Способ добычи солей из соляных залежей через буровую скважину

Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 091079 (21) 2828923/22-03 с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский и проектныйинститут галургиию(54) СПОСОБ ДОБЫЧИ СОЛЕЙ ИЗ СОЛЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ЧЕРЕЗ БУРОВУЮ СКВАЖИНУИзобретение относится к технике добычи ископаемых солей подземным растворением в недрах, главным образом к горнохимической проьыаленности, 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 масаив 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 11.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 рассолообразующейповерхностью камеры в 2-2,5 раза 5превышает величину скорости растворения. боковой поверхности. Вследствиеэтого, одной из основных технологических задач при подземном растворении соляных залежей через буровыескважины является подготовка в камере растворения большой горизонтальнойповерхности ее кровли с целью создания оптимальных условий для максимальной интенсификации процесса растворения соли и насыщения ею рассолав камере.Известно несколько способов под"готовки большой горизонтальной поверхности растворения кровли камеры, размываемой в подошве соляной залежи до 20 начала эксплуатации скважины, " получения из нее насыщенных рассолов придостаточно высбкой производительности.Способ Кулле и его модификацияспособ ступенчатой отработки соляныхзалежей, предусматривающий разьывподготовительной выработки гидроврубапосредством закачки в скважину растворителя (воды) и нерастворителя, в качестве которого используют нефтемас 803543 4ло, 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 ка" меру, что сопровождается уменьшением концентрации рассола, извлечения запасов и срока службы скважины, произВодится совмещение очистных работ в объеме отрабатываемой ступени, кров" ля которой стабилизируется нерастворителем - нефтепродуктами, с подготовкой новой рабочей горизонтальной поверхности растворения (кровли) камеры С 23.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 водонерастворивнми примесями, выпадающими при раст" ворении соляной залежи на дно камеры растворения.Известен также способ Трэмпа, предусматривающий закачку в нижнюю часть соляной залежи воды и воздуха, который ввиду его ограниченной растворимости в 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 мна 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 чегонад гидроврубом происходит образованне противоточной камеры, сопровождаемое уменьшением концентрациисолей в рассоле, а также снижениемрроизводительности скважины, извлечения запасов и срока службы скважи-.ны.Применение способа Трэмпа практически делает невозможным осуществление ступенчатой отработки соляной за- лежи , заключающейся в совмещенииочистных работ в проектном объемеэксплуатационного слоя, кровля кото" .рого фиксируется нерастворителем,а подошва - кровлей гидровруба, с15 подготовкой .новой рабочей поверхностирастворения кровли камеры, так какразгерметизация скважин при ступенчатой отработке вызовет выделениевоздуха из всего объема рассола в20 камере растворения и необходимостьФорсированной работы компрессорногооборудования в течение длительноговремени для насыщения воздухом всегорассола в камере и создания его избытка для образования подушки.Целью изобретения является повышение рассолодобычи за счет стабилизации слоя нерастворителя у кровликамеры, образующейся в результатерастворения солей, и сокращение егорасходап,Это достигается тем, что в скважину дополнительно в качестве нера-.створителя закачивают нефтепродуктыс добавКой 2-8 вес. 3 кубовых остатков высокомолекулярных жирных спиртов и альдегидов, толщину слоя которых поддерживают в пределах 5-15 мм.На фиг. 1 представлена принципиальная технологическая схема осу 40 ществления предлагаемого способа, нафиг. 2 - 4 - графики скорости массопередачи воздуха в воду в условныхединицах Ь Р; на фиг. 2 - в воде,изолированной и неизолированной от4 воздуха слоем неФтепродуктов без добавок высокомолекулярных жирных спиртов (ВЖС); на фиг. 3 - в воде, изолированной от воздуха слоем нефтепродуктов (дизельного топлива) толщинойО 5 мм с добавкой ВЖС до 15 вес. В,на фиг. 4 - в воде, изолированнойот воздуха слоем нефтепродуктов толщиной 2-15 мм с добавкой ВЖС 8 вес.В.На чертежах показаны соляной пласт1, камера 2 растворения, скважина 3И рассолодобычи, обсадная колонна 4труб, водоподающая колонна 5 труб,рассолоподъемная колонна б труб,слой-"подушка",7 воздуха у кровликамеры, слой 8 нефтепродуктов с доЩ,бавкамн ВЖС, рассол 9 в камере, кровля 10 камеры, график 11 скоростимассопередачи воздуха в воде, неизолированной,от него слоем нефтепро.дуктов, 12, 13, 14, 15.и 16 - град Фики массопередачи воздуха в воде,изолированной от него слоем дизельного топлива без добавок ВЖС соответственно толщиной 5, 10, 15, 35, 45 мм17, 18, 19, 20, 21, 22 - графики скорости массопередачи воздуха в воде, изолированной от него слоем дизельного топлива толщиной 5 мм с до 5бавками ВЖС, соответственно, вес. Ъ ,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. Ъ, соответственно толщиной 2, 4, 5, 8, 10, 15 мм.Применение предлагаемого способа предусматривает следующую последовательность технологических операций. 15 соляной пласт 1 вскрывают скважиной3 рассолодобычи, которую оборудуют обсадной колонной труб, водоподающей колонной труб, рассолоподъемной колонной труб. Пространство между обсад 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 вкамере 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 технологическиеколонны на высоту эксплуатационной 40 ступени камеры растворения, при отработке которой повторяют описанный цикл технологических операций. Предложенный способ предусматривает использование в качестве изолирующего 45 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 - воздухи 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. 60С 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 расположенным 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 закачиуали воздух при давлении 70 кг/см . По падению давления (д Р) воздуха в верхней свободной) Ь 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 - 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, ( аР) при толщине слоя до 45 мм интенсивно уве: личивается. Добавление в дизельное топливо кубовых остатков производства высокомолекулярных жирных спиртов и альдегидов (ВЖСс длиной алифатического ряда С(4 - С 2 уменьшает массопередачу воздуха из верхней части модели в воду (графики 17-22) 2-8 вес. Ъ 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. Ъ 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. Ъ ВЖС с длиной алифатического ряда С 4. - 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,ВРасход нефтепродуктов с добавками кубовых остатков производства высо" комолекулярных жирных спиртов и альдегидов для создания слоя, изолирую" щего воздушную "подушку" от растворителя (рассола, воды) в 10-15 раз меныае, 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 вскважину при давлении 75 кг/см 2 дол"жен составлять: для насыщения воз-духом рассола в камере " 600 тыс.мдля создания воздушной "подушки"420 тыс. м, для компенсации потерьвоздуха в камере, выходящего на поверхность в рассоле - 400.тыс. м 8.Всего за 400 суток расход воздуха1,4 млн. мЗ. Расход электроэнергии 55 на закачку воздуха для отработки .экс плуатационной ступени составит около 1 млн. кВт/ч .на сумму 20 тыс.руб. 65 принимается равным 2-8 от веса нефтепродуктов,Минимальная толщина слоя нефтепродуктов с добавкой ВЖС определяется его способностью ограничиватьмассоперенос воздуха в растворитель.Из графиков 23, 24, 25 (фиг. 4)видно, что изолирующие свойства слоядизтоплива 2 мм с добавкой 8 вес.ВЖС идентичны свойствам слоя дизтоплива толщиной 10 мм без добавок ВЖС,который практически не препятствуетмассопереносу через него воздуха врастворитель. Практически эффект ограничения массопереноса воздуха начинается при толщине слоя дизтоплива с добавкой 8 вес., равного 4 мм(график 24), который уменьшает растворимост воздуха ( а Р) на 30 посравнению со слоем толщиной 2 мм(график 23).максимальная толщина слоя. нефтепродуктов с добавкой 8 вес.ВЖСпринимается равной 15 мм, так какдальнейшее увеличение толщины слоянезначительно уменьшает массопереносвоздуха в растворитель, но увеличивает расход нефтепродуктов, что экономически нецелесообразно(графики26. 27. 28 на фиг. 4). Оптимальнаятолщина слоя нефтепродуктов с добавкой ВЖС принимается в пределах 5-15 мм.зоПри использовании в качестве нерастворителя совместно воздуха и нефтепродуктов с добавкой кубовых остатков производства высокомолекулярныхжирных спиртов и альдегйдов исключается необходимость производить.насыщение всего объема рассола в камеревоздухом, который выделяется из негопри разгерметизации скважины для ееперевода со ступени на ступень, этовыгодно отличает предлагаемый способ 4 Оот способа Трэмпа. 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 б тыс. руб., расход нефтепродуктов с добавкой 2-8кубовых 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 70-75 расход воздуха и уменьшить на 70-75 энергозатраты при эксплуатации скважин выщелачивания с применением воздушного нерастворителя. Формула изобретенияСпособ 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 й с й 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.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2774411/22-03,кл. Е 21 В 43/28, 01.06.79. 2. Авторское свидетельство СССРР 77733, кл. Е 21 В 43/28, 1949. 3. Патент США Р 1923896,кл. 262 - 3, опублик. 1933 (прототип),ЯФиг.4 каэ 10624/1 Тираж 630 ВНИИПИ Государственного комитета по делам иэобретений и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская н