DE19903508C1

DE19903508C1 - Process to soften and sterilize water with steam, minimizes accumulation of saline blockages in geological storage facility for natural gas

Info

Publication number: DE19903508C1
Application number: DE1999103508
Authority: DE
Inventors: Klaus H Weber; Bernd Drechsel
Original assignee: INGBUERO fur INNOVATIVE VERFA
Current assignee: INGBUERO fur INNOVATIVE VERFA
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2019-01-30

Abstract

Water, pre-filtered and softened, is injected into sub-surface rocks where natural gas is stored; prior to injection dissolved gases are expelled. The treated water is released as particles in to a flow of natural gas, at the same temperature as that of the porous rocks. The quantity of water released is at saturation level, in the gas under storage conditions, or exceeds it. A process to store natural gas in layers of sub-surface porous rock, water with natural gas are injected into saline strata. Water is pre-filtered and softened, and prior to injection into the sub-surface strata, dissolved gases are expelled from the water, which is also sterilized especially by a rising column of steam. The treated water is then released as particles of <= 30 Angstrom into the injection flow of natural gas. The gas is at temperature approximately the same as that of the porous rocks which serve as the storage facility (5 deg C below to 10 deg C above). The quantity of water released is such that the saturation level in the gas under storage conditions is almost reached or exceeded (100 - 130%). The gas and water are injected into rock bore holes under pressure of 50 to 500 bar. The steam is generated in the sump at the base of the column at 100 - 125 deg C.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung und Einspeisung von Wasser in Untertagegasspeichern durch Behandlung von mechanisch vorgereinigtem und enthärtetem Wasser, dessen Injektion in Gas und die anschließende Einspeicherung des wasserhaltigen Gases in Untertagegasspeicher aus porösen Gesteinsformationen (Porenspeicher). Insbesondere betrifft sie die Einspeisung von Wasser in Erdgas und die Speicherung in Untertageerdgasspeichern.The invention relates to a method for treating and feeding water in underground gas storage facilities by treating mechanically pre-cleaned and softened water, its injection into gas and the subsequent Storage of the water-containing gas in underground gas storage from porous Rock formations (pore storage). In particular, it concerns feed-in of water in natural gas and storage in underground natural gas storage.

Zur Speicherung von Gas werden häufig unterirdische Gesteinsformationen verwendet. Diese bestehen in der Regel aus porösen bzw. ähnlichen natürlichen Hohlräumen von unterirdischen Gesteinen, z. B. in Form ausgeförderter Erdgaslagerstätten. In derartige Untertagegasspeicher wird über Speicherbohrungen bei Gasüberschuß trockenes Gas, z. B. Erdgas, eingespeichert und bei Bedarf wieder entnommen.Underground rock formations are often used to store gas used. These usually consist of porous or similar natural ones Cavities of underground rocks, e.g. B. in the form of advanced Natural gas deposits. In such underground gas storage is over Storage holes in the event of excess gas dry gas, e.g. B. natural gas, stored and removed if necessary.

Die Untertagegasspeicher stehen oft in Verbindung mit salinaren Schichtwässern bzw. gegebenenfalls auch mit ausgedehnten Aquiferen oder anderen Arten von Lagerstättenflüssigkeit.The underground gas storage facilities are often connected to saline stratified waters or possibly also with extensive aquifers or other types of Deposit fluid.

Gemäß den Feuchteverhältnissen, den Druck- und Temperaturbedingungen, den Strömungsbedingungen u. ä. im Speicher ist das entnommene Gas mehr oder weniger mit Wasser gesättigt. Auf diese Weise werden während der Entnahmeperiode aus dem Speicher erhebliche Wassermengen abgeführt, und das salzhaltige Lagerstättenwasser sättigt sich nach und nach auf.According to the humidity conditions, the pressure and temperature conditions, the Flow conditions u. Ä. in the memory, the gas withdrawn is more or less saturated with water. This way, during the Removal period drained significant amounts of water from the store, and that saline reservoir water gradually saturates.

Über längere Entnahmezeiten bzw. mehrere Entnahmezyklen kann dieser Vorgang dazu führen, daß die Sättigungsgrenze in der Porenflüssigkeit örtlich, insbesondere im näheren Umfeld der Bohrung, überschritten wird und sich in den Poren Salzkristalle ablagern. Kapillar- und Strömungskräfte bewirken, daß die Möglichkeit eines stetigen Kristallwachstums gegeben ist. This process can take longer withdrawal times or multiple withdrawal cycles cause the saturation limit in the pore fluid locally, especially in the vicinity of the hole, is exceeded and in the pores Deposit salt crystals. Capillary and flow forces cause the possibility steady crystal growth.

Dadurch werden letztlich die Poren verstopft und die Einspeicher- bzw. Entnahmeraten des Speichers verringert. Die Salzausfällungen erhöhen die Druckverluste im Speicher durch Verstopfen der Fließkanäle und können zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Einspeicher- und Entnahmeleistung bis hin zur Aufgabe von Bohrungen führen. Darüberhinaus können sich auf den Bohrlocheinrichtungen sowie in den obertägigen Einrichtungen unerwünschte, störende Salzablagerungen absetzen.This ultimately clogs the pores and the storage or Sampling rates of the memory reduced. The salt precipitation increases the Pressure drops in the storage tank due to clogging of the flow channels and can lead to a considerable impairment of the injection and withdrawal performance up to Abandon drilling. In addition, the Downhole facilities as well as undesirable in the surface facilities, remove annoying salt deposits.

Zur Vermeidung derartiger Störungen müssen deshalb rechtzeitig geeignete Behandlungsmaßnahmen ergriffen werden.To avoid such disruptions, suitable ones must therefore be taken in good time Treatment measures are taken.

Bekannt sind Verfahren zur Verbesserung der Effektivität von Gasbohrungen durch hydraulische Erzeugung von Rissen in der Umgebung des Bohrloches. Diese Verfahren sind sehr kostenintensiv, und die Kontrolle einer begrenzten Rißbildung ist schwierig.Methods for improving the effectiveness of gas drilling are known hydraulic generation of cracks in the vicinity of the borehole. This Procedures are very costly, and control is limited cracking difficult.

In der DE 42 04 991 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem in das Erdreich bis in den betroffenen Flüssigkeitsbereich ein Schacht eingebracht wird. Aus dem Schacht wird ein Teil der Flüssigkeit entnommen, zu einer Behandlungseinrichtung gefördert, gereinigt und anschließend wieder zurückgeführt. Nachteil dieses Verfahrens sind die hohen Kosten, insbesondere bei Tiefbohrungen.DE 42 04 991 A1 describes a method in which up to a shaft is inserted into the affected liquid area. Out of the shaft part of the liquid is removed and conveyed to a treatment facility, cleaned and then returned. Disadvantages of this procedure are the high costs, especially for deep drilling.

In der Zeitschrift ERDÖL ERDGAS KOHLE 114 (1998) 4, 194-199, wird angeführt, daß eine Verzögerung der Salzbildung durch Ratenreduktion oder durch längeres Einschließen der Bohrung, verbunden mit einer Rekondensation von Wasserdampf, möglich ist. Da aber letztlich die Salzbildung nicht grundsätzlich vermieden werden kann, bleiben diese Maßnahmen unbefriedigend.In the magazine ERDÖL ERDGAS KOHLE 114 (1998) 4, 194-199, it is stated that that a delay in salt formation through rate reduction or through prolonged Including the well associated with water vapor recondensation, is possible. However, since ultimately salt formation cannot be avoided in principle these measures remain unsatisfactory.

In der DE 196 53 136 A1 wird ein Verfahren zur Stabilisierung des Gasflusses in wasserführenden Erdgasspeicherbohrungen angeführt, bei dem eine Dispersion, bestehend aus einer Organosiliciumverbindung als disperser Anteil, einem hydrophilen mit Wasser mischbaren Dispersionsmittel und gegebenenfalls einem Dispergens in das wasserführende Gestein injiziert wird. DE 196 53 136 A1 describes a method for stabilizing the gas flow in water-bearing natural gas storage wells, in which a dispersion, consisting of an organosilicon compound as a disperse portion, a hydrophilic water-miscible dispersants and optionally one Dispersant is injected into the water-bearing rock.

In der DE 196 53 140 A1 wird ein Verfahren zur Austrocknung von immobilen Formationswasser enthaltendem Gestein im Einzugsbereich von Erdgasbohrungen beschrieben. Die Austrocknung wird durch Injektion einer Dispersion, bestehend aus einem wasserabweisenden Wirkstoff, einem hydrophilen mit Wasser mischbaren Dispersionsmittel und gegebenenfalls einem Dispergens, die das Wasser enthaltende Gestein hydrophobiert, bewirkt.DE 196 53 140 A1 describes a process for drying out immobile objects Rocks containing formation water in the catchment area of natural gas wells described. Drying out is done by injecting a dispersion consisting of a water-repellent active ingredient, a hydrophilic water-miscible Dispersant and optionally a dispersant that the water containing rock hydrophobized, causes.

Bei beiden Verfahren mit Injektion von Dispersionen aus Spezialprodukten sind Nachteile die hohen Kosten für die Herstellung, Lagerung, Behandlung und das Injizieren der Dispersion. Ferner kann letztlich eine Salzausfällung nur verzögert und nicht generell vermieden werden.Both methods involve the injection of dispersions from special products Disadvantages are the high costs of manufacturing, storage, treatment and that Inject the dispersion. Furthermore, salt precipitation can ultimately only be delayed and not generally avoided.

In der US 5409062 A wird ein Verfahren zur Verhinderung der Bildung und Ablagerung von Kesselstein bei der Produktion von Kohlenwasserstoffen aus unter irdischen Lagern beschrieben, indem in das Bohrloch und in die Lagerstätte eine überstöchiometrische Menge spezieller Kesselsteininhibitoren injiziert wird. Dieses Verfahren beschränkt sich nur auf die kesselsteinbildenden Salze und ist keine generelle Lösung zur Vermeidung von Salzausfällungen. Ferner ist die Anwendung von Spezialprodukten ein erheblicher Kostenfaktor.In US 5409062 A a method for preventing formation and Deposition of scale in the production of hydrocarbons from below terrestrial camps described by a in the borehole and in the deposit overstoichiometric amount of special scale inhibitors is injected. This The process is limited to the scale-forming salts and is not general solution to avoid salt precipitation. Furthermore, the application of special products is a significant cost factor.

Zur Erhöhung der Durchlässigkeit in porösen unterirdischen Gasspeichern wird in der DD 98 655 ein Verfahren angeführt, bei dem dem einzuspeichernden Gasstrom ständig wässrige oder alkoholisch wässrige Lösungen von speziellen Hydrophobierungsmitteln durch Verdüsen oder Zerstäuben zugesetzt werden. Dieses Verfahren beinhaltet keine Lösung zur Vermeidung von Salzausfällungen.To increase the permeability in porous underground gas storage facilities, the DD 98 655 cited a method in which the gas stream to be stored constantly aqueous or alcoholic aqueous solutions of special Hydrophobing agents can be added by spraying or atomizing. This procedure does not include a solution to avoid salt precipitation.

In der US 3330352 A wird ein Verfahren zur Erhöhung der Gaslagerkapazität in natürlichen porösen unterirdischen Formationen beschrieben, bei dem unmittelbar vor der Einspeisung des zu lagernden Gases eine wässrige, viskose Lösung von schaumbildenden chemischen Verbindungen injiziert wird, die anschließend bei der Gaseinspeicherung das in der Lagerstätte vorhandene mobile Wasser und das Porenwasser gemeinsam mit dem Gas in Schaum umwandelt. Dieses Verfahren ist mit hohen Kosten verbunden und zielt auf die verbesserte Nutzung schwer zugäng licher Lagerräume und die Reduzierung von Gasverlusten, nicht aber auf die Verhinderung von Salzausfällungen. Störende Salzausfällungen, die die Poren ver stopfen und die Einspeicher- bzw. Entnahmeraten des Speichers verringern, können mit diesem Verfahren gegebenenfalls verzögert, jedoch nicht grundsätzlich vermieden werden.US 3330352 A describes a method for increasing the gas storage capacity in natural porous underground formations described in the immediate Before the gas to be stored is fed in, an aqueous, viscous solution of foam-forming chemical compounds is injected, which then at the Gas storage, the mobile water available in the deposit and that Pore water is converted into foam together with the gas. This procedure is associated with high costs and aims at the improved use difficult to access storage rooms and the reduction of gas losses, but not to the Prevention of salt precipitation. Annoying salt precipitations that ver the pores stuff and reduce the storage or withdrawal rates of the storage possibly delayed with this procedure, but not in principle be avoided.

Das häufigste Verfahren zur Beseitigung von Salzablagerungen im Gestein sowie in den Förder- und Aufbereitungseinrichtungen ist das Injizieren von Süßwasser. Durch batchweise Injektion von Süßwasser wird in Abständen das jeweils abgelagerte Salz aufgelöst und durch Rückförderung aus dem Porenraum entfernt. Eine umfassende Modellierung und Simulierung der dabei stattfindenden komplexen Prozesse ist bisher nur eingeschränkt möglich.The most common method for removing salt deposits in the rock as well as in The conveying and treatment facilities is the injection of fresh water. By The salt deposited in intervals is batch-injected with fresh water dissolved and removed from the pore space by return conveyance. A comprehensive one Modeling and simulation of the complex processes taking place so far only possible to a limited extent.

In der Zeitschrift ERDÖL ERDGAS KOHLE 114 (1998) 4, 194-199 veröffentliche Feldversuche mit wiederholter Süßwasserinjektion weisen aber darauf hin, daß die Beseitigung der Salzablagerung auf diesem Weg nicht vollständig reversibel ist bzw. trotz der wiederholten Süßwasserinjektion die maximal möglichen Entnahmeraten weiterhin abfallen.Published in the magazine ERDÖL ERDGAS KOHLE 114 (1998) 4, 194-199 However, field tests with repeated fresh water injection indicate that the Removal of salt deposits in this way is not completely reversible or despite the repeated fresh water injection, the maximum possible withdrawal rates continue to fall off.

In der US 5421408 A werden Vorrichtungen und Verfahren zur gleichzeitigen Injektion von Wasser und Gas in eine unterirdische Erdformation über mehrere Injektionsbohrungen beschrieben. Durch zahlreiche Dispergier- und Verteilungs elemente, wie Düsen, ein- und mehrstufige Mischelemente mit gleich- bzw. versetzt geneigten Schaufelblättern, die im Hauptstrang und an den Rohrverzweigungen zu Neben- bzw. Einzelsträngen anzuordnen sind, wird eine Blasenströmung von in einem Wasserstrom dispergierten Gas erreicht. Durch eine spezielle konstruktive Ausführung der Bohrlocheinrichtung wird erreicht, daß das Wasser-Gas-Gemisch gleichmäßig in die Erdformation der Lagerstätte verteilt wird.In US 5421408 A devices and methods for simultaneous Injection of water and gas into an underground earth formation over several Injection bores described. Through numerous dispersing and distribution elements such as nozzles, single and multi-stage mixing elements with equal or offset inclined airfoils in the main line and at the manifolds too Side or individual strands are to be arranged, a bubble flow of in gas dispersed in a water stream. Through a special constructive Execution of the downhole device is achieved that the water-gas mixture is evenly distributed into the earth formation of the deposit.

Die Realisierung der beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren beinhaltet einen erheblichen technischen und finanziellen Aufwand, sowohl für die Investition als auch für die Wartung. Ferner erfordert die mechanische Dispergierung bekanntermaßen einen hohen Energieeintrag, der sich letztlich im Druckverlust und in hohen Energie kosten für die Gaskompression äußert. The implementation of the devices and methods described includes one considerable technical and financial effort, both for the investment as well for maintenance. Furthermore, mechanical dispersion is known to require a high energy input, which ultimately results in pressure loss and in high energy expresses the cost of gas compression.

Praktische Erfahrungen der Erdgas-Untertagespeicherung bestätigen ferner, daß eingetretene Salzablagerungen aus den Poren auch dann nicht vollständig entfernt werden können, wenn über die gesamte Einspeicherperiode dem Erdgasstrom kurz vor Eintritt in die Bohrung kontinuierlich erhebliche Mengen Süßwasser unspezifisch, insbesondere ohne Beachtung der physikalischen Bedingungen Ober- und Untertage, zudosiert werden.Practical experience of underground gas storage also confirms that salt deposits that have occurred cannot be completely removed from the pores can be if the natural gas flow is short over the entire injection period Before entering the borehole, significant amounts of fresh water are continuously unspecific, especially without considering the physical conditions top and bottom Underground, be metered.

Die Aufbereitung des Süßwassers erfolgt bei den bekannten Verfahren analog zur Aufbereitung von Kesselspeisewasser für die Dampferzeugung. Bekannt sind auch Fälle, wo das Süßwasser in Form von aufbereiteten Kesselspeisewasser aus Kraft werken antransportiert wird. In the known processes, the fresh water is treated analogously to Treatment of boiler feed water for steam generation. Are also known Cases where the fresh water in the form of treated boiler feed water from power works is transported.

Nachteil aller bekannten Verfahren zur Süßwasseraufbereitung und -injektion bzw. -einspeisung sind einerseits die relativ hohen Kosten für die Süßwasseraufbereitung bzw. -bereitstellung. Diese resultieren vorrangig aus der Nutzung traditioneller Entgasungsapparate und/oder Entgasungsverfahren mittels Einleitung von extern erzeugtem Strippdampf oder von Strippgas.Disadvantage of all known methods for fresh water treatment and injection or -On the one hand, the relatively high costs for fresh water treatment are or provision. These result primarily from the use of traditional ones Degassing apparatus and / or degassing process by external introduction generated stripping steam or stripping gas.

Ein wesentlicher Nachteil ist andererseits der zu geringe Wirkungsgrad dieser Verfahren im Hinblick einer sicheren Vermeidung von Salzablagerungen bzw. einer weitgehenden Beseitigung eingetretener Salzablagerungen im Speichergestein und dadurch verursachter Veringerungen der Einspeicher- und/oder Entnahmeraten.A major disadvantage is the insufficient efficiency of these Procedures with a view to the safe avoidance of salt deposits or extensive removal of salt deposits in the storage rock and reductions in the storage and / or withdrawal rates caused thereby.

Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser und dessen Injektion in Gas und die anschließende Einspeicherung des wasserhaltigen Gases in Untertagegasspeicher bestehend aus porösen Gesteinsformationen (Porenspeicher), das zu einer Verringerung der Kosten für die Entgasung und Entkeimung des Wassers führt und auf wirtschaftliche Art und Weise die Ablagerung von Salzen in den Gesteinsformationen des Speichers verhindert sowie mit einem verbesserten Wirkungsgrad bereits vorhandene Versalzungserscheinungen des Untertagegasspeichers und damit verbundene Einschränkungen bei der Gaseinspeicherung bzw. Gasentnahme beseitigt.The aim of the invention is a method for the treatment of water and its Injection in gas and the subsequent storage of the water-containing gas in Underground gas storage consisting of porous rock formations (pore storage), that will reduce the cost of degassing and disinfecting the Water leads and the deposition of salts in an economical way prevented the rock formations of the storage and with an improved Efficiency of existing salinity phenomena Underground gas storage and associated restrictions in the Gas storage or gas removal eliminated.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Behandlung von mechanisch vorgereinigtem und enthärtetem Wasser, dessen Injektion in Gas und die anschließende Einspeicherung des wasserhaltigen Gases in Untertagegasspeicher aus porösen Gesteinsformationen (Porenspeicher) erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch das Wasser zur Entgasung und Entkeimung in einer Kolonne Wasserdampf geleitet wird, das Wasser anschließend in den einzuspeichernden Gasstrom, der eine Temperatur in der Nähe der Speichertemperatur aufweist, eingeführt wird, in einer solchen Menge, daß die Sättigungsgrenze im Gas unter Speicherbedingungen fast erreicht oder übertroffen wird, und das mit dem Wasser beladene Gas unter Druck in die Bohrungen des Untertagegasspeichers eingespeist wird. The task is accomplished through a mechanical treatment process pre-cleaned and softened water, its injection into gas and the subsequent storage of the water-containing gas in Underground gas storage from porous rock formations (pore storage) solved according to the invention in that the water for degassing and Sterilization is conducted in a column of water vapor, the water then into the gas stream to be stored, which has a temperature in the Is close to the storage temperature, is introduced in such an amount, that the saturation limit in the gas is almost reached under storage conditions or is exceeded, and the gas loaded with water under pressure into the Holes in the underground gas storage is fed.

Der Wasserdampf wird zweckmäßig thermisch im unteren Teil der Kolonne (im Kolonnensumpf), zum Beispiel mit Hilfe eines elektrischen Einschubheizkörpers, erzeugt.The water vapor is expediently thermally in the lower part of the column (in Column sump), for example with the help of an electrical slide-in heater, generated.

Die Wasserdampfbehandlung zur Entgasung und Entkeimung findet erfindungsgemäß vorzugsweise bei Temperaturen von 100 bis 125°C statt.The steam treatment for degassing and disinfection takes place according to the invention preferably at temperatures from 100 to 125 ° C.

Bereits diese erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht mit einfachen Mitteln und mit vergleichsweise geringen Energiekosten eine Entgasung des Wassers auf Sauerstoff-Restgehalte von 20 ppb bis auf weniger als 5 ppb und eine Entkeimung des Wassers, so daß eine Wasser-Einspeisung in den Untertagegasspeicher aus biologischen, bakteriologischen ü. ä. Gründen ohne weitere Nachbehandlung möglich ist. Der Zusatz eines chemischen Sauerstoffbinders bzw. eines Bakterizids zum Injektionswasser kann entfallen.This first stage of the method according to the invention also enables simple means and with comparatively low energy costs Degassing the water to residual oxygen levels from 20 ppb to less than 5 ppb and a disinfection of the water, so that a water feed in the underground gas storage from biological, bacteriological ü. Ä. reasons without further treatment is possible. The addition of a chemical Oxygen binder or a bactericide to the injection water can be omitted.

Für die Vermeidung und Beseitigung von Salzablagerungen im Gasspeicher ist besonders vorteilhaft, wenn der einzuspeichernde Gasstrom annähernd Speicher temperatur besitzt und die Wasserinjektion betreffs Menge und Art der Einführung derart erfolgt, daß die Sättigungsgrenze des Wassers im Gas unter Speicherbedingungen fast erreicht oder übertroffen wird. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen kann erreicht werden, daß das zunächst in den Gasstrom verdampfte Wasser auf dem Weg in den Untertagegasspeicher, zum Beispiel wegen des zunehmenden statischen Druckes oder einer Temperaturabkühlung, teilweise wieder auskondensiert.For the avoidance and removal of salt deposits in the gas storage is particularly advantageous if the gas flow to be stored is approximately storage temperature and the water injection in terms of quantity and type of introduction such that the saturation limit of the water in the gas is below Storage conditions are almost reached or exceeded. Through this Measures according to the invention can be achieved that first in the Gas flow evaporated water on the way to the underground gas storage to Example due to increasing static pressure or one Temperature cooling, partially condensed out again.

Im Unterschied zu den bekannten Verfahren der einfachen Zudosierung von Süßwasser in den Gasstrom, ohne ausreichende Beachtung der physikalischen Bedingungen Ober- und Untertage, werden durch das erfindungsgemäße Verfahren feinste Wassertröpfchen kurz vor Eintritt bzw. erst innerhalb des Speichergesteins erzeugt. Derartige Wasserpartikel wirken wie Aerosole und gelangen zusammen mit dem Gas in Form feinster Nebel auch in kleinste Poren, Kapillaren u. ä. engste Hohlräume. Somit werden insbesondere die kleinsten Hohlräume im Gestein, die zuerst zur Verstopfung neigen, freigehalten und auch andere Hohlräume die nahezu verstopft sind und nur noch eine geringe Gasdurchlässigkeit aufweisen, wieder von Salzablagerungen gereinigt.In contrast to the known methods of simply adding Fresh water in the gas stream, without adequate attention to the physical Conditions above and below ground, are by the invention Process finest water droplets shortly before entry or only within the Storage rock generated. Such water particles act like aerosols and get into the smallest pores together with the gas in the form of fine mist, Capillaries and narrowest cavities. Thus, especially the smallest Cavities in the rock that tend to clog first, kept clear and also other cavities that are almost blocked and only a small one Have gas permeability, again cleaned of salt deposits.

Die sehr kleinen Tropfendurchmesser im Mikrometerbereich sind in der Gasphase homogen verteilt und verhalten sich ähnlich fluid wie das Gas. Eine Verschlechterung der Gasdurchlässigkeit im Speichergestein durch freies Wasser, wie bei den bekannten Verfahren, tritt nicht ein.The very small droplet diameters in the micrometer range are in the gas phase homogeneously distributed and behave similarly to the fluid as the gas. A Deterioration of gas permeability in the storage rock by free water, as with the known methods, does not occur.

Ferner tritt das Problem der Kanal- oder Kurzschlußströmung, wie es bei normalen Gas-Flüssigkeitsströmungen in porösen Feststoffen bzw. Schüttschichten bekannt ist, nicht auf.The channel or short circuit flow problem also arises as in normal gas-liquid flows in porous solids or Bulk layers are not known.

Die Nebelbildung erst kurz vor Eintritt bzw. innerhalb des Gesteins verhindert auch die Gefahr der Tropfenkoagulation, die bei den bekannten Verfahren zum Beispiel an der Innenwandung des Bohrrohres gegeben ist.The formation of fog is prevented shortly before entry or within the rock also the risk of drop coagulation, which in the known methods for Example is given on the inner wall of the drill pipe.

Für die Aufsättigung des Gases Obertage ist es vorteilhaft, wenn die Wasserpartikel durch Eindüsung in den einzuspeichernden Gasstrom eingeführt werden und einen mittleren Partikeldurchmesser von kleiner als 100 Mikrometer, vorzugsweise kleiner 30 Mikrometer, aufweisen.For the saturation of the gas above ground, it is advantageous if the Water particles introduced by injection into the gas stream to be stored and an average particle diameter of less than 100 microns, preferably less than 30 microns.

Ferner sollte die eingeführte Wassermenge zu 80 bis 200 Prozent, vorzugsweise 100 bis 130 Prozent, der Sättigung des Gasstromes bei Speichertemperatur und - druck führen.Furthermore, the amount of water introduced should be 80 to 200 percent, preferably 100 to 130 percent, the saturation of the gas flow at storage temperature and - lead pressure.

Hohe Sättigungswerte sind bei durch Salzablagerungen vorgeschädigten Untertagegasspeichern zweckmäßig. Sättigungswerte von unter 100 Prozent sind vorteilhaft, wenn einerseits eine Verschlechterung der Gasdurchlässigkeit im Speichergestein durch freies Wasser vermieden werden und andererseits eine starke Zurückdrängung der Salzbildung und -ablagerung erreicht werden soll.High saturation values are pre-damaged by salt deposits Useful underground gas storage. Saturation values are below 100 percent advantageous if on the one hand a deterioration in the gas permeability in the Storage rocks can be avoided by free water and on the other hand one strong suppression of salt formation and deposition is to be achieved.

Durch Festlegung der Gastemperatur, die an der Stelle der Wassereinführung zweckmäßig 10°C unterhalb bis 15°C oberhalb, vorzugsweise 5°C unterhalb bis 10°C oberhalb, der Speichertemperatur liegen sollte und des Sättigungs- bzw. Übersättigungsanteiles Übertage kann in Abhängigkeit von den Speicherbedingungen Untertage der Entstehungsort der aerosolartigen Wassertröpfchen eingestellt werden. Somit besteht die Möglichkeit, im Unterschied zu den bekannten Verfahren, die Salzablagerungen gezielt im Nahbereich der Bohrung bzw. im tieferen Bereich zu entfernen bzw. zu vermeiden.By determining the gas temperature at the point of water introduction expediently 10 ° C below to 15 ° C above, preferably 5 ° C below to 10 ° C above, the storage temperature should be and the saturation or Depending on the Storage conditions underground the place of origin of the aerosol-like Water droplets can be adjusted. So there is the possibility in Difference to the known methods that target salt deposits in the To remove or close area of the hole or in the deeper area avoid.

Das mit dem Wasser beladene Gas wird unter dem für solche Verfahren üblichen Druck in die Bohrungen des Untertagegasspeichers eingespeist. Zweckmäßig ist dabei ein Druck von 50 bis 500 bar.The gas loaded with the water is below the usual for such processes Pressure fed into the holes in the underground gas storage. Is expedient a pressure of 50 to 500 bar.

Als ökonomisch vorteilhaft hat sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erwiesen, daß das entgaste und entkeimte Wasser vor Aufteilung auf die einzelnen Speicherbohrungen in den einzuspeichernden Gesamtgasstrom eingeführt werden kann. Somit ist nur eine zentrale Wasser-Injektionsstelle erforderlich.Has proven to be economically advantageous when carrying out the inventive Process proved that the degassed and sterilized water before division the individual storage wells in the total gas flow to be stored can be introduced. So there is only one central water injection point required.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich grundsätzlich für die Einspeisung von Wasser in alle Gase, die in Untertagegasspeichern aus porösen Gesteins formationen (Porenspeicher) gespeichert werden, zum Beispiel Erdgas, Stadtgas, Generatorgas, Stickstoff, Ethen.The method according to the invention is fundamentally suitable for the feed of water into all gases in underground gas storage facilities made of porous rock formations (pore storage) are stored, for example natural gas, town gas, Generator gas, nitrogen, ethene.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist aber die Einspeisung von Wasser in Erdgas und die Speicherung in Untertageerdgasspeichern. Auch hier gilt, daß das Wasser in solchen Mengen eingespeist wird, daß die Sättigungsgrenze im Erdgas fast erreicht oder überschritten wird.However, the preferred area of application is the feeding of water into natural gas and storage in underground natural gas storage. The same applies here that the water is fed in such quantities that the saturation limit in natural gas is almost is reached or exceeded.

Der zylindrische Kolonnenteil, in dem der Wasserdampf durch das Wasser geleitet wird, und der als Wasserspeicher ausgebildete Kolonnensumpf, in dem der Wasserdampf erzeugt wird, können übereinander oder nebeneinander aufgestellt werden. Somit kann flexibel auf die Platzverhältnisse vorort, zum Beispiel im Fall einer Anlagenachrüstung, reagiert werden. The cylindrical column section in which the water vapor is passed through the water is, and the column sump designed as a water reservoir, in which the Water vapor generated can be placed one above the other or side by side become. This allows flexible on-site space, for example in the event a system retrofit.

Im zylindrischen Kolonnenteil sind vorteilhafter Weise sowohl Packungen, zum Beispiel im oberen Teil, als auch zumindest ein Boden, zum Beispiel im unteren Teil, angebracht.In the cylindrical column part both packs are advantageously Example in the upper part, as well as at least one floor, for example in the lower Part, attached.

Die Erfindung wird anhand eines Beispieles für einen Erdgasspeicher und einer Zeichnung (Fig. 1) näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein. Darin bedeuten die Bezugszeichen: 1 Leitung
2 Kolonnenkopf
3 Einschubheizkörper
4 Kolonnensumpf
5 Leitung
6 Leitung
7 Hochdruck-Injektionspumpe
8 Leitung
9 zentrale Injektionsstelle
10 Erdgasstrom
11 zentraler Einspeicherungsstrang
12 Bohrungsstränge
13 Bohrungen
The invention is explained in more detail using an example of a natural gas storage and a drawing ( FIG. 1), without being limited thereto. The reference symbols in it mean: 1 line
2 column head
3 slide-in radiators
4 column sump
5 line
6 line
7 high pressure injection pump
8 line
9 central injection site
10 natural gas flow
11 central injection line
12 drill strings
13 holes

Über die Leitung 1 gelangen 650 kg/h enthärtetes und vorgewärmtes Trinkwasser auf den Kopf der Kolonne 2, die im oberen Teil mit Packungen und im unteren Teil mit Böden versehen ist. Durch das in der Kolonne nach unten strömende Wasser werden zugleich 13 kg/h Dampf geleitet, der mittels eines elektrischen Einschubheizkörpers 3 im Kolonnensumpf 4 erzeugt wird. Der Restdampf verläßt am Kopf über die Leitung 5 die Kolonne und kann gegebenenfalls einer Abwärmenutzung zugeführt werden. Die Temperatur in der Kolonne einschließlich Sumpf beträgt 110°C und die mittlere Verweilzeit des Wassers ca. 3 h.Via line 1 , 650 kg / h of softened and preheated drinking water reach the top of column 2 , which is provided with packings in the upper part and with trays in the lower part. Through the water flowing down in the column, 13 kg / h of steam are also passed, which is generated by means of an electrical insert heater 3 in the column sump 4 . The residual steam leaves the column at the top via line 5 and can optionally be used for waste heat. The temperature in the column including the bottom is 110 ° C. and the average residence time of the water is about 3 hours.

Das derart entkeimte und entgaste Wasser hat einen Restsauerstoffgehalt von weniger als 5 ppb und gelangt über die Leitung 6 auf die Saugseite der Hochdruck-Injektionspumpe 7, die das Wasser auf einen Druck von 115 bar fördert. Anschließend gelangt das Wasser über die Leitung 8 zur zentralen Injektionsstelle 9, wo es über 2 parallel angeordnete Düsen in den einzuspeichernden Erdgasstrom 10 injiziert wird. Bei der Verdüsung entstehen überwiegend Wassertröpfchen mit Durchmessern zwischen 10 und 30 Mikrometer.The sterilized and degassed water in this way has a residual oxygen content of less than 5 ppb and passes via line 6 to the suction side of the high-pressure injection pump 7 , which conveys the water to a pressure of 115 bar. The water then reaches the central injection point 9 via line 8 , where it is injected into the natural gas stream 10 to be stored via two nozzles arranged in parallel. The atomization predominantly produces water droplets with diameters between 10 and 30 micrometers.

Der Volumenstrom 10 des trockenen Erdgases beträgt 185 000 m³ i.N./h. An der Stelle der Wasserinjektion liegt ein Erdgasdruck von 110 bar und eine Erdgastemperatur von 70°C vor. Damit liegt die Erdgastemperatur um 2°C oberhalb der Speichertemperatur von 68°C.The volume flow 10 of the dry natural gas is 185,000 m ³ iN / h. At the point of water injection there is a natural gas pressure of 110 bar and a natural gas temperature of 70 ° C. The natural gas temperature is 2 ° C above the storage temperature of 68 ° C.

Unter den gegebenen Bedingungen entspricht die injizierte Wassermenge zu ca. 110 Prozent der Sättigungswassermenge des Erdgasstromes bei den Bedingungen an der Wasser-Injektionsstelle und zu ca. 122 Prozent der Sättigungswassermenge des Erdgasstromes bei Speichertemperatur und -druck.Under the given conditions, the amount of water injected corresponds to approx. 110 percent of the saturation water volume of the natural gas stream at the Conditions at the water injection site and approximately 122 percent of the Saturation water volume of the natural gas flow at storage tank temperature and pressure.

Die feindispersen Wassertröpfchen werden vom Erdgasstrom mitgerissen und verdampfen weitgehend im zentralen Einspeicherstrang 11 auf dem Weg von der Wasser-Injektionsstelle bis zur Aufteilung auf die einzelnen Bohrungsstränge 12 kurz vor dem Bohrsammelplatz. Das geringfügig überschüssige Wasser verbleibt in Form kleinster Tröpfchen dispergiert im Erdgasstrom und verteilt sich mit auf die einzelnen Bohrungen 13.The finely dispersed water droplets are entrained by the natural gas flow and largely evaporate in the central storage line 11 on the way from the water injection point to the distribution into the individual drill lines 12 shortly before the drilling collection point. The slightly excess water remains in the form of tiny droplets dispersed in the natural gas stream and is distributed among the individual bores 13 .

Auf dem Weg in den Untertageerdgasspeicher aus Buntsandstein erhöht sich einerseits innerhalb der Bohrungen bis zur Teufe von ca. 1500 m der Druck des Erdgases und andererseits kühlt sich das Erdgas auf den Weg in das Speichergestein auf die Speichertemparatur von 68°C ab. Dabei bilden sich überraschenderweise trotz des Druckabfalles in der Lagerstätte teilkondensierte, aerosolartige Wassertröpfchen, die mit den Gasstrom in kleinste Hohlräume des Gesteins getragen werden und vorhandene Salzablagerungen lösen. On the way to the underground natural gas storage made of colored sandstone increases on the one hand, within the boreholes up to a depth of approx. 1500 m, the pressure of the Natural gas and on the other hand the natural gas cools on the way to that Storage rocks depend on the storage temperature of 68 ° C. Thereby form surprisingly partially condensed despite the pressure drop in the reservoir, aerosol-like water droplets that flow into the smallest cavities of the gas stream Rock are carried and loosen existing salt deposits.

Andererseits wird an alle Stellen des Speichers soviel Wasser gleichmäßig eingetragen, daß bei der nachfolgenden Gasentnahme keine Salzausscheidung, auch nicht örtlich, stattfindet.On the other hand, so much water becomes uniform at all points in the storage tank entered that no salt excretion during the subsequent gas extraction, not even locally.

Die gewählten Sättigungsverhältnisse bewirken insbesondere, daß die primär durch Übersättigung an der Wasser-Injektionsstelle erzeugten Wassertröpfchen bereits das Bohrrohr und den bohrungsnahen Speicherbereich entsalzen, während die sich innerhalb des Speichergesteins neu bildenden, feinsten Tröpfchen vorrangig Tiefenwirkung entfalten.The selected saturation ratios cause, in particular, that the Over-saturation at the water injection site already created that Desalt the drill pipe and the storage area close to the bore while the priority is given to the formation of the finest droplets that form within the storage rock Develop depth effect.

Claims

1. A process for the preparation and feeding of water in underground gas storage by treating mechanically pre-cleaned and softened water, its injection into gas and the subsequent storage of the water-containing gas in underground gas storage from porous rock formations, characterized in that the water for degassing and disinfection in one Column water vapor is passed, the water is then introduced into the gas stream to be stored, which has a temperature near the storage temperature, in such an amount that the saturation limit in the gas is almost reached or exceeded under storage conditions, and that loaded with the water Gas is fed under pressure into the holes in the underground gas storage facility.

2. The method according to claim 1, characterized in that the water vapor is generated thermally in the lower part of the column (in the column bottom).

3. The method according to claim 1, characterized in that the water vapor treatment for disinfection takes place at temperatures from 100 to 125 ° C.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that the water particles by injection into the gas stream to be stored and an average Particle diameter of less than 100 microns, preferably less than 30 Microns.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized characterized in that the amount of water imported is 80 to 200 percent, preferably 100 to 130 percent, the saturation of the gas stream Storage temperature and pressure leads.

6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized characterized in that the gas temperature at the point of Water introduction 10 ° C below to 15 ° C above, preferably 5 ° C below to 10 ° C above, the storage temperature is.

7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized characterized in that the degassed and sterilized water before division the individual storage wells in the total gas flow to be stored is introduced.

8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized records that the gas to be stored is natural gas, the water in the one storing natural gas flow introduced and the amount of the Saturation limit of the natural gas depends.

9. Device for performing the method according to claim 1 and 2, characterized in that the cylindrical column portion in which the Water vapor is passed through the water, and that as a water reservoir trained column sump in which the water vapor is generated, be placed one above the other or next to each other.

10. Device for performing the method according to claim 1 and 2, characterized characterized in that a liquid distributor in the cylindrical column part, Packs and at least one bottom are arranged.