DE3120734A1

DE3120734A1 - Verfahren zur ausbildung unterirdischer behaelterwaende insbesondere in steinsalzformationen und eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3120734A1
Application number: DE19813120734
Authority: DE
Inventors: Rolf 2000 Hamburg Stahn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-25
Filing date: 1981-05-25
Publication date: 1982-12-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung
unterirdischer Behälterwände insbesondere in Steinsalzformationen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bereits eine Vielzahl von Verfahren bekannt, nach denen in Steinsalzformationen als Kavernen bezeichnete Hohlräume ausgebildet werden können. Diese Verfahren der Kavernenaussoltechnik dienen vornehmlich der Salzausbautung beziehungsweise der nachträglichen Nutzung als Lagerstätte. Nach einzelnen dieser Verfahren ist es ferner bekannt, den Kavernenscheitel durch Verwendung nichtlösender Mittel, wie zum Beispiel Gas- oder Kohlenwasserstoffverbindungen in seiner Aussolung zu blockieren bzw, den Kavernensumpf mit Kunststoff abzudichten. Der Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht darin, daß bei vielen in die Kavernen einzulagernden Mitteln eine physikalische oder chemische Wechselwirkung zwischen den Mitteln und der Kavernenwandung nicht ausgeschlossen werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen, mit dem nicht nur der Kavernensumpf bzw. -scheitel sondern auch die Wände isoliert werden können, so daß ein chemischer oder physikalischer Kontakt zwischen dem in der Kaverne befindlichen Mittel und der Kavernenumgebung vermieden wird.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß in der Erdformation im Bereich der Kavernenumgrenzung bis zur Tiefe der Kavernensohle sich erstreckende schlitzartige Ausnehmungen ausgespült und mit einem Wandmaterial verfüllt werden.
Nach einer Fortbildung der Erfindung ist der durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere in Steinsalzformationen ausgebildete unterirdische Behälter durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet a) die allgemein vertikalen Kavernenwände bestehen aus in schlitzartigen Ausnehmungen in der Steinsalz formation eingebrachtes Wandmaterial b) die Kavernensohle ist nach Aussohlung des von den mit Wandmaterial verfüllten schlitzartigen Ausnehmungen umgebenden Raumes in an sich bekannter Weise mit einem festen Material bis zu den Kavernenwänden beschichtet c) die Kaverne ist nach oben im Bereich des Kavernenscheitels in an sich bekannter Weise mit einem unlöslichen Medium abgedichtet.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch ein vertikal in ein Bohrloch im Erdreich einschiebbares, aus einem Kernrohr und einem Hüllrohr bestehendes Verbundrohr gebildet, durch dessen zwischen dem Kernrohr und dem Hüllrohr ausgebildeten Spülkanal ein Spülmittel zur Aussohlung einbringbar ist, das mit der auszusolenden Gesteinsformation durch den Einlauf des Kernrohrs abpumpbar ist.
Weitere Merkmale der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben und anhand der in den Zeichnungen dargestellten Kavernenausbildungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1a eine erfindungsgemäße Spülvorrichtung in einer Seitenansicht im Schnitt Fig. 1b die Spülvorrichtung nach Fig. 1a in der Draufsicht im Schnitt A-A Fig. 1c den mit Beton oder dergleichen verfüllten Schacht und Schlitz nach Fig. 1a in der Draufsicht im Schnitt Fig. 2a eine Spülvorrichtung mit Spülleitungen für Gerölltaschen in einer Seitenansicht im Schnitt Fig. 2b die Ausbildung von Gerölltaschen in einer und 2c Draufsicht und einer Seitenansicht, jeweils im Schnitt B-B und C-C Fig. 3a eine weitere Ausbildung von Gerölltaschen und 3b Fig. 4a eine erfindungsgemäß ausgebildete Kaverne in und 4b einer Seitenansicht und Draufsicht im Schnitt Fig. 5 eine weitere Kaverne in der Draufsicht im Schnitt Fig. 6a eine weitere Ausbildung einer Spülvorrichtung in der Seitenansicht im Schnitt Fig. 6b einen durch die Spülvorrichtung nach Fig. 6a hergestellten Schlitz in der Draufsicht im Schnitt F-F Die in Fig. 1a dargestellte Vorrichtung zur Ausbildung von Schlitzen 11 für die Erstellung-von Kavernenwänden 40, 41, 42 besteht aus einem Verbundrohr 48, das aus einem Kernrohr 3 und einem Hüllrohr 2 gebildet ist. Das Verbundrohr 48 ist durch ein im Erdreich ausgebildetes Bohrloch 1 vertikal in einen Schacht 5 geführt. An dem unteren Endabschnitt des Verbundrohrs 48 ist eine Schlitzspülvorrichtung 36 angeordnet. Die Schlitzspülvorrichtung 36 besteht aus um Gesenke 49 am Verbundrohr 48 schwenkbare rohrförmige Ausleger 4, in deren Mantelabschnitt Durchbrechungen 10 ausgebildet sind.
Die Gelenke 49 können beispielsweise als flexible Rohrabschnitte ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, die Ausleger 4 insgesamt als flexible Rohre oder Schläuche auszubilden, die die für den Spülvorgang erforderliche Steifigkeit durch den Druck des eingebrachten Spülmediums erhalten. Die Ausleger 4 sind mit dem zwischen dem Kernrohr 3 und dem Hüllrohr 2 ausgebildeten Spülkanal 9 verbunden.
Der Winkel ocist mittels einer Zugvorrichtung 7 einstellbar.
Die Zugvorrichtung 7 weist ein jeweils einem Ausleger 4 zugeordnetes Zugseil 7a auf, das um eine Umlenkrolle 8a am Verbundrohr 48 einer Umlenkvorrichtung 8 geführt ist. Jedes Zugseil 7a ist mittels einer nicht näher dargestellten Stelleinrichtung betätigbar. An jedem Ausleger 4 ist eine Seilbefestigung 8b vorgesehen, an dem das zugehörige Zugseil 7a befestigt ist.
Es ist auch möglich, an dem Verbundrohr 48 koaxial zu diesem Spülleitungen 35 vorzusehen, deren Spülauslässe 35a im Bereich des Einlaufes 12 des Kernrohrs 3 allgemein radial zum Verbundrohr 48 angeordnet sind (Fig. 2a bis 2c).
Wie in Fig. 6a dargestellt, kann der Endabschnitt 50 des Verbundrohrs 48 auch abgewinkelt ausgebildet sein. In dem Mantel des abgewinkelten Abschnitts des Hüllrohrs 25 sind Durchbrechungen 30 ausgebildet. Durch diese Durchbrechungen 30 kann in den Spülkanal 9 eintretendes Spülmittel austreten. Während des Aussolens wird das Verbundrohr 48 um 3600 gedreht, wobei die Schwenkbewegung des Endabschnitts 50 um den Drehpunkt 28 erfolgt.
Im folgenden wird die Ausbildung von Kavernenwänden entsprechend der Erfindung näher erläutert. Wie in Fig. 1a dargestellt, wird zunächst ein Bohrloch 1 erstellt, das in üblicherweise von der Erdoberfläche aus bis in Höhe des geplanten Kavernenscheitels 38 abgetäuft ist. Durch das Bohrloch 1 wird dann das Mantelrohr 48, bestehend aus dem Hüllrohr 2 und einem darin konzentrisch angeordneten Kernrohr 3, mit an das Mantelrohr 48 angeklappten Auslegern 4 der Schlitzspülvorrichtung 36 insgesamt angetäuft. Die hierzu erforderliche Stellung der Ausleger 4 ist in Fig. 1a gestrichelt dargestellt. In dieser Stellung der Ausleger 4 wirkt die Schlitzspülvorrichtung 36 als Schachtspülvorrichtung. Hierbei wird der Schacht 5 durch die mit den Pfeilen "X" gekennzeichnete Strömungsführung bis zur geplanten Schachtsohle 6 ausgesolt. Danach erfolgt die Rückführung des Verbundrohrs 48 mit den angeklappten Auslegern 4 der Schlitzspülvorrichtung 36 bis in ihre Ausgangsstellung am Kavernenscheitel 38.
In dem nun folgenden Arbeitsgang werden die Ausleger 4 um die Gelenke 49 an dem Hüllrohr 2 mittels der Zugvorrichtung 7 über die Umlenkvorrichtung 8 in einem Winkel oC zur Auslenkung gebracht. Hierbei wird durch die in den Auslegern 4 ausgebildeten Durchbrechungen 10 ein Spülmedium gedrückt, welches in der Erdformation einen Schlitz durch Auflösung des Erdreichs ausgebildet. Die Schlitzbreite kann durch die Ausspüldauer an einem Ort und die Breite des Auslegers 4 beeinflußt werden. Die gesättigte bzw. teilgesättigte Sole läuft dem Schacht 5 zu und wird durch den Einlauf 12 über das Kernrohr 3 an die Erdoberfläche befördert.
Das bei diesem Lösevorgang im Schlitzbereich anfallende unlösliche Gestein 13 fällt aufgrund der Schwerkraft zwangsläufig in den hierfür angeordneten Schacht 5 und sammelt sich auf der Schachtsohle 6. Hierdurch ist eine Blockade des Schlitzes 11 durch aus Gestein 13 bestehendes Geröll während der Ausspüldauer verhindert.
Durch das Absenken der ausgelenkten Schlitzspülvorrichtung 36 mit dem Hüllrohr 2, dem Kernrohr 3 und den Auslegern 4 unter gleichzeitiger Aussohlung entsteht der Schlitz 11 bis zur vorgesehenen Kavernensohle 39. Um Verformungen des Schlitzes 11 während des Vortriebs der Schlitzspülvorrichtung 36 zu verhindern, wird kontinuierlich mit dem Absenkvorgang der Schlitzspülvorrichtung 36 ein Stützmedium wie Gas oder Flüssigkeit durch den Ringspalt 14 zwischen Ausleger 4 und Schlitzwandung nachgedrückt.und füllt den Schlitzabschnitt oberhalb des jeweiligen Auslegers 4 aus.
Dieser Abtäufvorgang ist in Fig. 1b als Schnitt A-A nach Fig.
1a dargestellt.
Die Beseitigung des Gesteins 13, das beim Aussohlvorgang des Schlitzes 11 frei wird, kann auch durch ein anderen in den Fig. 2a bis 2c dargestelltes Verfahren erfolgen. Hierbei ist die Anordnung des in Fig. 1a dargestellten Schachtes 5 nicht erforderlich. Das beim Aussohlvorgang der Schlitze 11 anfallende Gestein 13 wird vielmehr in senkrecht bzw. seitlich zum Schlitz 11 angeordnete Gerölltaschen 33 gelagert.
Die Gerölltaschen 33 werden je nach der Menge des anfallenden unlöslichen Gesteins im Verlauf der Schlitztiefe im Abstand 34 durch die im Kernrohr 3 angeordneten Spülleitungen 35 mit dem dargestellten Strömungsverlauf im Bereich des Einlaufes 12 ausgesolt.
Ein weiteres Beispiel zur Anordnung von Gerölltaschen 33 ist in den Fig. 3a und 3b dargestellt. Die Gerölltaschen 33 werden hierbei durch eine geeignete Strömungsführung an den Auslegern 4 am seitlichen Ende der Schlitze 11 in einem vorwählbaren Abstand 34 ausgesolt.
Nach Fertigstellung des Schlitzes 11 wird dieser mit dem Schacht 5 bzw. die Gerölltaschen 33 von unten beginnend, mit einem Füllmedium 15, wie Beton od.dgl., ausgefüllt (Fig. 1c), wobei das Füllmedium beispielsweise von der Erdoberfläche aus durch das Kernrohr 3 gepreßt werden kann. Durch gleichzeitiges ziehen der Schlitzspülvorrichtung 36, bestehend aus dem Hüllrohr 2, dem Kernrohr 3 und den Auslegern 4, entsteht die Kavernenwand imEndbauzustand.
Dieser Bauzustand ist in Fig. 1c im Schnitt A-A dargestellt.
In den Fig. 4a und 4b ist eine nach dem oben beschriebenen Verfahren erstellte Kaverne 47 im Endbauzustand abgebildet, wobei in dem Schnitt E-E die mit dem Füllmedium 15 verfüllten einzelnen Schlitze 11 und Schächte 5 bzw. Gerölltaschen 33 eine Einheit in Form einer geschlossenen Wandung bilden. Dabei können die einzelnen Wandabschnitte entweder gleichzeitig in Form gestoßener Eckausbildungen 20 bzw. von sich überschneidenden Eckausbildungen 21 oder nacheinander in Form von gestoßenen Eckausbildungen erstellt werden.
Nach erfolgter Fertigstellung der geschlossenen Kavernenwandung 40 wird eine weitere Bohrung 16 abgetäuft und die durch die Wandung begrenzte Salzformation 17 nach den bekannten Verfahren bis zur geplanten Kavernensohle ausgesolt.
Die Erstellung der Sole 18 erfolgt dann durch die Verfüllung mit z.B. Beton oder nach anderen bekannten Verfahrensweisen.
In dem so geschaffenen ausgekleideten Kavernenhohlraum konnen nun Medien eingebracht werden, die aufgrund der Sol- und Wandbegrenzungen an einer physikalischen oder chemischen Wechselwirkung mit der Kavernenumgebung gehindert werden.
Den Abschluß zum Kavernenscheitel 38 bildet vorzugsweise ein unlösliches Medium 19, das z.B. ein Gas oder aber eine Kohlenwasserstoffverbindung sein kann.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Kaverne 47 dargestellt. Die einzelnen mit dem Füllmedium 15 wie Beton oder dergleichen verfüllten Schlitze 11 für eine Kavernenwand 41 können sowohl verschiedene Winkels bilden als auch verschiedene Längen 23 aufweisen. Die einzelnen Kavernenwände 41 sind in ihrer Anzahl beliebig zu einer geschlossenen Wandung 44 zusammenfügbar.
Die Erstellung der Kavernenwände kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch entsprechend der in Fig. 6a und 6b dargestellten geschlossenen Wandung 45 erfolgen.
Hierbei wird durch ein Bohrloch 24 ein Hüllrohr 25 eines Verbundrohrs 48 bis auf den Fußpunkt 26 in bekannter Weise durch Aussolen abgetäuft. In dem Hüllrohr 25 ist ein Kernrohr 27 konzentrisch angeordnet. Durch drehen der durch den abgewinkelten Endabschnitt 50 des Verbundrohrs 48 gebildeten Schlitzspülvorrichtung 37 um den Drehpunkt 28 wird ein Ringschlitz 29 rotationssymmetrisch ausgesolt, wobei das Hüllrohr 25 auf seiner gesamten Länge mit Durchbrechungen 30 versehen ist, durch die vom Spülkanal 9 zugeführtes Spülmedium austritt. Die gesättigte bzw. teilgesättigte Sole läuft dem Einlauf 31 zu und wird über das Kernrohr 27 an die Erdoberfläche befördert. Nach Beendigung einer Drehung um einen Winkel r von 3600 ist eine schlitzartige Ausnehmung entstanden, die anschließend mit einem Medium wie Beton od.dgl. verfüllt wird und die geschlossene Wandung 45 der Kaverne 47 bildet.
Der weitere Verfahrensablauf zur Erstellung des isolierten Kavernenhohlraumes erfolgt wie vorab beschrieben. Allerdings ist das Verfahren entsprechend der Fig. 6a und 6b nur bedingt für größere Kavernenhöhen einsetzbar, da der Endabschnitt 50 eine bestimmte Länge nicht überschreiten kann.
Nach der Erfindung wird es somit durch Anwendung der an sich bekannten Schlitzbautechnik ermöglicht unterirdische Kavernen 47 mit Kavernenwänden 40, 41, 42 leicht und einfach zu erstellen, die eine physikalische oder/und chemische Wechselwirkung der in die Kaverne 47 eingelagerten Stoffe mit dem Erdreich verhindern. Die einfach zu erstellenden Kavernenwände 40, 41, 42 können je nach örtlichen Gegebenheiten und Anforderungen in beliebigen Stellungen zueinander angeordnet werden.

Claims

Bez.: Verfahren zur Ausbildung unterirdischer Behälterwände insbesondere in Steinsalzformationen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche 1. Verfahren zur Ausbildung unterirdischer Behälterwände insbesondere in Steinsalzformationen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Erdformation im Bereich der Kavernen« umgrenzung bis zur Tiefe der Kavernensohle sich erstreckende schlitzartige Ausnehmungen ausgespült und mit einem Wandmaterial verfüllt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den schlitzartigen Ausnehmungen oder im mittigen Schacht Hohlräume zur Lagerung von Gestein ausgebildet und beim Verfüllen der schlitzartigen Ausnehmungen oder der Kavernensohle mit verfüllt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzartigen Ausnehmungen während des Aussolens in an sich bekannter Weise mit einem Stützmedium verfüllt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Wandabschnitt der Kaverne eine schlitzartige Ausnehmung ausgebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzartigen Ausnehmungen für die Kavernenwandung als kreisringförmiger Schlitz ausgebildet werden.
6. Unterirdischer Behälter insbesondere in einer Steinsalzformation, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale a) die allgemein vertikalen Kavernenwände (40, 41, 42) bestehen aus in schlitzartigen Ausnehmungen in der Steinsalzformation nach Anspruch 1 bis 5 eingebrachtes Wandmaterial, b) die Kavernensohle (39) ist nach Aussoolung des von den mit Wandmaterial verfüllten Schlitzen (11) umgebenden Raumes in an sich bekannter Weise mit einem festen Material bis zu den Kavernenwänden (40, 41, 42) beschichtet, c) die Kaverne (47) ist nach oben im Bereich des Kavernenscheitels (38) in an sich bekannter Weise mit einem unlöslichen Medium abgedichtet.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein vertikal in ein Bohrloch (1, 24) im Erdreich einschiebbares, aus einem Kernrohr (3, 27) und einem Hüllrohr (2, 25) bestehendes Verbundrohr (48), durch dessen zwischen dem Kernrohr (3, 27) und dem Hüllrohr (2, 25) ausgebildeten Spülkanal (9) Spülmittel zum Aussolen einbringbar ist, das mit der auszusolenden Gesteinsformation durch den Einlauf (12) des Kernrohrs (3, 27) abpumpbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundrohr (48) mit einer vom Spülkanal (9) mit einem Spülmittel beaufschlagten Schlitzspülvorrichtuna. (36; 37) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzspülvorrichtung (36) aus am Verbundrohr (48) schwenkbar angeordneten rohrförmigen Auslegern (4) mit Durchbrechungen (10) zum Austritt des Spülmittels bestehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausleger (4) mittels einer Zugvorrichtung (7) verschwenkbar sind, die aus einem mit jeweils einem Ausleger (4) verbundenen Zugseil (7a) besteht, das um eine am Verbundrohr (48) gelagerte Umlenkrolle (8a) geführt und mittels einer Stelleinrichtung betätigbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch bis 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Verbundrohr (48) Spülleitungen (35) angeordnet sind, deren Spülauslässe (35a) im Bereich des Einlaufs (12) allgemein radial zum Verbundrohr (48) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (50) des Verbundrohrs (48) abgewinkelt und in dem Mantel des angewinkelten Abschnitts des Hüllrohrs (25) Durchbrechungen (30) ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (50) des Verbundrohrs (48) um einen Drehpunkt (28) drehbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausleger (4) mittels Gelenken (49) mit dem Verbundrohr (48) verbunden sind
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (49) als flexible Rohrabschnitte ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausleger (4) als flexible Rohre oder Schläuche ausgebildet sind.