DE1458622A1

DE1458622A1 - Verfahren zur Salzgewinnung aus unterirdischen Schichten

Info

Publication number: DE1458622A1
Application number: DE19651458622
Authority: DE
Inventors: Pasternak Israel S; Tiedje John Z
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1964-11-12
Filing date: 1965-11-11
Publication date: 1969-09-18
Also published as: GB1087476A; US3366419A

Description

Dr. W. KQhI

■ Nov.

t ^{c c} ν ι ' r / Ιέ Γ

Esso Res. and Eng.Co.
Beschreibung

Esso Research and Engineering Company Elizabeth, New Jersey, V.St.A.

Verfahren zur Salzgewinnung aus unterirdischen Schichten

FUr diese Anmeldung wird die Priorität vom 12. November 1964 aus der amerikanischen Patentanmeldung Serial Nr. 410 411 in Anspruch genommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Förderung von löslichen Mineralien aus Uhtergrundschichten und insbesondere die Lösungs~

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förderung eines löslichen Salzes. Besonders betrifft die Erfindung die Gewinnung von Kaliumchlorid aus Sylvinit mit Hilfe eines speziellen Lösungsabbauverfahrens. Ganz besonders betrifft die Erfindung die Gewinnung von Kaliumchlorid aus Sylvinit mit Hilfe eines AbbaulösungsVerfahrens, das sich durch ein

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spezielles Bohrverfahren und alternierende Zyklen von selektiver und nichtselektiver Auflösung des Salzes auszeichnet.

Sylvinit 1st ein physikalisches Gemisch von SyIvIt (KCl) und Hallt (NaCl), das in natürlichen Ablagerungen an vielen Stellen auf der ganzen Welt vorkommt. Das Verhältnis von KCl zu NaCl in den Sylvinitablagerungen variiert in weiten Grenzen, Das Verhältnis von Sylvit zu Hallt variiert nicht nur von einem Y geographischen Orb zu einem anderen, sondern das Verhältnis der j beiden Salze kann auch In verschiedenen Tiefen derselben Ab- \ lagerung variieren,

Eine an KCl genügend reiohe ^yivinitablagerung kann mit einer gesättigten HntriumohlorLdsole selektiv lösungsgefördert werden. Das gelöste Kaliumchlorid kann an der Oberfläche einfach dadurch gewonnen werden, dafl man die gesättigte Sole abkühlt, dio aus~ gefallenen KaLLumchloridkrXstalle gewinnt und die überstehende Sole mit oder ohne Zugabe von N&chfUllwasser wieder verwendet. Im Falle von KCX-armen Lager» jedoch wird, wenn die Oberflächenkristalle von Kaliumchlorid gelöst sind, kein weiteres Kaliumchlorid freigelegt, da die Natriumchloridkristalle nicht von der Lösungsfläche abfallen» Daher 1st bei diesen armen Lagern ein nicht selektiver Abbau mit Wasser oder mit ungesättigter Sole notwendig, bei dem die Salzformation unter Bildung von Lösungen, die im allgemeinen mit Natriumchlorid bei der Hohlraumtemperatur gesättigt sind und Kaliura-

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und Natriumchlorid in dem natürlichen in der Formation auftretenden Verhältnis enthalten« vollständig aufgelöst wird.

Bisher wurden in der Technik verschiedene Verfahren zur Förderung des Sylvinits verwendet. Das übliche Verfahren zum Abbau des Sylvinits« um KCl zu erhalten« besteht darin« von der Oberfläche her nach unten in das Sylvinitlager zu bohren und dann Wasser in das Bohrloch zur Auflösung des Sylvinits zu schicken und dieses zur Oberfläche zurückzuführen und das KCl von dem

NaCl abzutrennen. Dieses Verfahren erfordert die Verwendung um- J

> fangreicher Trennvorrichtungen an der Oberflache und erhöht / die Kosten des KCl. Ein weiteres Verfahren zur Förderung des \ Sylvinits aus Lagern« die KCl in einer Konzentration von zumindest 15 Gew.-£ enthalten« ist in der US-Patentschrift 3 096 969 angegeben. Bei diesem Verfahren wird von der Oberfläche in das Sylvinitlager bis hinunter zu einer NaCl-reichen Schicht gebohrt« die gesteuerte Förderung zur lateralen Entfernung des Sylvinits vom Boden der Bohrung angewendet und dann die KCl-reiche Schicht« die mehr als 15 Gew.-# KCl enthält« abgebaut« indem die laterale Aushöhlung mit Wasser (oder einer verdünnten wässrigen Lösung von NaCl und KCl) angefüllt wird und die KCl-reiche Schicht abgebaut wird« indem das Wasser allmählich in vertikaler Richtung in die KCl-reiche Schicht ansteigen gelassen wird.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Lösungsabbau unter Verwendung einer speziellen Methode der . Förderung eines löslichen Salzes anzugeben.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Kontrolle der Decke der Höhlung beim Lösungsabbau durch Ausbilden einer ölbeschiohtung über der Lösung und durch Inbeziehungsetzen der Beschichtungsdicke mit dem Durchmesser der gebildeten Höhlung anzugeben.

/ Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein be-. sonders zum Abbau von Sylvlnitlagern, bei denen das Verhältnis von Sylvit zu Hallt beträchtlich schwankt, geeignetes Lösungsabbauverfahren anzugeben. Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Lösungsabbauverfahren zur leistungsfähigen Gewinnung von Kaliumchlorid aus Sylvlnitlagern anzugeben, bei welchen die selektive Auflösung von Kaliumchlorid nur teilweise durchführbar ist.

Sehr viele Sylvinitlager sind zur vollständigen Förderung auf selektive Weise nicht reich genug ah KCl. Einige dieser Lager enthalten jedoch reiche Bereiche an KCl, die in selektiver Welse abgebaut werden können. Die vorliegende Erfindung beruht zum Teil darauf, daß gefunden wurde, daß Sylvinitlager, die weniger als etwa 35 % Sylvit enthalten, im allgemeinen nicht in selektiver Weise abgebaut werden können, da die Entfernung von Kaliumchlorid das Abfallen der verbleibenden Natriumchlorid-

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kristalle von der Lösungsfläche nicht verursacht, während Lager, die etwa 35 % oder mehr KCl enthaltenen selektiver Weise IJSsungsgefördert werden können« da die verbleibenden Natriumchloridkristalle frei von der Lösungsoberfläche abfallen und dadurch kontinuierlich weiteres Kaliumchlorid freilegen. In gewissen Sylvinitlagern weicht die für den selektiven Abbau notwendige kritische KCl-Konzentration, etwas ab zwischen etwa 30 bis 40 Ji. So sind beispielsweise Lager* die mehr unlösliche Verunreinigungen als üblich enthalten, für selektiven Abbau zugänglicher, und es kann hler ein KCl-Gehalt von nur 30 bis 35 % erforderlich sein, während j

gewisse andere Lager mit weniger Verunreinigungen für den selektiven Abbau nicht so zugänglich sind und ein KCl-Gehalt von 36 bis 40 % erforderlich sein kann. Der genaue für den selektiven Abbau notwendige Prozentsatz eines gegebenen Lagers 1st, wie aus den folgenden Betrachtungen ersichtlich ist, leicht zu bestimmen. Der den selektiven Abbau des KCl gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen ermöglichende Prozentsatz an KCl in dem Sylvinit beträgt etwa 35 % bezogen auf die Gesamt- { menge von KCl und NaCl in dem Sylvinit. Erfindungsgemäß kann der selektive Abbau jedoch durchgeführt werden, wenn der Gewichtsprozentsatz von KCl nur 30 % beträgt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Abbau in nichtselektiver Weise durchgeführt, indem kontinuierlich Wasser während des Kontakts mit Sylvinit, das weniger als etwa 30 bis 40 % KCl enthält, eingeführt wird und anschließend Perioden selektiver

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Lösung eines Lagers mit KCl-Konzentrationen von 35 % oder mehr durch die Einführung von Natriumchloridsole vorgenommen werden. Während der letzteren Zyklen werden Kaliumchlo-. ridkristalle aus der Lageroberfläche selektiv herausgelöst und Natriumchloridkristalle bleiben zurück und fallen zusammen mit etwas verdrängtem Natriumchlorid, das in der ursprünglich eingeführten Sole vorhanden war, auf den Boden der Höhlung. Wenn das reiche Lagergebiet mit einem Gehalt von mehr als 30 bis 4o % KCl entfernt ist, was durch Analyse von in der Nähe des oberen Randes der Höhlung entnommenen Soleproben festgestellt wird, wird wiederum der nichtselektive Lösungsabbau unter Verwendung von Wasserbeschickung vorgenommen, bis ein anderer KCl-reicher Bereich angetroffen wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der nichtselektive Abbau ebenfalls durch anfängliche kontinuierliche Einfuhr von Wasser während des Kontakts mit Sylvinlt, das weniger als etwa 30 bis 40 % KCl enthält, durchgeführt. Wenn durch die \ Analyse der Solenprobe festgestellt wird, daß ein Bereich mit einem Gehalt von wenigstens etwa 30 Gew.-# KCl angetroffen wurde, wird die Wasserzufuhr vom kontinuierlichen auf halbkontinuierlichen Fluss umgestellt. Zwischen den Perioden der Wasserzufuhr wird der Hohlraum abgeschlossen, um aufeinanderfolgende Wasserbeschickungen sowohl mit Natrium-als auch mit Kaliumchlorid gesättigt werden zu lassen.

Jede Wasserbeschickung wird zunächst mit Natriumchlorid gesättigt

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und löst auch eine gewisse Menge Kaliumchlorid auf, die dem in Natur auftretenden Verhältnis der Formation entspricht. Dann werden wegen der hohen Kaliumchloridkonzentration in dem Lagermaterial Kaliumohloridkristalle selektiv aufgelöst. Wenn dies geschieht, fallen Natriumchloridkristalle von der Oberfläche der Formation ab und auf den Boden der Höhlung. Gleichzeitig wird etwas Natriumchlorid durch Kaliumchlorid aus der Lösung verdrängt und fällt ebenfalls auf den Boden der Höhlung. Der KCl-Gehalt der erzeugten Lösung wird so erhöht. Die auf den Boden der Höhlung fallenden Natriumchloridkristalle verbleiben J in einer gesättigten Lösungsschicht während der gesamten Lebensdauer der Höhlung und werden nicht wieder gelöst.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll die folgende eingehendere Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen dienen<■ In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die vollständige bevorzugte Bohrlochanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Figur zeigt i auch den Zustand in der Salzablagerung nach der Durchführung der anfänglichen Verfahrensstufen;

Fig. 2 die während der Zwischenstufen des Verfahrens erzeugte Hohlraumgeometrie;

Fig. 3 das Profil der Höhlung, wie es für spätere Verfahrensstufen charakteristisch ist;

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Fig. 4 ein schematisches Diagramm eines an der Oberfläche befindlichen Aufbereitungssystems zur Verwendung im Zusammenhang mit den alternierenden Zyklen von nichtselektivem Abbau mit Wasser und selektivem Abbau mit Natriumchloridsole. Das in Figur 4 gezeigte System ist ebenfalls im Zusammenhang mit der intermittierenden WasserzufUhrung verwendbar.

Es wird nun auf Figur 1 Bezug genommen. Das Führungsbohrloch W wird von der Erdoberfläche aus durch die verschiedenen Schichten der Salzablagerung bis zum Boden der Zone 12, der untersten KCl-haltigen Schicht, die abgebaut werden soll, gebohrt. Der Mantel 13 wird in das Loch bis zu dem obersten Rand der Salz- ablagerung hin eingebracht» Drei Rohrleitungen werden dann in dem Mantel heruntergeführt.

Das untere Ende der Leitung 14 dient zum Abziehen der Sole und wird bis zu einem Spiegel in der Nähe der unteren Grenze des kali-(potash-)haltigen Lagers eingesenkt. Das untere Ende der Leitung 15 dient der Wasserzufuhr und ist etwa 1,5 bis Jm (5-10 feet) über der Leitung für die Entfernung der Sole angeordnet. Die Leitung 16 dient der Kontrolle der Oberflächenbedeckung (Gas oder öl)und wird bis zu einem Niveau von etwa 30 cm (1 foot) oberhalb des Niveaus der Wasserzuführungsleitung 15 eingesetzte

Der zylindrische Schacht 17, beispielsweise von einem Durchmesser von etwa 3 bis 6 m (10 bis 20 feet), wird dann zwischen

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1458622 dem Boden und der Decke der Kaliformation ausgewaschen« indem man einfach Wasser durch die Leitung 15 in einer Menge von etwa 60 bis 600 nr je Tag (500 bis 5000 barreis je Tag) hinunter- leitet und die erzeugte Sole Über die Leitung; 14 entfernt« Wenn der obere Rand des Schachtes 17 das oberste Niveau der kalihaltigen Formation erreicht, was sowohl durch Übliche Loggarbeitsweisen als auch durch eine verringerte KCl-Produktionsrate angezeigt wird, wird der Schacht mit öl oder Gas, das über die Leitung 18 in die Höhlung eingeführt und bei einem Niveau von etwa JO cm (1 foot) über dem Ende der Wasserzuführungsleitung gehalten wird, angefüllt.

Die Entwicklung von Schacht 17 während der anfänglichen -Stufen des Arbeltsvorgangs läßt einen ziemlich großen vertikalen Bereich zur Auflösung des Kalis zu Beginn der Aushöhlstufe des Gesamtarbeitsvorgangs zu. Er dient auch als Reservoir für das fluide Deckschicht-Kontrollmedium (öl oder Gas), das von der Oberfläche her zugeführt wird, wobei eine adäquate Ölversorgung bei einem gewünschten Spiegel während der folgenden Abbaustufen des Arbeitsvorgangs gewährleistet wird» Daher braucht während der späteren stufen des Arbeitsvorgangs wenig oder überhaupt kein fluides Deckschichtmedium von der Oberfläche her zugeführt zu werden.

Wenn das fluide Deckschichtmedium an seine Stelle gebracht ist, wird mit dem Auswaschen einer Unterhöhlung begonnen, wie es in Figur 2 gezeigt ist. In dieser Stufe wird weiter Wasser

zugeführt und die erhaltene Kalilösung aus dem Hohlraum abgeführt, während der Spiegel der (!!deckschicht durch Zufuhr von öl in die Bohrmantelwand und Entfernung von überschüssigem öl aus der Deckschichtspiegelsteuerleitung konstant gehalten wird. In vielen Fällen kommt man ohne die Verwendung der Deckschichtspiegelsteuerleitung aus,und öl kann mit einer zur Aufrechterhaltung einer öldeckschichtdicke von bis zu 5 cm (2 inch) während des Uhterhöhlens ausreichenden Rate zugegeben werden. Eine derartige Methode zur Steuerung der öldeckschichtdicke hat jedoch gewisse Nachtelle bei Erhöhung des Durchmessers der Unterhöhlung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Deckschichtspiegelsteuerleitung 16 zumindest um etwa 2,5 cm(1 inch) und vorzugsweise um etwa 2,5 bis 5 cm (1 bis 2 inch) je etwa 15 η (50 feet) Höhlungsdurchmesserzunahme während des Herauswaschens der Unterhöhlung gesenkt. Zusammen mit jedem Senken der Deckschichtspiegelsteuerleitung wird eine zusätzliche Menge an fluidem Deckschichtmedium durch den Bohrmantel zugegeben, die ausreicht, das fluide Deckschichtmedium sicher unter die Spiegelsteuerleitung 16 fHessen zu lassen. Die Auflösung von Kaliumchlorid erfolgt am Umfang der Höhlung unter der öldeckschlcht und über der Solenauslaßleitung. Dies hat ein Anwachsen der Unterhöhlung 19 in horizontaler Richtung zur Folge, deren Form annähernd die einer Kreisscheibe von 1,5 bis 4,5 m (5 bis 15 feet) Höhe i&t, abhängig vom Abstand zwischen der öldeckschicht und dem unteren Ende der Soleabfuhrleitung 14. Die Unterhöhlung wird durchgeführt, bis der Durchmesser mehr als etwa 90 m (300 feet) beträgt, dann wird die öldeckschicht um etwa

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1,5 bis 4,5 m (5 bis 15 feet) durch Anheben der ölsteuerleitung gehoben. Bei einem normalen Arbeitsvorgang beträgt die bevorzugte Höhe der Kreisscheibe und auch der Abstand, um den die ölsteuerleitung gehoben wird, etwa J5 m (¹O feet). Falls Jedoch die spezielle Sylvinitschicht, d.h. entweder die KCl- oder die NaCl-reiche Schicht, entweder dicker oder dünner als jj m (10 feet) ist, wird die Ölsteuerleitung um eine entsprechende Distanz bewegt. Dadurch wird dafür gesorgt, daß praktisch innerhalb der KCl- oder NaCl-Schicht abgebaut wirdo

Figur 2 ist eine Skizze der Höhlungskonfiguration am Ende der Unterhöhlungsperiode. Um eine Unterhöhlung von annähernd gleichmäßiger Tiefe zu gewährleisten, ist es wichtig, eine große Strömungsgeschwindigkeit (zumindest etwa 480 bis 720 nr pro Tag, vorzugsweise etwa 600 nr pro Tag [4 000 bis 6 000 barreis pro Tag, vorzugsweise 5 000 barreis pro Tag}) zu verwenden, um zu verhindern, daß die erzeugte Sole gesättigt wird. Wenn dies nicht geschieht, wird eine annähernd gesättigte Lösung erzeugt, wodurch ein Ansteigen des Bodens der Unterhöhlung mit Erhöhung des Durchmessers verursacht wird»

Nach der Unterhöhlungsstufe des Arbeitsvorgangs wird die Schutzdeckschicht angehoben beispielsweise etwa Jm (10 feet), wodurch ein außerordentlich großer horizontaler Bereich der Auflösung von Kaliumchlorid ausgesetzt wird.

Figur 3 erläutert die aufeinanderfolgenden Änderungen des Querschnitts der Höhlung während des Abbaus der Schicht 20

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und der folgenden Abbaustufen gemäß den alternierenden Zyklen der vorliegenden Erfindung. Um eine Verdünnung der austretenden Sole mit bei hohen Geschwindigkeiten eingefülltem Wasser zu verhindern, wird die Wasserzufuhrleitung 15 so angehoben, daß ihr Auslesende gerade unterhalb der Oldeckschicht liegt. Dadurch! wird die Trennung zwischen dem unteren Ende der Zufuhrleitung j

und dem unteren Ende der Sole- oder Wasserabzugsleitung bei einem maximalen Wert gehalten. Der ölspiegel wird in aufeinanderfolgenden Stufen von beispielsweise etwa j5 m (10 feet) ; P angehoben, während die Zyklusarbeitsgänge der nichtselektiven ■ und selektiven Lösungsförderung fortgesetzt werden, bis eine ^! Höhlung mit einem Durchmesser von einigen hundert feets (1 foot d 30 cm) und einer der gesamten Salzformation entsprechenden Höhe erreicht ist.

Es sei hier bemerkt, daß periodisch Soleproben aus der Mähe des Oberteils einer Höhlung entnommen werden sollten und auf NaCl und KCl analysiert werden sollten, um zu bestimmen, wann von einer nichtselektiven auf eine selektive Periode des Lösungsabbaus oder umgekehrt übergegangen werden soll. Dies kann einfach dadurch geschehen, daß man durch die ölspiegelsteuerleitung eine kleine Menge Sole in Zwischenperioden der ölzufuhr in die Höhlung abzieht. Diese Arbeitsweise ist notwendig, um die länge Verweilzeit der erzeugten Sole in einem Hohlraum von großem Durchmesser zu eliminieren.

Figur 4 zeigt eine schematisohe Darstellung der Aufbereitungs-

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arbeitsweise an der Oberfläche« wie sie in Verbindung mit den oben beschriebenen alternierenden niohtselektiven und selektiven Zyklen verwendet wird. Der Strom 31, der Sole aus einem niohtselektiven Zyklus des Abbauverfahrens enthält, wird zusammen mit dem Rücklaufstrom 32 in eine Batterie von üblichen Mehrfachverdampfapparaten 33 eingeführt. Der Speisestrom 31 enthält die produzierte Sole, in der Natrium- und Kaliumchlorid in dem in der Natur in der Formation auftretenden Verhältnis gelöst sind. Die Sole ist bezuglich des Natriumchlorids gesättigt. In den Hehrfachverdampf apparaten 33 werden Natrlumohloridkristalle selektiv aus der Sole ausgefällt und bei 34 entfernt. Während dieses Prozesses wird das verdampfte Wasser wiedergewonnen und über die Leitung 35 in die Salzhöhlung auf kontinuierlicher oder halbkontinuierlicher Basis zurückgeführt, je nach der ausgeführten Verfahrensstufe, wie oben beschrieben.

Eine Sole, die sowohl bezüglich Kalium- als auch bezüglich Natriumchlorid gesättigt ist, wird aus der Zone 33 durch die Leitung 36 in eine übliche Kristallisationszone 37 geleitet. Die aus einem selektiven Abbauzyklus erzeugte Sole wird dem Kristallisator 37 über die Leitung 38 zusammen mit der gesättigten Sole aus den Verdampfern 33 zugeführt. Die Sole der Leitung 38 wurde nach einer der oben beschriebenen AusfUhrungsweisen der Erfindung erzeugt. D.h. sie kann durch einen Zyklus von kontinuierlicher Natriumchloridsole-Einführung oder nach einer zwischengeschalteten Perlode halbkontinuierlicher Wassereinführung erzeugt sein. In der Kristallisationszone 37 werden die vereinigten Solen abgekühlt, wobei Kaliumchlorid selektiv

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ausgefällt und durch die Leitung 39 entfernt wird. Die erhaltene Lösung wird teilweise durch die Leitung 32 den Verdampfern 33 wieder zugeführt. Der von dem WiederzufUhrungsstrom verbleibende Rest wird durch die Leitung 40 einer oder mehreren im Zyklus des selektiven Abbaus durch Einführung einer gesättigten Natriumohloridsole betriebenen Höhlungen wieder zugeführt.

Wie oben beschrieben werden die periodisch durch die ölspiegeL-steuerleltung entnommenen Solenproben analysiert, um die Prellegung einer KCl-reichen Schicht in der Höhlung oder den Höhlungen, die nichtselektiv abgebaut wird bzw. werden, fest^ zustellen* Da diese Soleproben Natrium- und Kaliumchlorid in dem natürlich auftretenden Formationsverhältnis enthalten, liefert das Analyseverhältnis NaCl/KCl einen direkten Hinweis auf die Qualität des momentan abgebauten Materials. Somit wird im allgemeinen, wenn das Analyseverhältnis auf etwa 2,4, vorzugsweise 1,9 oder darunter fällt, der nichtselektive Zyklus unterbrochen und ein selektiver Zyklus begonnen. Umgekehrt wird ein selektiver Zyklus unterbrochen, wenn die Analyse zeigt, da8 die Lösung in Bezug auf KCJi ungesättigt wird, und nichtselektiver Abbau wieder aufgenommen.

Ein kritisches Verhältnis von 2,4 bis 1,9 ist beim Abbau gewisser Lager nicht immer zufriedenstellend. Wie oben ausgeführt, sind manche Ablagerungen für den selektiven Abbau geeigneter als andere. Somit wird zu Beginn eines selektiven Zyklus, wenn der KCl-Gehalt der entnommenen Soleprobe die Sättigung nicht mehr erreicht, der nichtselektive Abbau wieder aufgenommen,

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bis das NaCl/fcCl-Verhältnis des abzubauenden Materials auf beispielsweise 1,8 fällt, wobei in diesem Zeitpunkt der selektive Abbau wieder versucht wird. Wenn die Förderlösung bei diesem NaCl/Kci-Verhältnis niQht gesättigt ist, wird der nichtselektive Abbau erneut wieder vorgenommen, bis selektiver Abbau durchgeführt werden kann. Auf diese Weise wird ein zufriedenstellendes Verhältnis zwischen 2,4 und 1,6 für ein gegebenes abzubauendes Material leicht festgestellt.

Zu Beginn jeder neuen Stufe des Arbeitsvorgangs wird die Deckschichtspiegelsteuerleitung 16 z«B. um etwa 3 m (10 feet) angehoben« wie oben erwähnt. Nach Anheben des unteren Spiegels des fluiden Deckschichtsteuermediums für den Beginn einer neuen Stufe des Verfahrens wird« wie vorher, eine verbesserte Deckenkontrolle und -steuerung durch die Stufe des Absenkens des Endes der DeckschichtSpiegelsteuerleitung 16 um zumindest 2,5 cm (1 inch) je 15 m (50 feet) Deckschichtdurchmesserzunahme während des Auswa8ohens der Schicht 20 und jeder folgenden Schicht der Salzablagerung erhalten. Gleichzeitig mit jedem Absenken der Deekschichtspiegelsteuerleitung wird eine zusätzliche Menge an fluidem Deckschichtanediura durch den Bohrmantel zugeführt, die ausreicht, ein kontinuierliches Uhterfliessen von fluidem Deoksohiohteediu« in die Spiegelsteuerleitung 16 zu gewährleisten. Auf diese Weise erhält nan eine ständige Antriebskraft, u« das Ol (oder (Ms) in «iner horizontalen Ebene in Bewegung zu

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halten, wodurch die Gefahr eines vertikalen Lösungsmitteldurohbruchs in die Höhlungsdecke verringert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abbau von Kaliumchlorid wurde zwar unter besonderer Bezugnahme auf einen Arbeitsvorgang mit einem einzelnen Bohrloch beschrieben, doch, ist leicht ersichtlich, daß eine Vielzahl von Bohrlöchern oder Schächten ebenfalls verwendet werden kann. Beispielsweise kann das Verfahren durch Bohren von zwei Bohrlöchern bis zum arund der Salzablagerung, Herstellung der Verbindung zwischen den Löchern und Einführung von ungesättigter Lösung durch ein Bohrloch und.Abziehen der gesättigten Lösung durch das andere Bohrloch durchgeführt werden.

Im Zusammenhang mit dem Betrieb eines derartigen Zweilochsystems treten manchmal ernste Schwierigkelten auf. Die Entfernung von gesättigter Sole durch das Produktionsleitungssystem führt häufig zu beträchtlicher Abkühlung der Sole. Kristallisiertes Kaliumchlorid fällt dadurch in Mengen aus, die ausreichen,um die Produktionsleitung zu verstopfen.

Oemäfl einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dieses Problem durch die Installation einer zweiten Leitung in dasselbe Loch mit der Soleproduktionsleitung und durch Leiten von erhitztem Wasser oder Dampf durch diese Leitung in einer Geschwindigkeit, die gerade ausreicht, um die erzeugte Sole bei oder über Hohlraumtemperatur zu halten, wodurch die

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Kristallisation verhindert wird« gelöst. Die Hauptmasse des Lösungswassers wird natürlich noch durch das andere Loch in die Höhlung eingeführt. Während des Abbauarbeitsvorgangs löst das durph beide Bohrlöcher eingeführte Wasser Kaliumchlorld-Abbaunaterial, wird bei der Hohlraumtemperatur gesättigt und wird durch die Soleproduktionsleitung entfernt. Der -zur Erwärmung der produzierten Sole verwendete Strom muß in den Hohlraum bei einem Spiegel eingeführt werden« der hoch genug liegt, um die Erzeugung einer ungesättigten Sole aufgrund von Verdünnung in der Umgebung des Produktionsbohrlochs zu verhindern.

Es gibt zwei Hauptvorteile der Zirkulation von heißem Wasser oder Dampf in dem Produktionsbohrloch, wie oben beschrieben. Während es die Kristallisation von Kaliumchlorid in der Produktionsleitung verhindert, gestattet es nichtsdestoweniger die Verwendung einer Leitung mit großem Durchmesser zur Produktion der Sole, da zur Zufuhr einer ausreichenden Menge an heißem Wasser oder Dampf, um die zur Verhinderung der Kristallbildung notwendige Temperatur aufrecht zu erhalten, nur eine Leitung mit kleinem Durchmesser notwendig ist. Dies bewirkt nur eine geringe oder gar keine Zunahme an PS-Erfordernissen für das Pumpen der Gesamtwassermenge in die Höhlung. Da die aus der Höhlung während des nichtselektiven Lösens produzierte Sole vor ihrer Aufarbeitung in der Oberflächenanlage erhitzt werden muß, kann man die zum Heißhalten der erzeugten Sole dem Wasser zugefUhrte Wärme als brauchbar als

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eine Vorheizstufe für die Übertageaufbereitung ansehen. Somit sind die zusätzlichen Kosten der Anwendung von Zufuhr von heißem Wasser oder Dampf gering ₍und der bei der Übertageaufbereitung erforderliche Wärmeaustausch kann entsprechend in seiner Qröße reduziert werden.

Während der nichtselektiven Abbauperlode des Verfahrens w-erden große Mengen an Natriumchlorid produziert, für welche im allgemeinen kein ausreichender Markt vorhanden ist. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das überschüssige Natriumchlorid in die Höhlung während der Perioden des selektiven Lösungsabbaus zurückgegeben. Ein Zurückgeben von Natriumchlorid in die Höhlung trägt zu mehr als nur einer Beseitigung von überflüssigem Nebenprodukt bei. In der Lösungshöhlung abgesetztes Natriumchlorid verdrängt eine an Kaliumchlorid reiche Sole, die andernfalls in dem zurückgelassenen Hohlraum eingeschlossen bliebe. Darüber hinaus ergibt das Anfüllen der Höhlung mit festem Natriumchlorid ein beträchtliches Maß an Unterstützung der Höhlungsdecke und trägt zur Verhinderung von schwerwiegender Bodeneinsenkung an der* Oberfläche bei.

Um eine bessere Verteilung des feinverteilten Natriumchlorids durch die ganze Höhlung zu erhalten, 1st es häufig zweckmäßig, die Einführung einer Soleaufsohlämmung und das Abziehen von Sole durch lateral in gewissem Abstand voneinander angeordnete gesonderte Bohrlöcher vorzunehmen. Diese Situation liegt normalerweise vor, wo ein Lösungshohlraum durch Zirkulation durch

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zwei Bohrlöcher gebildet worden ist· Optimale Verteilung von Überflüssigem Salz in dem Hohlraum wird jedoch durch Bohren von Zufuhr- und Abfuhr-Bohrlöchern für das Absetzen von Natriumchlorid an den äußersten Rändern des zurückgelassenen Hohlraums erreicht.

Im Falle der Wiedereinführung von überflüssigem Natriumchlorid während der Perioden der" selektiven Lösungsförderung 1st die eingeführte Solenaufschläramung nur bezüglich Natriumchlorid gesättigt und hat daher eine etwas niedrigere Dichte als eine erzeugte Sole, die sowohl mit Kalium- als auch mit Natriumchlorid gesättigt ist. Wegen dieses Dichteunterschieds sorgen konduktlve Kräfte für die Förderung einer guten Verteilung des abgesetzten Natriumchlorids über praktisch den gesamten Hohlraumboden· In diesem Fall muß die Solenentfernung an einem Spiegel in der Nähe des Höhlungsbodens vorgenommen werden, um die Sättigung in Bezug auf beide Chloride zu gewährleisten.

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Claims

Esso Res. and Eng. Co. JQ Patentansprüche PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Gewinnung eines löslichen Salzes aus einer unterirdischen Ablagerung, gekennzeichnet durch folgende Stufenjt

a) Bohren eines Bohrlochs von der Erdoberfläche bis zu dem untersten Grenzspiegel der Ablagerung,

b) Herstellung getrennter Flüssigkeitsverbindung zwischen der Erdoberfläche und zumindest vier getrennten Spiegeln innerhalb der Ablagerung durch das Bohrloch,

c) Einführen eines Lösungsmittels für das Salz am zweitniedrig-' sten Spiegel der Flüssigkeitsverbindung und Entfernen der er- ' zeugten Salzlösung am niedrigsten Spiegel der Flüssigkeitsverbindung,

d) Errichten eines Deckschichtreservoirs eines flulden Mediums, das mit dem Lösungsmittel nicht mischbar ist, von dem obersten Spiegel der Flüssigkeitsverbindung bis zu dem nächst niedrigeren Spiegel der Flüssigkeitsverbindung,

e) Fortsetzen der Zuführung von Lösungsmittel am zweitniedrigsten Spiegel der Flüssigkeitsverbindung Innerhalb der Ablagerung,

f) Anheben des unteren Spiegels des Deckschichtreservoirs in Stufen unter Gewinnung des in dem nächst höheren Niveau der Ablagerung gelegenen Salzes,

g) Fortsetzen der Entfernung der erzeugten Lösung vom niedrig-

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sten Spiegel der Flüssigkeitsverbindung und h) Erhöhen der Deckschichtdicke, wenn der gebildete Hohlraum durch Auflösen der Ablagerung aus deren Seltenwandungen ausgeweitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als fluides Deckmedium ein Kohlenwasserstofföl verwendet.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckschichtreservoir in aufeinander folgenden Stufen von etwa ^m (10 feet) angehoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dicke der Deckschicht um zumindest 2,5 cm (1 inch) je 15 na (50 feet) Höhlungsdurchmesserzunahme erhöht.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Solenproben kontinuierlich oder periodisch am oberen Teil der Lösungsschicht entnimmt und diese Lösungsproben kontinuierlich oder periodisch analysiert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in das Bohrloch eingespeiste Lösungsmittel durch die Analyse der Lösungsprobe bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lösungsförderung von Kaliumchlorid aus einer Salzablagerung

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mit Schichten aus Gemischen aus Kaliumchlorid und Natriumchlorid in verschiedenen Mengenanteilen in das Bohrloch als Lösungsmittel Wasser eingespeist wird, wenn die Analyse der Solenprobe einen Kaliumchloridgehalt von weniger als 30 % anzeigt^und das Lösungsmittel auf gesättigte Natriumchloridlösung umgestellt wird, wenn die Probenanalyse einen Kaliumchloridgehalt von mehr als 350 % zeigt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel für das Salz eine gesättigte Natriumchloridlösung verwendet, wenn das abzubauende Salz Sylvinit mit einem GehafETvan ,»üfar ale JO <f> KCl ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man das Natriumchlorid aus der Sylvinitablagerung in den Hohlraum zurUckgibt.

10. Verfahren zur Gewinnung von Kaliumchlorid aus einer unterirdischen wasserlöslichen Salzablagerung, die KCl-reiche und KCl-arme Lagen enthält, gekennzeichnet durch folgende Stufen: Drehen eines Bohrlochs von der Erdoberfläche durch die Salzablagerung bis zum Boden einer ausgewählten KCl-reichen Schicht, Herstellen von PlUssigkeitsverbindung zwischen der Erdoberfläehe und wenigstens vier getrennten Niveaus innerhalb der Salzablagerung durch dies Bohrloch, Einführen von Wasser an dem

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zweitniedrigsten Niveau der FlUssigkeitsverbindung und Entfernen der erzeugten Sole unter Bildung eines im allgemeinen zylindrisch geformten Hohlraums innerhalb der Ablagerung am niedrigsten Niveau der FlUssigkeitsverbindung, Errichten eines Reservoirs aus einem mit Wasser nicht mischbaren fluiden Deckmedium von dem obersten Niveau der FlUssigkeitsverbindung zu dem nächst niedrigeren Niveau der FlUssigkeitsverbindung, anschliessend Fortsetzen der Wasserzufuhr an dem zweitniedrigsten Niveau der FlUssigkeitsverbindung mit der Ablagerung, anschliessend Anheben des unteren Niveaus des Deckschichtreservoirs in aufeinanderfolgenden Stufen unter Fortsetzen der Wasserzufuhr an dem zweitniedrigsten Niveau der FlUssigkeitsverbindung innerhalb der Salzablagerung, Fortsetzen der Entfernung der erzeugten Sole am untersten Niveau der innerhalb des Bohrlochs errichteten FlUssigkeitsverbindung, Analysieren von in der Nähe des oberen Teils des Hohlraums erhaltenen SoIeproben und Ersetzen der Zufuhr von Wasser durch eine gesättigte Natriumchloridsole, wenn immer die Analyse der Probesole ein NaCl/KCl-Verhältnis unter 2,4 anzeigt.

11. Verfahren zur Gewinnung von Kaliumchlorid aus einer unterirdischen wasserlöslichen Salzablagerung, die KCl-reiche und KCl-arme Schichten enthält, gekennzeichnet durch folgende Stufen: Bohren eines Bohrlochs von der Erdoberfläche durch die Salzablagerung bis zum Boden einer gewählten KCl-haltigen

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Schicht» Herstellen einer FlUssigkeitsverbindung zwischen der Erdoberfläche und wenigstens vier getrennten Niveaus innerhalb der Salzablagerung durch dies Bohrloch, Einführen von Wasser am zweitniedrigsten Niveau der Flüssigkeitsverbindung und Entfernen der erzeugten Sole an dem untersten Niveau der FlUssigkeitsverbindung unter Bildung einer im allgemeinen zylindrischen Höhlung innerhalb der Ablagerung, Errichten eines Reservoirs eines mit Wasser nicht mischbaren flulden Deckmediums vom obersten Niveau der FlUssigkeitsverbindung zum nächstniedrigeren Niveau der FlUssigkeitsverbindung, anschliessend Fortsetzen der WasserzufUhrung am zweitniedrigsten Niveau der FlUssigkeitsverbindung innerhalb der Ablagerung unter Erzeugung einer scheibenförmigen Unterhöhlung am Grund der Salzablagerung, anschliessend Anheben des unteren Spiegels des Deckmittelreservoirs in aufeinanderfolgenden Stufen unter Fortsetzung der Wasserzufuhr am zweitniedrigsten Niveau der FlUssigkeitsverbindung Innerhalb der Salzablagerung, Fortsetzen der Entfernung der erzeugten Sole am untersten Niveau der FlUssigkeitsverbindung innerhalb des Bohrlochs und Abwechseln der Zufuhr von Wasser mit einer Zufuhr von mit Natriumchlorid gesättigter Sole, wenn immer die Analyse einer in der Nähe des oberen Teils der Höhlung entnommenen Soleprobe anzeigt, dass eine Schicht von kaliumchloridreichem Abbaumaterial mit zumindest etwa J55 $> KCl angetroffen ist.

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12. Verfahren zum Lösungsabbau von Kaliumchlorid aus unterirdischen wasserlöslichen Salzablagerungen, die Schichten mit mehr als 35 % KCl abwechselnd mit Schichten mit weniger als 35 % KCl enthalten, gekennzeichnet durch folgende Stufen: Nichtselektives Abbauen der Schichten, die weniger als 35 $> KCl enthalten,durch Zufuhr eines wässrigen Lösungsmittels, Analysieren von den in der Nähe des oberen Endes des Hohlraums entnommenen Soleproben und, wenn die Analyse die Freilegung einer Lage innerhalb der Ablagerung anzeigt, die mehr als/35 # KCl enthält, übergehen von nichtselektivem zu selektivem Fördern von Kaliumchlorid durch Einführen einer gesättigten Natriumchloridsole, die Überschüssiges Natriumchlorid aufgeschlämmt enthält.

13. Verfahren zur Lösungsförderung von Kaliumchlorid aus unterirdischen Salzablagerungen, die Lagen.mit mehr als 35 % KCl abwechselnd mit Lagen mit weniger als 35 % KCl enthalten, gekennzeichnet durch folgende Stufen: Einführen einer gesättigten Natriumchloridsole zum Kontakt mit kaliumchlorldreichen Schichten, wobei die Natriumchloridsole überschüssiges Natriumchlorid aufgeschlämmt enthält, und abwechselnd Einführen von ungesättigter Natriumchloridsole oder Wasser zum Kontakt mit Schichten, die weniger als /"35 % Kaliumchlorid enthalten.

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14. Verfahren zum Lösungsabbau von Kaliumchlorid aus unterirdischen Salzablagerungen, die Schichten mit mehr als 35 # KCl abwechselnd mit Schichten mit weniger als 35 % KCl enthalten, bei dem die Verbindung zu der Salzablagerung durch eine Zufuhrbohrung und eine zu dieser in seitlichem Abstand angeordneten Abfuhrbohrung hergestellt wird, gekennzeichnet durch die Zufuhr einer Aufschlämmung, die überschüssiges Natriumchlorid in einer gesättigten wässrigen Lösung von Natriumchlorid enthält, durch diese Zufuhrbohrung zum Kontakt mit kaliumchloridreichen Schichten, Zufuhr von ungesättigter N,atriumohloridsole oder Wasser zum Kontakt mit Schichten, die weniger als etwa 35 % Kaliumchlorid enthalten, Entfernen einer erhaltenen Sole durch diese Abfuhrbohrung und Führen einer kleinen Menge an helssem Wasser oder Dampf in Indirektem Wärmeaustausch mit dem Strom der produzierten Sole, während diese aus dem Abfuhrbohrloch entfernt wird.

15· Verfahren zur Lösungsförderung von Kaliumchlorid aus unterirdischen Salzablagerungen, bei denen Schichten mit mehr als 35 # KCl und Schichten mit weniger als 35 % KCl abwechseln, gekennzeichnet durch folgende Stufen: Nichtselektives Abbauen der Schichten, die weniger als 35 % KCl enthalten, durch kontinzierllche Zufuhr eines wässrigen Lösungsmittels, Analysieren der in der Nähe des oberen Teils des Hohlraums entnommenen Soleproben und, wenn die Analyse die Freilegung von Schichten innerhalb der Ablagerung, die mehr als/55 # KCl enthalten, an-

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zeigt, Übergehen von nichtselektivem Fördern zu selektivem Fördern von Kaliumchlorid unter Verwendung einer intermittierenden Strömung des wässrigen Lösungsmittels.

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