DE1240787B - Verfahren zur Anlage unterirdischer Lagerraeume - Google Patents

Description

udliiv

mr. u.:

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 5 a-43/28

Nummer: 1 240 787

Aktenzeichen: C 35825 VI a/5 a

Anmeldetag: 12. Mai 1965

Auslegetag: 24. Mai 1967

Es ist bekannt, durch Aussolen von Salzlagerstätten unterirdische Lagerräume zur Speicherung von Gasen oder Flüssigkeiten, wie beispielsweise von Kohlenwasserstoffen, anzulegen. Werden hierzu größere Kavernen in mehr oder weniger horizontal lagernden Salzschichten angelegt, so ist es oft schwierig, Form, Ausmaß und auch Lokalisierung der Auslaugung im voraus genau festzulegen, vielmehr verläuft die Aussolung sowohl in vertikaler als auch lateraler Richtung oft vollkommen unkontrolliert, und es können sich unkontrollierbare seitliche Hohlräume und Gänge in der Formation ausbilden, aus denen das später eingelagerte Gut nicht wieder zurückgewonnen werden kann.

Nach dem Verfahren der Erfindung können dagegen Kavernen durch Aussolen von Salzlagerstätten vollkommen kontrolliert sowohl hinsichtlich der Lokalisierung als auch ohne Ausbildung von seitlichen blind endenden Hohlräumen oder Gängen im Salzgestein angelegt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung unterirdischer Lagerräume für die Speicherung von Flüssigkeiten durch Einbringen von mindestens zwei Bohrungen in eine Salzlagerstätte, Verbinden dieser Bohrungen miteinander durch hydraulische Rißbildung und nachfolgendes kontrolliertes Auslaugen eines Hohlraumes zwischen den miteinander durch die Rißbildung verbundenen Bohrungen ist dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Rißbildung zwischen den Bohrungen mit einer Behandlungsflüssigkeit durchgeführt wird, die das Lagerstättengut nicht zu lösen vermag, und daß diese nicht lösende Behandlungsflüssigkeit dann unter Beibehaltung des Flüs'sigkei'tsdrucks in mindestens einer Bohrung gegen eine lösende Flüssigkeit ausgetauscht wird und durch eine andere Bohrung abgezogen wird.

In der zur Erläuterung der Erfindung dienenden Figur ist 11 eine relativ lösliche unterirdische Formation, welche Streifen oder Platten relativ unlöslichen Materials, wie etwa . die Schieferschicht 12, einschließt. Die lösliche Formation kann aus den verschiedenen Materialien bestehen, wie sie gewöhnlich in Salzlagerstätten auftreten, z. B. Natriumchlorid, Natriumnitrat, Kaliumchlorid, Erdalkalisalze, Magnesiumsulfat, Kieserit, Kalziumchlorid usw. oder andere wasserlösliche Minerale wie Kainit, Sylvinit, Karnallit usw. Gewöhnlich werden zur Anlage von Lagerräumen Formationen mit Halogenidschichten ausgewählt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens zwei Bohrungen 10 a und 10 b oder auch mehrere Bohrungen, zwischen wel-Verf ahren zur Anlage unterirdischer Lagerräume

Anmelder:
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Continental Oil Company,

Ponca City, OkIa. (V. St. A.)
Vertreter:

Dr. W. Germershausen, Patentanwalt, Frankfurt/M., Gärtnerweg 28

Als Erfinder benannt:
Carl Thorsten Brandt, Tulsa, OkIa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 10. Juni 1964 (374 060) --

chen die Kaverne angelegt werden soll, in die ausgewählte Salzlagerstätte 11 niedergebracht, und zwar mindestens bis in die Nähe der Sohlfläche der betreffenden Formation 11 bzw. des Bodens der anzulegenden Kaverne. Beim Niederbringen der Bohrungen kann anfangs eine beliebige Bohrspülung verwendet werden; ist jedoch das Hangende der löslichen Salzformation erreicht, werden zunächst Futterrohre 13 einzementiert, und bei der weiteren Bohrung durch die Salzlagerstätte muß eine Bohrspülung verwendet werden, die das Salz nicht oder kaum zu lösen vermag. Geeignete Bohrspülungen sind Kohlenwasserstoffe, wie Dieselöl, Kerosin, oder andere ähnliche Materialien. Gewöhnlich wird jedoch als Bohrspülung eine wäßrige Lösung des anstehenden Salzes der Formation 11, die unter den in der Formation herrschenden Druck- und Temperaturbedingüngen vollständig gesättigt ist, verwendet werden.

Bei Verwendung eines nichtlösenden Mittels als Bohrspülung werden gleichförmige Bohrlöcher mit parallelen Wänden in der löslichen Formation erhalten. Dadurch wird die Verwendung von sogenannten Bohrlochpackern bei der nachfolgenden Frac-Behandlung möglich. In mindestens eine der in die Salzlagerstätte führenden Bohrungen wird ein Bohrlochpacker 22 etwa in der Teufe, von der aus die Aussolung beginnen soll, eingebaut, die auszusolende Schicht wird etwas unterhalb des Packers radial eingekerbt, und von dieser Einkerbung 14 ausgehend wird unter Anwendung eines ausreichenden Brechdrucks mit einer Behandlungsflüssigkeit, die das

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Salzgestein nicht zu lösen vermag, in an sich bekannter Weise ein radialer Aufbruch 23 vorgenommen, der sich bis zu einem anderen Bohrloch erstreckt, und der erzeugte Riß durch Eindrücken weiterer Behandlungsflüssigkeit erweitert, bis die beiden Bohrungen 10 a und 10 b miteinander verbunden sind.

Werden zur Aussolung der Kaverne mehr als zwei Bohrungen niedergebracht, so müssen diese Bohrungen durch die hydraulische Rißbildung alle miteinander verbunden werden. Ferner kann die Frac-Behandhing entsprechend auch gleichzeitig von zwei oder mehreren Bohrungen aus vorgenommen werden. Die für diese Operation benötigten Einrichtungen umfassen die Ubertageausrüstung 16, bestehend aus dem Vorratsbehälter 17 für die Behandlungsflüssigkeit, der über ein Ventil 19 und eine Pumpe 18 mit der in der Bohrung 10 a bis zur Sohle reichenden Leitung 21 verbunden ist. Der Behälter 24 enthält eine zum Aussolen der Formation geeignete Waschflüssigkeit und kann über die Leitung 25 und das Ventil 26 ebenfalls mit der Pumpe 18 und somit mit dem Rohrstrang 21 verbunden werden. Als Behandlungsflüssigkeit bei der Frac-Behandlung muß eine solche verwendet werden, die das Salzgestein der Formation 11 nicht zu lösen vermag. Geeignete Behandlungsflüssigkeiten sind die vorstehend als geeignete Bohrspülungen bereits aufgeführten nicht lösenden Flüssigkeiten. Am vorteilhaftesten wird auch hier die Verwendung einer gesättigten wäßrigen Lösung des betreffenden anstehenden Materials der Formation 11 sein. Der durch die Frac-Behandlung erzeugte Riß 23 ©erstreckt sich allgemein radial von der betreffenden Bohrung aus in die Formation. Ist durch die Rißbildung eine Verbindung zwischen den Bohrungen 10 α und 10 b hergestellt, so wird unter Aufrechterhaltung des Behandlungsdruckes an Stelle von weiterer Behandlungsflüssigkeit aus dem Behälter 17 nunmehr durch Betätigung der Ventile 19 und 26 Wasch- bzw. Lösungsflüssigkeit aus dem Behälter 24 über den Rohrstrang 21 eingepumpt und über den Rohrstrang 29 in der zweiten Bohrung 10 b die entsprechende Flüssigkeitsmenge abgezogen. Der zwischen den Bohrungen 10 a und 10 b liegende Riß wird dabei durch die Waschflüssigkeit zu einem Lösungskanal 27 erweitert. Ist der Lösungskanal genügend ausgebildet, um ausgehend davon die eigentliche Aussolung der Kaverne zu betreiben, wird der bis dahin noch aufrechterhaltene Brechdruck auf den Bohrungen aufgehoben.

Wird zur Frac-Behandlung ein das Salz nicht lösendes hydraulisches Behandlungsmittel verwendet, so schließt sich nun bei Aufhebung des Druckes der nicht zwischen den Bohrungen 10 a und 106 liegende Teil des von der Einkerbung 14 radial aufgebrochenen Risses 23 wieder, und nur der Lösungskanal 27 bleibt offen. Wird jedoch bei sonst gleicher Arbeitsweise eine lösende Behandlungsflüssigkeit verwendet, so wird schon während der Frac-Behandlung Material aus dem ganzen aufgebrochenen Gebiet unkontrolliert ausgelaugt und nicht nur innerhalb der Zone zwischen den beiden Bohrungen 10 a und 10 b. Da das anstehende Salz durch dieses unkontrollierte Auslaugen aber an sich unterschiedslos abgetragen wird, kann sich die aufgebrochene Formation in der nicht zwischen den beiden Bohrungen liegenden Zone auch bei der Verringerung des Drucks nicht mehr vollständig schließen, sondern es verbleiben Öffnungen, welche sich bei dem nachfolgenden Aussolen noch vergrößern. Als Folge ergeben sich unkontrollierte und unbekannte Vergrößerungen der angelegten Kaverne, was zur Folge hat, daß bei der späteren Speicherung von Flüssigkeiten große Teile verlorengehen können oder nur mit Schwierigkeiten zurückgewonnen werden können.

Bei einer anderen Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können der Behandlungsflüssigkeit in an sich bekannter Weise Stützmittel beigegeben werden. In diesem Fall ist es dann nicht notwendig, bei der anfänglichen Zirkulation der Waschflüssigkeit bis zur Ausbildung des primären Lösungskanals 27 den Aufbruch durch Beibehaltung des Brechdruckes offen zu halten, sondern es kann dann schon bei der Anlage des Lösungskanals 27 mit dem für die Aussolung üblichen Druck gearbeitet werden.

Ferner kann es zweckmäßig sein, den Lösungskanal durch wechselnde Strömungsrichtung der Waschflüssigkeit zwischen den beiden Bohrungen auszubilden. In diesem Fall muß an der zweiten Bohrung 10 b die gleiche Ausrüstung 16 vorhanden sein wie bei der Bohrung 10 a. Diese zusätzliche Ausrüstung ist jedoch in der Figur nicht gezeigt.

Zur Ausbildung der Kaverne ist es notwendig, Waschmittel durch den primären Lösungskanal 27 zu leiten. Hierbei tritt das Lösungsmittel über die eine der beiden Bohrungen ein und wird durch die andere abgezogen. Bei der Passage des Lösungskanals stellt sich ein Konzentrationsgefälle ein, das zur Folge hat, daß die Lösungsgeschwindigkeit im Kanalanfang größer ist als am Kanalende. Dadurch wird der Kanal unsymmetrisch ausgelaugt. Zwei Verfahren können angewendet werden, um diesen Effekt zu verhindern. Eines besteht darin, daß zwischen den Teilen des Kavernendaches, welche eine bestimmte Höhe überschreiten, und der zirkulierenden Waschflüssigkeit eine Schutzschicht aus einem nicht lösenden Material eingebracht wird, wodurch eine weitere Aussolung der Formation nach oben hin verhindert wird. Eine andere Methode besteht darin, die Fließrichtung des Lösungsmittels umzukehren. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beide Methoden miteinander kombiniert. So werden Kavernen erhalten, die symmetrisch sind und eine kontrolliert gestaltete Dachfläche haben. Um sicherzustellen, daß das Schutzschichtmaterial in allen Teilen des Hohlraumes bzw. der Kaverne, welche eine bestimmte Höhe überschritten haben, in ausreichender Menge unterhalb des Daches vorhanden ist, hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, einen Vorrat dieser Schutzflüssigkeit in einem vertikalen Reservoir, das um den unteren Teil mindestens einer Bohrung herum angelegt worden ist, bereitzuhalten. Die entsprechende Arbeitsweise ist aus dem nachfolgenden Beispiel zu ersehen.

Beispiel

Dieses Beispiel erläutert das Verfahren der Erfindung an Hand einer bestimmten Ausführungsform, bei welcher auf die schon vorstehend verwendete Figur Bezug genommen wird.

Im nördlichen Teil des Staates Oklahoma nahe der Stadt Medford enthält die Wellington-Formation ein Salzlager, dessen obere Grenze etwa 248 m unter der Erdoberfläche liegt. Das Salzlager ist etwa 35 m mächtig und enthält eingelagerte Streifen von

Claims (1)

1 Z^U ΙΟΙ
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schmutzigem Salz und Schiefer, welche etwa 1 bis Entfernung der entsprechenden Flüssigkeitsmenge 3 m mächtig sein können. Zwei Bohrlöcher 10 α und über die Waschleitung in Sonde 10 b eingedrückt. 10 b werden in die Salzformation im Abstand von Nach jeweils 72 Stunden wird die Aussolrichtung etwa 122 m vorgetrieben. Bis zur Erreichung der umgekehrt. Nach den ersten 48 Stunden der Aus-Salzformation wird mit wäßrigem Bohrschlamm ge- 5 solung und dann alle 168 Stunden wird der Kerosinarbeitet. Dann wird die Sonde mit einer einzemen- vorrat ergänzt, und zwar in gleicher Weise, wie die trerten Futterrohrtour versehen. Bei Fortsetzung der ursprüngliche Füllung der Reservoirs erfolgte. Nach Bohrung wird mit gesättigter Natriumchloridlösung 12 Tagen wird die Aussolung abgebrochen. Die als Bohrspülung gearbeitet. Nach Beendigung der Decke des Hohlraumes ist mit einer Kerosinschicht Bohrung wird in Sonde 10 α eine Rohrleitung instal- io bedeckt. Nachfolgend wird über die Waschleitung in liert und an deren Ende ein Bohrlochpacker ange- Sonde 10 a Propan eingepumpt (455 l/min), während bracht. In Sonde 10 b wird eine Abflußleitung aufge- die gleiche Flüssigkeitsmenge über die Transportleihängt, deren unteres Ende auf gleichem Niveau liegt tang in Sonde 106 abgezogen wird. Wird Propan wie das untere Ende der Leitung 21. Nachfolgend mitgefördert, so wird das Eindrücken von Propan abwird mittels Pumpe 18 gesättigte Natriumchlorid- 15 gebrochen. Soll das Propan aus dem Hohlraum entlösung gegen die Bohrlochwandung unterhalb des fernt werden, so wird über die Transportleitung in Packers gedrückt. Der Druck wird auf 91,5 atü ge- Sonde 10 α unter einem Druck von etwa 28,2 atü steigert, wobei die Formation bricht, angezeigt durch Erdgas eingedrückt, während über die Transportleieinen plötzlichen Druckabfall am Sondenkopf. Der tung in Sonde 10 & Flüssigkeit entfernt wird. Er-Betrieb der Pumpe wird mit einer Einpreßrate von 20 scheint hier im Fördergut Erdgas, so wird das Ein-46101/min bei einem Druck von etwa 187 atü auf- drücken von Erdgas an Sonde 10 a unterbrochen, rechterhalten, bis über Abflußleitung 29 Salzsole ge- Statt dessen werden über die Waschleitung in Sonde fördert wird. Daraufhin wird Ventil 19 geschlossen 10 a pro Minute 757 1 Wasser eingedrückt, wobei die und Ventil 26 geöffnet, während der Druck bei etwa gleiche Propanmenge über die Transportleitung in 87 atü gehalten wird. Pro Minute werden etwa 4450 1 25 Sonde 10 b entfernt wird, bis über letztere Leitung nicht gesättigtes Wasser über einen Zeitraum von Wasser mitgefördert wird.
3 Stunden eingedrückt, um den in der Figur mit 27

bezeichneten Lösungskanal zu bilden. Danach wird Patentansprüche:

die Zirkulation des Wassers unterbrochen. Die 1. Verfahren zur Herstellung unterirdischer

Waschleitung und der Bohrlochpacker werden aus 30 Lagerräume für die Speicherung von Flüssigkei-SondelOa entfernt. Die Abflußleitung in Sonde 10 b ten durch Einbringen von mindestens zwei Boh-

wird ebenfalls ausgebaut. Dann werden in beide Son- rangen in eine Salzlagerstätte, Verbinden dieser

den eine Transportleitung und eine Waschleitung ein- Bohrungen miteinander durch hydraulische Rißgebaut. Die Aussolung der Salzformation erfolgt bildung und nachfolgendes kontrolliertes Auslau-

durch Zirkulation von nicht gesättigtem Wasser in 35 gen eines Hohlraumes zwischen den miteinander den Raum zwischen Futterrohr 13 und Transportlei- durch die Rißbildung verbundenen Bohrungen,

tung mit 606 l/min, wobei gleichzeitig das Wasser dadurch gekennzeichnet, daß die hy-

über die Waschleitung in Sonde 10 & entfernt wird. draulische Rißbildung zwischen den Bohrungen

Nach etwa 8 Stunden wird das Aussolen unterbro- mit einer Behandlungsflüssigkeit durchgeführt

chen und in umgekehrter Richtung von Sonde 10 b 40 wird, die das Lagerstättengut nicht zu lösen veraus wiederaufgenommen. Nach weiteren 8 Stunden mag, und daß diese nicht lösende Behandlungs-

Aussolung ist an beiden Bohrsonden ein vertikales flüssigkeit dann unter Beibehaltung des Flüssig-

Reservoir entstanden. keitsdruckes in mindestens einer Bohrung gegen

Beide Reservoirs werden mit einem Schutzschicht- eine lösende Flüssigkeit ausgetauscht wird und

material, in diesem Fall Kerosin, gefüllt. Unter 45 durch eine andere Bohrung abgezogen wird,
gleichzeitigem Abzug der entsprechenden Flüssig- 2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch ge-

keitsmenge über die Transportleitung werden pro kennzeichnet, daß die Behandlungsflüssigkeit ein

Minute 94,6 1 Kerosin eingedrückt, und zwar über an sich bekanntes Stützmittel als Zusatz enthält.

den Raum zwischen Futterrohrtour und Transport-

leitung. Die Zugabe von Kerosin wird fortgesetzt, bis 50 In Betracht gezogene Druckschriften:

Rückförderung über die Transportleitung auftritt. Britische Patentschrift Nr. 945 220;

Dann wird der eigentliche Hohlraum ausgesolt. USA.-Patentschrift Nr. 2 772 868;

Über die Waschleitung in der Sonde 10 α werden pro Artikel »Solution Extraction of Salt using Wells

Minute 1891 nicht gesättigtes Wasser bei einem Connected by hydraulic Fracture«, AIME Trans., Druck am Sondenkopf von 7,04 atü bei gleichzeitiger 55 Vol. 217, 1960.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 587/52 5. 67 © Bundcsdruckerei Berlin