DE4319941A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aussolen von Salzkavernen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aussolen von Salzkavernen für das Speichern von Erd­ gas.

Das Aussolen von Kavernen im Salzgestein dient der Sole­ gewinnung für die industrielle Weiterverarbeitung und er gibt Hohlräume für das Speichern flüssiger oder gasförmi­ ger Stoffe sowie zum Deponieren. Dem Erstellen von Kaver­ nen zum Speichern von Erdgas mit einem nutzbaren Volumen bis 700.000 m³ kommt bei der Energieversorgung kommunaler und industrieller Abnehmer eine große Bedeutung zu. Bei der bisher angewandten Soltechnologie sind die Teufenlage und die geometrische Form der Salzkaverne durch den Ge­ birgsaufbau sowie durch eine geomechanische Berechnung und Bewertung vorgegeben.

Für das Aussolen wird zunächst eine Kavernenbohrung mit anschließendem Kavernenschlauch durch das Deckgebirge hindurch bis in den Salzstock abgeteuft und durch eine bis zum Kavernendach reichenden, einzementierte Rohrtour gesichert. In diese einzementierte Rohrtour werden zwei konzentrisch ineinandergehängte Spülrohrstränge, die äu­ ßere Spülrohrtour und die innere Spülrohrtour, eingebaut. Über den Ringraum zwischen der äußeren Spülrohrtour und der einzementierten Rohrtour wird ein Blanketmedium ein­ gepumpt. Dieses Blanketmedium besteht aus Mineralöl, bei­ spielsweise leichtem Heizöl oder einem verflüssigten Pro­ pan-Butan-Gemisch. Aufgrund der geringeren Dichte gegen­ über der Sole deckt das Blanketmedium während des Ausso­ lens das aktuelle Kavernendach ab und verhindert dadurch, daß ein Aussolen in der an sich bevorzugten Auflösungs­ richtung nach oben stattfindet. Auf diese Weise ist ein kontrolliertes Aussolen im darunter liegenden Kavernenbe­ reich gewährleistet.

Grundsätzlich stehen zwei Solverfahren und deren Kombina­ tion zur Verfügung. Beim indirekten Aussolen wird Frisch­ wasser durch den Ringraum der beiden Spülrohre in die Ka­ verne eingeleitet und steigt, während es sich mit der be­ reits vorhandenen Sole mischt, zum jeweiligen Ka­ vernendach auf. Die nur teilgesättigte Sole fließt unter weiterer Aufkonzentration im Bereich der Kavernenwand ab­ wärts und wird mit der höchsten Sättigung durch die in­ nere Spülrohrtour im Kavernentiefsten abgezogen.

Beim direkten Solen wird das Frischwasser durch die in­ nere Spülrohrtour in die Kaverne gepumpt, strömt außer­ halb des inneren Rohres aufgrund der geringeren Dichte gegenüber der Sole zum jeweiligen Kavernendach auf, kon­ zentriert sich auf dem Weg dorthin auf und wird im Ring­ raum zwischen beiden Spülrohren wieder aus der Kaverne abgezogen. In der Regel läßt sich beim direkten Solen keine gesättigte Sole produzieren.

In der Praxis wird das Aussolen normalerweise als Kombi­ nation beider Verfahren unter Zuhilfenahme eines rechner­ gestützten Solsimulationsverfahrens durchgeführt.

Die soltechnische Entwicklung der Kaverne ist abhängig von dem jeweiligen Solverfahren - direkt oder indirekt -, und von der Absetzteufe der Spülrohre sowie der Solrate. Der Blanketspiegel wird während der einzelnen Aussolpha­ sen möglichst in gleicher Teufe gehalten. Der Einsatz von größeren Blanketmengen zum Abdecken großer Volumenberei­ che ist mit den bereits erwähnten Blanketmedien mit er­ heblichen finanziellen Aufwendungen verbunden. Um bei­ spielsweise für eine im Vergleich zum eingangs erwähnten Volumen kleine Kaverne mit einem Volumen von 150.000 m³ den oberen Drittelbereich mit leichtem Heizöl abzudecken, sind ca. 50.000 m³ leichtes Heizöl mit Kosten in Höhe von ca. 25 Mio DM erforderlich. Dies ist wirtschaftlich nicht vertretbar.

Die beim Aussolen von Kavernen entstehende Sole wird ent­ weder zur industriellen Weiterverarbeitung abgeleitet, in tiefe Gesteinsschichten abgesenkt oder umweltgerecht ins Meer oder in seenahe Flußsysteme gepumpt.

Nach Beendigung des Aussolens und dem echometrischen End­ vermessen der Kaverne werden die Spülrohre ausgebaut und die Untertageausrüstung für den späteren Gasbetrieb ein­ gebaut sowie der Gasförderkopf aufgebaut.

Vor dem Beginn des Gaseinspeicherns muß die nach dem Aus­ solen noch in der Kaverne befindliche Sole mit dem Spei­ chermedium Gas verdrängt werden. Hierzu wird ein Soleaus­ lagerungsstrang bis zum Kavernenboden in die Bohrung ein­ gebaut. Das Gas wird über den Ringraum zwischen der Gas­ fördertour und dem Soleauslagerungsstrang eingepreßt und verdrängt die Sole über den Soleauslagerungsstrang bis übertage. Nach Beendigung der Soleverdrängung wird der Soleauslagerungsstrang mit Hilfe einer Hochdruckschleuse gezogen. Von diesem Zeitpunkt an steht die Kaverne für den Gasbetrieb zur Verfügung.

Das Einspeichern von Erdgas in eine Kaverne erfolgt in der Weise, daß Erdgas aus dem Netz, beispielsweise einer Gasfernleitung, über eine Meßstation und einen vorge­ schalteten Abscheider einem Verdichter zugeführt wird. Nach dem Komprimieren auf Kavernendruck geht der weitere Weg über eine Betriebsmessung und Gasfeldleitungen in die Kavernenbohrung.

Das Ausspeichern von Erdgas aus einer Kaverne erfolgt in der Weise, daß das Erdgas über die Gasfeldleitungen, die Betriebsmessung und den Abscheider sowie eine Vorwärmung in eine Entspannungsregelung gelangt. Hier wird das Erd­ gas von dem hohen Kavernenkopfdruck auf den in der Regel niedrigeren Gasfernleitungsdruck entspannt. Der Regelung nachgeschaltet ist eine Gastrocknung und nochmals eine Übergabemessung zum Registrieren der in das Netz einge­ speisten Gasmenge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aussolen von Salzkavernen für das Speichern von Erdgas zu schaffen, das sich kostengün­ stig durchführen läßt.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird ein Verfahren vorgeschlagen, das erfindungsgemäß Erdgas als Blanketme­ dium verwendet.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß das spätere Speichermedium Erdgas dem Betreiber in unbegrenz­ ter Menge und zu Selbstkosten zur Verfügung steht und sich daher ohne weiteres als Blanketmedium verwenden läßt. Da das Erdgas bei der Verwendung als Blanketmedium nicht verlorengeht, läßt sich eine Kaverne durch Nach­ pressen von Erdgas, auch in größeren Mengen, und damit bewirktes gezieltes Absenken des Blanketspiegels von oben nach unten soltechnisch entwickeln, wobei sich schlecht solende Teufenbereiche der Kaverne mit dem ohnehin zur Verfügung stehenden Erdgas abdecken lassen, während ein Nachsolen von bereits im Gasbetrieb befindlichen Kavernen in beliebigen Teufen ebenfalls möglich ist.

Das Erdgas kann mit einem solchen Druck in die Solkaverne eingespeichert werden, daß sich ein vorgegebener Blan­ ketspiegel entsprechend der geforderten Aussolung ein­ stellt. Zum gezielten Nachsolen bzw. zum gezielten Ausso­ len bei einer Fehlsolung wird der Gasblanketspiegel durch Nachpressen bis in den Bereich der Fehlsolung abgesenkt, und das weitere Aussolen findet in diesem Bereich statt.

Zu diesem Zweck können die Enden der beiden Spül­ rohrtouren in Abhängigkeit vom einzustellenden Blan­ ketspiegel und vom direkten oder indirekten Solverfahren verschiebbar sein.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aussolen von Salz­ kavernen besteht aus einer in das Deckgebirge und den Salzstock bis zum Kavernendach einzementierten Rohrtour, einer darin abgedichtet eingehängten, ebenfalls bis zum Kavernendach reichenden Gasfördertour, einer den Ringraum zwischen den Rohrtouren ausfüllenden Schutzflüssigkeit, einer in die Gasfördertour eingehängten, längenveränder­ lichen, bis unterhalb des Gasblanketspiegels reichenden äußeren Spülrohrtour und einer in die äußere Spülrohrtour eingehängten, längenveränderlichen inneren Spülrohrtour.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht somit bereits aus der Untertageausrüstung für den späteren Gasbetrieb und dem übertage befindlichen Gasförderkopf; sie weist zusätzlich nur die äußere Spülrohrtour und die innere Spülrohrtour auf, um die Kaverne aussolen zu können. Diese Rohre können nach Beendigung des eigentlichen Solprozesses in der Gasfördertour verbleiben, so daß ein späteres Nachsolen von bereits im Gasbetrieb befindlichen Kavernen in beliebigen Teufen möglich ist.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dabei verwendeten Vorrichtung besteht darin, daß sich das Blanketmedium Erdgas jederzeit zu Versorgungszwecken aus der teilgesolten Kaverne entnehmen bzw. in die Ka­ verne einspeichern läßt. Hierzu muß das Aussolen aller­ dings zeitweise unterbrochen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren er­ läutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den Beginn des Aussolens nach dem Abteufen der Kavernenbohrung,

Fig. 2 eine Kaverne, nachdem sie zu etwa einem Drittel fertiggestellt ist,

Fig. 3 die Kaverne, nachdem sie etwa zu zwei Drit­ teln fertiggestellt ist, mit einer Fehlso­ lung,

Fig. 4 eine Darstellung der Beseitigung einer Fehlsolung und

Fig. 5 die im wesentlichen fertiggestellte Ka­ verne.

Zum Herstellen einer Kaverne wird an der Oberfläche zunächst nach dem Einrammen eines kurzen Standrohres ein Bohrkeller 12 angelegt, von dem eine Kavernenbohrung durch das Deckgebirge 11 in eine Salzlagerstätte 13 bis auf das erforderliche Niveau abgeteuft wird. Eine bis zu­ tage (bis zur Oberfläche) zementierte und im festen Ge­ stein des Deckgebirges abgesetzte Ankerrohrtour wird in die Bohrung eingebaut (Standrohr und Ankerrohrtour sind in den Zeichnungen nicht dargestellt). Danach wird eine äußere Rohrtour 1 in diese Bohrung eingebracht. Sie reicht bis oberhalb des Dachbereiches der auszusolenden Kaverne. Eine bis zur Oberfläche durchgeführte Zementa­ tion 2 ist für die Dichtheit der Rohrtour 1 gegenüber dem Erdgas in der Kaverne verantwortlich. In die äußere Rohr­ tour 1 ist eine Gasfördertour 3 eingehängt, die gegenüber der äußeren Rohrtour 1 im unteren Bereich durch einen Packer 10 abgedichtet ist. Der Ringraum zwischen der äußeren Rohrtour 1 und der Gasfördertour 3 ist durch eine Schutzflüssigkeit 4 ausgefüllt. An die Gasfördertour 3 ist eine Druckleitung 5 für Erdgas als Blanketmedium an­ geschlossen. Diese Druckleitung 5 steht im übrigen mit der oberirdischen Anlage zum Ein- und Ausspeichern von Erdgas in Verbindung.

In die Gasfördertour 3 sind eine äußere Spülrohrtour 6 und eine innere Spülrohrtour 8 eingehängt; die äußere Spülrohrtour 6 steht beim indirekten Solverfahren mit ei­ ner Druckleitung 7 für Frischwasser sowie beim direkten Aussolen für Sole und die innere Spülrohrtour 8 mit einer Druckleitung 9 - beim indirekten Solverfahren für Sole sowie beim direkten Aussolen für Frischwasser - in Ver­ bindung.

Um eine Kaverne auszusolen wird beim indirekten Aussolen - wie in den Zeichnungen dargestellt - Frischwasser über die Druckleitung 7 und den Ringraum zwischen der inneren Spülrohrtour 8 und der äußeren Spülrohrtour 6 bis in etwa die Höhe eines Kavernenschlauchs 19 zugeführt. Über die Druckleitung 5 und die Gasfördertour 3 wird komprimiertes Erdgas 18 ebenfalls in den Kavernenschlauch 19 geleitet, und zwar so viel, daß sich ein Blanketspiegel 17 in einer das Kavernendach bestimmenden Höhe einstellt. Der in die­ ser Phase zu solende Kavernenbereich 14 befindet sich un­ terhalb des Gasblanketspiegels. Das aus dem äußeren Spül­ rohr 6 austretende Frischwasser steigt bis zum Blan­ ketspiegel 17 auf, strömt von dort an der Kavernen­ schlauchwandung nach unten, löst dabei das Salz der Wan­ dung und gelangt in die innere Spülrohrtour 8, deren Ende oberhalb des jeweiligen Kavernenbodens 16 angeordnet ist, und steigt dann in der inneren Spülrohrtour 8 bis zur Druckleitung 9 auf, von wo es zur industriellen Weiter­ verarbeitung oder Entsorgung abgeleitet wird.

Das direkte Aussolen unterscheidet sich von indirekten Solverfahren dadurch, daß das zum Solen der Kaverne notwendige Frischwasser durch die Druckleitung 9 und die innere Spülrohrtour 8 in die Kaverne eingeleitet wird und zum Blanketspiegel 17 aufsteigt. Die aufgesättigte Sole gelangt dann über den Ringraum der inneren Spülrohrtour 8 und der äußeren Spülrohrtour 6 in die Druckleitung 7.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie sich durch Einstellen des Blanketspiegels 17 ein Kavernendach 15 in gewünschter Lage entwickelt, ohne dabei in unerwünschter Weise nach oben zu wandern.

In Fig. 3 ist die Kaverne zu etwa zwei Dritteln fertigge­ stellt, wobei sich eine Fehlsolung 20 ergeben hat. Diese Fehlsolung läßt sich gezielt beseitigen, indem durch Ein­ pressen von Erdgas der Blanketspiegel 17 so weit abge­ senkt wird, wie in Fig. 4 dargestellt, daß die Fehlsolung 20 ausgesolt wird, ohne daß die darüber liegenden Berei­ che mit der Sole in Berührung kommen.

Die fertige Kaverne 14 ist aus Fig. 5 ersichtlich; sie ist größtenteils noch mit Sole gefüllt, die durch Ein­ pressen von Erdgas 18 durch die innere Spülrohrtour 8 entfernt wird.

Sowohl die äußere Spülrohrtour 6 als auch die innere Spülrohrtour 8 lassen sich in der Kaverne so höhen­ verstellen, daß das Aussolen mit Bezug auf den Blan­ ketspiegel 17 und das gewählte Solverfahren (indirekt oder direkt) stets in der wirksamsten Weise abläuft.

Claims (4)

1. Verfahren zum Aussolen von Salzkavernen für das Spei­ chern von Erdgas, gekennzeichnet durch die Verwendung von Erdgas als Blanketmedium.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdgas mit einem solchen Druck in die Kaverne eingespeichert wird, daß sich ein vorgegebener Blan­ ketspiegel einstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das freie Ende der inneren und/oder der äußeren Spülrohrtour in Abhängigkeit vom einzu­ stellenden Blanketspiegel verschieben läßt.

4. Vorrichtung zum Aussolen von Salzkavernen für das Speichern von Erdgas mit

• - einer im Deckgebirge (11) und im Salzstock (13) bis zum Kavernendach (15) einzementierten Rohr­ tour (1),
• - einer darin abgedichtet eingehängten, ebenfalls bis zum Kavernendach reichenden Gasfördertour (3),
• - einer den Ringraum zwischen der einzementierten Rohrtour und der Gasfördertour ausfüllenden Schutzflüssigkeit,
• - einer in die Gasfördertour eingehängten, längen­ veränderlichen, bis unterhalb des Blanketspiegels reichenden äußeren Spülrohrtour (6) und
• - einer in die äußere Spülrohrtour eingehängten, längenveränderlichen, inneren Spülrohrtour (8).