Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в мировом практике резервуа-ростроспия отмечается общая тенденция к преимущественному развитию подземных хранилищ газа (ПХГ) з отложениях каменной соли, отличительной особенностью которых является возможность эксплуатации в «рывко-вом» режиме с производительностью отбора газа, на порядок превышающей темпы отбора из ПХГ в пористых структурах, что особенно важно в промышленно развитых районах для покрытия кратковременной неравномерности газопотребленнк.
Расчеты динамики газопотребления в Российской Федерации показывают, что в период 2000.-2015 гг. по большинству экономических регионов (особенно по Центральному и Северо-Западному) будет иметь место дефицит суточного газопотребления, который может быть покрыт за счет строительства в различных регионах России 10 пиковых ПХГ в солях с суммарной мощностью 270.6 млн. м3/сутки. Помимо указанных экономических предпосылок, в России к настоящему времени разработаны научные, технологические и нормативные основы, необходимые для интенсивного развития в предстоящие 10-15 лег строительства ПХГ в отложениях каменной соли.
Сооружение ПХГ обычно осуществляется методом растворения каменной соли через вертикальные скважины вдоль их вертикальной оси. Однако применение такой технологической схемы, для которой в основном и разработана научная и нормативная база, экономически эффективно лишь до определенной мощности пластов соли порядка 50 м, ниже которой капитальные затраты на единицу объема хранилища возрастают до величин, когда хранилище становится нерентабельным. В то же время на территории России, в том числе в районах с большим дефицитом суточного газопотребления (например, в Центральном), имеются соленосные бассейны, в которых отсутствуют мощные пласты соли, но имеются большие по площади маломощные пласты.
Выполненные в России за последние 35 лет научные проработки, включающие крупномасштабные эксперименты, подтвердили возможность сооружения в маломощных пластах каменной соли резервуаров тоннельного типа, имеющих при сравнительно небольших размерах поперечного сечения значительные геометрические объемы. Однако, до сих пор не проведены опытно-промышленные испытания такой технологии и не разработаны
научно-методические и нормативные основы ее применения. Решению этой актуальной научно-технической задачи посвящена настоящая работа.
Цель работы заключается в установлении закономерностей формообразования тоннельных резервуаров с устойчивыми размерами выработанного пространства и разработке рекомендаций по технологии их сооружения.
Идея работы состоит в том, что при проектировании тоннельных резервуаров по результатам физического моделирования технологии их сооружения в качестве определяющего параметра предлагается предельный пролет поперечного сечения резервуара, обеспечивающий устойчивость резервуара и определяющий его конструктивные параметры.
Основные научные положении, разработанные лично соискателем, и новизна:
-
Сформулировано условие соблюдения критериев подобия при моделировании процесса формообразования тоннельных резервуаров, которое заключается в том, что растворимость воздуха в рассоле под определенным давлением должна быть равна или выше растворимости воздуха в воде при атмосферном давлении, и определено минимальное давление в сооружаемом тоннельном резервуаре, исключающее выделение воздуха из рассола.
-
Строительный объем тоннельного резервуара может быть определен по результатам контроля технологических параметров и плотности каменной соли и рассола, для чего предложена соответствующая функциональная зависимость, позволяющая также оценить погрешность такого определения, если известна погрешность инструментального измерения соответствующих параметров; показано, что при существующей контрольно-измерительной технике погрешность определения строительного объема составляет 8-10%.
-
Снижение несущей способности и увеличение проницаемости соляного массива, вмещающего одиночный тоннельный резервуар, определяется, главным образом, развитием в кровле резервуара области псупругих деформаций в форме хрупкого разрушения с образованием трещин отрыва и возможным вывалообразованием, для определения размеров которой получена функциональная зависимость.
-
Сооружение двух и более тоннельных резервуаров не приводит к заметному росту областей неупругих деформаций в кровле и почве каждого из них, но приводит к увеличению областей пластического течения в междукамерных целиках, которое снижает несущую способность целиков и вме-
щающего соляного массива в целом и для оценки которого получена функциональная зависимость.
Обоснованность и достоверность научных положений, нмподоп и рекомендации, содержащихся и работе, подтверждаете»:
применением апробированных методов механики сплошной среды и теории подобия;
комплексным характером работы, включающей теоретические исследования и экспериментальную проверку на крупномасштабных моделях;
результатами оценки погрешности экспериментально определяемых коэффициентов скорости растворения каменной соли.
Научное значение диссертации заключается в дальнейшем развитии существующих представлений о закономерностях формообразования тоннельных резервуаров и процессах разрушения вмещающего соляного массива.
Практическое значение диссертации состоит в разработке рекомендаций по проектированию конструктивных параметров и технологии сооружения тоннельных резервуаров.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Сформулированные в работе выводы и рекомендации реализованы при разработке нормативно-методического документа ПБ-08-83-95 «Правила обустройства и безопасной эксплуатации подземных хранилищ природного газа в отложениях каменной соли», при проектировании опытно-промышленного тоннельного резервуара объемом 350 тыс. м3для Волгоградского ПХГ.
Апробация работы: Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международном симпозиуме по подземным хранилищам (Ганновер, ФРГ, 1994 г.), Международной конференции «Подземное хранение газа» (Москва, 1995 г.), заседаниях ученого совета ДП НТЦ «Подземгазпром» (1996 г. и 1997 г.), семинаре кафедры «Строительство подземных сооружений и шахт» МГГУ (1997 г.), заседании секции Круглого стола «Неделя горняка» в МГГУ (1998 г.).
Публикации: По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 66 наименований и содержит 19 рисунков, 130 страниц.
