъемной колонной труб. Пространство между обсад- 20 ной и водоподающей колоннами заполняют нефтепродуктами с добавкой .кубовых остатков производства высокомолекулярных жирных спиртов и альдегидов (ВЖС}, после чего закачивают в скважину воду и извлекают на поверхность рассол 9, одновременно пе-. риодически подкачивая в кольцевое пространство между обсаднОЙ и водоподающей колоннами воздух, который образует у кровли 10 камеры растворения солей — "подушку" 7, изолированную от контакта с рассолом 9 в камере 2 растворения слоем 8 нефтепродуктов с добавкой ВЖС.

После размыва в нижней части соляной залежи подготовительной камеры воздух, находящийся в "подушке" у кровли камеры, выпускают на поверхность и поднимают технологические колонны на высоту эксплуатационной 40 ступени камеры растворения, при отработке которой повторяют описанный цикл технологических операций. Предложенный способ предусматривает использование в качестве изолирующего слоя, препятствующего массопереносу .воздуха в рассол, нефтепродуктов с добавкой кубовых остатков высокомо.— лекулярных жирных спиртов и альдегидов, которые, создавая сорбционные слои на границах разделов фаз нефте- . продукты — воздух и нефтепродукты — . растворитель, препятствуют взаимодействию нефтепродуктов и. раствори -. теля с воздухом, находящимся у кровли камеры растворения. При этом, за счет 55 структурно-механических свойств сорбционных слоев возрастает эффектив ность изолирующего действия слоя нефтепродуктов, ограничивающего проникновение через него воздуха в рассол. Q}

С целью качественного анализа и определения количественных характеристик предлагаемого способа были проведены лабораторные опыты на модели камеры растворения объемом 20 л. 5

Через модель по коаксиально рас положенным трубкам, одна из которых была опущена на 60 мм ниже верхней крышки модели, а вторая до дна модели, прокачивалась дегазированная вода.

Верхняя часть модели заполнялась слоем дизельного топлива толщиной

5-45 мм. В верхнюю (свободную) часть модели закачивали воздух при давлении 70 кг/см . По падению давления (д P) воздуха в верхней свободной) части модели определяли скорость массопередачи воздуха через слой дизельного топлива- без добавок и с добавкой кубовых остатков производства высокомолекулярных жирных спиртов и альдегидов (ВЖС) с длиной алифатического радикала С вЂ” С, практически нерастворимых в воде.

Расход ВЖС изменяли от 0 до 15% от веса дизельного топлива.

Результаты опытов приведены на фиг. 2, 3, 4. При отсутствии слоя дизельного топлива(график 11)или при наличии такого слоя, но без добавок .ВЖС(графики 12-16) величина падения давления воздуха, характеризующая его массоперенос в воду, { дР) при толщине слоя до 45 мм интенсивно уве: личивается. Добавление в дизельное топливо кубовых остатков производства высокомолекулярных жирных спиртов и альдегидов (ВЖС р с длиной алифатического ряда С(4 — C2 уменьшает массопередачу воздуха из верхней части модели в воду (графики 17-22)

2-8 вес. % добавки ВЖС придают слою дизельного топлива толщиной 5 мм изолирующие свойства слоя дизельного топлива без добавок ВЖС толщиной 35-45 мм. Из графиков 23-28 (фиг. 4) видно, что при добавке ВЖС в дизел.. ное топливо в количестве 8 вес. % эффективное экранирование воздуха от воды создается слоем дизельного топлива толщиной 5-15 мм.

Величина межфазного натяжения на ,границе дизельное топливо — вода, равная 48 эрг/см, в присутствии

8 вес. % ВЖС с длиной алифатического ряда Си. — С Уменьшается до 17 зрг/см -.

Дальнейшее добавление ВЖС в дизе-, льное топливо не рационально, так как при более низких величинах меж- . фазного натяжения происходит отрыв капель дизтоплива от границы раздела, то есть эмульгирование, которое в условиях камеры растворения приведет к дополнительным потерям нерастворителя.

На основании результатов лабораторных работ оптимальное содержание кубовых остатков производства высокомолекулярных жирных спиртов и альдегидов, используемых в качестве добавок к нефтепродуктам, применяющимся в качестве нерастворителя, е

803543 принимается равным 2-8% от веса нефтепродуктов.

Минимальная толщина слоя нефтепродуктов с добавкой ВЖС определяется его способностью ограничивать массоперенос воздуха в растворитель. йз графиков 23, 24, 25 (фиг. 4) видно, что изолирующие свойства слоя дизтоплива 2 мм с добавкой 8 вес. Ъ

ИЖС идентичны свойствам слоя дизтоплива толщиной 10 мм без добавок ВЖС, который практически не препятствует массопереносу через него воздуха в растворитель. Практически эффект orpae vehia массопереноса воздуха начинается при толщине слоя дизтоплива с добавкой 8 вес.Ъ, равного 4 мм (график 24), который уменьшает растворимост воздуха (b.P) на 30% посравнению со слоем толщиной 2 мм (график 23).

Максимальная толщина слоя. нефте- 20 продуктов с добавкой 8 вес. Ъ ВЖС принимается равной 15 мм, так как дальнейшее увеличение толщины слоя незначительно уменьшает массоперенос воздуха в растворитель, но увеличи- 25 вает расход нефтепродуктов,.что экономически нецелесообразно(графики

26. 27. 28 на фиг. 4). Оптимальная толщина слоя нефтепродуктов с добавкой ВЖС принимается в пределах 5-15мм.зо

При использовании в качестве нерастворителя совместно воздуха и нефтепродуктов с добавкой кубовых остатков производства высокомолекулярных жирных спиртов и альдегйдов исключается необходимость производить насыщение всего объема рассола в камере воздухом, который выделяется из него при разгерметизации скважины для ее перевода со ступени на ступень, это выгодно отличает предлагаемый способ от способа Трэмпа.

Расход нефтепродуктов с добавками кубовых остатков производства высокомолекулярных жирных спиртов и альдегидов для создания слоя, изолирующего воздушную "подушку" от растворителя (рассола, воды) в 10-15 раз меньше, чем при способе Кулле.

При применении способа Трэмпа для отработки эксплуатационной ступени камеры растворения диаметром 100 м и объемом 1 мпн. м 8 на глубине 600 м в течение 460 суток расход воздуха в скважину при давлении 75 кг/см должен составлять: для насыщения воз- духом рассола в камере — 600 тыс.м для создания воздушной "подушки"

420 тыс. м, для компенсации потерь воздуха в камере, выходящего на поверхность в рассоле - 400.тыс. м8.

Всего за 400 суток расход воздуха

1,4 млн. мЗ. Расход электроэнергии на закачку воздуха для отработки .экс. плуатационной ступени составит около

1 млн. кВт/ч на сумму 20 тыс.руб.

При отработке эксплуатационной ступени в течение 460 суток по способу Кулле потери нефтепродуктов (дизельного топлива), используемых в качестве нерастворителя, составляют 200-250 т на сумму 18 тыс.руб .

При применении предлагаемого спо-. соба управляемого растворения соляных залежей воздух в камере растворения необходим только для образования "подушки" у кровли, нефтепродукты с добавкой - для образования изоляционного слоя, препятствующего массопереносу воздуха из "подушки" в растворитель (воду, рассол). Для отработки одной эксплуатационной ступени в скважине расход воздуха составляет 420 тыс. м, а энергозатра ты — 0,3 млн. кВт/ч ча сумму 6 тыс. руб., расход нефтепродуктов с добавкой 2-8 Ъ кубовых остатков произ водства высокомолекулярных спиртов и альдегидов составит 18-20 т на сумму

2 тыс. руб. Годовая экономия при эксплуатации одной скважины растворения предлагаемым способом составит по сравнению со способом Трэмпа — 12 тыс. руб., по сравнению со способом

Кулле — 10 тыс. руб. Применение предлагаемого способа позволяет производить управляемую ступенчатую отработку соляной залежи с применением воздушного нерастворителя и сделать этот метод практически работоспособным благодаря улучшению условий стабилизации слоя воздуха у кровли камеры; сократить, благодаря применению воздушного нерастворителя, в

8-10 раз расход нефтепродуктов, используемых в качестве нерастворителя, а также сократить на 70-75Ъ расход воздуха и уменьшить на 70-75Ъ энергозатраты при эксплуатации скважин выщелачивания с применением воздушного нерастворителя.

Формула изобретения

Способ добычи солей из соляных залежей через буровую скважину, заключающийся в бурении скважины, оборудования ее. рабочими колоннами, подаче в залежь растворителя, нерастворителя, в качестве которого используют воздух и откачке образующегося рассола, о т л и ч а ю щ и и с и тем, что, с целью повышения рассолодобычи за счет стабилизации слоя нерастворителя у кровли камеры, образующейся в результате растворения солей, и сокращения его расхода, в скважину дополнительно в качестве нерастворителя заначивают нефтепродукты с добавкой 2-8 вес.% кубовых остатков производства высокомолекулярных жирных спиртов и альдегидов, толщину слоя которых поддерживают в пределах

5-15 мм.

803543

Фиг.l

Фиг.2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2774411/22-03, кл. Е 21 В 43/28, 01.06.79.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 77733, кл. Е 21 В 43/28, 1949.

3. Патент США Р 1923896, кл. 262 — 3, опублик. 1933 (прототип).

803543

Супчики

Я

Фиг.4

Закаэ 10624/1 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Э. Руднева E. Рошко

Редактор Е. Месропова Техред Э.фанта Корректор