Шахтные хранилища

ШАХТНЫЕ ХРАНИЛИЩА (а. mine storage; н. Untertagespeicher, Schachtspeicher; ф. stockages de mine, depots souterrains; и. depositos subterraneas, depositos de minas) — подземные ёмкости шахтного типа для хранения нефти и газа, сооружаемые в мощных устойчивых отложениях естественно непроницаемых горных пород или пород, поддающихся герметизации с помощью несложных инженерных решений. Пригодными для сооружения нефте- и газохранилищ считаются горные породы, если они не фильтруют хранимый продукт, не содержат включений, влияющих на кондицию хранимого продукта, устойчивы горному давлению. Разработана классификация пород по экранирующей способности, позволяющая рекомендовать горные породы для сооружения хранилищ нефтепродукта (давление в ёмкостях свыше 0,1 МПа), бутана (свыше 0,5 МПа), пропана (свыше 1,5 МПа), этана (свыше 4 МПа), этилена (4-7 МПа). Не рекомендуется сооружать подземные ёмкости шахтным способом: под мощными (толщиной более 40 м) ледниковыми отложениями, содержащими обычно водонесущие пески и гравий, под аллювиальными породами, требующими обязательного сплошного крепления, в породах, вмещающих каменный уголь, газ и нефть. Обычно ёмкость шахтных хранилищ от 25 до 200 тысяч м³, максимальный объём до 5 млн. м³.

Глубина заложения шахтных хранилищ определяется наличием достаточно мощного пласта газонепроницаемых горных пород. Минимальная глубина размещения шахтных хранилищ ограничивается давлением насыщенных паров хранимого продукта. Практически минимальная глубина заложения ёмкостей принимается из расчёта, что давление 0,1 МПа уравновешивается столбом горных пород 4,5-6 м. Там, где газопроницаемость горных пород точно не определяется, хранилища необходимо располагать на глубине ниже уровня грунтовых вод. Для пропана минимальная глубина шахтных хранилищ не должна быть менее 90 м, для бутана — 50 м. Затраты на строительство и эксплуатацию шахтных хранилищ нефти и газа пропорциональны глубине его заложения.

Обычно выработки-ёмкости имеют высоту не менее 5 м. В комплекс шахтных хранилищ входят вскрывающие выработки (стволы, штольни), выработки вспомогательного назначения (коллекторные выработки, камеры насосных станций, эксплуатационных скважины) и др. Отработанные выработки шахт могут быть использованы при обеспечении герметичности и прочности вмещающих горных пород.

По схеме вскрытия шахтные хранилища подразделяются на хранилища с вертикальными стволами, наклонной вскрывающей выработкой и штольней (горизонтальной выработкой).

В шахтных хранилищах одновременно могут находиться один или несколько видов нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов. В зависимости от объёма хранилища, количества одновременно хранимых продуктов, горно-геологических и горнотехнических факторов шахтные хранилища сооружают камерного типа с замкнутой системой выработок-ёмкостей, камерного типа с обособленными выработками-ёмкостями, ячеистого типа. Кровля выработок шахтных хранилищ ячеистого типа поддерживается целиком, размеры которого в зависимости от физико-механических свойств пород составляют в плане 10х10 или 15х15 м.

Для герметизации внутренней поверхности шахтных хранилищ используют кремний-органические соединения типа силикон, а также эмульсии для водорастворимых полимеров в сочетании со смолистыми цементами. Песчаники герметизируют покрытиями из латекса, неопрена с силиконовой смолой и другими добавками. Используется также специальная полимерная плёнка или алюминиевый лист. Изоляцию напыляют или наклеивают на внутреннюю поверхность шахтных хранилищ. Наземный комплекс шахтных хранилищ оснащается устройствами приёма и выдачи продуктов хранения.

В основу технологических схем эксплуатации шахтных хранилищ положено использование насосных или самотечных схем заполнения и насосных или безнасосных способов опорожнения подземных ёмкостей. В технологических схемах шахтных хранилищ, эксплуатирующихся с подпором подземными водами, дополнительно предусматриваются системы для отбора подземных вод погружными насосами. Для выдачи хранимых продуктов на поверхность используются как погружные насосы, располагаемые в эксплуатационных скважинах или вскрывающих выработках, так и непогружные насосы с горизонтальным валом, устанавливаемые в подземных насосных станциях. Для сжиженных углеводородных газов общий объём эксплуатируемых шахтных хранилищ в специально построенных горных выработках составляет в США свыше 2 млн. м³, Франции 200 тысяч м³, Бельгии 100 тысяч м³; для нефти и нефтепродуктов — в Финляндии 4,5 млн. м³, Швеции свыше 3 млн. м³, Норвегии 1,4 млн. м³.

В качестве шахтных хранилищ используются подземные полости, образованные в результате отработки полезных ископаемых: во Франции (железорудный рудник с объёмом полостей 5 млн. м³), ФРГ (соляной рудник — 4,8 млн. м³), США (угольная шахта — 4,25 млн. м³).