DE2549313C3 - Verfahren zum Herstellen einer dichten Abdeckung von Flüssigkeiten und Feststoffen in unterirdischen Speichern, insbesondere des Sumpfes von Kavernen - Google Patents

Description

Di** Erfindung betrifft sin Verfahren £»eni«iß Qbsrbe griff des Anspruchs 1.

Unterirdische Speicher, wie z. B. Salzkavernen, lassen sich bekanntlich durch Aussolen von unterirdischen Salzlagerstätten herstellen. Diese Kavernen können dann z. B. zur Lagerung von Gas, zur Ablagerung von radioakiven Abwässern und zur Einlagerung umweltgefährdender Substanzen dienen.

Es ist nun praktisch nicht möglich, die gesamte Sole aus den Kavernen zu entnehmen, so daß sich am Boden der Kaverne ein Sumpf bildet, der im wesentlichen aus einer Salzlösung besteht. Bringt man die Sole mit Speichergas in Kontakt, so reichert sich das Gas mit Wasserdampf an. Dies kann zu Hydratbildung in der Bohrung führen und erfordert auf jeden Fall eine Trocknung des Gases vor der Übergabe in das Versorgungsnetz, da die Qualität des gespeicherten Gases entscheidend durch die aufgenommene Feuchtigkeit beeinträchtigt wird.

Der Sumpf muß daher mit einer geeigneten Abdeckung versehen werden, die insbesondere die folgenden Anforderungen erfüllen muß:

Geringere Dichte als die Salzsole, wasserdampfdicht. gute Haftung am Salzgestein, gleichmäßige Filmausbildung, gute Fließeigenschaften, selbstheilende Oberfläche, alterungsbeständig, gutes elastisches Verhalten, gasindifferent, indifferent bezüglich des eingelagerten Gutes und geringer Aufwand hinsichtlich Herstellung und Kosten.

Verwendet man die Kaverne z. B. zur Lagerung von radioaktiven Abwässern, werden an die Absperrschicht prinzipiell die gleichen oben erwähnten Anforderungen gestellt; nur muß in diesem Fall die Abdeckschicht eine geringere Dichte aufweisen als das radioaktive Einlagerungsgui, um den freien Gasraum vor radioaktiven Gasen und Dämpfen zu schützen.

Unterirdische Hohlräume können z. B. auch zur Einlagerung von umweltgefährdenden Substanzen verwendet werden. Man kann nun die vorherige Entleerung des Speicherhohlraumes, die normalerweise notwendig ist, um eine Kontaminierung der austretenden Sole zu verhindern, vermeiden, wenn die Dichte der Abdeckschicht so einstellbar ist, daß sie zwischen der Dichte des Einlagerungsgutes und der Dichte der Salzsohle liegt.
Es ist bereits versucht worden, die Salzsole in Kavernen mit öl zu beschichten. Eine derartige ölschicht hat jedoch den Nachteil, daß sie den Übertritt von Feuchtigkeit in das Gas nicht verhindern kann, da die Wasserdampfdurchlässigkeit sehr groß ist Es ist daher notwendig, die Gase vor der Einleitung in das

ίο Versorgungsnetz mit Hilfe teurer Gastrocknungsanlagen zu entwässern.

Durch die DE-OS 23 46 740 ist ein Verfahren zur Abdichtung des Gasraumes von Salzkavernen gegenüber Bodensalzlösungen bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Kavernensumpf mit einer langsam erhärtenden Polyurethan-Kunstharzmasse beschichtet. Die Salzlauge wird zunächst mit den Polyurethankomponenten beschichtet und auf die gebildete erhärtete Schaumstoffschicht wird eine weitere Schijiit aus Polyurethankomponenten aufgebracht, wobei sich durch die Einwirkung der geringen Feuchtigkeit des Gasraumes der Kaverne auf der Schaumstoffschicht eine zweite nicht aufgeschäumte oder nur geringfügig aufgeschäumte Polyurethanschicht bildet. Diese bekannten Beschichtungen haben den Nachteil, daß sie keine Fließeigenschaften aufweisen und somit nicht selbstheilend sind, auch wenn der Zusatz von Elastifizterungsnultein vorgesehen ist, die der Beschichtung eine gewisse Elastizität verleihen. Diese reicht jedoch nicht aus, eine Zerstörung der Beschichtung durch größere Gebirgsbewegungen oder herabfallende Gesteinsbrokken zu vermeiden. Wegen des schlechten Fließverhaltens ist überdies eine Veränderung der Teufenlage nicht möglich. Ferner besteht die Gefahr des Auftretens von Blasen in der Kunstharzschicht, da wegen der großen Fläche und Tiefe der Kavernen die ablaufenden Reaktionen nicht kontrollierbar und steuerbar sind. Die Blasen können platzen, wodurch die Abdeckung gegenüber der Bodensalzlösung praktisch zunichtegemacht wird. Die Blasen selbst bilden Fehistellen mit einem hohen Diffusionskoeffizienten, wodurch die Gefahr einer hohen Feuchtigkeitsanreicherung im Kavernenraum besteht. Überdies handelt es sich nach den Ausführungen in der Druckschrift um Schaumstoffschichten, die sozusagen aus einer Vielzahl von Blasen bestehen, so daß praktisch keine Diffusionshemmung vorhanden ist, was bedeutet, daß Feuchtigkeit fast ungehindert in den Gasraum diffundieren kann.

Durch die DE-OS 24 16 591 ist ein Verfahren zur

so gasdichten (wasserdampfdichten) Abdeckung von Flüssigkeiten und Feststoffen bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein polymerisierendes oder ein nichtpolymerisierenues Medium (Abdeckmedium) oder ein Gemisch beider Stoffgruppen über die Rohrtour einer Bohrung in unterirdische Hohlräume gepreßt Bei dem Medium handelt es sich um ein Gemisch aus Styrol mit 0,5 Masse-% Zyklohexanonperoxid und 2,0 Masse-% Kobaltbcschleuniger. Nach dem Aushärten der eingebrachten Substanz ist die Absperrschicht zwar elastisch, sie weist aber keine Fließeigenschaften auf, so daß eine Zerstörung bei größeren Gebirgsbewegungen oder infolge herabfallender Gesteinsbrocken nicht verhindert werden kann.
Auch bei dieser bekannten Abdeckschicht besteht

*>5 somit die Gefahr, daß wegen Fehlens selbstheilender Eigenschaften die Absperrwirkung durch RiObildungen oder Zerstörung durch herabfallende Gesteinsbrocken aufgehoben wird. Da diese bekannte Abdeckschicht

nach der Aushärtung praktisch kein Fließverhalten mehr zeigt, ist eine spätere Veränderung derTeufenlage nicht mehr möglich.

Durch die US-PS 30 64436 sind Maßnahmen zur Abdichtung von Kavernen gegen das umgebende Gestein bekannt geworden, wobei das Gestein nicht Salzgestein sein soll. Als Abdichtmittel werden inerte pulverförmige Feststoffe, wie Silikondioxid, Aluminiumoxid, Ton und pulverförmige Metalle verwendet, die mit Hilfe geeigneter Dispergiermittel, wie Fettalkoholsulfat, to Fettsäureester des Hexidanhydrits, quaternäre Ammoniumverbindungen, Silikondioxidae regele, Natriumalginate, oder durch mechanisches Rühren in Suspension gehalten werden. Als Suspensionen werden Alkydharz-Wasseremulsionen, Dispersionen modifizierter Vinyl- is Copolymere, Styrol, Copolymerdispersionen, Polyvinylacetat-CopolymeremuIsionen, styrolmodifizierte Polyesterharze, Neoprene und Buna-N-Gummilatex und Polyvinylchloridlatex verwendet Durch die Abdichtung mit Hilfe der oben aufgezählten Substanzen soll ein ίο Übergang des zu speichernden Mediums in das Gestein vermieden werden. Die Abdichtung erfolgt in der Weise, daß der Hohlraum der Kaverne unter einem höheren Druck als der von außen einwirkende Druck von unterirdischen, in den Hohlraum eintretenden Strömen gehalten wird, um so eins Abdichtung des Gesteins zu erzielen. Die richtige Einstellung des Überdruckes ist dabei besonders kritisch; bei einem zu niedrigen Druck tritt Wasser in den Hohlraum ein, bei einem zu hohen Druck wird das Abdichtmedium in das Gestein hineingedrückt, so daß keine ausreichende Abdichtung zustandekommt. Die eingesetzten Suspensionen sind stark wasserhaltig oder zeigen wegen des Vorhandenseins polarer Gruppen ein hones Diffusionsvermögen und sind somit nicht wasserdampfdicht. Das Fließvermögen ist praktisch gleich NuIt, so daß die verwendeten Abdichtstoffe keine selbstheilenden Eigenschaften aufweisen.

Die US-PS 29 39 895 betrifft ein Verfahren zur Durchführung von chemischen. P.eaktionen in unterirdi- «s scheu Kavernen, wobei der Kavernenreaktionsraum mit Hilfe einer Trennschicht von der in der Kaverne vorhandenen Sole getrennt wird. Die Grenzschicht besteht aus in geeigneten Lösungsmitteln gelöstem Methacrylatharz und Zellulosegummi. Als Lösungsmittel werden Aceton, Methyläthylkelon, Diäthylenglycol sowie eine Pentanerdölfraktion verwendet. Die Trennschichten müssen dabei eine Dichte aufweisen, die zwischen der der Sole und der Reaktionssubstanz liegt. Keine der verwendeten Trennschichten ist geeignet, Wasserdampf in dem Maße, wie eingangs gefordert, zu isolieren, da sämtliche Schichten noch eine relativ große Diffusionsgeschwindigkeit aufweisen. Die verwendeten Lösungsmittel verdampfen selbst leicht und gelangen in den Kavernenhohlraum und würden beispielsweise bei Verwendung der Kaverne als Gaskaverne die Gasqualität erheblich verschlechtern.

Durch die US-PS 29 39 884 ist ein weiteres Verfahren zur Durchführung von chemischen Reaktionen in unterirdischen Kavernen bekannt geworden, bei dem wie bei der US-PS 29 39 895 der Kavernenreaktionsraum mit Hilfe einer Trennschicht von der in der Kaverne vorhandenen Sole getrennt wird. Die Grenzschicht besteht hier aus einem inerten flüssigen Silikonpolymer oder aus einer anderen geeigneten *>> Flüssigkeit, deren Dichte zwischen der Dichte der Reaktionssubstanzen und der Dichte der Sole liegt. Die eingesetzten Silikonpolymere sind nicht geeignet, die oben aufgeführten Forderungen zu erfüllen, da sie eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit zeigen. Solche Silikonpolymere sind überdies sehr teuer, so daß sich der Einsatz in Kavernen aus Kostengründen verbietet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Abdeckung von Flüssigkeiten und Feststoffen in unterirdischen Speichern anzugeben, das die Nachteile der bekannten Abdeckungen nicht aufweist und das insbesondere die oben aufgezählten Anforderungen erfüllt

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Substanzen zeigen für den polaren Wasserdampf aufgrund ihrer Unpolarität eine vernachlässigbare oder keine Durchlässigkeit

Die Elastizitätseigenschaften der erfindungsgemäß vorgesehenen Mischpolymerisate werden wesentlich durch ihre Kristallinität bestimmt Man kann nun die Elastizität erhöhen, indem man die Kristallinität senkt und den amorphen Anteil erhöht was durch geeignete Mischpolymerisation und Copolymerisation erreicht wird. Je größer der amorphe Anteil ist, desto besser ist das Fließverhalten, d. h. desto geringer ist die Viskosität

Der amorphe Anteil ist so einstellbar, daß bei ausreichender Festigkeit, Elastizität und Haftfähigkeit auch ausreichende Spreitungseigenschaften entstehen, die eine gewisse Selbstau-ibreitung des Polymerisates oder Mischpolymerisates und eine selbsttätige Heilung der durch starke Gebirgsbewegungen oder herabfallende Gesteinsbrocken bewirkten Zerstörungen der Abdeckschicht durch Zusammenfließen gewährleisten. Das gute Fließverhalten ermöglicht auch den Einsatz der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse bei veränderlichen Teufenlagen.

Ferner lassen sich durch geeignete Mischpolymerisationen wichtige Eigenschaften wie die Dichte verändern, die Haftfähigkeit verbessern und die Wasserdampfdurchlässigkeit weiter verringern. Die einstellbare Dichte ermöglicht den Einsatz dec Abckckmasse zur Trennung verschiedener Materialien unterschiedlicher Dichte; eine solche Trennung ist z. B. bei der eingangs erwähnten Speicherung radioaktiver Abwässer und bei der Einlagerung von umweltgefährdenden Substanzen erforderlich.

Das erfindungsgemäß verwendete Polyisobutylen besitzt eine besonders geringe Wasserdampfdurchlässigkeit. Da Polyisobutylen ferner kein Thermoplast ist, kann es als Absperrschicht auch bei höheren Sumpftemperaturen, d. h. in tiefliegenden Hohlräumen verwendet werden.

Durch einfaches Einmischen von weiteren Substanzen in das Polyisobutylen- Polymerisat kann in einfacher Weise eine Mischung hergestellt werden, die beispielsweise die Absorption radioaktiver Strahlung vergrößert und in der Dichte dem Einsatzfall entsprechend angepaßt ist.

Die selbstausbreitenden und selbstheilenden Eigenschaften der Beschichtung und/oder die elastischen Eigenschaften können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch verbessert v/erden, daß der Beschichtungsmasse Ausbreitungs- und/ oder Elastifizierungsmittel zugesetzt werden.

Um auch unpolare Einlagerungsgüter, beispielsweise organischen Sondermüll, optimal abdecken zu können, werden nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Beschichtungsmasse ein oder mehrere ionogene Tenside zugesetzt oder sind in die Beschi.ch-

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tungsmasse polare Gruppen eingebaut. Durch Zusatz kann eine geeignete Abdeckschicht hergestellt werden.

geeigneter Tenside kann man die Oberflächeneigen- falls das Einbringen des fertigen Polvmerisates oder

schäften der Beschichtungsmassen den jeweiligen Mischpolymerisates nicht einfacher oder notwendig ist.

Anforderungen anpassen. Die derart eingebrachte Beschichtungsmasse polymeri-

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der 5 siert dann auf dem abzudeckenden Gut und bilde t nach

Erfindung wird die Beschichtungsmasse in gelöstem Beendigung des Polymerisaiionsvorganges die ge-

oder dispergiertem Zustand aufgebracht Hierdurch wünschte Abdeckschicht.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Hersteilen einer dichten Abdeckung von Flüssigkeiten und Feststoffen in unterirdischen Speichern, insbesondere des Sumpfes von Kavernen, mit Kohlenwasserstoff-Polymerisaten als Beschichtungsmasse, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmasse Polyisobutylen mit Zusätzen von Polyisopren und/oder Polybutadien in den gewählten Eigenschaften der Masse entsprechenden Mengen verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsmasse Ausbreitungs- und/oder Elastifizierungsmittel zugesetzt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsmasse ein oder mehrere ionogene Tenside zugesetzt werden, oder daß in die Beschichtungsmasse polare Gruppen eingebaut sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmasse in gelöstem oder dispergiertem Zustand aufgebracht wird.