DE2047239B2 - Verfahren zum abbau einer ein kalimineral enthaltenen formation mittels loesungsmittel - Google Patents
Verfahren zum abbau einer ein kalimineral enthaltenen formation mittels loesungsmittelInfo
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Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau einer
ein Kalimineral enthaltenen Formation mit einem Lösungsmittel, bei dem eine erste Bohrung in die
Formation niedergebracht, von dieser Bohrung aus ein unter Druck stehendes Medium seitlich in die Formation
eingedrückt, eine Brechspalte erzeugt und anschließend eine Sekundärbohrung in die Brechspalte niedergebracht
wird.
In der britischen Patentschrift 8 44 229 sowie in der
US-PS 28 47 202 wird zum Abbau ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Bohrung bis auf die
Trennfläche zwischen der Salzlagerstätte und dem undurchlässigen Gestein niedergebracht, ein Bruch an
der spaltfähigen Zone zwischen Salz und Schiefer erzeugt und eine zweite Sekundärbohrung in den
ausgebreiteten Bruch niedergebracht wird. Das Salz wird dann mit einem Lösungsmittel ausgespült, das
durch eine der Bohrungen in die Lagerstätte eingeleitet und aus der anderen Bohrung abgezogen wird. Dieses
Verfahren nutzt das Vorhandensein von relativ flächigen, natürlichen Grenzflächen zwischen Lagerstätten
aus löslichem Salz und unlöslichem Gestein. Wenn solche Trennflächen fehlen, finden die durch das
Brechmedium ausgeübten Kräfte keine Zone geringeren Widerstandes, so daß das Aufbrechen der
Formation in Richtungen erfolgt, die man nicht vorher bestimmen zu können glaubte.
In der US-PS 34 42 553 wird zum Abbau von Karnallit
empfohlen, aus dem Karnallit zunächst das leichter lösliche Magnesium-Chlorid herauszuwaschen und das
schwerer lösliche Kaliurn-Chlorid mit einer Magnesium-Chäorid-Lösung
aus der Lagerstätte herauszuspülen. Das Einleiten einer möglichst gesättigten Magnesium-Chlorid-Lösung
in das Bohrloch hat nur den Zweck, Kalium-Chlorid in der erforderlichen Menge an die
Oberfläche zu fördern.
Die US-PS 29 52 449 sowie die US-PS 30 58 730
beschreiben die Erzeugung eines Brechfeldes durch das Niederbringen mehrerer Bohrungen und das Brechen
der Formation von jeder Bohrung aus, wobei man hofft, daß die einzelnen Brechspalten dadurch miteinander in
Verbindung kommen. Auch diese Maßnahmen gelten für Lagerstätten, die zwischen Schiefer eingeschlossen
sind, al;>o sowohl nach oben wie auch nach unten eine natürliche Begrenzung haben, was die laterale Ausbreitung
von Brechspalten begünstigt. Lagerstätten von Kalimineral haben gewöhnlich jedoch keine horizontale,
natürliche Grenzfläche, so daß das bekannte Gegenbrechen ähnlichen Bedenken begegnet wie der
obenerwähnte Abbau einer Salzlagerstätte, die auf einem Schiefergebirge ruht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abbau einer ein Kalimineral enthaltenden
Formation mit einem Lösungsmittel anzugeben, das auch ohne Vorhandensein natürlicher, bruchleitender
Grenzflächen ausführbar ist.
Zur Lösung wird das eingangs genannte Verfahren in der V/eise ausgeführt, daß die Brechspalte in einem
spaltzonenfreien mittleren Bereich der Formation erzeugt wird, daß die Spalte mit einem Lösungsmittel
erweitert wird, dessen Dichte wenigstens gleich der Dichte der in der Spalte gebildeten Salzlösung ist, und
daß vor Niederbringen der Sekundärbohrung die flächenmäßige Ausbreitung der Brechspalte vermessen
wird. Durch due Erweiterung der Spalte mit dem Lösungsmittel wird das gesamte Obergebirge angehoben,
wobei die relativ hohe Dichte des Lösungsmittels dessen Abwandern in eventuell im Obergebirge
vorhandene Kochsalzformationen verhindert.
Die Erfindung gestattet mehrere zweckmäßige und besonders vorteilhafte Weiterbildungen, die Gegenstand
der Unteransprüche sind.
Die ErfinJung wird nachfolgend anhand von Ausfüh-
ningsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher
erläutert, und zwar zeigt:
pig. 1 eine Darstellung des erfindunfcsgemäßen
Verfahrens; und
' pig.2 eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Die Erfindung gibt ein Verfahren zum Abbau unterirdischer Mineralformationen mittels eines Lösungsmittels
ar, wobei natürliche Spaltflächen fehlen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen so ausgeführt, daß zunächst ein erstes Bohrloch
oder eine Bohrung in eine Ablagerung eines löslichen Minerals niedergebracht wird, worauf durch Einpumpen
eines Druckmediums in die Bohrung hydraulisch eine Aufbrechspalte geschaffen wird, deren mögliche Erstreckung
bestimmt wird, während sie unter Überdruck gehalten wird, und daß schließlich ein zweites Bohrloch
oder eine Sekundärbohrung innerhalb des bestimmten Gebiets niedergebracht wird, um eine Verbindung mit
der Spalte herzustellen.
In Fig. 1 ist insbesondere dargestellt, daß das erste
Bohrloch oder die Bohrung 10 in die abzubauende Ablagerung aus löslichem Mineralsalz niedergebracht
ist, wobei sie über ihre gesamte Länge mit einer Auskleidung 12 versehen ist, die eine genügende Stärke
hat, um den anzuwendenden Brechdrücken zu widerstehen. Die Auskleidung wird dann normalerweise in dem
Gebiet, von dem das Aufbrechen ausgehend soll, mit Einschnitten oder Perforationen 14 versehen. Alternativ
können auch Verfahren angewandt werden, bei denen das Bohrloch unterhalb der Auskleidung abgedichtet
wird, um so die Stelle festzulegen, von welcher das Aufbrechen ausgehend soll.
Die Bohrung wis d dann mit einem Bohrlochkopf 16 verschlossen, der so ausgelegt ist, daß er den für die
Erzeugung der Brechspalte notwendigen Drücken standhält, die im allgemeinen von etwa 0,05 bis
0,11 kp/cm: für jeweils 0,305 m Tiefe zwischen der
Oberfläche und der Tiefe, in welcher das Brechen ausgelöst weiden soll, liegen. Dann werden eine
Eindrückvorrichtung 18 und ein Druckmittelreservoir 20 ausreichender Kapazität an den Bohrlochkopf
angeschlossen. Die Aufbrechspalte 22 wird durch das Einpressen eines Brech-Mediums in die Bohrung so
lange bis der Brechdruck erreicht ist, der überlicherweise um etwa 10 bis 40% größer als der statische Druck
des Deckgebirges ist, erzeugt. Nach der Auslösung dringt die Spalte weiter durch die Formation vor. Als
Brech-Flüssigkeit für undurchlässige Formationen kornmen Flüssigkeiten oder Gase in Frage wie z. B. Wasser,
wäßrige Salzlösungen oder -laugen, Säurelösungen, z. B. Schwefelsäure, Salzsäure u.dgl., Laugen, wie z.B.
Natriumkarbonat, inerte Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten, inerte komprimierte Gase u. dgl., wobei Wasser
oder wäßrige Salzlösungen bevorzugt werden. Wenn inerte flüssige Kohlenwasserstoffe oder komprimierte
Gase u. dgl. verwendet werden, werden sie durch ein geeignetes Salzlösungsmittel verdrängt, sobald die
Verbindung zwischen den Bohrungen hergestellt ist. Die zur Schaffung der Aufbrechspalte eingebrachte Druckmittelmenge
kann in Abhängigkeit von der erwünschten Ausdehnung innerhalb weiter Grenzen zwischen einigen
Tausend bis zu vielen Millionen Litern variieren. Normalerweise werden jedoch von etwa 3,79 bis (15
37,9 Millionen Liter zur Erzeugung einer Brechspalte in einem Kalivorkommen erforderlich sein.
Wie aus F i g. 1 hervorgeht, erstreckt sich die Spalte von der Ausiösestelle aus in alle Richtungen, und
normalerweise kann erwartet werden, daß er sich in Richtung auf die Oberfläche ausdehnt. Das Wachsen der
Aufbrechspalte und jede Abnormalität in dieser können kontinuierlich überwacht werden, indem die Änderungen
der Oberflächenerhebung oder Neigung im Gebiet um die erste Bohrung überwacht werden, wobei
Vermessungsinstrumente, Neigungsmesser und ähnliche geologische Meßvorrichtungen Verwendung finden
können.
Wenn eine Aufbrechspalte gewünschter Ausdehnung geschaffen ist, wird das Einbringen des Druckmediums
gesteppt, und die Bohrung wird »abgesperrt«. Der Absperrdruck der Bohrung wird gewöhnlich im
wesentlichen gleich dem Einbringdruck sein, wobei wegen der Beendigung des Druckmediumflusses ein
gewisser Druckabfall möglich ist. In diesem statischen Zustand ist der Druck im Bohrlochanschluß annähernd
gleich dem statischen Druck des Obergebirges. Bei abgedichtetem Brechfeld wird dann eine Sekundärbohrung
24 in dem die Aufbrechspalte enthaltenden Gebiet so lange niedergebracht, bis sie mit der AufbrechspaUe
in Verbinfung kommt.
Wenn die Verbindung zustande gekommen ist.
verursacht der Druck in der Aufbrechspalte normalerweise ein starkes Einströmen die zweite Bohrung. Der
Druck in der neu niedergebrachten Sekundär-Bohrung wird dann, weil ein Abfluß durch sie möglich ist, so lange
rasch abfallen, bis er nur noch geringfügig über dem Druck in der Primärbohrung liegt, und der Druckmitielfluß
wird auf eine relativ niedrige Menge verringert, die typischerweise in der Größenordnung von etwa 7.5 bis
190 l/min liegt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Bohrung, wenn gewünscht, weitergeführt werden, und die
normalen Abschlußarbeiten, wie z. B. das Einbringen und Zementieren der Auskleidung der Bohrung, können
ausgeführt werden.
Sobald die Herstellung der Sekundär-Bohrung abgeschlossen ist, wird der Abbau in üblicher Weise
dadurch durchgeführt, daß ein flüssiges Lösungsmittel, z.B. Wasser oder eine wäßrige Salzlösung, in die
Primär-Bohrung gepumpt und gesättigte Salzlösung aus der Sekundär-Bohrung abgeführt wird. Wenn gewünscht,
kann die Flußrichtung umgekehrt werden. Außerdem können zusätzliche Bohrungen innerhalb des
Brechspaltenfeldes niedergebracht werden, und es können in der Nähe der Ränder der Brechspalte
niedergebrachte Bohrungen dazu verwendet werden, die Aufbrechspalte zu erweitern oder r.eue Aufbruchspalten
zu verbinden, indem das im vorstehenden erläuterte Verfahren wiederholt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. Zunächst besteht keine Abhängigkeit
von natürlichen Grenzflächen und eine geringere Abhängigkeit vom axialen oder radialen Verlauf der
Brechspalte, wie dies bei den anderen Systemen notwendigerweise der Fall ist. Weiterhin kann es
zugelassen werden, daß sich die Brechspalte in jeder durch die natürlichen Bedingungen der Formation
bestimmten Weise ausdehnt, da die Sekundärbohrung die Brechspaltc auf jedem Horizont schneidet, gleichgültig
wie dünn sie an diesem Punkt ist.
Wie oben erläutert, hat die wachsende Brechspalte oft die Tendenz nach oben zu verlaufen, wodurch ein
Großteil des wertvollen Vorkommens umgangen werden kann. Ein Verfahren, um auch dieses wertvolle
Vorkommen auszubauen, ist in Fig. 2 dargestellt. Das Bohrloch der Sekundär-Bohrung wird nach unten
fortgesetzt bis zur Basis der Lagerstätte 28 oder mindestens bis auf die von den Einschnitten oder
Durchbrüchen 14 gebildete Ausgangshöhe der Brechspalte. Die Bohrung 10 wird dann vorübergehend
abgedichtet und die zweite Bohrung mit der Bohrungs- s anschießvorrichtung 16, der Einbringvorrichtung 18 und
dem Druckmittelrescrvoir 20 versehen. Druckmedium wird dann so lange in die Bohrung 26 eingepumpt, bis
sich eine zweite Brechspalte 32 bildet, welche die Ausgangsbrechspalte schneidet. Durch dieses Verfahren ,o
kann leicht ein Labyrinth von Abbauzonen geschaffen werden welches eine vollständige Gewinnung des
Minerals der Formation ermöglicht.
Bei der Herstellung einer Verbindung in einer Kaliablagerung durch dieses Verfahren kann ein
Mediumstrom in umgekehrter Richtung erzeugt werden wobei Luft, ein sich nicht mischendes Druckmedium
oder eine mit Chlormagnesium angereicherte Salzlösung verwendet wird. Dieser Rückwärtsstrom
sollte zunächst sehr langsam eingeleitet werden, so daß die Formation nicht wegen der Abkühlung und
Auskristallisation aus der wärmeren Salzlösung verstopft wird, wenn er in die kühle Zone zurückkehrt, wo
die eingebrachte Salzlösung oder Wasser die Formation abgekühlt halte. Ein Lösungsmittelabbau kann durch
kontinuierliches Einbringen oder Pumpen von Wasser oder einer bezüglich der im Vorkommen zu losenden
Komponenten verdünnten Lösung betrieben werden. Die Dichte des Wassers oder der normalerweise
verwendeten Salzlösung ist, was nicht zu vermeiden ist, klein verglichen mit der der Lösung, die sich nach ihrer
Sättigung bildet. Es hat sich herausgestellt, daß sich hierdurch das einfließende Wasser bzw. die Salzlösung
schichtet und entlang der oberen Grenzen der Ablagerung fließt, bis sie gesättigt ist. Dies verursacht
ein bevorzugtes Inlösunggehen der Firste, und die Höhlung wächst deshalb in Aufwärtsrichtung. Dieses
schnelle Anwachsen erfolgt oft in der Nähe des Wassereintrittpunkts, so daß üblicherweise eine Sperre
oder ein Puffer eingesetzt wurde, um diesen unkontrollierten Lösungsvorgang zu vermeiden. Es wurde jedoch
gefunden, daß der Einbau einer Sperre oder eines Puffers vermieden werden kann, indem das Lösungswasser oder die Salzlösung mit einer minderwertigen
schweren Salzkomponente, z. B. Chlormagnesium, versetzt wird, um deren Dichte so weit zu erhöhen, daß sie
sich während der Lösung der gewünschten Salze in der Formavion nicht merklich ändert. Dadurch ist es
möglich, die Brechspalten in der Nähe der oberen Berührungszone zwischen einem Kalivorkommen und
dem darüberliegenden Salz auszubilden und das Kalivorkommen in Abwärtsrichtung zu lösen.
Die Anwendung einer mit einer minderwertigen, schweren Salzkomponente versetzten Lösung ist
insbesondere da wirksam, wo ein Abbau, wie oben beschrieben, durch zwei Brechspalten erfolgt, welche
dazu dienen, die unteren Zonen einer Formation zugänglich zu machen. Die mit dem schweren Salz
angereicherte Lösung kann dann in die Sekundärbohrung gepumpt und aus der ersten Bohrung abgezogen
werden und baut dann die unteren Abschnitte der Formation ab, bevor sich unlösliche Ablagerungen
u.dgl. bilden und einen weiteren Abbau ausschließen und bevor ein Wachsen der Brechspalte nach oben
zugelassen wird. '<5
Die Verwendung solcher mit schweren Salzen angereicherten Lösungen kann auch dazu dienen, eine
Verbindung zwischen dem ersten Bohrloch und in anderer Weise nicht zugänlichen Kaliformationen
unterhalb der Sekundärbohrung herzustellen, indem die Sekundärbohrung in der im folgenden beschriebenen
Weise bis zur Unterseite der Formation weitergeführt wird, und indem die Sekundärbohrung als Gegenstrombohrung
betrieben wird, bis eine Höhlung entstanden ist. die mit der ersten Brechspalte in Verbindung steht. Dies
kann gleichzeitig mit der Ausbeutung der Brechspalte zwischen der ersten Bohrungen und dem oberen Gebiet
der Sekundär-Bohrung durchgeführt werden.
Es ist klar, daß mit dem Verfahren die Bildung jeder Anzahl von Brechspalten an einer gegebenen Stelle
möglich ist. Diese Spalten können unabhängig oder zunehmend anwachsend und durch eine Kombination
von Bohrungen miteinander verbunden werden. Dabei wird die erste Brechspalte mit der zweiten Brechspalte
durch Niederbringen einer weiteren Bohrung und Schaffung einer Verbindungsspalte mit der ersten
Brechspalte verbunden, und dieser Vorgang kann wiederholt werden, bis die gewünschte Anzahl von
miteinander verbundenen Brechspalten geschaffen ist.
Im folgenden wird das Verfahren anhand eines Beispieles erläutert:
Eine Primär-Bohrung wurde in eine lösliche Salzformation
niedergebracht, welche Sylv'init- und Steinsalzschichten aufwies. Es wurde festgestellt, daß die
Oberseite der Formation bei einer Tieft von etwa 1464 m lag, und ein Brechauslösepunkt wurde in einer
Tiefe von 1504 m gewählt. Für diese Tiefe wurden eine Auskleidung und ein Bohrlochkopf ausgewählt, welche
einem Druck von 352 kp/cm2 widerstehen konnten. Die Auskleidung wurde bis zum Fuß der Bohrlochsohle
eingebaut und nachfolgend mit einem mit Chlornatrium und Chlorkali versetzten Zement auszementiert. Die
Auskleidung wurde in Höhe der Brechauslösung mil Einschnitten versehen, indem ein Druckmittelschleifstrahl
verwendet wurde, um eine Ringnut in die Auskleidung zu schneiden. Bohrlochkopfanschlußteile
wurden installiert, und eine geeignete Pumpausrüstung zum Einbringen des Druckmediums wurde an der
Bohrung angeschlossen. Etwa 6 064 000 \ einer mit Chlornatrium und Chlorkali versetzten Lösung wurden
dann in die Bohrung eingebracht. Ein Oberflächcndruck von 281 kp/cm2 wurde erreicht, bevor eine Spalte
auftrat. Beim Brechen sank der Druck innerhalb einigci Minuten auf 225 kp/cm2 und während der Stunden dei
nachfolgenden Einspülung sank er stufenweise weite auf 190 kp/cm2. Nach dem Abschluß der Bohrung betruj
der statische Druck 183 kp/cm'.
Anschließend wurde eine Sekundärbohrung nieder gebracht, welche die Brechspalte bei einer Tiefe vo
1487 m schnitt. Dieses Schneiden wurde angezcig durch ein starkes Einströmen in die Bohrung, welche
etwa 15 Minuten dauerte, worauf sich der Mengenflu auf eine Größe von etwa 19 l/min reduzierte. Die ai
der zweiten Bohrung ausfließende Flüssigkeit wurde at etwa 189 5001 oder weniger geschätzt, d.h. nur ei
geringer Anteil der in der BrcchspaUe vorhandene Flüssigkeit trat aus. Der Fluß zwischen den Bohrumgc
wurde mit Drücken von 2,11 bis 7,03 kp/cm' über de statischen Druck im Anschluß der Sekundärbohrut
kontinuierlich beibehalten und lieferte etwa 151 bis 45.
Lösung pro Minute. Zusätzliche Bohrungen könnt« niedergebracht werden, um das Brcchfcld anzubonren
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum Abbau einer ein Kalimineral enthaltenden Formation mit einem Lösungsmittel,
bei dem eine erste Bohrung in die Formation :> niedergebracht, von dieser Bohrung aus ein unter
Druck stehendes Medium seitlich in die Formation eingedrückt, eine Brechspal e erzeugt und anschließend
eine Sekundärbohru ig in die Erechspalte niedergebracht wird, dadurch ge kennzeichnet,
daß die Brechspalte in einem spaltzonenfreien, mittleren Bereich der Formation erzeugt wird, daß
die Spalte mit einem Lösungsmittel erweitert wird, dessen Dichte wenigstens gleich der Dichte der in
der Spaite gebildeten Salzlösung ist, und daß vor Niederbringen der Sekundärbohrung die flächenmäßige
Ausbreitung der Brechspalte vermessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbrechdruck 10—40% über dem
statischen Formationsdruck liegt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitung der
Brechspalte mittels einer Neigungsmessung bestimmtwird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel mit Magnesium-Chlorid
angereichert ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär-Bohrung
durch die Brechspalte hindurch bis auf eine Tiefe niedergebracht wird, die mindestens
gleich der Tiefe des Brechspaltenansatzes der ersten Bohrung ist, wobei die in der Brechspalte befindliche
Salzlösung über die Sekundärbohrung abgezogen wird, und daß die erste Bohrung sodann zeitweilig
abgedichtet und ein Brech-Medium in die Sekundärbohrung eingepreßt wird, bis eine von der
Sekundär-Bohrung ausgehende, zusätzliche Brechspalte mit der von der ersten Bohrung ausgehenden
Brechspalte verbunden ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere
Sekundärbohrungen in die Brechspalte niedergebracht werden.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechspalte
während des Niederbringens der Sekundär-Bohrungen unter einem Überdruck gehalten wird,
der mindestens gleich dem statischen Druck des überlagernden Gebirges ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Brech-Medium
aus Wasser, wäßriger Salzlösung, Säurelösung, Lauge, inertem flüssigem Kohlenwasserstoff
oder komprimiertem inerten Gas besteht.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel
angereichertes Wasser entsprechender Diclite ist.
(K)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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