DE2024967B2 - Untertagespeicher für flüssige Kohlenwasserstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft, einen Untertagespeicher für flüssige Kohlenwasserstoffe, bei dem das Speichermedium durch ein in einem weiteren, über dem Speicherraum liegenden Hohlraum befindliches Verdrängermedium unter Druck gehalten wird, wobei eine Bohrung vom Tage beide Hohlräume verbindet, innerhalb der vom unteren Bereich des oberen Hohlraumes bi? in den unteren Bereich des Speicherraumes eine für das Verdrängermedium bestimmte Leitung führt.

In den letzten Jahren werden Unterlagespeicherhohlräume verbreitet angewendet. Diese Hohlräume werden gebohrt, abgebaut oder auf andere Weise in den unterirdischen Schichten hergestellt. Ein übliches Verfahren zur Bildung solcher Hohlräume besteht auch darin, daß mit Hilfe von Wasser in einer Salzlage oder einem Salzstock eine ausreichende Menge Salz gelöst wird, um auf diese Weise einen Hohlraum einer bestimmten Größe zu schaffen.

Zur Erzeugung der Speicherhohlräume stehen die in der unterirdischen Salzlage gebildeten Bohrungen über eine Anzahl von Rohren mit der Erdoberfläche in Verbindung. In jeder Bohrung ist zumindest ein Einlaßoder Auslaßrohr für das Einführen bzw. Abführen eines Verdrängermediums oder eines schwereren Mediums vorgesehen, das normalerweise bei der Temperatur und dem Druck des Hohlraums gesättigte Salzlösung ist.

Wenn für das Verdrängermediuni, z. B. eine Salzlösung, eine oder mehrere Speichergruben an der Erdoberfläche vorgesehen sind, wo die Temperatur niedriger ist, dann entsteht die Möglichkeit, daß die geförderte Salzlösung verdünnt wird. Wenn dann aber die kalte verdünnte Salzlösung in den Hohlraum zuriickgepumpt wird, dann ist sie bei der höheren Hohlraumtemperatur nicht mit Salz gesättigt und kann demnach noch Salz lösen.

Auf diese Weise wird im Hohlraum zusätzliches Salz aufgelöst, und der Hohlraum wird dadurch unkontrolliert vergrößert. Die Vergrößerung ist für den übrigen Betrieb schädlich und kann auch zu Leckstellen führen. Um eine Vergrößerung des Hohlraums zu vermeiden, sind zusätzliche Räume mit den dafür erforderlichen zusätzlicher. Bohrungen für die Einlaß- und Auslaßverrohrung verwendet worden. Dabei waren eine Anzahl voneinander getrennter Bohrungen erforderlich, um eine Kohlenwasserstoffspeicher- und Abgabeleitung, eine Zufuhrleitung für das Verdrängermedium und eine Gaszufuhrleitung unterzubringen.

Bei einem bekannten System (deutsche Auslegeschrift 1 253 168) befinden sich das Kohlenwasserstoffprodukt und Verdrängermedium im Speicherraum. Die Sohlen oder unteren Bereiche dieses und eines zweiten Raums sind durch eine Leitung miteinander verbunden, so daß das Verdrängermedium zumindest teilweise in dem zweiten Raum gespeichert wird, in dem es von einem Kissen komprimierten Gases abgedeckt wird.

Die bei diesem bekannton System erforderliche Vielzahl von Bohrungen erhöht die Kosten für die unterirdische Speicherung eines Kohlenwasserstoffprodukts insbesondere an vor der Küste liegenden Plätzen, an denen Plattformen gebaut werden müssen, zu denen die A'isrüstungsjegenstände zu transportieren sind.

t>ie Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Untertagespeicher zur Speicherung flüssiger Kohlenwasserstoffprodukte zu schaffen, der lediglich eine Bohrung erfordert und bei dem das Kohlen-Wasserstoffprodukt ohne Pumpen gefördert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Untertagespeicher für flüssige Kohlenwasserstoffe, bei dem das Speichermedium durch ein in einem weiteren, über dem Speicherraum liegenden Hohlraum befindliches Verdrängermedium unter Druck gehalten wird, wobei Line Bohrung vom Tage beide Hohlräume verbindet, innerhalb der vom unteren Bereich des oberen Hohlraumes bis in den unteren Bereich des Speicherraumes eine für das Verdrängermedium bestimmte Leitung führt, geschaffen wurde, die von der Produktleitung koaxial umgeben ist und koaxial im Ringraum zwischen der Innenwand der Produktleitung und der Außenwand der Leitung im unteren Bereich des oberen Hohlraumes eine Überströmvorrichtung vorgesehen ist, über die das Verdrängermedium des oberen Hohlraumes mit der Leitung verbunden ist und die Durchlässe für die Produktleiturig aufweist.

Bei diesem kostensparenden Aufbau des Untertagespeichers kann die Produktleitung im wesentlichen konzentrisch innerhalb der Bohrung angeordnet sein.

Es bereitet keine Schwierigkeiten, die Hohlräume dieses neuen Systems unter dem Meeresboden aiizuordnen. Dabei werden die oberirdisch mit Anschlüssen zu versehenden Leitungen bis über die Meeresoberfläche geführt.

Im folgenden Teil der Beschreibung wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speicheranord nung an Hand einer Zeichnung beschrieben, die einen Teilschnitt darstellt und die Hohlräume nur zum Teil zeigt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist ein Bohrloch oder eine Bohrung 2 von der Erdoberfläche 4 aus durch dazwischenliegende Formationen, z. B. heterogenes Deckgebirge 6, in eine unterirdische Salzformation 8 niedergebracht. Der Ausdruck »Salzformation« soll alle Formationen umfassen, die einen relativ hohen Anteil

an löslichen Salzablageningen, ζ. B. wasserlöslichen Salzen des Natriums, Kaliums und Magnesiums, enthalten.

Die Erdoberfläche 4 kann entweder der Erdboden oder der Boden eines Gewässers 5 sein, z. B. vor der Küste liegend. Die Bohrung 2 wird zunächst durch da% Bohren eines oberen Abschnittes 10 von großem Durchmesser im Deckgebirge 6 gebildet. Eine Auskleidung oder ein Gehäuse 12, das z. B. einen Durchmesser von etwa 460 mm hat, wird danach eingesetzt und bei 14 mit der Bodenformation verbunden. Wenn das Deckgebirge 6 ein festes, felsartiges Material ist, das nicht abbröckelt oder abbricht und daher keinen seitlichen Halt erfordert, dann kann die Auskleidung 12 weggelassen werden. Die Auskleidung ist mit einem Entlüftungskanal oder einer Entlüftungsleitung 16 versehen, die mit der Atmosphäre oder mit einer Strömungsmittelquelle von mehr als Atmosphärendruck kommuniziert. Die Bohrung 2 wird danach von dem Boden des oberen Abschnitts 10 aus in die Saizformation 8 als Bohrung 18 weitergeführt, itine Produktleitung 20 von geringerem Durchmesser (z. B. etwa 400 mm), die von oberhalb der Auskleidung 12 bis auf den Boden der Bohrung 18 reicht, wird danach in die Auskleidung 12 eingesetzt. Ein Ringkörper 12;} wird danach an seinem äußeren Umfang mit der oberen Kante der Auskleidung 12 und seinem inneren Umfang mit der Außenseite der Produktleitung 20 durch Schweißen od. dgl. verbunden. Der Ringkörper 12a hält die Produktleilung 20 auf Abstand von der Auskleidung 12 und bildet einen Abschluß zwischen der Produktleitung 20 und der Auskleidung 12.

!n der Salzformation 8 ist ein oberer Hohlraum 22 mittels bekannter Verfahren gebildet, z. B. dadurch, daß eine Flüssigkeit (z. B. Wasser), in der das Salz löslich ist, in der gewünschten Höhe so lange gegen die Seitenwände der Bohrung gespült wird, bis eine ausreichende Salzmenge in Lösung abgeführt und der gewünschte Hohlraum gebildet ist. Die überschüssige gesättigte Salzlösung wird an der Oberfläche durch die Leitung 16 abgegeben. In der Produktleitung 20 sind in Höhe des oberen Hohlraums 22 Öffnungen 24 vorgesehen, durch die ein Strömungsmittel hindurch in den oberen Hohlraum 22 eintreten kann. Die Produktlcitung 20 wird danach bei 26 unterhalb des oberen Hohlraums 22 mil der Wand der Bohrung 2 verbunden, z. B. einzementiert.

Ein dem oberen Hohlraum ähnlicher unterer Hohlraum wird durch vergleichbare bekannte Verfahren hergestellt. Die Abmessungen des oberen Hohlraums 22 und des unteren Hohlraums 28 sind von der Menge des zu speichernden Kohlenwasserstoffs und von den Ausmaßen dnr Salzformation abhängig.

Eine Überströmvorrichtung 30 wird danach in die Produktleitung 20 bis in den Bereich des oberen Hohlraums 22 abgesenkt. Obere und untere Ringpackungen 32 und 34 werden dabei an der Innenfläche der Produklleitung 20 oberhalb und unterhalb der Überströmvorrichtung in Stellung gebracht. Die Überströmvorrichtung wird auf diese Weise festgelegt, und es wird dadurch eine Strömungsmitteldichtung geschaffen, um zwischen dem Strömungsmittel im oberen Hohlraum und dem in der Produktleitung 20 einen Kontakt außerhalb der Überströmungsvorrichtung 30 zu vermeiden. Das Einstellen unef Abdichten der Ringpackungen 32 und 34 in der Produktleitung 20 ist bekannt. Bei der praktischen Ausführung wird die untere Ringpackung 34 in die Produktleitung 20 abgesenkt, bevor die Überströmvorrichtung 30 darin abgesenkt wird.

Ein offenes Leitungsstück 36 wird dann so weit in die Bohrung 2 eingelassen, bis sich das untere Ende dicht über dem Boden des unteren Hohlraums 28 befindet. Es wird danach in dieser Stellung festgelegt. Die Länge des Leitungsstücks 36 ist so bemessen, daß sich in dieser Stellung das obere Ende gerade über dem oberen Bereich des oberen Hohlraums 22 befindet. Im Leitungsstück 36 sind nahe den Öffnungen 24 in der Produktleitung 20 Durchlässe 36a vorgeseher, um den obe-

ren Hohlraum 22 mit der Überströmvorrichtung 30 zu verbinden.

Ein Überströmen des Verdrängungsmittels aus dem oberen Hohlraum 22 in den unteren Hohlraum 28 wird durch die Öffnungen 24, die Überströmvorrichtung 30,

J5 die Durchlässe 36a und das Leitungsstück 36 ermöglicht. Das obere Ende des Leitungsstücks 36 ist mit einem Stopfen 38 verschlossen, der verhindert, daß Verdrängungsmütel aus dem Leitungsstück 36 austreten und sich mii dem Speicr-rmittel in der Produktlei-

ao lung 20 vermischen kann.

Das Speichermittel wird durch nur einen Durchlaß in den unteren Hohlraum 28 hinein oder aus diesem hinaus geleitet. Dieser Durchlaß weist einen unteren, von .'er Innenseite der Produktleitung 20 und der Außen-

a5 seile des Leitungsstücks 36 gebildeten Ringkanal 20a und in der Überströmvorrichtung 30 angeordnete Durchlässe 40 auf und wird oberhalb des Leitungsstücks 36 von der Innenfläche dsr Produktleitung 20 gebildet.

Die Prodiiktleitung 20 ist oberhalb des Erdbodens 4 dicht mit einem Rohr 42 verbunden, in dem ein Absperrventil oder ein anderes Ventil 44 angeordnet ist, um die durchströmende Menge des Speichermediums steuern zu können. Die Wirkungsweise des Systems zur Speicherung eines flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts in dem zuvor beschriebenen unterirdischen Hohlraum unter Verwendung einer Salzlösung als Verdrängungsmedium wird im folgenden beschrieben. Eine unter Druck stehende, flüssigen Kohlenwasserstoff enthaltende Speiseleitung wird an das Rohr 42 angeschlossen, und das Absperrventil 44 wird geöffnet. Das flüssige Kohlenwasserstoffprodukt wird danach durch die Produktleitung 20. die Durchlässe 40 und den unteren. Ringkanal 20,i in den unteren Hohlraum 28 gepumpt. In dem unteren Hohlraum 28 befindliche Salzlösung wird dabei von dem flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt verdrängt und strömt durch das Leitungsstück 36 und über Durchlässe 36;/ dieses Leitungsstücks durch die Überströmvorrichtung 30 aus dem unteren Hohlraum

ίη 28 ab und gelangt durch die Öffnungen 24 in den obe-1 en Hohlraum 22. Überschüssige Salzlösung wird in dem obere η Hohlraum 22 durch einen Ringdurchlaß 20b zwischen der Produktleitung 20 und der Bohrung 18 und weiter durch einen Ringkanal 20c zwischen der Produktleitung 20 und der Auskleidung 12 nach oben hin durch die Leitung 16 hindurchgedrückt.

Wenn das festgelegte Speichervolumen für das Kohlenwasserstoffprodukt in dem unteren Hohlraum 28 erreicht ist, dann schließt eine Bedienungsperson das Absperrventil 44 und unterbricht damit die weitere Zuströmung d'eses Produkts in den unteren Hohlraum 28. Das Volumen des gespeicherten Kohlenwasserstoffprodukts kann im wesentlichen gleich oder kleiner sein als das Volumen des unteren Hohlraums 28. Wenn der untere Hohlraum 28 mit dem flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt nicht ganz gefüllt ist, dann verbleibt eine Restmenge der Salzlösung in dem unteren Hohlraum 28.

Um das gespeicherte flüssige Kohlcnwasserstoffprodukt zu entnehmen, wird das Absperrventil 44 geöffnet, und das gespeicherte Produkt wird durch die aus dem oberen Hohlraum 22 über die Überströmvorrichtung 30 und das Leitungsstück 36 in den unteren Hohlraum 28 fließende Salzlösung verdrängt. Der hydrostatische Druck der Salzlösung kann in manchen Fällen dazu ausreichen, das flüssige Kohlenwasserstoffprodukl ohne Pumpen an die Erdoberfläche zu fördern. Das Kohlcnwasserstoffprodukt strömt durch den unteren Ringkanal 2O<1, die Durchlässe 40. die Überströmvorrichtung 30 und die Produktleitung 20 in das an der Erdoberfläche angeordnete Rohr 42. Die Salzlösung im oberen Hohlraum 22 kann durch komprimiertes Gas verdrängt werden. Vorzugsweise sind die Abstände zwischen den Hohlräumen so bemessen, daß das gespeicherte Kohlenwasserstoffprodukt von der Salzlösung ohne ein Pumpen von Kohlenwasserstoffprodukt oder Luft verdrängt werden kann.

Um die Strömung des flüssigen Kohlcnwasscrstoffprodukts an die Oberfläche ohne Pumpen des Produkt: oder eines Gases einzuleiten und aufrechtzuerhalten muß der senkrechte Abstand zwischen dem oberer Hohlraum 22 und dem unteren Hohlraum 28 größe sein als das Produkt des senkrechten Abstandes zwi sehen der Erdoberfläche und dem unteren Hohlraun 28 und einem Bruch, der von dem spezifischen Gewich des flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts als Zähle und dem spezifischen Gewicht der Salzlösung als Ncn

ίο tier bestimmt wird.

Im allgemeinen ist eine leicht zu beschaffende Salzlö sung das wirtschaftlichste Vcrdrängungsmittel. Es kam jedoch jedes mit dem zu speichernden Kohlenwasser Stoffprodukt nicht vermischbare Mittel von ausrci

*5 chcnd hoher Dichte zur Verdrängung verwendet wer den.

Es ist nicht erforderlich, daß sich die Hohlräume ii einem Salzstock befinden. Natürliche oder künstlich er zeugte Hohlräume können verwendet werden, sowci

»ο die Wände für das Spcichergut undurchlässig sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Untertagespeicher für flüssige Kohlenwasserstoffe, bei dem das Speichermedium durch ein in einem weiteren, über dem Speicherraum liegenden Hohlraum befindliches Verdrängermedium unter Druck gehalten wird, wobei eine Bohrung vom Tage beide Hohlräume verbindet, innerhalb der vom unteren Bereich des oberen Hohlraumes bis in den unteren Bereich des Speicherraumes eine für das Verdrängermedium bestimmte Leitung führt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Leitung (36) von der Produktleitung (20) koaxial umgeben ist und daß koaxial im Ringraum zwischen der Innenwand der Produktleitung (20) und der Außenwand der Leitung (36) im unteren Bereich des oberen Hohlraumes (22) eine Überströmvorrichtung (30) vorgesehen ist, über die das Verdrängermedium des oberen Hohlraumes (22) mit der Leitung (36) verbunden ist und die Durchlässe (40) für die Produktleitung (20) aufweist.
2. 2. Untertagespeicher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des oberen Hohlraumes (22) die Produktleitüng (20) öffnungen (24) und die Leitung (36) Durchlässe (36a) aufweisen, die miteinander in Verbindung stehen.