DE3002757A1

DE3002757A1 - Loesungsabbau von kaliumchlorid aus einem erwaermten unterirdischen hohlraum

Info

Publication number: DE3002757A1
Application number: DE19803002757
Authority: DE
Inventors: Elmar Leroy Goldsmith
Original assignee: PPG Industries Canada Ltd
Current assignee: PPG Industries Canada Ltd
Priority date: 1979-02-01
Filing date: 1980-01-26
Publication date: 1980-08-14
Also published as: GB2040903B; FR2448029B1; CA1113376A; GB2040903A; DE3002757C2; FR2448029A1; US4239287A

Description

Lösungsabbau von Kaliumchlorid aus einem erwärmten unterirdischen Hohlraum

Die Erfindung richtet sich auf ein neues Verfahren zum Lösungsabbau von KCl aus unterirdischen Lagerstätten, die KCl und NaCl enthalten. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf ein neues Verfahren, bei dem die Salze in einem solchen Verhältnis abgebaut werden, bei dem nährungsweise eine gleichbleibende Zusammensetzung der Lösung oder Sole erhalten wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Lösungsabbau von KCl mit nährungsweise gleicher Zusammensetzung der Sole bei Temperaturen, die höher sind als die Lagerstättentemperatur .

KCl ist in mineralischen Lagerstätten im allgemeinen unmittelbar zusammen mit NaCl vorhanden. Oft existiert das KCl als Mischuna oder in Kombination mit ciaCl in Form von :CCl-reichen Schichten (diese enthalten 15 - 60% KCl bezoaen auf das Gesamtaet-zicht von KCl und NaCl in der Schicht) oder einerVielzahl derartiger Ablagerungen, die unmittelbar über oder unterhalb anderer, wenig KCl enthaltender Schichten (weniger als 15 Gewichtsprozent KCl) ancTeordnet sind. Diese Zwischenschichten können aber auch keinen wesentlichen Anteil an KCl aufweisen und/oder hauptsächlich aus NaCl bestehen. Die Schichten können gefaltet sein, Domform, oder andere Formen aufweisen und können unterschiedliche Anteile anderer Mineralien, wie z. B. Ton, Kalzium und Magnesiumsulfat als auch Erdalkalichloride udql. enthalten.

Derartige Lagerstätten findet man überall in Tiefen zwischen 700 und etwa 1.800 m oder noch tiefer. Derartige Lagerstätten gibt es in Neu-Mexiko, Utah, den Nordamerikanischen Staaten und Kanada, ebenso wie in anderen Teilen der Welt.

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Es besteht ein wirtschaftliches Interesse, das KCl aus derartigen unterirdischen Lagerstätten zu gewinnen. Es wurden zahlreiche Verfahren entwickelt, um das KCl durch Extraktionen mittels Wasser zu gewinnen. Entsprechend vurde eine Bohrung durch die KCl-reiche Schicht oder die Lagerstätte niedergebracht, bis unterhalb in Bereiche mit niedrigem KCl-Gehalt, beispielsweise unter 15 Gewichtsprozent, bezogen auf Gesamtmenge NaCl/KCl oder in im wesentlichen KCl-freie Bereiche, in denen der NaCl-Gehalt vergleichsweise hoch ist. Wasser oder eine bezüglich NaCl ungesättigte Lösung wurde durch ein Rohr oder neben dem Rohr in die Bohrung eingeleitet und unter Auflösen der KCl-armen, NaCl-reichen Schicht ein Hohlraum gebildet. Dieses Verfahren ist von der NaCl-Gewinnung durch Lösungsabbau aus unterirdischen Lagerstätten gut bekannt.

Zwei derartiae Hohlräume wurden gebildet und durch seitliches Zusammenwachsen miteinander verbunden. Anschließend wird die Decke des Hohlraumes nach oben abgebaut durch die KCl-reiche Schicht. In anderen Fällen wurden zwei Bohrungen durch die KCl-reiche Schicht oder Lagerstätte bis in Bereiche mit niedrigen KCl-Gehalten niedergebracht und eine Verbindung zwischen den Bohrungen durch Brechen mittels hydraulischen Druckes hergestellt. Wieder erfolgt dann das Brechen nach oben durch die KCl-reiche Schicht. Zum Stand der Technik gehören auch noch andere Verfahren. In all diesen Fällen wird ein großer Hohlraum,am besten durch Zirkulieren von Wasser oder Sole durch die 3ohrung und Abziehen der NaCl-reichen und KCl-armen Lösung durch eine zweite Bohrung erzeugt. Bei vielen dieser Verfahren wird KCl in einen solchen Verhältnis abgebaut, das nährungsweise dem Verhältnis des Auftretens in der Lagerstätte entspricht.

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Nach dein aus US-PS 3,278,234 bekannten Verfahren des Lösunqsabbaues ist es wirtschaftlich, beim Lösen von Kalium und MaCl aus einer Lagerstätte eine wässrige Lösung zu bilden, die beide Salze in höherer Konzentration enthält, indem man das Lösungsmittel wärmer hält als den Ausfluß und wobei man die Temperatur innerhalb etwa 15°C Abweichung von der natürlichen ungestörten Lagerstättentemneratur hält und auf diese Feise unerwünschtes Abkühlen der Hohlraumlösung vermeidet. In dieser Patentschrift ist außerdem beschrieben, daß in Tiefen unter etwa 700 m bis 900 m die Ausflußtemperatur innerhalb etwa 5 C und vorzugsweise ? C Abweichung von der nati liehen Lagerstättentemperatur gehalten wird.

Ein anderes Verfahren ist in US-Patentschrift 3,148,000 beschrieben. Dabei wird KCl in wirtschaftlichen Mengen aus einer Lagerstätte gewonnen, die von 0,1 bis 15 % mehr KCl bezocen auf die Gesamtmenge KCl/NaCl enthält, ^er Hohlraun wird in der GröPe erweitert durch Herabsetzen des Wasserdruckes, wodurch die Decke einstürzt. In bleicher Weise kann Gesteinsschutt im Zentrum des Hohlraumes gebildet werden, durch Niederbrinaen einer Bohrung bis unmittelbar oberhalb der Decke des Hohlraumes und Ausüben eines hydraulischen Druckes auf die Hohlraumdecke, so daß diese in den hohlraum, fällt. Dies ist in US-PS 2,919,909 beschrieben. Auf diese Weise werden große Oberflächen von KCl-reichem Gestein innerhalb des Hohlraumes geschaffen. Auf diese Weise ist das Verhältnis an KCl, das aus dem Kohlraum gewonnen wird, größer als das Verhältnis innerhalb des Gesteins in der Lagerstätte.

'-•'enn Masser als Lösungsmittel verwendet wird und ein Troßer Kohlraum entsorechend den vorstehend beschriebenen Verfahren gebildet wird, löst sich das KCl in dem Verhältnis auf, in den es in der Lagerstätte vorhanden ist, beispielsweise etwa 30 Gewichtsprozent KCl.

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Eeim Verfahren des Zerkleinerungsabbaues werden Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzungen erreicht, wenn bei Lagerstättentemperatur gearbeitet wird. Beispielsweise erhält man eine Lösung, in der das VErhältnis größer ist, als das Auftreten in der Lagerstätte, beispielsweisegrößer als das Lagerstättenverhältnis von 30 Gew.% KCl. Unter gleichmäßiger Zusammensetzung wird eine Lösung verstanden, die gesättigt ist bezüglich KCl und NaCl bei einer gegebenen Temperatur und wobei das Verhältnis der beiden Stoffe durch die Anwesenheit anderer Metallionen, beispielsweise Magnesium oder Kalzium verändert wird.

Bei dem in US-PS 3,262,741 beschriebenen Verfahren wird eine Lösung in einem neuen Hohlraum erzeugt, die relativ aesätticrt bezüglich NaCl, aber relativ ungesättigt bezüglich Kaliumchlorid ist und dann in einen voll entwickelten Hohlraum eingespeist. Diese Lösung verbleibt darin solange, bis eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Lagerstättente^oeratur erreicht wird. Die Verweilzeit für die relativ ungesättigte Lösung wird reduziert durch Einspeisen der relativ ungesättigten Lösuna, wie sie aus einem neuen Hohlraum starant, in einen Hohlraum, der bereits abgebaut wird. Aber der ir.ittlere Durchfluß durch einen Hohlraum, der in dieser ^eise abgebaut wird, ist sehr viel kleiner als es der mittlere Durchmesser der Röhren zulassen würde, beispielsweise kleiner als etwa 90 m pro Stunde.

All diese bekannten Methoden enthalten jedoch keinen Hinweis, daß ir.an eine gleichbleibende Zusammensetzung der Hohlraumlösung bei erhöhter Temperatur, insbesondere oberhalb der natürlichen Lagerstättenter.peratur erhalten kann. Im Gegenteil lehrt der Stand der Technik, daß Lösunasabbau am besten funktioniert, wenn man beim abbau mit der Lösunastemperatur so nahe als möglich an der natürlichen Lagerstättentemperatur bleibt.

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■fts besteht deshalb der Wunsch nach einer besseren Ausbeute an KCl aus unterirdischen r^^erstatten, wobei die r^Tohl raun In sunn- eine rrle ichbleibende Zusammensetzuna bei 'er höchsten Temperatur und insbesondere bei einer Temperatur höher als der natürlichen Lagerstättentemperatur aufweist, solanqe kein wesentlicher Anteil der Wärme irreversibel in der Lagerstätte verloren geht. Es besteht deshalb der iTunsch, in Hohlräumen Lösungen mit einer solchen Geschwindigkeit zu produzieren, die die volle *usnutzung der Roh rauer schnitte erlaubt, beispielsweise nit Geschwindickeiten von etwa 90 m" pro Stunde und mehr.

Ks wurde befunden, daß man KCl durch Lösungsabbau aus unterirdischen Gesteinslagerstätten, die KCl und MaCl enthalten bei Temperaturen, die' höher sind als die natürliche Lacprst^ttentemoeratur gewinnen kann, wenn das lagernde Gestein in Gebrochener Form im Hohlraum vorliegt und eine große ^ernhruncrqoberf l'^'che aufweist. Dabei wird eine er leichbleibende ^usiurrnensetzung (invariant composition) der Hohlraumlösunnerreicht bei höchsten Temperaturen und vorzugsweise ^ei Temperaturen oberhalb der natürlichen Lagerstättente^- oeratur, wenn zualeich beträchtliche Pumpgeschwindigkeiten zur ^nwenduncr kommen, beispielsweise etwa 90 m pro Stunde oder höher. Es wurde gefunden, daß solange große Oberflächen vorhanden sind, beispielsweise wenn die Lagerstätte gebrochen wurde, eine gleichmäßige Zusammensetzung der Solo bei Temperaturen erreicht v/erden kann, die höher liegen als die natürliche Lagerstättentemperatur.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Verfahren zum Lösungsabbau von Kaliumchlorid aus einem Hohlraum in einer unterirdischen, KCl und NaCl enthaltenden Gesteinslaaerstätte, bei der das Hohlraumgestein gebrochen wurde, um eine erroße Kontaktoberfläche zu erzeugen. Das Kennzeichnende des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, den Lösungsabbau des Gesteinsschuttes bei einer

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ersten Temperatur für eine solche Zeit zu betreiben, die ausreichend ist, um die Abbaugeschwindigkeit bei dieser Temperatur zu bestimmen; Einstellen der Temperatur der Lösung im Hohlraum auf eine Temperatur in der Nähe der höchsten Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Auflösegeschv/indigkeit erreicht v;ird; Lösungsabbau des Gesteins nahe bei der eingestellten Temperatur und Abziehen der Lösung mit einer nährungsweise gleichbleibenden Zusammensetzung bei der eingestellten Temperatur.

Es wurde festgestellt, daß eine erwärmte Lösung keine großen Anteile an Wärme an die umgebende Lagerstätte verliert, wenn sich im Hohlraum ein großer Anteil an gebrochenem Gesteinsmaterial befindet. Es wurde ebenso festgestellt, daß man durch Einstellen der Temperatur der Hohlraumlösung auf die höchste Temperatur,bei der eine crleichbleibende Zusammensetzung gerade noch erreichbar ist, den effektivsten Abbau von KCl erreicht und wobei die neiste Zeit ein wesentlicher Anstieg des Anteiles an KCl verbunden ist. In allen Fällen ist die zusätzlich gewonnene XCl-Menge oxoß genug, um die irreversiblen Hitzeverluste in die. Lagerstätte zu konpensieren. nie Ausflußlösung ist mindestens zu 80 % gesättiat bezüglich KCl. Der Sättigungsarad der abgezogenen Sohle beträgt vorzugsweise 90 % bezüglich KCl, ganz besonders bevorzugt 95 % bezüglich KCl bei Temperaturen von mind. 5°C oberhalb der natürlichen Lagerstättentemperatur. Vorzugsweise arbeitet nan mind. 1<">° oberhalb der natürlichen Lagerstättentemperatur, wenn der Hohlraum weniger als 925 m unterhalb der Oberfläche liegt.

Ganz besonders bevorzugtist eine Verfahrensführung bei einer Temperatur von mind. 5°C oberhalb der natürlichen Lagerstättentemperatur, wenn der Hohlraum in der Lagerstätte tiefer als etwa 925 ra unterhalb der Erdoberfläche liegt.

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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher und besser verständlich durch eine detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

^.bbildung 1 ist ein Diagramm, das die Löslichkeiten eines KCl- NaCl-Wasser-Systems zeigt. Die L^suncrsverhältnisse werden für 50°und 8O°C durch die Lösungsisothermen für KCl und NaCl,gelöst in Wasser wiedergegeben.

Abbildung 2 zeigt einen schematisehen Schnitt durch einen unterirdischen Hohlraum beim Lösungsabbau/während der Hohlraum gebrochenes Gesteinsmaterial enthält.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird KCl aus einem unterirdischen Hohlraum in einer Gesteinslagerstätte gewonnen, die KCl und NaCl enthält, bei dem das Gestein gebrochen wurde, um eine große Berührungsoberfläche zu schaffen. Bei dieser Verfahrensführung wird die Hohlraumlösunq bei einer bestirnten Temperatur aehalten, die in der Nähe der höchsten Temperatur liegt, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei einer bestimmten Auflösegeschwindigkeit erreicht wird.

Fierur 2 zeigt einen Hohlraum 10 in einer KCl-reichen Lagerstätte 6, bei der Hohlraumgesteinsschutt 5 vom Dach 9 heruntergebrochen ist. Der Hohlraum 10 hat eine natürliche Lagerstättentenraeratur von 50⁰C und befindet sich in einer Tiefe von etwa 1.500 m unterhalb der Erdoberfläche. Geröll 5 vom Hängenden 9 kann unbeabsichtigt in den Hohlraum 10 fallen, oder es kann durch Druckabnahme im Hohlraum ausgelöst werden. Man kann auch die Dachstützen entfernen und dadurch ein Zusammenbrechen des Hängenden auslösen, das auf den Boden des Hohlraumes herabfällt. Auf alle Fälle muß ausreichend zerkleinertes Geröll oder Schuttmaterial erzeugt werden, um eine große Berührungsoberfläche zu schaffen. Unter einer großen

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Perührungsoberflache sind Flächen zu verstehen, die mindestens etwa 0,0002 m Gesteinsoberfläche im Hohlraum pro Liter Hohlraumlösung aufweisen, wobei der Schutt mehr als etwa 24 Gewichtsprozent KCl bezogen auf das Gesamtgewicht ;iaCl/KCl des Gesteins enthält. Dieser Wert kann sich leicht mit der Hohlraunform, dem Anteil an freigelegtem KCl und anderen Einflußfaktoren verändern. Die Verbindung des Hohlraumes und der Erdoberfläche wird durch 2 Rohre (1)und (2)hergestellt. Bohrungen wurden niedergebracht und die Leitungen mittels bekannter Verfahrenstechnik installiert. Der Hohlraum kann durch Lösungsmittelabbau hergestellt werden, kann aber auch durch konventionelle Bergbautechnik mittels Schachtbau und Stützabbau erzeugt und dann auf Lösungsm.ittelabbau umgestellt werden. Ein besonders empfehlenswertes Verfahren zum Erzeugen eines Hohlraumes durch Lösungsmittelabbau ist in US-Patentschrift -Tr. 3,278,234 beschrieben.

Der ".chlraum 1O wird in Lösungsverfahren abgebaut durch Einführen eines Lösungsmittels 3 durch das Rohr 1 bei einer Temperatur von etwa 50°C. Aus Figur 1 ergibt sich, daß "'.'asser, das bei einer derartigen Tenneratur als Lösungsmittel zum Auflösen von Gestein verwendet wird, das 3O % KCl bezogen auf Gesamtgehalt KCl und -^TaCl in dem Gestein, 119 Granm KCl oro Liter durch Lösen aufnimmt, '■'enn die Salze entsprechend ihrem Vorkommen in Gestein aufgelöst werden. Wenn jedoch das Gestein im Hohlraum gebrochen ist, erreicht die Lösung oder nähert sich zumindest der gleichbleibenden Zusammensetzung (invariant composition) von etwa 182 Gramm pro Liter KCl und etwa 225 Gramm pro Liter NaCl. Die Lösung ist üblicherweise annähernd oder 100 %ig gesHttict bezüglich ^TaCl. Tn nH^npfrigkeit von de.r ^prweilzeit der Lösung im Hohlraum erreicht die Sole eine S-ättiouna bezüglich KCl von mehr als HO %, oftmals 90 % und zeitweise 95 %. Solange als das Lösungsmittel einaespeist wird, kann man eine Isolationsflüssiakeit 11 unterhalb .-!es Daches des Hohlraumes anordnen, um das HMnaende vor den Auflösen durch das Lösungsmittel zu schützen.

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Der Lösungsabbau im Hohlraum erfolgt zunächst für eine Zeit, die ausreichend ist, die Auflösegeschwindigkeit zu ermitteln, beisDielsweise die Zeit, die erforderlich ist, um den Hohlraum um 20 Volumenprozent zu verändern. Das Löslichkeitsverhalten (concentration profile) der Hohlraumlösung wird vor und nach dem Zeitraum bestimmt für den die Abbaugeschwindigkeit ermittelt wurde, so daß sowohl der Nettoanstieg von KCl in der Hohlraumlösung während dieser Periode als auch der abgezogene Anteil bestimmt werden können. Dazu ist eine Apparatur geeignet, die ähnlich der ist, wie sie in US-Patentschrift Nr. 3,600,039 beschrieben ist. Der Vorschrift entsprechend wird ein Einlegerohr eingeführt in eine Geröllschicht durch Verwendung eines Bohrrohres. Wenn der Bohrer in die Geröllschicht bis zur erwünschten Tiefe eingedrungen ist, sind Vorrichtungen vorgesehen, um den Bohrer von der Einrichtung abzutrennen. Ein snezielles Einlagerohr wird eingeführt in die Abzugsbohrung mittels dieses Verfahrens und Proben werden gezogen vom ^oden des FIohlraur.es (Liegenden) und der Unterseite der Geröllschicht, nachdem ^roben genommen wurden aus verschiedenen Höhen innerhalb des Hohlraumes durch schrittweises Anheben des Einlegerohres. Der KCl-Gehalt der Proben wird bestimmt. Auf diese Weise kann der KCl-Gehalt innerhalb des gesamten Hohlraumes genau ermittelt werden. Ebenso kann das Konzentrationsprofil der Lösung mittels eines Gamma-Transportgerätes (gamma loggin tool) an einem Draht bestimmt v/erden. Der Anteil an KCl, der durch das Lösungsmittel abgebaut und aus dem Hohlraum während dieser Zeit entfernt wird, wird ebenso festgehalten. Die Abbaugeschwindigkeit wird berechnet und ausgedrückt als Summe des Anstieges im Hohlraum plus dem Anteil der aus dem Hohlraum Dro Zeiteinheit abgezogen wurde.

Aus der Abbaugeschwindigkeit und der Auflösegeschwindigkeit kann die von in die Höhlung eingebrachten Lösungsmittel benetzte Oberfläche ermittelt werden.

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Für diese Bestimmung gilt folgende Abhängigkeit von der Abbaugeschwindigkeit:

Abbaugeschwindiakeit = f (Auflösegeschwindigkeit, Kontaktoberfläche, T, AC)

Die Abbaugeschwindigkeit wird gemessen in Gramm pro Zeiteinheit. Die Auflösegeschwindigkeit wird gemessen in Gramm KCl pro Zeiteinheit pro Einheit KCl-Kontaktoberflache.

T = Temperatur, C = Untersättigungsantriebskraft.

(undersaturated driving force)

Die Auflösegeschwindigkeit kann durch Versuche bestimmt werden. Bei diesen Versuchen wird die Auflösegeschwindigkeit einer Mischung aus KCl und NaCl, die zu Pellets gepreßt wurden, bestimmt, wobei das Verhältnis von Natrium und Kaliumchlorid gleich dem mittleren Verhältnis im Gesteinsmaterial entspricht. Dieses Verhältnis wird ernittelt aus Bohrkernen, die anfangs aus der Lagerstätte während der Bohrung gezogen werden. Weiterhin kann die Auflösegeschwindigkeit bestimmt werden als Funktion von & C und als Funktion der Temperatur durch Verändern der Temperatur des Lösungsmittels und Aufzeichnen dieser Ter.peraturabhängigkeit, von AC und der Auflösegeschwindigkeit. Aus all diesen Daten läßt sich die Kontaktoberfläche innerhalb des Hohlraumes berechnen über ihre Abhängigkeit von der Abbaugeschwindigkeit. Danach läßt sich mit der bekannten Oberfläche aus der Abbaugeschwindicrkeit die Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusam-Ti.ensetzuna erreicht wird, für bestimmte ?\uflöserreschwindiakeiten errechnen. Die höchste Temperatur, bei der eine aleichbleibende Zusammensetzung bei gegebener Auflösegeschwindigkeit erhalten werden kann, kann durch Versuche und Fehlerrechnung bestimmt werden. Diese Temperatur ist die höhere Temperatur bei der der v/eitere Lösungsabbau auscTeführt wird.

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Aus Figur 1 ist zu entnehmen, daß in dem Falle, in den die Hohlraumlösung die aleichbleibende Zusammensetzung bei der natürlichen Laaerstättentenperatur (50⁰C) erreicht, die Lösung 182 Gramm KCl Dro Liter Lösung enthält. Wenn jedoch beispielsweise die gleichbleibende Zusammensetzung bei °0°C erreicht werden kann, werden mit der Gesteinsauflöseaeschwindigkeit 234 Gramm pro Liter KCl abgebaut. Nachdem zerkleinertes Gesteinsmaterial von 50 auf 80°C erwärmt worden ist, kann es abgebaut werden mit einer zusätzlichen Geschwindigkeit von 52 Gramm KCl pro Liter Lösunrr. Dies steht im Gegensatz zu einer Geschwindigkeit von 119 oder 122 Gramm KCl pro Liter Lösung, wenn KCl bei 50 bzw. 80°C und dem in der Lagerstätte vorkommenden Verhältnis von KCl abgebaut wird.

Die Hohlraumlösung wird dann erhitzt bis die höhere Temperatur erreicht ist. Dies kann man dadurch erreichen, daß man in den Hohlraum ein Lösunasrittel ir.it einer höheren Temperatur einbringt als die Temperatur auf die der Hohlraum erwärmt werden soll. Schneller kann jedoch die Temperaturerhöhung im hohlraum durch Einspeisen von Dampf oder sehr heißem Lösungsmittel herbeiaeführt werden. Langsamer erfolat die Erwärmung, wenn man ein Lösungsmittel einbringt, das nur ein wenig heißer ist als die Temperatur der Hohlraumlösung. Das günstigste Verfahren wird der Fachmann der Erfahruna mit unterirdischem Hitze- und Flüssigkeitstransport hat, ohne Schwierigkeiten auswählen.

Der Hohlraum kann abgebaut werden bei der höheren Temperatur solange als die Gleichgewichtszusammensetzung der Hohlraumlösung bei der erhöhten Temperatur erreicht wird. Wenn die Konzentration der Lösung innerhalb des Hohlraumes abzusinken beginnt, kann es sinnvoll sein, ein weiteres Abbrechen des Hängenden im Hohlraum auszulösen, um wieder eine große Kontaktoberfläche für das Lösungsmittel zu schaffen. Dies kann durch verschiedene bekannte Methoden, wie sie bereits erwähnt wurden, erfolgen.

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Dann wird das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt, ^abei wird der Hohlraum zunächst bei einer aegebenen Temperatur ausgebaut und Salz abgebaut (an diesem Punkt kann die Temperatur höher sein als die natürliche LagerstättentemOeratur), um die Abbaugeschwindigkeit bei dieser Temperatur zu bestimmen. Dann wird wieder ein Konzentrationsprofil der Lösuna innerhalb des Hohlraumes vor und nach der Abbauperiode ermittelt, indem Proben aus unterschiedlichen Höhen innerhalb des Hohlraumes durch Anheben des Abzugsrohres gezogen werden. Das Konzentrationsgefälle kann auch mit anderen Methoden bestimmt werden. Dann wird die Abbaugeschwindigkeit für diese Periode berechnet. Dann wird eine neue Temperatur ermittelt durch die bereits beschriebene Methode. Dabei wird die höchste Temperatur, bei der die Hohlraumlösung gerade noch die gleichbleibende Zusammensetzung erreicht, bestinr.t. Dann kann der "ohlraunabbau >iei dieser neuen ⁿ°ⁿner-itur ausgeführt und fortgesetzt werden, solange, als die liohlraunlösunn· die Gleichgewichtszusammensetzung erreicht o^er ann^Hhernd erreicht.

Tn p>ini'"en ^"Ilen kann nach den weiteren Zerbrochen von "lesteinsmaterial in ^en rohlraur" relativ armes Gesteins- ^atprial dominieren. In diesem Falle ist die einzustellende höchste Temperatur, bei der die Gleichaewichtszusammensetzung erreicht wird, niedriger als die vorhergehende .^bbautemperatur, zeitweilig niedriger als die natürliche Lagerstattentemoeratür und zeitweise höher als die natürliche Lagerstättentemoeratur. Eine Einstellung der Hohlrau-lösunasteiiOeratur kann ebenso erfolgen zur Anpassung an die niedrigere Abbauaeschwindigkeit herrühren aus Erschöpfung des Gesteins oder verursacht durch andere Gründe.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung v/erden auch erreicht, wenn die höchste Temperatur, bei der die gleichbleibende Zusammensetzung erreichbar wäre, nicht erreicht wird.

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Es können Temperaturen zwischen der natürlichen Lagerstätten tempera tür und der höchsten Temperatur der Gleichgewichts zusammensetzung bei vorgegebener Abbaugeschwindigkeit verwendet werden. In Fällen, bei denen der Wärmeverlust im Hohlraum zu groß ist, ist es bevorzugt, bei niedrigeren Temperatüren a."¹ s der optimalen Temperatur zu arbeiten. Das ist letztlich eine Frage der Wirtschaftlichkeit. Fenn der Anteil an Wärmeverlusten die Vorteile der erhöhten Ausbeute an KCl kompensiert, sollte die Temperatur im Hohlraum reduziert werden. Auf der anderen Seite sollte, wenn die Wärmeverluste aus dem Hohlraum relativ niedrig sind im Vergleich zum Anstieg der KCl-Ausbeute bei der höchsten Temperatur, bei der die Gleichgewichtszusai^ir.ensetzung der Hohlraumlösung noch erreicht werden kann, gearbeitet werden. ⁷Cs kann aber auch Fälle geben, bei denen die gleichbleibende Zusammensetzung der Lösung im Hohlraum notwendigerweise nicht erreicht werden nuß. Sobald die Wärmeverluste aus dem Hohlraum relativ niedricr sind, sollte die optimale Temperatur verwendet v/erden, insbesondere wenn die Hohlraumlosung nur 80 % Sättigung bezüglich KCl aufweist. Bei 90 % noch ^mehr bei 95 % Fättigung bezüglich KCl bietet die Anwendung einer octinalen Te^moeratur der Hohlraumlösuna besondere Vorteile. Hnter besonders Dünstigen Bedinaungen erwärmt man die Temperatur des Hohlraumes auf eine Temperatur, die bis zu 15° von der optimalen Temperatur abweicht. Vorzugsweise arbeitet man in solchen Fällen mit einer Temperaturabweichung von bis zu 1O°C von der optimalen Temperatur und ganz besonders bevorzuat ist die Verfahrensweise mit Abweichungen bis zu 5°C von der optimalen Temperatur.

Wenn nach einer gewissen Abbauzeit und wenn ein weiteres Abbrechen von Gesteinsmaterial von Hängenden in den Hohlraum nicht nöolich ist, die Konzentration der Lösung innerhalb des Hohlraumes absinkt, kann es sinnvoll sein, die Temperatur der Lösung iiri Hohlraum abzusenken auf einen Wert, bei dem die gleichbleibende Zusammensetzung der Lösung wieder erreicht wird. Dies kann so niedrig sein, wie die natürliche Lar'nrstnttentemperatur, aber auch niedriger.

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^ps ist selbstverständlich, daß Fachleute auch in der Lage sind, das erfindunqsgemäße Lösungsabbauverfahren auf andere Salze, die die gleichen Eiaenschaften wie Kalium- und Natriumchlorid aufweisen, anzuwenden. Dies ist insbesondere dann nöglich, wenn die Salze in Lösung eine gleichbleibende Zusammensetzung haben, die durch die Temperatur beeinflußt werden kann und von ihr abhänat.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführuncsformen beschrieben. Es ist selbstverständlich, daß diese detaillierte Beschreibung den Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt.

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Claims

Or. "'ichael Hann (1273) HPT/Pe

Patentanwalt
Ludwigstr. 6 7
6 300 Gießen 1

PPG Industries Canada Ltd., 400 Bank of Canada Building Regina, Saskatchewan, Canada

Lösunasabbau von Kaliumchlorid aus eine:n erwärmten unterirdischen Hohlraun

Priorität: 1. Februar 197°», USA, Serial -Sio . 8 ,314

^π atentansDrü ehe:

^erfahren zun Lösunasabbau von kaliumchlorid aus eine™ Fohlraur in einer unterirdischen kaliumchlorid und "atriu^chlorid enthaltenden Gesteins lagerstätte, bei der das Hohlrauirgestein Gebrochen wurde, um eine ^aroBe «".ontaktober ~l"che zu erzeuaen,
^e kennzeichnet durch,

a) Lösunrrsabbau des Gesteinsschuttes bei einer ersten Tei^neratur für eine Zeit, die ausreichend ist, um die Abbaugeschwindigkeit bei dieser Temperatur zu bestimmen;

b) Einstellen der Tenneratur der Lösuna ir?. Hohlraum auf eine Te^neratur in der ^.he der höchsten Temperatur, bei dar eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Auflösegeschwindiakeit erreicht wird;

c) Lösunasabbau des Gesteins nahe bei der eingestellten Temnerntur;

d) -^hziehen der Lösung mit einer n-ihruncrsweise aleichbleibenden Zusammensetzung bei der eingestellten Temoeratur.

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Verfahren zum Lösungsabbau von KCl aus einer unterirdischen, KCl und NaCl enthaltenden Gesteinslagerstätte,
gekennzeichnet durch,

a) Bilden eines Hohlraumes in der Lagerstätte;

b) Bewirken, daß Gesteinsschutt in den Hohlraum fällt;

c) Lösungsabbau des Gesteinsschuttes bei einer ersten Temperatur für eine Zeit, die ausreichend ist, um die Abbaugeschwindigkeit bei dieser Temperatur zu bestimmen;

d) Einstellen der Temperatur der Lösung im Hohlraum

auf eine Temperatur in der Nähe der höchsten Temperatur bei der eine crleichbleibende Zusammensetzung bei der Auf lösecreschwindigkeit erreicht wird;

e) Lösungsabbau des Gesteins· nahe bei der eingestellten Temperatur;

f) Abziehen der Lösung aus dem Hohlraum mit einer nähruncrsweise gleichbleibenden Zusammensetzung bei der eingestellten Temperatur.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Lösung im Hohlraum bis auf 15°C oder näher der Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Abbaugeschwindigkeit erreicht wird, annähert.

4. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Lösunq im Hohlraun bis auf 1O°C oder näher der höchsten Temperatur,bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Abbaugeschwindigkeit erreicht wird, annähert.

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5. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Lösung im Hohlraum bis auf 5° oder näher der höchsten Temperatur,bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Auflöseqeschwindigkeit erreicht wird, annähert.

6. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit gleichbleibender Zusammensetzung abgezogene Lösung nahezu 100 % gesättigt in bezug auf NaCl und mind. 80 % gesättigt in bezug auf KCl ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit gleichbleibender Zusammensetzung abgezogene Lösung nahezu 100 % gesättigt in bezug auf SaCl und mind. 90 % gesättigt in bezug auf KCl ist.

8. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit gleichbleibender Zusammensetzung abgezogene Lösung nahezu 100 % gesättigt in bezug auf NaCl und mind. 95 % gesättigt in bezug auf KCl ist.

9. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß man

a) durch Analyse der Konzentrationsabhängigkeit der Hohlraumlösung die Abbaugeschwindigkeit bei einer höheren Temperatur bestimmt und

b) die Temperatur der Lösuna im Hohlraum auf eine Temperatur in der Nähe der höchsten Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Auflösegeschwindigkeit erreicht wird, einstellt.

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10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) erneut bewirkt, daß Gesteinsschutt der Lagerstätte in den Hohlraum fällt;

b) Lösun"sabbauen des Gesteinsschuttes bei einer zweiten TeTneratur für eine Zeit, die ausreicht, um die Abbaugeschwindigkeit bei dieser zweiten Temperatur zu bestinmen;

c) Einstellen der Temperatur der Lösung irr. Hohlraum auf eine Temperatur in der ''Jähe der höchsten Temperatur bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Auflösegeschwindigkeit erreicht wird;

d) Lösungsabbau des Gesteins nahe bei der eingestellten Temperatur

e) Abziehen der Lösung aus dem Hohlraum mit einer nährungsweise Gleichbleibenden Zusammensetzung bei der eingestellten Temperatur.

11. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die einaestellte Temperatur mehr als 5° über der natürlichen Lagerstättenterr.peratur liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die eingestellte Temperatur mehr als 10° über der natürlichen Lagerstättentemperatur lieo-t.

13. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2 , dadurch aekennzeichnet, daß die erste Temperatur mit der natürlichen Laaerstättentemoeratur übereinstimmt.

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14. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösuncsabbau bei der ersten Temperatur für eine Zeit erfolgt, die ausreichend ist, um 20 % Voluir.enveränderung zu erzeuqen.

15. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur durch Einführen von DaPDf in den Hohlraum einstellt.

£. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsabbaugeschwindigkeit etwa 90 π pro Stunde oder mehr beträgt.

17. "erfahren nach den Ansprüchen 11 cder 12, dadurch gekennzeichnet, . daß die Hchlrriurve mehr als 925 m tief unter der Erdoberfläche

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