СП 123.13330.2012 Действует

- определение границ расчетного фрагмента (при использовании численных методов расчетов);

- определение силовых и кинематических граничных условий;

- выделение в пределах расчетного фрагмента инженерно-геологических элементов со статистически значимым различием в физико-механических свойствах;

- выбор уравнения состояния пород, описывающих их механическое поведение, для каждого из инженерно-геологических элементов;

- формулировку критериев устойчивости выработок-емкостей.

Размер и границы расчетного фрагмента определяют из условия исключения влияния границ на напряженно-деформированное состояние примыкающего к контуру выработки-емкости породного массива с учетом наличия симметрии. При расчете устойчивости выработки-емкости бесшахтных подземных резервуаров допускается использовать осесимметричную расчетную схему при форме ее контура, близкой к фигуре вращения, а для протяженных выработок-емкостей – применять расчетную схему плоской деформации. При длине выработки-емкости, в пять раз и более превышающей ее поперечный размер, она считается протяженной. Для одиночной выработки-емкости границы расчетного фрагмента принимаются на удалении не менее пяти максимальных полупролетов выработки-емкости от ее контура.

Выбор уравнений состояния пород в выделенных инженерно-геологических элементах осуществляется с учетом закономерностей их деформирования и разрушения, определяемых в результате лабораторных исследований породных образцов.

В ходе лабораторных испытаний образцов горных пород выполняют:

- построение диаграмм деформирования в условиях одноосного и объемного нагружения, по которым определяются деформационные и прочностные характеристики горных пород;

- построение паспортов прочности горных пород, по которым определяются параметры уравнений предельного состояния горных пород, характеризующих условия перехода пород в запредельное деформирование и разрушение;

- построение кривых ползучести горных пород, по которым определяются реологические характеристики горных пород.

А.5 Оценку устойчивости выработки-емкости выполняют из условий:

- недопущения вывалообразования из кровли выработки-емкости, приводящего к разрушению горных пород и цементного камня в интервале башмака основной обсадной колонны, разрушению подвесных колонн и скважинного оборудования;

- недопущения миграции хранимого продукта в подстилающие и перекрывающие проницаемые породы;

- обеспечения максимально допустимого уменьшения геометрического объема выработки-емкости вследствие конвергенции.

А.6 Максимальное допустимое эксплуатационное давление Pmax эксп определяется делением максимального допустимого давления Pmax в выработке-емкости на уровне башмака основной обсадной колонны на коэффициент надежности 1,05, где Pmax определяют по формуле

Pmax = γf Pг.д , (А.1)

где γf – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый в расчете:

0,85 – при спокойном или пластово-линзообразном залегании соли, когда надсолевая толща представлена непроницаемыми породами;

0,75 – в остальных случаях;

Рг.д – горное давление, Па.

А.7 Горное давление допускается определять следующими методами:

а) расчет веса от вышележащих горных пород на башмаке основной обсадной колонны, используя результаты геофизических исследований, или по анализу литературных данных плотности горных пород в соответствии с геологическим строением массива по формуле

Рг.д = Σ(гighi), (А.2)

где гi – плотность i-й горной породы, кг/м3;

g – ускорение свободного падения; g = 9,81 м/с2;

hi – мощность i-го слоя горной породы, м;

б) экспериментальных исследований в открытом стволе скважины с применением технологии микрогидроразрыва до начала строительства выработки-емкости;

в) анализа наблюдений и испытаний на ранее построенных подземных сооружениях в пределах той же геологической формации.

А.8 Минимальное эксплуатационное давление в подземном резервуаре определяют исходя из следующих критериев устойчивости:

а) для бесшахтных резервуаров в каменной соли:

- область запредельных деформаций (ОЗД) в окрестности выработки-емкости не превышает размера охранного целика и не достигает башмака основной обсадной колонны, совпадающей с областью обобщенного растяжения;

- конвергенция выработки-емкости за весь срок эксплуатации не превышает 10 %.

Под термином «область запредельных деформаций» понимают область породного массива, в пределах которой напряженное состояние не удовлетворяет условиям предельного состояния, определяемого паспортом прочности горных пород;

б) для бесшахтных резервуаров в многолетнемерзлых породах:

- размер области чрезмерных деформаций по нормали к контуру выработки в окрестности ее кровли не должен превышать Ω [см. формулу (А.4)];

- значение оседаний поверхности не превышает 0,025h (где h – глубина башмака основной обсадной колонны);

- зона растягивающих напряжений на контуре выработки не должна превышать Ω.

Под термином «чрезмерная деформация» подразумевается суммарная составляющая компонентов деформаций по характеру деформирования вмещающих горных пород, превышающая 20 %, т. е.

εelastic + εplastic + εcreep > 20 %, (А.3)

где εelastic – упругая деформация, д. е;

εplastic – пластическая деформация, д. е;

εcreep – деформация ползучести, д. е.

Параметр Ω определяется выражением

(А.4)

где H – глубина заложения башмака основной обсадной колонны, м;

R – максимальный полупролет выработки (радиус), м;

h – высота выработки, м.

Приложение Б

Методы испытания бесшахтных резервуаров в каменной соли и их эксплуатационных скважин на герметичность

Б.1 Испытание скважин

Б.1.1 Испытание на герметичность кондукторов и промежуточных колонн следует проводить в соответствии с [3].

Б.1.2 Испытания на герметичность основной обсадной колонны проводят по окончании времени ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) до разбуривания в ней цементного стакана, а ее затрубного пространства и незакрепленной части ствола эксплуатационной скважины проводят после разбуривания цементного стакана и ее проводки до конечной глубины.

Б.1.3 В качестве испытательной жидкости при испытании основной обсадной колонны следует использовать рассол, пресную или минерализованную воду.

При испытании основной обсадной колонны испытательное давление на устье должно быть равным 1,1 эксплуатационного давления. Основная обсадная колонна считается выдержавшей испытания, если по образцовому манометру в течение 1 ч не фиксируется падение давления после троекратной доводки его до испытательного.

В скважинах подземных резервуаров, предназначенных для хранения газа, после завершения гидравлических испытаний приустьевую часть основной обсадной колонны вместе с колонной головкой следует испытать инертным газом на то же давление.

Б.1.4 Испытание на герметичность затрубного пространства основной обсадной колонны и незакрепленной части ствола скважины проводят в два этапа.

На первом этапе испытания проводят рассолом.

На втором этапе в качестве испытательной среды могут быть использованы, в зависимости от продукта, хранимого в резервуаре, жидкие нефтепродукты или газы.

Б.1.5 Скважины резервуаров для хранения нефтепродуктов допускается испытывать жидким нерастворителем или продуктом, подлежащим хранению.

Скважины резервуаров для хранения газа следует испытывать газом, подлежащим хранению, допускается проводить испытания газом, нейтральным по отношению к хранимому продукту.

Б.1.6 Испытательное давление на отметке башмака основной обсадной колонны определяется соотношением

, (Б.1)

где – максимальное эксплуатационное давление на отметке башмака основной обсадной колонны, которое не должно превышать максимального допустимого эксплуатационного давления Pmax эксп, определяемого по А.6 приложения А.

Б.1.7 При испытаниях скважины жидкой испытательной средой (рассолом, жидким нерастворителем или продуктом, подлежащим хранению) определяют соответствующую величину соотношения (м3/Па), характеризующую сжимаемость скважины, вычисляемую по формуле

, (Б.2)

где – объем порции закачанного в скважину или выпущенного из скважины при соответствующих испытаниях рассола, жидкого нерастворителя или продукта, подлежащего хранению, м3;

– соответствующее закачанной порции изменение давления, Па.

Соотношение рекомендуется определять при давлении, близком к испытательному.

Б.1.8 После доведения давления до испытательного скважину выдерживают под этим давлением, после чего, при необходимости, через 1 ч и 2 ч проводят подкачку испытательной жидкости для восстановления испытательного давления.

Затем скважину выдерживают под испытательным давлением в течение суток с регистрацией давления на устье скважины.

Если за последние сутки испытаний произошло падение давления на , Па, рассчитывают значение утечки из скважины за сутки м3, по формуле

(Б.3)

Скважина считается выдержавшей испытание на герметичность, если значение утечки испытательной жидкости за сутки не превышает 0,02 м3.

Б.1.9 При проведении испытаний газом в межтрубное пространство основной обсадной и внешней подвесной колонн закачивают газ с одновременным вытеснением рассола из скважины по межтрубному пространству подвесных колонн и (или) по центральной подвесной колонне. Закачку газа в межтрубное пространство обсадной и внешней подвесной колонн продолжают до тех пор, пока граница раздела «газ – рассол» после увеличения давления до испытательного не окажется ниже отметки башмака основной обсадной колонны.

Момент достижения контактом «газ – рассол» необходимой отметки устанавливают по объему вытесненного рассола.

После этого систему выдерживают под испытательным давлением в течение 48 ч с ежечасной регистрацией давления на устье скважины.

Вычисляют темп изменения давления на устье скважины в межтрубном пространстве обсадной и внешней подвесной колонн, равный разности показаний манометра за 1 ч.

Скважина считается выдержавшей испытание на герметичность, если темп падения давления снижается, стремясь к постоянному значению, а среднее падение давления за 1 ч в течение последних 12 ч выдержки не превышает 0,05 % испытательного давления.

Б.2 Испытания резервуаров

Б.2.1 Испытания проводят путем создания избыточного давления испытательной среды в два этапа.

На первом этапе испытания проводят рассолом.

На втором этапе в качестве испытательной среды могут быть использованы, в зависимости от продукта, хранимого в резервуаре, жидкие нефтепродукты или газы.

Б.2.2 Бесшахтные резервуары для хранения нефтепродуктов допускается испытывать жидким нерастворителем или продуктом, подлежащим хранению.

Бесшахтные резервуары для хранения СУГ следует испытывать бензином прямой гонки. Допускается проводить испытания хранимым продуктом.

Бесшахтные резервуары для хранения газа следует испытывать газом, подлежащим хранению. Допускается проводить испытания газом, нейтральным по отношению к хранимому продукту.

Б.2.3 При испытаниях бесшахтных резервуаров на герметичность величину испытательного давления в резервуаре на отметке башмака последней зацементированной обсадной колонны определяют соотношением по формуле (Б.1).

Б.2.4 Для измерения давления следует использовать манометры классом точности не менее 0,15.

Б.2.5 При испытаниях рассолом определяют значение соотношения м3/Па, характеризующего сжимаемость подземного резервуара, вычисляемого по формуле

, (Б.4)

где – объем порции закачанного в резервуар или выпущенного из резервуара рассола, м3;

– соответствующее закачанной порции рассола изменение давления, Па.

Соотношения рекомендуется определять при давлении, близком к испытательному.

Б.2.6 После доведения давления рассола до испытательного подземный резервуар выдерживают в течение суток, после чего, при необходимости, проводят подкачку рассола для восстановления испытательного давления.

Затем подземный резервуар выдерживают под испытательным давлением не менее 72 ч с регистрацией давления на устье скважины.

Если за последние сутки испытаний произошло падение давления на Па, рассчитывают значение утечки рассола за сутки м3, по формуле

(Б.5)

Б.2.7 На втором этапе испытательную среду закачивают в таком количестве, чтобы уровень раздела «испытательная среда – рассол» при испытательном давлении был ниже отметки башмака последней зацементированной обсадной колонны. После доведения давления испытательной среды до испытательного подземный резервуар выдерживают в течение суток, после чего, при необходимости, проводят подкачку испытательной среды для восстановления испытательного давления.

Затем подземный резервуар выдерживают под испытательным давлением не менее 72 ч с регистрацией давления на устье скважины.

Если за последние сутки испытаний произошло падение давления на Па, рассчитывают значение утечки испытательной среды за сутки.

Объем утечки жидкой испытательной среды м3, рассчитывают по формуле

(Б.6)

Массу утечки газообразной испытательной среды кг, рассчитывают по формуле

(Б.7)

где – плотность газообразной испытательной среды при условиях, соответствующих отметке башмака последней зацементированной обсадной колонны, кг/м3.

Б.2.8 Критерием оценки герметичности подземного резервуара служит расчетное значение потери массы или объема испытательного флюида за период испытаний, устанавливаемое для конкретного подземного резервуара.

Подземный резервуар считается герметичным, если потеря испытательного флюида не превышает значения, установленного комиссией с учетом пожаровзрывоопасности, экологических последствий и экономического ущерба из-за возможных утечек хранимого продукта.

Комиссия создается организацией – заказчиком подземного резервуара с привлечением представителей территориальных контрольных органов.

Комиссия по результатам испытания на герметичность устанавливает допустимое значение потери испытательного флюида в случае, если расчетное значение потери испытательного флюида превышает рекомендуемые значения потерь.

Рекомендуются следующие значения потерь испытательного флюида на подземных резервуарах, признаваемых герметичными:

а) 50 кг/сут – для газообразного испытательного флюида;

б) 20 л/сут – для жидкого испытательного флюида.

Приложение В

Расчет проектного объема растворившейся соли, обеспечивающего заданную вместимость подземного резервуара

Проектный объем растворившейся соли м3, определяют по соотношению

(В.1)

где – максимально возможный геометрический объем, занимаемый хранимым продуктом в подземном резервуаре, м3;

– коэффициент использования вместимости резервуара, определяемый по 9.2.3;

объем рассола, который не может быть извлечен при первоначальном заполнении подземного резервуара хранимым продуктом;

– уменьшение геометрического объема выработки-емкости вследствие конвергенции, м3, определяемое по приложению А;

– коэффициент разрыхления нерастворимых включений;

– объем содержащихся в отрабатываемом интервале и остающихся в выработке-емкости нерастворимых включений, м3;

– объем вынесенных на поверхность земли нерастворимых включений, м3.

Содержание нерастворимых включений в каменной соли, содержащихся в отрабатываемом интервале, и коэффициент их разрыхления определяют при исследовании керна.

Объемы нерастворимых включений, остающихся в выработке-емкости и выносимых на поверхность, определяют при проектировании.

Объем рассола, который не может быть извлечен при первоначальном заполнении подземного резервуара хранимым продуктом, принимают равным:

при хранении жидких углеводородов:

- объему рассола в выработке-емкости, находящегося ниже башмака центральной подвесной колонны, используемой для отбора рассола (при отсутствии внешней подвесной колонны);

- объему рассола в выработке-емкости, находящегося ниже башмака внешней подвесной колонны (при наличии внешней подвесной колонны);

при хранении природного и других газов:

- объему рассола в выработке-емкости, находящегося ниже башмака центральной подвесной колонны, используемой для отбора рассола.

Приложение Г

Методика расчета объема растворившейся соли и вынесенных на поверхность нерастворимых включений

Г.1 Расчет объема растворившейся соли

Г.1.1 Расчет объема растворившейся соли базируется на измерениях:

- содержания соли в подаваемой в выработку воде;

- содержания соли в извлекаемом из выработки рассоле;

- количества подаваемой в выработку воды.

Г.1.2 Расчет объема растворившейся соли за каждые сутки , м3, проводят по формуле

, (Г.1)

где – объем закачанной воды за сутки, м3;

– среднесуточная плотность воды, кг/м3;

– среднесуточная концентрация соли в рассоле, кг/м3;

– среднесуточная плотность рассола, кг/м3;

– среднесуточная концентрация соли в воде, кг/м3;

– плотность каменной соли, кг/м3.

Г.1.3 Определение концентрации соли по измеренной плотности следует проводить по [4].

Г.1.4 Расчет общего объема растворенной соли , м3, через n суток с начала растворения проводят по формуле

(Г.2)

Г.2 Расчет объема вынесенных на поверхность нерастворимых включений