RU2776441C1

RU2776441C1 - Method for constructing an underground tunnel reservoir in a suite of rock salt formations of limited capacity

Info

Publication number: RU2776441C1
Application number: RU2021103984A
Authority: RU
Inventors: Валерий Геннадьевич Хлопцов; Дмитрий Маркович Чудновский; Алексей Александрович Скворцов; Михаил Александрович Бабаян; Михаил Константинович Теплов; Дмитрий Сергеевич Сластунов; Юрий Леонидович Филимонов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром геотехнологии"
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2022-07-20

Abstract

FIELD: mining industry.

SUBSTANCE: invention relates to the construction of underground reservoirs. The method for constructing an underground tunnel reservoir in a suite of rock salt formations of limited capacity provides for drilling vertical and vertical-horizontal wells, installation of casing and process pipes in wells, crosscutting of wells along the salt formation, dissolution of rocks by water supply through the process column of pipes of a vertical-horizontal well with brine extraction along the process column of pipes of a vertical well. A vertical-horizontal well enters a horizontal position near the salt formation bottom. Casing pipes of vertical and vertical-horizontal wells are installed in the roofing of the upper layer of rock salt. The process column shoe of vertical borehole pipes is installed near the bottom of the lower salt formation. The process column shoe of a vertical-horizontal well is installed at the outlet of this well in the lower formation. The dissolution of the rocks of the lower salt formation by water supply is carried out to the maximum exposure of the roofing of the formation. The upper rock salt formation is not processed.

EFFECT: increase in the geometric volume and capacity of the tunnel reservoir is achieved while maintaining its reliability and tightness.

1 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs

Предлагаемое техническое решение относится к строительству подземных резервуаров через скважины в каменной соли путем ее растворения и может быть использовано в газовой промышленности при создании подземных хранилищ и для добычи соли через скважины.The proposed technical solution relates to the construction of underground reservoirs through wells in rock salt by dissolving it and can be used in the gas industry when creating underground storage facilities and for extracting salt through wells.

Уровень техникиState of the art

Известен способ сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли, включающий бурение вертикально-горизонтальной скважины с выходом ее в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта, установку обсадной колонны труб в кровле пласта и технологической колонны труб, подачу растворителя и отвод рассола на земную поверхность (Патент РФ №2213032, опубл. 2003 г., МПК 7 B65G 5/00, Е21В 7/06).A known method of constructing an underground tunnel reservoir in a rock salt reservoir, including drilling a vertical-horizontal well with its exit to a horizontal position near the bottom of the salt reservoir, installing a casing string in the roof of the formation and a technological pipe string, supplying a solvent and removing brine to the earth's surface (Patent RF No. 2213032, published in 2003, IPC 7 B65G 5/00, E21B 7/06).

Недостатком данного способа является низкая надежность подземного резервуара из-за наличия только одной эксплуатационной скважины и малый геометрический объем и вместимость сооружаемого тоннельного резервуара при строительстве в маломощных пластах.The disadvantage of this method is the low reliability of the underground reservoir due to the presence of only one production well and the small geometric volume and capacity of the tunnel reservoir being constructed during construction in thin layers.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности, предусматривающий бурение вертикальной и вертикально-горизонтальной скважин с выходом вертикально-горизонтальной скважины в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта, установку в скважинах обсадных и технологических колонн труб, сбойку скважин по соляному пласту, растворение пород подачей воды через технологическую колонну труб вертикально-горизонтальной скважины с отбором рассола по технологической колонне труб вертикальной скважины (Патент РФ №2258652, опубл. 20.08.2005, МПК 7 B65G 5/00, Е21В 7/06).The closest to the claimed technical solution is a method of constructing an underground tunnel reservoir in a rock salt formation of limited power, which involves drilling vertical and vertical-horizontal wells with the vertical-horizontal well in a horizontal position near the bottom of the salt formation, installation of casing and technological pipe strings in the wells, shutdown of wells in a salt reservoir, dissolution of rocks by supplying water through a technological string of pipes of a vertical-horizontal well with brine extraction along a technological string of pipes of a vertical well (Patent RF No. 2258652, publ. ).

Недостатком данного способа является малый геометрический объем и вместимость сооружаемого тоннельного резервуара. Малый объем является следствием требования получения выработки с формой, обеспечивающей ее надежность и устойчивость в период строительства и эксплуатации резервуара; это требование необходимо в условиях, когда разрушение (обрушение) выработки может привести к потере герметичности резервуара или разрушению скважинного оборудования. Растворение соли прекращается при достижении заданных геометрических параметров тоннельного резервуара задолго до полной отработки пласта. Кроме того, необходимая форма достигается за счет применения нерастворителя, что усложняет процесс сооружения резервуара.The disadvantage of this method is the small geometric volume and capacity of the constructed tunnel tank. A small volume is a consequence of the requirement to obtain a working with a shape that ensures its reliability and stability during the construction and operation of the reservoir; this requirement is necessary in conditions when the destruction (collapse) of the working can lead to loss of tightness of the reservoir or destruction of downhole equipment. Salt dissolution stops when the specified geometrical parameters of the tunnel reservoir are reached long before the formation is fully mined. In addition, the required shape is achieved through the use of a non-solvent, which complicates the construction process of the reservoir.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Решаемая задача заключается в увеличении геометрического объема и вместимости тоннельного резервуара при сохранении его надежности и герметичности.The problem to be solved is to increase the geometric volume and capacity of the tunnel tank while maintaining its reliability and tightness.

В сравнении с прототипом предложенное техническое решение обладает следующими преимуществами:In comparison with the prototype, the proposed technical solution has the following advantages:

- Упрощается технология сооружения подземного резервуара;- Simplifies the construction technology of an underground reservoir;

- Не требуется использование нерастворителя;- Use of non-solvent is not required;

- Увеличивается геометрический объем и вместимость подземного резервуара.- The geometric volume and capacity of the underground reservoir is increasing.

Сущность предлагаемого способа заключается в использовании способа сооружения подземного тоннельного резервуара в пласте каменной соли ограниченной мощности, предусматривающего бурение вертикальной и вертикально-горизонтальной скважин с выходом вертикально-горизонтальной скважины в горизонтальное положение вблизи подошвы соляного пласта, монтаж в скважинах обсадной и технологической колонн труб, установку башмака технологической колонны труб вертикально-горизонтальной скважины на выходе этой скважины в горизонтальное положение, сбойку скважин по соляному пласту, растворение пород подачей воды через технологическую колонну труб вертикально-горизонтальной скважины с отбором рассола по технологической колонне труб вертикальной скважины.The essence of the proposed method consists in using the method of constructing an underground tunnel reservoir in a rock salt formation of limited thickness, which involves drilling vertical and vertical-horizontal wells with the vertical-horizontal well in a horizontal position near the bottom of the salt formation, installation of casing and technological pipe strings in the wells, installation the shoe of the technological pipe string of a vertical-horizontal well at the exit of this well to a horizontal position, shutting down wells along a salt reservoir, dissolving rocks by supplying water through the technological string of pipes of a vertical-horizontal well with brine withdrawal along the technological string of pipes of a vertical well.

Предлагаемый способ может быть реализован при наличии свиты (двух и более) маломощных пластов каменной соли.The proposed method can be implemented in the presence of a suite (two or more) thin layers of rock salt.

Согласно предлагаемому способу обсадные колонны труб вертикальной и вертикально-горизонтальной скважин устанавливаются в кровле верхнего пласта каменной соли.According to the proposed method, casing pipes of vertical and vertical-horizontal wells are installed in the roof of the upper layer of rock salt.

Технологические колонны труб устанавливаются в нижнем пласте каменной соли.Technological pipe columns are installed in the lower layer of rock salt.

Отработка нижнего соляного пласта ведется до максимального обнажения его кровли. При максимальном обнажении кровли практически прекращается растворение соли, т. к. нижняя часть выработки будет прикрыта выпадающими нерастворимыми примесями, содержащимися в каменной соли, а кровля выработки сложена нерастворимыми породами. Таким образом нижний пласт отрабатывается полностью, выработка имеет максимально возможный в данных горно-геологических условиях геометрический объем, что обеспечивает максимально возможную вместимость подземного резервуара.Mining of the lower salt layer is carried out until the maximum exposure of its roof. At the maximum exposure of the roof, the dissolution of salt practically stops, since the lower part of the working will be covered with precipitated insoluble impurities contained in rock salt, and the roof of the working will be composed of insoluble rocks. Thus, the lower layer is completely mined out, the working has the maximum geometric volume possible in the given mining and geological conditions, which ensures the maximum possible capacity of the underground reservoir.

Установка обсадных колонн скважин в кровле верхнего пласта каменной соли обеспечивает их сохранность при возможных вывалах породы и обрушениях кровли резервуара. Наличие верхнего пласта каменной соли гарантирует герметичность подземного резервуара при возможных вывалах породы и обрушениях кровли, т. к. отложения каменной соли практически непроницаемы. В результате возможных обрушений кровли над подземным резервуаром формируется свод естественного равновесия горных пород, на котором отсутствуют растягивающие напряжения. После формирования свода естественного равновесия обрушения прекращаются, причем открытый объем подземного резервуара, равный объему извлеченной соли, не изменяется. При эксплуатации резервуара в качестве подземного хранилища газа технологические колонны извлекаются из скважин, поэтому при вывалах или обрушении кровли их обрыв или разрушение исключаются.Installation of casing strings of wells in the roof of the upper layer of rock salt ensures their safety in case of possible rock outbursts and collapses of the reservoir roof. The presence of the upper layer of rock salt guarantees the tightness of the underground reservoir in case of possible rock falls and roof collapses, since rock salt deposits are practically impermeable. As a result of possible collapses of the roof above the underground reservoir, a natural balance of rocks is formed, on which there are no tensile stresses. After the formation of the arch of natural equilibrium, the collapses stop, and the open volume of the underground reservoir, equal to the volume of the extracted salt, does not change. When the reservoir is used as an underground gas storage, the technological columns are removed from the wells, therefore, in the event of a fall or collapse of the roof, their breakage or destruction is excluded.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Предлагаемый способ сооружения тоннельного резервуара поясняется схемами на фиг. 1, 2 и 3.The proposed method for constructing a tunnel tank is illustrated by the diagrams in Fig. 1, 2 and 3.

На фиг. 1 представлена схема осуществления способа сооружения подземного тоннельного резервуара в свите пластов каменной соли ограниченной мощности после сбойки скважин.In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the method for constructing an underground tunnel reservoir in a suite of rock salt beds of limited thickness after well shutdown.

На фиг. 2 - то же после окончания процесса растворения.In FIG. 2 - the same after the end of the dissolution process.

На фиг. 3 представлено поперечное сечение подземного резервуара после окончания сооружения.In FIG. 3 shows a cross-section of the underground reservoir after completion of construction.

Изображения на фиг. 1 - 3 включают вертикальную 1 и вертикально-горизонтальную 2 скважины, вскрывшие верхний 3 и нижний 4 пласты каменной соли. которые имеют сбойку по подошве нижележащего пласта. Вертикальная скважина 1 оборудована обсадной колонной 5, установленной в кровле верхнего пласта 3, и технологической колонной 6, башмак которой установлен у подошвы нижнего пласта 4. Вертикально-горизонтальная скважина 2 оборудована обсадной колонной 7, установленной в кровле верхнего пласта 3, и технологической колонной 8, башмак которой установлен на выходе этой скважины в горизонтальное положение в нижнем пласте 4. В результате растворения образуется подземный резервуар 9.The images in Fig. 1 - 3 include vertical 1 and vertical-horizontal 2 wells, which opened the upper 3 and lower 4 layers of rock salt. which have a hitch along the bottom of the underlying formation. The vertical well 1 is equipped with a casing string 5 installed in the roof of the upper formation 3, and a technological string 6, the shoe of which is installed at the bottom of the lower formation 4. The vertical-horizontal well 2 is equipped with a casing string 7 installed in the roof of the upper formation 3, and a technological string 8 , the shoe of which is installed at the outlet of this well in a horizontal position in the lower layer 4. As a result of dissolution, an underground reservoir 9 is formed.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Способ осуществляют следующим образом. Вначале бурят вертикальную скважину 1. Скважину оборудуют обсадной колонной 5, которую устанавливают в кровле верхнего пласта каменной соли 3, и технологической колонной 6, башмак которой устанавливают над подошвой нижнего пласта каменной соли 4. Затем бурят вертикально-горизонтальную скважину 2. Скважину оборудуют обсадной колонной 7, которую устанавливают в кровле верхнего пласта 3, и проводят далее с выходом в горизонтальное положение над подошвой пласта 4 до сбойки с вертикальной скважиной 1. Если при производстве буровых работ вертикальная 1 и вертикально-горизонтальная 2 скважины не соединились между собой, то осуществляют сбойку по соляному пласту 4 одним из известных способов, например гидроразрывом соляного пласта или растворением пород в вертикальной скважине 1 подачей воды по технологической колонне труб 6 и отбором рассола по обсадной колонне труб 5. Затем в вертикально-горизонтальной скважине 2 устанавливают технологическую колонну труб 8 так, чтобы башмак находился на выходе этой скважины в горизонтальное положение. После этого ведут растворение пород подачей воды через технологическую колонну труб 8 вертикально-горизонтальной скважины с отбором рассола по технологической колонне труб 6 вертикальной скважины. В результате создают подземный резервуар 9.The method is carried out as follows. First, a vertical well is drilled 1. The well is equipped with a casing string 5, which is installed in the roof of the upper layer of rock salt 3, and a technological string 6, the shoe of which is installed above the bottom of the lower layer of rock salt 4. Then a vertical-horizontal well 2 is drilled. The well is equipped with a casing string 7, which is installed in the roof of the upper layer 3, and carried out further with an exit to a horizontal position above the bottom of the layer 4 until the connection with the vertical well 1. along the salt reservoir 4 by one of the known methods, for example, hydraulic fracturing of the salt reservoir or rock dissolution in a vertical well 1 by supplying water through the technological pipe string 6 and withdrawing brine through the casing pipe string 5. Then, the technological pipe string 8 is installed in the vertical-horizontal well 2 so that so that the shoe is on the exit ode of this well to a horizontal position. After that, rocks are dissolved by supplying water through the technological column of pipes 8 of a vertical-horizontal well with the selection of brine along the technological column of pipes 6 of a vertical well. As a result, an underground reservoir 9 is created.

Пример использования. При строительстве подземного хранилища природного газа подземный резервуар 9 объемом 550 тысяч м³ сооружают в свите пластов каменной соли. Верхний пласт каменной соли 3 расположен в интервале 1155-1175 м, нижний пласт 4 - в интервале 1210-1245 м. Бурят вертикальную скважину 1 и устанавливают обсадную колонну труб 5 в кровле верхнего пласта 3 на глубине 1155 м. Затем продолжают бурение скважины 1 до подошвы пласта каменной соли 4 и устанавливают технологическую колонну 6 на глубине 1244,5 м. Бурят вертикально-горизонтальную скважину 2 и устанавливают обсадную колонну труб 5 в кровле верхнего пласта 3 на глубине 1155 м. Затем продолжают бурение скважины 2 до сбойки со скважиной 1 над подошвой нижнего пласта 4. Для обеспечения сбойки расширяют скважину 1 в нижней части путем растворения соли, для чего подают воду по технологической колонне 6 и отбирают рассол по обсадной колонне 5. Затем устанавливают в вертикально-горизонтальной скважине 2 технологическую колонну труб 8 таким образом, чтобы башмак находился на выходе этой скважины в горизонтальное положение над подошвой пласта 4. Расстояние между башмаками технологических колонн около 300 м. После этого подают воду в технологическую колонну труб 8 и отбирают образующийся рассол по технологической колонне 6. После выноса на поверхность с рассолом около 1005 тысяч т соли образуется тоннельный подземный резервуар 9 с геометрическим объемом 550 тысяч м³.Usage example. During the construction of an underground natural gas storage facility, an underground reservoir 9 with a volume of 550 thousand m ³ is constructed in a suite of rock salt beds. The upper layer of rock salt 3 is located in the interval 1155-1175 m, the lower layer 4 is in the interval 1210-1245 m. A vertical well 1 is drilled and a casing string 5 is installed in the roof of the upper layer 3 at a depth of 1155 m. soles of the rock salt layer 4 and install a technological string 6 at a depth of 1244.5 m. Drill a vertical-horizontal well 2 and install a casing string 5 in the roof of the upper layer 3 at a depth of 1155 m. the bottom of the lower formation 4. To ensure a hitch, the well 1 is expanded in the lower part by dissolving the salt, for which water is supplied through the technological column 6 and the brine is taken along the casing string 5. Then, the technological pipe string 8 is installed in the vertical-horizontal well 2 the shoe was at the exit of this well in a horizontal position above the bottom of the formation 4. The distance between the shoes of the technological the column is about 300 m. After that, water is supplied to the technological column of pipes 8 and the resulting brine is taken along the technological column 6. After bringing about 1005 thousand tons of salt to the surface with brine, a tunnel underground reservoir 9 is formed with a geometric volume of 550 thousand m ³ .

Claims

A method for constructing an underground tunnel reservoir in a suite of rock salt beds of limited thickness, which involves drilling vertical and vertical-horizontal wells with the vertical-horizontal well in a horizontal position near the bottom of the salt bed, installing casing and technological pipe strings in the wells, shutting down wells along the salt bed, dissolution of rocks by supplying water through the technological string of pipes of a vertical-horizontal well with the selection of brine along the technological string of pipes of a vertical well, characterized in that the casing strings of pipes of the vertical and vertical-horizontal wells are installed in the roof of the upper layer of rock salt, the shoe of the technological string of pipes of the vertical well is installed near the bottom of the lower layer of rock salt, the shoe of the technological column of pipes of a vertical-horizontal well is installed at the outlet of this well in the lower layer, and the dissolution of the rocks of the lower layer of rock salt The water supply is carried out until the maximum exposure of the roof of the formation, and the upper layer of rock salt is not worked out.