DE2135544C3 - Einrichtung zur Absperrung untertagiger Gasspeicher im Salzgebirge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Absperrung untertägiger Gasspeicher im Salzgebirge, welche dort eingesetzt werden soil, wo alte Schächte und Grubenbaue auf Grund ihrer geologischen Beschaffenheit zur Gasspeicherung verwendet werden können.

Bekannt sind Betonpfropfen oder Mauer- und Betondämme, die als Absperrung in Schächten oder Strecken errichtet wurden.

Nach DE-PS 1 98 375 ist bekannt, zur Absperrung von Strecken im Stein- oder Kalisalz, mindestens zwei Dämme zu setzen, zwischen welche von über Tage aus eine mit dem anstehenden Salz gesättigte Lösung eingeleitet und unter Druck gehalten wird.

Ein weiteres Verfahren sieht vor, unterirdische Räume als Flüssiggasspeicher dadurch abzusperren, indem um den Speicher und die zugehörige Verschlußplatte Wasser injiziert wird, das nach Gefrieren um den Speicherraum eine dichte Zone bildet

Es wurde auch eine 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 wird.

Nach US-PS 29 81 070 ist gleichfalls eine Absperrung von Gasspeichern bekannt, welche in einer zum Speicher führenden Strecke, die von einem außerhalb des Speichers liegenden Schacht vorgetrieben wurde, eingesetzt ist, aus Beton mit Blechverschalung besteht, einen größeren Querschnitt als die Strecke besitzt und deren im Zentrum liegender Personendurchgang mit Verschlußplatten dicht verschlossen ist

Diese bekannten Absperrzungen gegenüber Gas zeigen den Mangel, daß bei den Anschlußstellen der Dichtungen ans Gebirge, bei den Betonpfropfen oder Mauer- und Betondämmen keine sichere Dichtheit erzielbar ist, und daß bei Wasser im Salzgebirge Auslaugungen möglich sind. Auch nachträglich durchgeführte Injektionen vermögen diesen Nachteil nicht zubeheben.

Undichtigkeiten treten auch besonders bei den durch die Absperrung führenden Rohrleitungen auf.

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, die gegen den Gasdruck mit einer durch den hydrostatischen Druck als Belastung wirkenden Wassersäule beaufschlagt sind, zeigt bezüg-Hch ihrer Anwendbarkeit im Salzgebirge den Mangel, daß das Wasser durch unkontrollierbare Auslaugungen Klüfte schafft die eine Dichtheit mit Sicherheit nicht erreichen !dssen.

Ein weiterer Nachteil der mit hydrostatischen 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.

Außer diesen Nachteilen besteht insgesamt der Mangel, daß eine Undichtigkeit bzw. Umläufigkeit der Abdichtungssysteme in keinem Fall für im Salzgebirge liegende Speicher beeinflußbar ist

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 sicher zu dichtenden Salzbergwerken Gas-Speichermöglichkeiten zu erschließen.

Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine Absperrung zu schaffen, die neben ausreichender Dichtheit eine größere Sicherheit biete!, in gleicher Art für Schächte und Strecken angewandt werden kann und

so eine evtl. erforderliche Nachdichtung ohne Unterbrechen der Gasspeicherung ermöglicht

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht indem z. B. in einem Schacht in einer gegenüber Gas ausreichend dichten Steinsalzschicht eine den gesamten Schachtquerschnitt überspannende, stählerne, glockenförmige Absperrung eingebaut wird. Hierzu ist es erforderlich, einen zylindrischen Ausbruch, dessen Durchmesser beispielsweise 1,5 mal ursprünglichen Schachtdurchmesser beträgt herzustellen. In diesen Ausbruch wird nun die Absperrung eingesetzt Diese setzt sich zusammen aus einer den dichten Anschluß zum Gebirge herstellenden ringförmigen Dehnungskammer, die dicht an der Firste des Ausbruchs 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 ver-

schweißt 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 Ringschlitz hineinreicht

Diese Einrichtung wird auf der Druckseite eines tragenden Betonpfropfens angeordnet und bis zur Sohle des Ausbruchs reichend mit Beton ausgefüllt

Die Absperrung wird erreicht, indem der Spalt zwischen Oberseite Dehnungskammer und Gebirge mit einem gegenüber Gas beständigen Dichtungsmaterial, beispielsweise einer Epoxydharzschicht 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 Salzgebirges. Zur größeren Sicherheit wurde vor dieser Absperrung eine weitere in den Ringschlitz eingebrachte Dichtung aus Schichten wie Soleton, Bitumen und Solezemeni-Suspension, in welche die in den Ringschlitz hineinragende Zarge eingesetzt ist, angeordnet.

Der verbleibende Hohlzylinder zwischen Zarge und Gebirge, der gleichfalls nach über Tage mit einer Druckleitung verbunden ist, kann nun mit einer gesättigten Flüssigkeit, z. B. einer Soletonspülung, ebenfalls unter Druck gesetzt werden, da der Hohlzylinder nach oben und unten durch eine Dichtung jo verschlossen ist Dies bewirkt, daß die Flüssigkeit /⁴Je 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 Flüssigkeit höher als der Gasdruck gewählt, so daß auch die gefährdeten Randgebiete und evtl. gasdurchlässigen aufgelockerten Randzonen des Ausbruches eher von Flüssigkeit durchwandert werden als vom Gas.

Sollte eine Undichtigkeit festgestellt werden, besteht die Möglichkeit der Druckerhöhung der Flüssigkeit. Zum anderen besteht die Möglichkeit, Injektionen vornehmen zu können, ohne durch diese Nachbehandlung der gesamten Absperrung und des anschließenden Gebirges die Gasspeicherung zu unterbrechen. Dabei wird stets darauf zu achten sein, daß die Flüssigkeit und die Injektionsmedien im Salzgebirge keine Auslaugungen verursachen.

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 Ringschlitzabdichtung, 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 würde. Hierbei wäre der Innendurchmesser der Zarge mit einer Abdeckplatte zu verschließen, die für die Absperrung des Gesamtquerschnittes, die U .hrdurchführung und die gasdichte Verschweißung nötig ist.

Bei stabilem, festgewachsenem Salzgebirge kann in Äquivalenz hierzu auch die untere, auf der Sohle des Ausbruchs liegende Ringschlitzdichtung durch eine zweite Dehnungskammer ersetzt werden.

Eine dritte Variante bildet die Verwendung nur einer Dehnungskammer, die an Firste und Sohle des Ausbruchs anliegt, mit Dichtungsmaterial beschichtet ist und mit der Abdeckplatte den gesamten Querschnitt verschließt In einer geringen Entfernung von der vertikalen zylindrischen Wandung des Ausbruchs angeordnet, verbleibt auch hier ein zwischen den Abdichtungen liegender Hohlraum für Beschickung mit Druckspülung zum Verdichten der Randzone bzw. zur evtl. Bekämpfung eines Gasdurchtritts durch Druckerhöhung in der Dehnungskarrimer, Erhöhung des Druckes der gesättigten Flüssigkeit oder durch Injektion erhalten.

Ferner ist die Möglichkeit gegeben, die Lage der Dehnungskammer zur Horizontalen zu variieren.

Die Darlegung des Erfindungsgedankens erfolgte für einen Einbau der Absperrung in einem Schacht eines Salzbergwerkes. 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.

Dabei ist bei einem Einbau der Absperrung in horizontaler Lage der Variante mit zwei oder nur einer Dehnungskammer ohne Anwendung der Ringschlitzdichtung der Vorrang zu geben.

Die Betonpfropfen, -dämme oder -ausfüllungen werden, um Salzauslaugungen zu vermeiden bzw. einen guten Anschluß zu erzielen, mit einem Beton ausgeführt, der mit einer aus dem anstehenden Salz gesättigten Sole angemacht wird.

Die technischen und ökonomischen Vorteile sind gemäß der Erfindung darin zu sehen, daß die Rohrleitungen bei der Durchführung durch die Absperrung dicht verschweißt werden können, 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 Dichtungsmaterial fester ans Gebirge gedrückt wird. Ein weiterer Vorzug besteht darin, daß aufgelockertes Gebirge gedichtet und durch solegesättigte Flüssigkeit zugesetzt werden kann und nachdichtende Injektionen möglich sind. 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 Salzgebirge (bis 50 at) eine Gassperrung vorzunehmen und hat den Vorteil der Anwendung in gleicher Art in Strecken und Schächten.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

In der Zeichnung zeigt, jeweils im Schnitt

F i g. 1 eine Abdichtung mit einer Dehnungskammer und einer Schlitzdichtung,

F i g. 2 eine Abdichtung nur mit Schlitzdichtungen

F i g. 3 eine Abdichtung mit zwei Dehnungskammern

F i g. 4 eine Abdichtung mit nur einer Dehnungskammer.

F i g. 1 zeigt eine unterhalb eines tragenden Betonpfropfens 2 in einem zylindrischem Ausbruch 1 eingebaute Gasabsperrung, die in einem Steinsalzhorizont eines Salzschachtes eingebracht wurde. Diese Absperrung 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 Hohlzylinder 7 bildend in einem auf der Sohle des Ausbruchs 1 eingebrachten Ringschlitz 8 endet. In diesen sind beiderseits der Zarge 6 Dichtungsschichten 9, wie z. B. Soleton 9a, Bitumen 96 und Solezementsuspension 9c eingebracht. Den verbindenden Anschluß ans Gebirge an der Firste des Ausbruchs 1 erzielt das in den Zwischenraum zwischen Dehnungskammer 4 und Firste eingebrachte Dichtungsmaterial 10. Nach Abschluß der Montage, Anschluß und Verlegung der einzelnen Leitungen nach über Tage, wie Druckleitung 11 zur Dehnungskammer 4, die als Injektionsleitung zum Hohlzylinder 7 führende Druckleitung 12, die Leitung 13 für die gesättigte Flüssigkeit, 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 Ausbruchs, in dessen Höhe der ursprüngliche Schacht z. B. mit einer Abdeckung verschlossen ist, mit Solebeton ausgefüllt.

Weiterhin besteht noch die Möglichkeit, nach F i g. 2 die oben beschriebene Ringschlitzabdichtung 8 auch in der Firste des Ausbruchs 1 oder wie in Fig.3 dargestellt, die Anwendung der Dehnungskammer 4 auf der Sohle des Ausbruchs 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 Ausbruchs 1 mit Dichtungsmaterial 10 abgedichtet wurde, so daß der Hohlzylinder 7 zwischen den zwei Dichtungsschichten 10 erhalten bleibt.

Die Dehnungskammer 4 kann auch in anderer Lage als der dargestellten angeordnet sein.

Die Anwendung in einer Strecke ist nicht beschrieben worden, da hierfür die oben für den Einbau in einen Schacht gegebenen Ausführungen zutreffen und die Zeichnung nach Fig. 1 bis Fig. 4, um 90° gedreht betrachtet, als Darstellung dienen kann, wobei den gemäß Fig.3 und Fig.4 dargelegten Varianten der Vorzug zu geben ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Absperrung untertägiger Gasspeicher im Salzgebirge mit Hilfe eines Ausbruches im Speicherzugang, in dem ein betongefüllter Stahlzylinder mit Abdeckplatte abdichtend eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß um die Abdeckplatte (5) eine an eine Druckleitung (11) angeschlossene, ringförmige Dehnungskammer

(4) angeschweißt ist, die gegen den Ausbruch (1) mit einem gegenüber Gas beständigen Dichtungsmaterial (10), wie Epoxydharz begrenzter Elastizität, •abgedichtet ist, wobei im Abstand vom Gebirge verlaufend ein Hohlraum (7) gebildet wird, der über eine Rohrleitung (12 bzw. 13) mit einer unter Druck stehenden, gesättigten Flüssigkeit gefüllt ist

2. Einrichtung zur Absperrung untertägiger Gasspeicher im Salzgebirge mit Hilfe eines Ausbruches im Speicherzugang, in dem ein betongefüllter Stahlzylinder mit Abdeckplatte abdichtend eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zylinder bildenden Zargen (6) über die Abdeckplatte

(5) hinaus bis in einen Ringschlitz (8) verlängert sind und in diesem mit Dichtungsschichten (9), wie Soleton (9a), Bitumen (9b) und Solezementsuspension (9cji verdämmt sind, wobei im Abstand vom Gebirge verlaufend ein Hohlraum (7) gebildet wird, der über eine Rohrleitung (12 bzw. 13) mit einer unter Druck stehenden, gesättigten Flüssigkeit gefüllt ist.

3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (7) von je einer der vorgenannten Dichtungen — Dehnungskammer (4), verlängerte Zarge (6) — begrenzt ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungskammer (4) beidseitig mit Dichtungsmaterial (10) beschichtet gegen den Ausbruch (1) anliegt und den Hohlraum (7) begrenzt