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Verfahren und Einrichtung zur Absperrung untertägiger Gasspeicher
im Salinar
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verwahren
zur Absperrung untertägiger Gasspeicher im Salinar, welche dort eingesetzt werden
soll, wo alte Schächte und Grubenbaue auf Grund ihrer geologischen Beschaffenheit
zur Gasspeicherung verwendet werden können.
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Bekannt sind Betonfropfen oder Mauer- und Betondämme. die als Abdichtung
in Schächten oder Strecken errichtet wurden.
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Es wurde auch eine weitere Methode beschrieben, bei welcher zur Verbesserung
der Dichtheit ein Betonpfropfen mit aufgebrachten Schichten aus Kies, Sand und Ton
und darüber anstehendem Wasser, das durch seinen hydrostatischen Druck den entsprechenden
Gegendruck zum zu erwartenden Gasdruck aufbringt, angewandt wurden.
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Diese bekannten Absperrungen gegenüber Gas zeigen den Mangel, daß
bei den Anschlußstellen der Dichtungen am Gebirge bei den Betonpfropfen oder Mauer-
und Betondämmen keine sichere Dichtheit erzielt werden konnte und Wasser im Salinar
zu Auslaugungen führt.
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Auch nachträglich durchgeführte Injektionen konnten diesen nicht beheben.
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Undichtigkeiten traten auch besonders bei den durch die Absperrung
führenden Rohrleitungen auf.
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Das Beheben der Undichtigkeit von Beton gegenüber gespanntem Gas,
besonders an den Anschlußstellen und Berührungsflächen bei durchgehenden Rohrleitungen,
durch z.B. auf den Betonpfropfen aufgebrachte Kies- und Tonschichten, dic oesen
den Gasdruck mit einer durch den hydrostatischen Druck als Belastung wirkenden Wassersäule
beaufschlagt sind, zeigt
bezüglich ihrer Anwendbarkeit im Salinar
den Mangel, daß das Wasser durch unkontrollierbare Auslaugungen Klüfte schafft,
die eine Dichtheit mit Sicherheit nicht erreichen lassen.
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Bin weiterer Nacüteil der mit hydrostatischem Druck belasteten Dichtungen
ist die eng begrenzte Anwendbarkeit, da die für eine Speicherung in Frage kommenden
Schächte selten tief genug und über die gesamte Teufe dicht sind, um den benötigten
hydrostatischen Druck als Dichtungsbeschwerung nutzen zu können.
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Es ist folglich der Zweck der Erfindung, unter Vermeidung der oben
beschriebenen Mängel, dem Bedarf nach unterirdischen Gasspeichern gerecht zu werden
und in nach dem derzeitigen Stand der Technik nicht zu dichtenden Salzbergwerken
Gasspeichermöglichkeiten zu erschließen.
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Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine Absperrung zu
schaffen, die neben ausreichender Dichtheit eine größere Sicherheit bietet, in gleicher
Art für Schächte und Strecken angewandt werden kalm und eine Kontrolle der Dichtheit
mit evtl. erforderlichen Nachdichtungen ohne Unterbrechen der Gasspeicherung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, indem z.B. in einen Schacllt
in einer gegenüber Gas ausreichend dichten Salinarschicht eine den gesamten Schachtquerschnitt
überspannende, stählerne, glockenförmige Absperrung eingebaut wird.
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Hierzu ist es erforderlich, einen zylindrischen Hohlraum, dessen Durchmesser
beispielsweise 1,5mal ursprünglichen Schachtdurchmesser beträgt, auszubrechen. In
diesen Hohlraum wird nun-die glockenförmige Absperrung eingesetzt. Diese setzt sich
zusammen aus einer den dichten Anschluß zum Gebirge herstellenden ringförmigen Dehnungskammer,
die dicht an der Firste des ausgebrochenen Hohlraumes angesetzt ist und beim Einbau
auf Stützen, später im eingebrachten Beton lagert. Den inneren Durchmesser der Dehnungskammer
verschließt eine mit ihr dicht verschweißte Abdeckplatte, durch welche alle entsprechenden
Rohrleitungen führen und so gasdicht verschreibt werden können. Der äußere Durchmesser
der Dehnungskammer ist mit einer Zarge dicht verbunden, die im geringen Abstand
vom Gebirge liegend bis in einen in der Sohle des Ausbruchs eingebrachten Rings
chlitz hineinreicht.
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Diese Einrichtung kann, wenn sie selbst nicht statisch wirk-Sam ausgebildet
wurde, auf der Druckseite eines tragenden Betonpfropfeiis angeordnet und bis zur
Sohle des Ausbruchs reichend mit Beton ausgefüllt werden.
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Die Absperrung wird erreicht, indem-der Spalt zwischen Oberseite Dehnungskammer
und Gebirge mit einem gegenüber Gas beständigen Dichtungsmaterial, beispielsweise
einer Epoxyd harzschicht gefüllt und die Dehnungskammer, die nach über Tage mit
einer Druckleitung verbunden ist, mit einem Druck beaufschlagt wird. Dabei wird
durch die Ausdehnung der Dehnungskammer das Dichtungsmaterial fest ans Gebirge angepreßt
und verdichtet auf Grund des Druckes auch die beim Aufbrechen aufgelockerte Randzone
des Salinars. Zur größeren Sicherheit wird vor dieser Absperrung eine weitere in
den Ringrschlitz eingebrachte Dichtung aus Schichten wie Soleton, Bitumen und Solezement-Suspension,
in welche die in den Ringschlitz
hineinragende Zarge eingesetzt
ist, angeordnet.
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Der verbleibende Hohlzylinder zwischen Zarge und Gebirge, der gleichfalls
nach über Tage mit einer Druckleitung verbunden ist, kann nun mit geeigneten Injektionen,
z.B. einer Soletonspülung, ebenfalls unter Druck gesetzt werden, da der Hohlzylinder
nach oben und unten durch eine Dichtung verschlossen ist. Dies bewirkt, daß die
Spülung die Randgebiete des angerissenen Gebirges stützt, in Risse eindringt und
diese zusetzt bzw. dichtet, die Dichtungsschichten im Ringschlitz auf der Sohle
des Ausbruches zusammendrückt und entgegen dem Gasdruck belastet. Dabei wird der
Druck der Spülung höher als der Gasdruck gewählt, so daß auch die gefährdeten Randgebiete
und evtlO gasdurchlässigen aufgelockerten Randzonen des Ausbruches eher von Flüssigkeit
durchwandert werden als vom Gas0 Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß eine
Kontrolle durch die unterhalb der Dehnungskammer in den Zwischenraum von Zarge und
Gebirge einmündende Druckleitung möglich wird, ob Gas in den bereits o.g. Hohlzylinder
eingedrungen ist.
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Auf Grund des Auftriebes wird das eingewanderte Gas in der Druckleitung
nach oben steigen und kann dort z.B. durch ein Sichtrohr erkannt werden. Wenn der
Durchtritt des Gases in Grenzen bleibt, die zulässig sind, kann das Gas durch diese
Leitung oder eine andere abgezogen werden, ohne daß die obere Dichtung umwandert
wird und Gas unkontrolliert austreten kann.
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Sollte sich der Gasdurchtritt erhöhen, besteht die Möglichelt der
Druckerhöhung der Spülung Zum anderen besteht die Möglichkeit, Injektionen vornehmen
zu können, ohne durch diese liachbehandlung der gesamten Absperrung und des anschliel3enden
Gebirges die Gasspeicherung zu unterbrechen.
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Dabei wird stets darauf zu achten sein, daß SpLilungs-und Injektionsmedien
kein Salinar lösen.
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Gemäß der Erfindung besteht die Möglichkeit, die gesamte Absperrung
entsprechend den geologischen Bedingungen zu variieren, indem anstelle der Dehnungskammer
in der Firste des ausgebrochenen Hohlraumes gleichfalls eine Ringscülitzabdichtung,
in welche die Zarge hineinreicht, angeordnet wird. Dies wäre zum Beispiel günstig,
wenn die Scherfestigkeit des Gebirges für die Druckbelastung durch die Dehnungskammer
als nicht ausreichend befunden wurde. Hierbei @äre der Innendurchmesser der Zarge
mit einer Abdeckplatte zu verschließen, die für die Absperrung des Gesamtquerschnittes,
die Rohrdurchführung und die gasdichte Verschweißung nötig ist.
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Bei stabilem, festgewachsenem Salinar kann in äquivalent hierzu auch
die untere, auf der Sohle des Ausbruchs liegende Ringschlitzdichtung durch eine
zweite Dehnungskammer ersetzt werden.
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Eine dritte Variante bildet die Verwendung nur einer Dehnungskammer,
die an Firste und Sohle des ausgebrochenen Hohlraumes anliegt, mit Dichtungsmaterial
beschichtet ist und mit der Abdeckplatte den gesamten Qtierschnitt verschließt.
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In einer geringen Entfernung von der vertikalen zylindrisclien Wandung
des ausgebrochenen Hohlraumes angeordnet, verbleibt auch hier ein zwischen den Abdichtungen
liegender Hohlraum für Beschickung mit Druckspülung zum Verdichten der Randzone
bzw. zur Kontrolle eines Gasdurchtritts und evtl. Bedämpfung durch Abziehen, Druckerhöhung
in der Dehnungskammer, Erhöhung des Spülungsdrucks oder durch Injektion erhalten.
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Ferner ist die Möglichkeit gegeben, die Lage der Dehnungskammer zu
variieren, indem diese dicht unter der Firste des ausgebrochenen Hohlraumes vertikal
eingebaut wird, so daß das Dichtun' smaterial an der vertikalen Wand des iiohlzylinders
anliegt.
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Die Darlegung des Erlindungsgedankens erfolgte für einen Einbau der
Absperrung in einem Schacht eines Salzbergwerkes.
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Die Absperrung in einer Strecke erfolgt analog der in einem Schacht,
nur daß der ausgebrochene Hohlraum und alle entsprechenden Einbauten in horizontaler
Lage angeordnet sind und Firste und Sohle als vom Speicher abgewandte und zum Speicher
hin befindliche Wand betrachtet werden müssen.
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Dabei ist bei einem Einbau der Absperrung in horizontaler Lage der
Variante mit zwei oder nur einer Dehnungskammer ohne Anwendung der Ringschlitzdichtung
der Vo.rrang zu geben.
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Die Betonpfropfen, -dnmme oder -ausSüllungen werden, um Salzauslaugungen
bzw. einen guten Anschluß zu erzielen, mit einem Beton ausgeführt, der mit dem entsprechenden
Salinar gesättigten Sole angemacht wird.
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Bei einer statisch wirksamen Ausbildung der Absperrung, auch der einzelnen
Varianten, entfällt sinngemäß die Betonierung bzw. Ausbildung eines tragenden Betonpfropfens
oder -dammes.
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Die technischen und ökonomischen Vorteile sind gemäß der Erfindung
darin zu sehen, daß die Rohrleitungen bei der Durchführung durch die Absperrung
dicht verschweißt werden tonnen der gesamte Querschnitt des Schachtes dicht
verschlossen
ist, die Dichtung zum Gebirge durch Erhöhung des Druckes in der Dehnungskammer von
über Tage aus nachträglich verbessert werden kann, indem durch die Dehnung das Dichtungsulaterial
fester ans Gebirge gedrückt wird.
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Ein weiterer Vorzug besteht darin, daß aufgelockertes Gebirge gedichtet
und durch solegesättigte Spülung zugesetzt werden kann und nachdichtende Injektionen
möglich sind.
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Der ökonomische Aufwand bei der erfindungsgemäßen Absperrung ist bei
größerer Sicherheit geringer als bei den bisher bekannten Absperrungen, macht es
überhaupt erst möglich, bei höheren Drücken im Salinar (bis 50 at) eine Gasabsperrung
vorzunehmen und hat den Vorteil der Anwendung in gleicher Art in Strecken und Schächten
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles nrner erläutert werden. In
der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 die Seitenansicht im Schnitt Fig. 2 die
Seitenansicht nur mit Schlitz dichtung Fig. 3 die Seitenansicht nur mit Dehnungskammern
Fig. 4 die Seitenansicht mit nur einer Dehnungskammer Fig. 5 die Seitenansicht mit
vertikaler Dehnungskammer gemäß Fig. 1 In einem Salzschacht ist in einem Steinsalzhorizont
ein zylindrischer Hohlraum 1 ausgebrochen, in dem unterhalb eines tragenden Betonpfropfens
2 die Gasabsperrung -eingebaut wurde. Diese setzt sich zusammen aus der auf Stützen
3 gelagerten Dehnungskammer 4, der den inneren Durchmesser verschließenden Abdeckplatte
5 und der am äußeren Durchmesser der Dehnungskammer 4 angesetzten Zarge 6, die im
Abstand vom Gebirge verlaufend und eInen Hohl zylinder 7
bildend
in einem auf der Sohle des Hohlraumes 1 eingebrachten Ringschlitz 8 endet. In diesen
sind beiderseits der Zarge 6 Dichtungsschichten 9, wie z.B. Soleton 9 a, Bitumen
9 b und Solezementsuspension 9 c eingebracht.
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Den verbindenden Anschluß ans Gebirge an der Firste des Hohlraumes
1 erzielt das in den Zwischenraum zwischen Dehnungskammer 4 und Firste eingebrachte
Dichtungsmaterial 10.
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Nach Abschluß der Montage, Anschluß und Verlegung der einzelnen Leitungen
nach über Tage, wie Druckleitung 11 zur Dehnungskammer 4, die als Entlüftungs- und
später als Injektionsleitung zum Hohlzylinder 7 führende Druckleitung 12, die Spülungsleitung
13, die dicht unter der Dehnungskammer 4 in den Hohlraum 7 mündet, und die Ein-
und Ausspeiseleitung 14, wird der innere Raum 15 der Zarge 6 bis zur Sohle des ausgebrochenen
IIohlraumes 1, in dessen Höhe der ursprüngliche Schacht z.B. mit einer Abdeckung
verschlossen ist, mit Solebeton ausgefüllt.
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Weiterhin besteht noch die Möglichkeit, nach Fig. 2 die oben beschriebene
Ringschlitzabdichtung 8 auch in der Firste des Hohlraumes 1 oder wie in Fig. 3 dargestellt
die Anwendung der Dehnungskammer 4 auf der Sohle des Hohlraumes 1 anzuordnen, Eine
weitere Variante zeigt Fig. 4, in welcher die Absperrung nur aus einer Dehnungskammer
4 besteht, deren Anschluß an Firste und Sohle des ilohlraumes 1 mit Dichtungsmaterial
10 abgedichtet wurde, so daß der IIohlzylinder 7 zwischen den zwei Dichtungsschichten
10 erhalten bleibt.
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In Fig. 5 ist die Dehnungskaramer 4 in vertikaler Lage angeordnet,
su daf das Dichtungsmaterial 10 an der vertikalen Wand des Hohlraumes 1 anliegt.
Diese Anordnung ist auch
für die Varianten nach Fig. 3 und 4 anwendbar.
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Die Anwendung in einer Strecke ist nicht beschrieben -orden, da hierfür
die oben für den Einbau in einen Schacht gegebenen Ausführungen zutreffen und die
Zeichnung nach Fig. B bis Fig. 5, um 900 gedreht betrachtet, als Darstellung dienen
kann, wobei den gemäß Fio. 3, Fig. 4 und Fig. 5 dargelegten Varianten der Vorzug
zu geben ist.