NL2014964B1 - Inrichting en werkwijze ter compensatie van winning van aardgas uit een aardgasveld. - Google Patents

Abstract

Inrichting voor het compenseren van winning van aardgas (g) uit een aardgasveld (G), in het bijzonder ter voorkoming van verzakking van boven het aardgasveld liggende aardlagen en/of aardbevingen, omvattende: -een of meer aanvoerkanalen (1) ingericht om compensatie-gas aan het aardgasveld toe te voeren; en -ten minste een aan de aanvoerkanalen (1) koppelbare eerste gasbron (11) welke een niet-inert gas (F) bevat. De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het compenseren van winning van aardgas (g) uit een aardgasveld (G), in het bijzonder ter voorkoming van verzakking van boven het aardgasveld liggende aardlagen, omvattende: -het toevoeren van een niet-inert compensatiegas aan het aardgasveld.

Description

Titel: Inrichting en werkwijze ter compensatie van winning van aardgas uit een aardgasveld.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het compenseren van winning van aardgas uit een aardgasveld, omvattende een of meer aanvoerkanalen ingericht om een compensatie-gas aan het aardgasveld toe te voeren.

Aardgas is een belangrijke bron voor energievoorziening. Aardgas wordt doorgaans gewonnen uit aardgasvelden. Een aardgasveld (ook wel ‘gasbel’ genoemd) bevindt zich doorgaans relatief diep in de bodem, bijvoorbeeld op een diepte van 1 km of meer. Het aardgasveld bevindt zich in het bijzonder in een of meer ondergrondse lagen (van zandsteen), doorgaans opgesloten onder een gasdichte ondergrondse laag.

Hoofdbestanddeel van een dergebjk aardgasveld of aardgasbel is methaan (bijvoorbeeld ten minste circa 80%). Verder kan het aardgasveld andere koolwaterstoffen bevatten, en inerte gassen zoals stikstof, argon en/of koolstofdioxide. Om het aardgas (e. natural gas) te winnen wordt doorgaans een aantal putten geslagen. Het aardgas, dat doorgaans een boven-atmosferische druk heeft, kan dan uit het veld worden gewonnen.

Gebleken is dat de aardgaswinning tot problemen kan leiden, in het bijzonder tot lokale trillingen of aardbevingen en bijbehorende schade aan de omgeving. Als mogelijke oorzaak voor dergelijke trillingen of aardbevingen wordt gewezen op een met gaswinning gepaard gaande drukverlaging in de gasbel, welke plotselinge verschuivingen van breukvlakken ten opzichte van elkaar teweeg kan brengen. Voorgesteld is om dit probleem op te lossen door stikstof in het gasveld te pompen ter compensatie van het uit het veld afvoeren van aardgas, in het bijzonder om de druk in het gasveld op een bepaald uitgangsniveau te houden. Belangrijk nadeel van deze oplossing is de relatief hoge kostprijs daarvan.

De onderhavige uitvinding beoogt genoemde problemen op te heffen of althans te verminderen. In het bijzonder beoogt de uitvinding een verbetering van aardgaswinning waarbij schade aan de omgeving op efficiënte wijze en economisch gunstige manier kan worden tegengegaan. Verder beoogt de uitvinding een verbetering van energievoorziening.

Volgens een aspect van de uitvinding wordt hiertoe een inrichting voorzien welke is gekenmerkt door de maatregelen van conclusie 1.

Met voordeel omvat een inrichting voor het compenseren van winning van aardgas uit een aardgasveld, in het bijzonder ter voorkoming van verzakking van boven het aardgasveld liggende aardlagen en/of aardbevingen: -een of meer aanvoerkanalen ingericht om een of meer compensatie-gassen aan het aardgasveld toe te voeren; en -ten minste een aan de een of meer aanvoerkanalen koppelbare eerste gasbron welke een niet-inert gas bevat.

Op deze manier kan een bijzonder efficiënte compensatie worden bereikt van gaswinning (in het bijzonder om een door gaswinning veroorzaakte drukvermindering in het gasveld tegen te gaan), simpelweg door het toevoeren van een niet-inert gas. Volgens een extra voordelige uitwerking van de uitvinding bestaat het niet-inerte gas uit lucht. De lucht kan bijvoorbeeld omgevings- of dampkringlucht zijn.

Volgens een nadere uitwerking is de inrichting uitgevoerd voor het per tijdseenheid in het gasveld invoeren van eenzelfde of een grotere hoeveelheid niet-inert gas als gedurende die tijdseenheid uit het gasveld te winnen aardgashoeveelheid

Op deze manier kan een volledige compensatie worden bereikt. Door een grotere hoeveelheid compensatiegas aan het aardgasveld toe te voeren kan voorts druk in het gasveld worden verhoogd. Additioneel voordeel is dat het gasveld zo als energie-opslag kan worden gebruikt. Hierbij kan zich in het gasveld bevindend gas in het bijzonder fungeren als een volumineus energie-opslag medium om (potentiële) energie in op te slaan, waarbij de energieopslag equivalent is aan een drukverhoging in het gasveld. De energie kan dan eenvoudig uit het energie-opslag medium worden onttrokken door gas af te voeren (i.e. omzetting van potentiële energie in kinetische energie).

Volgens een extra voordelige uitwerking van de uitvinding is de inrichting geconfigureerd voor het toevoegen van een inert gas als een scheidingslaag tussen zich in het gasveld bevindend aardgas en het niet-inerte gas.

Op deze manier kan een ongewenste chemische reactie tussen niet-inert gas en het aardgas worden tegengegaan.

Bij voorkeur is de inrichting verder voorzien van ten minste een aan de aanvoerkanalen koppelbare tweede gasbron welke een inert gas bevat. Het inerte gas kan bijvoorbeeld stikstof zijn, of rookgas, of een zuurstofvrij gas, of bijvoorbeeld een combinatie van dergelijke gassen.

Volgens een uitvoering kan de inrichting zijn voorzien van een of meerdere aanvoerkanalen vanaf het maaiveld tot aan of/en in de bodem van een aardgasbel. Verder kunnen aan de een of meerdere aanvoerkanalen op het maaiveld persdampkringluchtcompressoren en toebehoren zijn gekoppeld voor het door die leidingen persen van grote hoeveelheden aan persdampkringlucht. Daarnaast kan de inrichting zijn voorzien van een aan dat aanvoerkanaal of die aanvoerkanalen gekoppeld fijnmazig en bij voorkeur over de gehele bodem uitstrekkend leidingstelsel waarin zich maximaal verspreid miljarden kleine uitstroomopeningen bevinden voor het zo geleidehjk mogehjk over de gehele bodem van de aardgasbel verspreid laten uitstromen van de aangevoerde persdampkringlucht.

Volgens een voorkeursuitvoering zijn de een of meer aanvoerkanalen ingericht om compensatiegas op een verticaal niveau nabij een bodem van het gasveld aan het veld toe te voeren. Op deze manier kan het compensatiegas het aardgas nabij of vanaf de bodem van het gasveld verdringen.

Volgens een voorkeursuitvoering zijn de een of meer aanvoerkanalen ingericht om gas op een verticaal niveau boven een bodem van het gasveld aan het veld toe te voeren. Bij voorkeur kan een genoemd compensatiegas het aardgas over een relatief grote verticale afstand verdringen, bijvoorbeeld zijwaarts gezien vanaf het aanvoerkanaal. Het kanaal kan hiertoe bijvoorbeeld zijn ingericht (bijvoorbeeld met een reeks uitstroomopeningen) om gas op verschillende verticale posities in het aardgasveld in te voeren.

Bij voorkeur is een genoemd aanvoerkanaal ingericht om gas vanuit verschillende posities gedoseerd aan het veld toe te voeren, waarbij bijvoorbeeld een specifieke dosering per positie instelbaar is of reeds is ingesteld. Zo kan het kanaal bijvoorbeeld zijn ingericht om vanuit een eerste (bijvoorbeeld relatief lage positie) een eerste hoeveelheid/debiet gas (m3/s) toe te voeren, en om op een tweede positie (bijvoorbeeld een positie die hoger is dan de eerste positie) een tweede hoeveelheid/debiet gas (m3/s) toe te voeren. De tweede hoeveelheid/debiet gas verschilt (is bijvoorbeeld kleiner) dan de eerste hoeveelheid gas, om een onderling verschillende dosering te bereiken.

Volgens een nadere uitwerking wordt het gasveld door de een of meer aanvoerkanalen gepenetreerd, waarbij tijdens gebruik compensatiegas zodanig in het gasveld wordt gevoerd via de een of meer aanvoerkanalen, dat het compensatiegas zowel een onderlaag (gasveldbodem) als bovenlaag (gasveld-bovenzijde) bereikt, en in het bijzonder zodanig dat het compensatiegas een barrière vormt tussen een (zich in het gasveld uitstrekkende) buitenzijde van elk van de een of meer aanvoerkanalen en zich in het gasveld bevindend aardgas.

De term “gasbron” dient ruim opgevat te worden. Zo kan genoemde eerste gasbron bijvoorbeeld een of meer compressoren omvatten, bijvoorbeeld luchtcompressoren, in het bijzonder ingericht voor het door de een of meer aanvoerkanalen persen van het niet-inerte gas.

Evenzo kan genoemde tweede gasbron bijvoorbeeld een of meer compressoren omvatten, in het bijzonder ingericht voor het door de een of meer aanvoerkanalen persen van het inerte gas. De tweede gasbron kan voorts een of meer reservoirs voor opslag van dat inerte gas omvatten, productiemiddelen voor het produceren van dat inerte gas, en dergelijke.

Genoemde een of meer compressoren kunnen tijdens bedrijf een aanzienlijke hoeveelheid warmte genereren. Bij voorkeur is inrichting voorzien van ten minste een warmtereservoir om warmte op te slaan die bij gebruik van de een of meer compressoren vrijkomt.

In een extra voordelig aspect omvat de inrichting middelen voor het in het gasveld opslaan van energie in de vorm van stijgende druk, bijvoorbeeld stijgende persluchtdruk. Om in het veld opgeslagen energie te gebruiken kan de inrichting verder zijn voorzien van ten minste een elektriciteitsgenerator welke aandrijfbaar is door in het gasveld opgeslagen energie. Hierbij is het mogelijk dat de aandrijving gepaard gaat met decompressie van uit het gasveld afgevoerd gas. Dergelijke decompressie leidt doorgaans tot warmteverlies, c.q. koeling. In dat geval is het bijzonder voordelig indien de inrichting is ingericht om een met deze decompressie gepaard gaande koeling ten minste deels te compenseren onder gebruikmaking van warmte uit het genoemde warmtereservoir. Aldus kan een bijzonder milieuvriendelijke en efficiënte warmteopslag worden bereikt.

Verder biedt de uitvinding een werkwijze voor het compenseren van winning van aardgas uit een aardgasveld, in het bijzonder ter voorkoming van verzakking van boven het aardgasveld liggende aardlagen, omvattende: -het toevoeren van een niet-inert compensatiegas (bijvoorbeeld lucht) aan het aardgasveld.

Hiermee kunnen bovengenoemde voordelen worden bereikt. Bij voorkeur wordt een inert compensatiegas aan het gasveld toegevoerd alvorens het niet-inerte compensatiegas aan het gasveld wordt toegevoerd, in het bijzonder zodanig dat het inerte compensatiegas een scheiding vormt tussen het aardgas en het niet-inerte gas. Voorts blijkt het voordelig te zijn, in het bijzonder bij gasvelden die relatief dun zijn (bijv. met een verticale afmeting van circa 100 m) ten opzichte van horizontale afmetingen (bijvoorbeeld meer dan 1 km), wanneer het compensatiegas een zich tussen een gasveldbodem en gasveldbovenzijde uitstrekkend part van dat veld volledig vult. Daarmee kan drukafhame in het gasveld efficiënt worden tegengegaan, en kunnen in het bijzonder verschillende compensatiegassen (bijvoorbeeld eerst een inert gas als concentrische buitenbuffer en vervolgens een niet-inert gas in een concentrische binnenlaag) worden gebruikt. Genoemde compensatiegassen kunnen hierbij een of meer verticale kolommen vormen in het aardgasveld, althans respectieve aanvoerkanalen 1 (concentrisch) omgeven. Een hoogte van een dergelijke kolom kan bijvoorbeeld meer dan 10 m bedragen, in het bijzonder meer dan 50 m, hetgeen bijvoorbeeld afhangt van de lokale hoogte van het gasveld (i.e. een afstand tussen een gasveldbodem en gasveldbovenzijde, bij of nabij een locatie waar het compensatiegas in het gasveld wordt ingebracht).

Een toepassing, die gebruik kan maken van de innovatieve werkwijze, omvat een werkwijze voor het opslaan van energie, waarbij gas wordt toegevoerd aan een ondergronds gasveld, bijvoorbeeld aardgasveld. Aldus kan een, doorgaans volumineus ondergronds gasveld als energiebuffer worden ingezet. Een volume van een dergelijk gasveld kan bijvoorbeeld ten minste 0,1 km x 1 km xl km bedragen. Het bij deze werkwijze te gebruiken gas kan bijvoorbeeld lucht omvatten, of stikstof, rookgas, afvalgas, of een combinatie van deze of andere gassen.

Volgens een nadere uitwerking omvat de werkwijze comprimeren van het gas, waarbij bij het comprimeren warmte vrijkomt (bijvoorbeeld uit het gas wordt onttrokken), waarbij de zo vrijgekomen warmte ten minste deels in een warmtereservoir wordt op geslagen.

Een aspect van de uitvinding biedt een werkwijze voor het opwekken van elektriciteit, bijvoorbeeld in combinatie met een hierboven beschreven werkwijze, omvattende afvoer van gecomprimeerd gas, bijvoorbeeld perslucht, uit een ondergronds gasveld, bijvoorbeeld aardgasveld, om een generator aan te drijven.

Volgens een uitvoering kan het gas worden gedecomprimeerd, waarbij een met deze decompressie gepaard gaande koeling ten minste deels wordt gecompenseerd onder gebruikmaking van warmte uit een genoemd warmtereservoir.

Zoals uit het bovenstaande volgt omvat een aspect van de uitvinding een methode voor dampkringluchtinbreng in aardgasvelden, eventueel met toevoeging van stikstofgas.

Toevoeging van stikstofgas in de vorm van een scheidingslaag tussen het aardgas en de dampkringlucht ten behoeve van het uitsluiten van explosiegevaar behoort hierbij tot de mogelijkheden.

Zoet water drijft op zout water omdat het soortelijk gewicht van zoet water =2,5% lichter is dan dat van zout water. Dieselolie drijft op water omdat het soortelijk gewicht van dieselolie =15,8% lichter is dan dat van water. Aardgas drijft op dampkringlucht omdat de soortelijke massa van aardgas =35,4% lichter is dan die van dampkringlucht. Daarom kan aardgas volgens een aspect van de uitvinding uit een aardgasbel omhoog gedreven worden door het inbrengen van dampkringlucht met een nagenoeg dezelfde drukwaarde dan de in de aardgasbel heersende gasdruk op en/of in de bodem van een aardgasbel en kan tegelijkertijd vanuit het hoogste punt of de hoogste punten van de aardgasbel een even grote hoeveelheid aardgas uit die aardgasbel worden gewonnen zonder dat deze aardgaswinning tot een toestandsverandering van zowel de gesteldheid van de aardgasbel en het aardgasveld als die van zijn omgeving en de boven dat aardgasveld bevindend bodempakket gaat leiden. Hiermee zullen aardverzakkingen en aardbevingen die nu wel het gevolg zijn van huidige aardgaswinningen niet meer of in mindere mate voor gaan komen of hoeven te komen.

Een toestand waarin een hoeveelheid zoet grondwater drijft op zout grondwater is een fenomeen dat overal in de wereld in bodems voorkomt en alom bekend is. Wanneer het grondwater niet al te sterk stroomt is dit een toestand die als vrij stabiel mag worden benoemd waarin menging van zoet en zout water slechts in geringe mate voor komt of voor hoeft te komen. Wanneer bijvoorbeeld in een voor een derde deel met water gevuld glas een zelfde hoeveelheid gekleurde dieselolie wordt gegoten zal de dieselolie nagenoeg per direct op het water gaan drijven waarbij de scheiding tussen het water en de olie heel duidelijk zichtbaar zal zijn. Bovendien kan in die toestand het glas met die inhoud vrij stevig geschud worden zonder dat menging van de olie en het water plaats gaat vinden. De oorzaak van dit overtuigend resultaat is te danken aan het relatieve grote verschil in soortelijk gewicht tussen water en olie. In vergelijking met deze twee bovenstaande voorbeelden is het massaverschil tussen dampkringlucht en aardgas nog veel groter en mag derhalve verwacht worden dat bij een uiterst geleidelijke instroom van pers dampkringlucht van onder op vanuit een wijdvertakt in en/of op de bodem van de aardgasbel aangebracht leidingstelsel door een ontelbaar aantal kleine gaatjes in ordegrootte van miljarden het dampkringlucht instromende dampkringluchtvolume zich in eerste instantie over de bodem van de aardgasbel met een zeer lage flow zal verspreiden en vervolgens als een soort deken zich onder het aardgasvolume zal manifesteren. Tevens zal door dat genoemde grote massaverschil zich ten gevolge van de werking van de zwaartekracht het scheidingsvlak tussen het dampkringluchtvolume en het aardgasvolume in de vorm van een nagenoeg horizontaal vlak manifesteren. Door het van onderaf aanvullen van het dampkringluchtvolume zal beïnvloeding van het grensvlak tussen de dampkringlucht en het aardgas in de vorm van werveling nagenoeg niet voor komen of hoeven voor te komen. De temperatuur van de dampkringlucht en de dampkringluchtvochtigheid zullen bij voorkeur dezelfde waarden dienen te hebben als die van het aardgas om daarmee eveneens wervelingsverschijnselen te voorkomen.

Zoals uit het bovenstaande volgt kan het invoeren van een niet-inert gas, bijvoorbeeld lucht, ook op een voordelige alternatieve manier worden bewerkstelligd. Daarbij kunnen een meer verticale kolommen of verticale schillen van een of meer compensatiegassen worden gevormd in het aardgasveld, bijvoorbeeld een ringvormige buitenbarrière van inert gas en een zich daarbinnen bevindend volume van niet-inert gas.

Door de inbreng van het volume aan bijvoorbeeld pers damp krin glucht per tijdseenheid exact of nagenoeg exact te laten zijn aan de afvoer van het volume van het aardgas en de drukwaarde van de pers damp krin glucht exact of nagenoeg exact aan die van het zich in de aardgasbel bevindend aardgas te laten zijn zal er sprake zijn van een handhaving van de evenwichtstoestand in die bodem waardoor verzakking van de bovenliggende aardlagen niet hoeft of kan voorkomen en de nu veelal optredende aardschokken niet hoeven of zullen optreden, althans zullen verminderen. In geval van een toestand waarin er al zekere tijd aardgas uit een aardgasveld is gewonnen zal het inbrengen van een in verhouding groter volume aan damp krin glucht (of een ander niet-inert gas) ten opzichte van het volume dat dan tegelijkertijd uit dat aardgasveld wordt onttrokken er toe kunnen leiden dat mogehjk een zeker herstel van de zich boven het aardgasveld bevindende verzakt bodemvolume wordt bereikt waardoor de daling van het aardoppervlak, het maaiveld, door een grondstijging gecompenseerd kan worden en het aantal aardschokken gestabihseerd zal worden of kan gaan verminderen.

Door, volgens een van de uitvoeringen van de uitvinding, het injecteren van de aardgasbel vanuit de bodem van de aardgasbel te starten met de aanvoer van stikstofgas zal door het nagenoeg vergelijkbare grote massagewicht van het stikstofgas als dat van de dampkringlucht nagenoeg alle aardgas uit de onderlaag en bodem van de aardgasbel naar boven worden verdrongen en er daarbij een eveneens nagenoeg horizontaal scheidingsvlak tussen het aardgas en het stikstofgas zal ontstaan. Ook hierbij zal vermenging tussen deze twee gassen ten gevolge van het grote verschil in massagewicht zo goed als uitgesloten zijn. Hierbij kan het ontstaan van een explosief mengsel niet ontstaan.

Wanneer door het injecteren de aardgasbel voor een zeker deel gevuld zal zijn met een genoemd inert gas (bijvoorbeeld stikstofgas), bijvoorbeeld voor 10%, maar bij voorkeur voor een kleiner percentage, kan overgegaan worden met het via dezelfde leidinginfrastructuur inbrengen van een genoemd niet-inert gas (bijvoorbeeld dampkringlucht).

Dampkringlucht heeft een massagewicht van circa l,29kg/m3 en stikstofgas l,26kg/m3. De verhouding tussen het massagewicht van deze twee gassen is nagenoeg vergelijkbaar met de verhouding tussen het soortelijk gewicht van zout en zoet water. In de hierboven beschreven toestand is het gedrag tussen de deze gascombinatie en die vloeistofcombinatie als het gaat om het vormen en in stand blijven van het contactvlak tussen deze gascombinatie en die vloeistofcombinatie nagenoeg identiek en zal vermenging van deze twee gassen eveneens vergelijkbaar niet of nauwelijks hoeven voor te komen.

Met de zo ontstane methodiek en technologie zal er een opslagcapaciteit kunnen ontstaan waarin wisselende volumes van zowel aardgas en als van compensatiegas (bijvoorbeeld dampkringlucht) aanwezig kunnen zijn. Hiermee kan enerzijds tot in zeer hoge mate zo veel mogelijk aardgas uit de aardgasbel worden verdrongen, gewonnen, maar kan deze aardgasbel door het aan de bovenkant van de aardgasbel inbrengen van bijvoorbeeld geïmporteerd aardgas ook dienen voor een in termen van volume variërende opslag van dat aardgas. Tegelijk kan het compensatiegas-volume dienst gaan doen van het opslaan van energie in de vorm van stijgende compensatiegas-druk, bijvoorbeeld een stijgende persluchtdruk door het injecteren van meer perslucht in het dampkringluchtvolume (indien lucht als compensatiegas wordt ingezet). Door het enorme grote volume van een aardgasbel zal een stijging van die compensatiegas-druk van slechts enkele bars al een enorme energetische opslag vertegenwoordigen.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden en de tekening. Daarin toont:

Figuur 1 schematisch een verticale doorsnede van een gasveld, met een uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding, tijdens aanvoer van een eerste compensatiegas;

Figuur 2 een der gelijke tekening als Fig. 1, met de inrichting tijdens aanvoer van een tweede compensatiegas; en

Figuur 3 een schema van een gebruik van een inrichting volgens de uitvinding voor energieopslag.

Gelijke of overeenkomstige maatregelen worden in deze aanvrage met gelijke of overeenkomstige verwijzingstekens aangeduid.

Figuren 1-3 tonen schematisch een niet-limitatief voorbeeld van een inrichting voor het compenseren van winning van aardgas g uit een aardgasveld G (waarvan een deel is weergegeven), in het bijzonder ter voorkoming van verzakking van boven het aardgasveld liggende aardlagen S2.

Het op zichzelf bekende ondergrondse aardgasveld G wordt in dit voorbeeld bepaald door een aardgas bevattende laag (bijvoorbeeld van zandsteen) tussen een of meer bovenlagen S2 en een onderlaag Sl. Een bovenzijde van de aardgas bevattende laag G is met T aangeduid, een onderzijde van de aardgas bevattende laag G is met B aangeduid. Duidelijk zal zijn dat een dergelijke laag op verschillende manieren kan zijn gevormd en zich in verschillende richtingen en oriëntaties kan uitstrekken. Een dergelijke laag kan zich op relatief grote diepte XI onder het maaiveld H bevinden, bijvoorbeeld een diepte XI van 1 km of meer. De getoonde laag is relatief dun, met een dikte die aanzienlijk kleiner is dan genoemde diepte X2 (bijvoorbeeld een dikte van minder dan 200 m, in het bijzonder een dikte van circa 100 m of minder).

Ten behoeve van exploitatie zijn een of meer op zichzelf bekende afvoerkanalen 3 voorzien, met een of meer afvoeropeningen 4, om aardgas g uit het aardgasveld G af te voeren. Zoals bekend dergelijke kanalen 3 worden aangelegd door middel van boorputten. Meetmiddelen 8, bijvoorbeeld een stoommeter, kunnen zijn voorzien om een gasstroom (debiet) van afgevoerd aardgas g te meten.

Zoals uit Figuur 1 volgt is de inrichting voorzien van een of meer aanvoerkanalen 1 (in dit geval slechts één) ingericht om compensatie-gas aan het aardgasveld G toe te voeren, in het bijzonder om drukafname in het veld te compenseren. Dergelijke aanvoerkanalen 1 bevinden zich in dit voorbeeld in het bijzonder op afstand van de een of meer afvoerkanalen 3. In een alternatieve uitvoering kunnen een of meer van de afvoerkanalen 3 worden gebruikt of omgeschakeld, om in plaats van afvoer van gas, compensatie-gas aan het aardgasveld G toe te voeren (in dat geval kan een kanaal een dubbele functie vervullen).

Voorts omvat de inrichting een aan het aanvoerkanaal 1 koppelbare eerste gasbron 11 welke een niet-inert gas F bevat, alsmede een aan het aanvoerkanaal 11 koppelbare tweede gasbron 12 welke een inert gas N bevat.

Zoals in het bovenstaande is genoemd kunnen verschillende compensatiegassen worden gekozen.

Het door een genoemde eerste gasbron 11 leverbare eerste compensatie-gas N kan bijvoorbeeld stikstof, koolstofdioxide, rookgas of dergelijke omvatten of volledig daaruit bestaan.

In een extra voordelige, economisch bijzonder gunstige, uitvoering van de uitvinding, omvat het tweede (niet-inerte) gas lucht. Dat gas F kan bijvoorbeeld volledig uit omgevingslucht (‘dampkringlucht’) bestaan.

Alternatief kan dat gas bijvoorbeeld rookgas omvatten, of een mengsel van lucht met een inert gas (bijvoorbeeld rookgas) en/of met ander (inert of niet-inert) gas, afval gas, of gassen.

De onderhavige inrichting is uitgevoerd voor het per tijdseenheid in het gasveld G invoeren van eenzelfde of een grotere hoeveelheid niet-inert gas F als gedurende die tijdseenheid uit het gasveld G te winnen aardgashoeveelheid. Op deze manier kan bodemverzakking goed worden tegengegaan. Bij voorkeur is de inrichting voorzien van regelmiddelen 5 voor het regelen van via de een of meer aanvoerkanalen 1 in het aardgasveld G te voeren compensatie-gas, bij voorkeur regelmiddelen welke afhankelijk zijn van een uit het aardgasveld te winnen en/of gewonnen hoeveelheid aardgas g. Dergelijke regelmiddelen kunnen bijvoorbeeld een of meer klepmiddelen en dergelijke omvatten, welke bij voorkeur automatisch bedienbaar zijn, bijvoorbeeld onder invloed van een besturing of controller. Alternatief of additioneel kan een handmatige bediening van dergelijke regelmiddelen worden toegepast. De regelmiddelen zijn bij voorkeur ingericht om de gasstroom (debiet, m3/s ) van in het gasveld te pompen compensatiegas N, F in te stellen op basis van of onder gebruikmaking van een door de genoemde meetmiddelen 8 bepaalde gasstroom van uit het gasveld G (bijvoorbeeld instantaan) afgevoerd aardgas g.

Bij voorkeur reiken de een of meer aanvoerkanalen 1 vanaf het maaiveld H tot aan of/en in de bodem B van het gasveld G. In het onderhavige voorbeeld penetreert het aanvoerkanaal 1 gasveld, en de bodem B om de onderlaag Sl te bereiken.

Voor toevoer van de compensatiegassen N, F kunnen diverse pompmiddelen, een of meer compressoren en dergelijke worden ingezet, hetgeen de vakman duidelijk zal zijn. De eerste gasbron 11 en tweede gasbron 12 kunnen een of meer compressoren omvatten (bijvoorbeeld ten minste een gezamenlijke compressor, of een of meer aparte compressoren per gasbron), in het bijzonder ingericht voor het door de een of meer aanvoerkanalen 1 persen van het de compensatiegassen N, F. Volgens een nadere uitwerking kunnen aan de een of meerdere aanvoerkanalen 1 op het maaiveld H persdampkringluchtcompressoren en toebehoren zijn gekoppeld voor het door die leidingen 1 persen van grote hoeveelheden aan pers damp kringlucht F (indien lucht als tweede compensatiegas wordt toegepast).

Zoals uit Figuren 1-2 volgt is de onderhavige inrichting geconfigureerd voor het toevoegen van het inerte gas N als een scheidingslaag tussen zich in het gasveld G bevindend aardgas g en het niet-inerte gas F.

Volgens een uitvoering kan de inrichting zijn voorzien van een aan dat aanvoerkanaal of die aanvoerkanalen gekoppeld fijnmazig en bij voorkeur over of in de gehele bodem B uitstrekkend leidingstelsel (niet getoond) waarin zich maximaal verspreid miljarden kleine uitstroomopeningen bevinden voor het zo geleidelijk mogelijk over de gehele bodem van de aardgasbel verspreid laten uitstromen van de aangevoerde persdampkringlucht.

Volgens de getoonde uitvoering kunnen de een of meer aanvoerkanalen 1 zijn ingericht om gas op een verticaal niveau boven de bodem B van het gasveld G aan het veld toe te voeren. Bij voorkeur zijn de een of meer aanvoerkanalen 11 (elk) voorzien van een reeks uitstroomopeningen 2, om gas op verschillende verticale niveaus (eventueel in hoogte gedoseerd) aan het gasveld G toe te voeren. Op deze manier kan een bijzonder efficiënte toevoer van compensatiegassen worden bereikt. Tijdens gebruik kan bijvoorbeeld compensatiegas zodanig in het gasveld worden gevoerd via de een of meer aanvoerkanalen 1, dat het compensatiegas N, F zowel de onderlaag Sl (i.e. gasveldbodem B) als bovenlaag S2 (i.e. gasveldbovenzijden T) bereikt, en in het bijzonder zodanig dat het compensatiegas N, F een barrière vormt tussen een buitenzijde van elk van de een of meer aanvoerkanalen 1 en zich in het gasveld bevindend aardgas g. Zie hiertoe Figuren 1 en 2.

Gebruik van de inrichting omvat in het bijzonder een werkwijze voor het compenseren van winning van aardgas g uit het aardgasveld G, in het bijzonder ter voorkoming van verzakking van boven het aardgasveld liggende aardlagen S2. Toevoer van compensatiegas F, N kan gelijktijdig worden uitgevoerd met de winning (i.e. instantane afvoer) van aardgas g, maar dat is niet essentieel. Het is tevens mogelijk dat compensatiegas wordt ingepompt op een moment dat aardgaswinning (tijdelijk) stilligt.

In de onderhavige extra voordelige uitvoering wordt hierbij eerst het inerte compensatiegas N aan het gasveld G toegevoerd, zoals in Figuur 1 is getoond. Het inerte compensatiegas N kan via een aanvoerkanaal 1 in het gasveld G worden geperst om drukvermindering tegen te gaan. In de tekening bereikt het inerte compensatiegas N zowel de bodem B als de bovenzijde T van het gasveld, en kan een (zich in het gasveld bevindende) buitenzijde van het aanvoerkanaal 1 volledige omsluiten. Het inerte compensatiegas N vormt als het ware een kolom, althans een in hoofdzaak ringvormige of kokervormige barrière rondom het aanvoerkanaal 1. Dit is echter niet essentieel. Het inerte compensatiegas N kan ook zodanig in het gasveld worden ingevoerd dat het in eerste instantie niet de bodem B en/of de bovenzijde T van het veld G bereikt. Een genoemde een in hoofdzaak ringvormige of kokervormige barrière rondom het aanvoerkanaal 1 kan bijvoorbeeld pas worden gevormd tijdens het inbrengen van een volgend (niet-inert) compensatiegas F.

Nadat een bepaalde hoeveelheid van het inerte compensatiegas N in het gasveld G is gepompt schakelt de inrichting over op het invoeren van het niet-inerte compensatiegas F, hetgeen in Figuur 2 is weergegeven. Het inerte compensatiegas N vormt hierbij een scheiding tussen het aardgas g en het niet-inerte gas F. Omschakelen tussen het toevoeren van het ene naar het toevoeren van het andere compensatiegas kan abrupt plaatsvinden, of via een geleidelijke omschakeling (waarbij bijvoorbeeld gedurende een bepaalde overgangsperiode een mengsel van de gassen N, F wordt ingepompt).

Bij voorkeur heeft een door het inerte gas gevormde scheiding/barrière (tussen aardgas g en niet-inert gas F) een dikte van enkele meters, bijvoorbeeld circa 10 m of meer, en bijvoorbeeld een barrièredikte van ten minste 50 m of ten minste 100 m. De dikte van de barrière, of althans een daaraan verwante hoeveelheid in te voeren inert gas, hangt bijvoorbeeld af van een in te brengen hoeveelheid niet-inert gas.

Nadat een bepaalde hoeveelheid van het inerte gas N is ingevoerd, wordt het niet-inerte gas F ingevoerd, bij voorkeur via de een of meer zelfde aanvoerkanalen 1 (en respectieve uitstroomopeningen 2). De compensatiegassen F, N vullen vervolgens een zich tussen een gasveldbodem B en gasveldbovenzijde T uitstrekkend lokaal deel van dat veld G volledig (zie figuur 2). Gevaar van ongewenste reactie tussen zich nog in het aardgasveld bevindend aardgas g en het niet-inerte gas F wordt verhinderd door de door het inerte gas N gevormde barrière. Verder wordt zo bewerkstelligd dat relatief weinig inert gas N nodig is om drukdaling ten gevolge van aardgaswinning te compenseren.

De in figuren 1-2 getoonde inrichting kan voorts worden ingezet als een inrichting voor het in het gasveld G opslaan van energie in de vorm van stijgende druk, bijvoorbeeld stijgende persluchtdruk. Figuur 3 toont hiervan een nadere uitwerking. In het bijzonder kan het door de compensatiegassen F, N gevormde persgasvolume als energie-opslag dienen. Tijdens gebruik kan de inrichting een zodanige hoeveelheid niet-inert gas F (bijvoorbeeld lucht) via de een of meer aanvoerkanalen 1 in het gasveld G pompen (door een of meer compressoren 30) dat de druk enkele bar stijgt ten opzichte van een uitgangsdruk (en een bepaalde overdruk in het gasveld G levert ten opzichte van de uitgangsdruk). Genoemde uitgangsdruk kan bijvoorbeeld hoger zijn dan 50 bar, bijvoorbeeld hoger dan 80 bar, en bijvoorbeeld circa 85 bar bedragen. De energie die nodig is om genoemde drukstijging te bewerkstellingen kan bijvoorbeeld overtollige energie (bijvoorbeeld reststroom) van een of meer energiegeneratoren, elektriciteitscentrales, zonnepanelen, windmolens en dergelijke omvatten, welke overtollige energie kan worden gebruikt om een of meer compressoren van een genoemde eerste gasbron 11 aan te drijven.

De in het gasveld G op geslagen energie kan eenvoudig worden geëxploiteerd door een genoemde overdruk in het gasveld G te laten afnemen, in het bijzonder door afvoer van het niet-inerte gas F (hetgeen bijvoorbeeld via een of meer aanvoerkanalen kan plaatsvinden door ontkoppeling van de gasbron en koppeling aan een gasafvoer), of via een of meer andere kanalen Γ. Met het afgevoerde gas F kan vervolgens een energiegenerator 31, bijvoorbeeld turbine of dergelijke worden aangedreven. Exploitatie van de energie kan bijvoorbeeld een schommeling/wijziging van de druk van het in het gasveld G opgeslagen compensatiegas F, N omvatten, binnen een bepaald drukbereik, bijvoorbeeld een binnen een bandbreedte van plus en min een of enkele bar gerekend vanaf een basisdruk. Door relatief lage drukschommelingen toe te staan tijdens energieopslag en energieafname wordt ongewenste bodeminstabiliteit of -beweging vermeden.

Merk op dat genoemde een of meer compressoren 30 tijdens bedrijf warmte kunnen genereren. Zoals Figuur 3 toont is het dan voordelig indien de inrichting is voorzien van ten minste een warmtereservoir 35 om warmte op te slaan die bij gebruik van de een of meer compressoren vrijkomt. Een dergelijk warmtereservoir kan op verschillende manieren zijn uitgevoerd, bijvoorbeeld als een ondergronds waterreservoir of aquifer waaraan de compressorwarmte door middel van een geschikte warmtewisselaarmiddelen en warmtetoevoerleiding(en) 32 kan worden toegevoerd, hetgeen de vakman duidelijk zal zijn. Daarnaast kan compressorwarmte bijvoorbeeld worden gebruikt voor verwarming van woningen en/of gebouwen (al dan niet in combinatie met tapwaterverwarming), door de compressorwarmte via een geschikte warmteafvoer 38 daaraan toe te voeren.

Figuur 3 toont voorts dat de inrichting kan zijn voorzien van ten minste een elektriciteitsgenerator 31 welke aandrijfbaar is door in het gasveld opgeslagen energie. Deze aandrijving kan gepaard gaan met decompressie van uit het gasveld G afgevoerd gas F. In dat geval is een bijzonder energie-gunstige uitvoering dat de inrichting is ingericht om een met deze decompressie gepaard gaande koeling ten minste deels te compenseren onder gebruikmaking van warmte uit het warmtereservoir. Hiertoe kan warmte uit de warmtebuffer 35 worden afgevoerd, via geschikte warmtewisselaarmiddelen en een of meer afvoerleidingen 33.

Gebruik van het in Figuur 3 schematisch getoonde systeem omvat een werkwijze voor het opslaan van energie, omvattende de toevoer van gas, bijvoorbeeld lucht of stikstof, of een mengsel daarvan, aan het ondergronds gasveld, bijvoorbeeld het aardgasveld G. Het toegevoerde gas wordt gecomprimeerd, een hoeveelheid daarbij vrijgekomen warmte wordt in het warmtereservoir 35 op geslagen.

Indien energie (in het bijzonder elektriciteit) opgewekt dient te worden wordt de generator 31 aangedreven. Gecomprimeerd gas wordt hiertoe uit het ondergrondse gasveld afgevoerd en drijft de generator 31 aan. Daarbij vindt decompressie van het gas plaats. Een met deze decompressie gepaard gaande koeling kan ten minste deels worden gecompenseerd onder gebruikmaking van warmte uit het warmtereservoir 35.

Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding wordt het gedecomprimeerde gas op geslagen voor hergebruik, bijvoorbeeld om opnieuw in het gasveld te worden ingevoerd (na compressie). Hiertoe is de inrichting bij voorkeur voorzien van een (niet weergegeven) additionele gasopslag, welke zich bovengronds of nabij het maaiveld ondergronds (althans op een verticaal niveau boven het aardgasveld G) kan bevinden. Dit is in het bijzonder voordelig indien het gas geen lucht is, maar bijvoorbeeld stikstof, een rookgas en/of dergelijke. Indien slechts lucht wordt toegepast als te decomprimeren gas dan kan de lucht bijvoorbeeld, na decompressie, aan een omgeving worden vrijgegeven.

Voor de vakman zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de beschreven voorbeelden. Diverse wijzigingen zijn mogebjk binnen het raam van de uitvinding zoals is verwoord in de navolgende conclusies.

Zo volgt dat de term “gas” in deze aanvrage ruim dient te worden op gevat, en een gasmengsel of gasvormig fluïdum kan omvatten.

Verder kan het aan het gasveld (of de gasbel) toevoeren van gas op verschillende manieren worden bereikt, bijvoorbeeld door toevoer aan een bodem van het veld en/of elders, hetgeen de vakman duidehjk zal zijn. Bij voorkeur is de toevoer zodanig, dat het toegevoerde gas een verticale scheiding in het gasveld vormt.

Het niet-inerte gas kan bijvoorbeeld een zuurstof-bevattend gas zijn, bijvoorbeeld lucht.

Het inerte gas kan bijvoorbeeld geen zuurstof bevatten, en kan bijvoorbeeld bestaan uit een edelgas, stikstof, koolstofdioxide of rookgas, of uit een combinatie van deze of andere inerte gassen.

Met “inert gas” kan in de context van de onderhavige aanvrage worden begrepen dat het gas onder normale atmosferische omstandigheden (20 °C en een druk van 1 atmosfeer) geen chemische reactie met het genoemde aardgas zal ondergaan (i.e. kans op explosie is uitgesloten).

Met “niet-inert gas” kan in de context van de onderhavige aanvrage worden begrepen dat het gas onder normale atmosferische omstandigheden (20 °C en een druk van 1 atmosfeer) wel een chemische reactie met het genoemde aardgas kan ondergaan (i.e. dat een kans op explosiegevaar bestaat bij menging van dat niet-inerte gas met aardgas).

Claims (29)

1. Inrichting voor het compenseren van winning van aardgas (g) uit een aardgasveld (G), in het bijzonder ter voorkoming van verzakking van boven het aardgasveld liggende aardlagen en/of aardbevingen, omvattende: -een of meer aanvoerkanalen (1) ingericht om compensatie-gas aan het aardgasveld toe te voeren; en -ten minste een aan de een of meer aanvoerkanalen (1) koppelbare eerste gasbron (11) welke een niet-inert gas (F) bevat.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het niet-inerte gas (F) uit lucht bestaat.

3. Inrichting volgens conclusie 2 waarbij de lucht omgevings- of dampkringlucht is.

4. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de inrichting is uitgevoerd voor het per tijdseenheid in het gasveld (G) invoeren van eenzelfde of een grotere hoeveelheid niet-inert gas (F) als gedurende die tijdseenheid uit het gasveld (G) te winnen aardgashoeveelheid

5. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de inrichting is geconfigureerd voor het toevoegen van een inert gas (N) als een scheidingslaag tussen zich in het gasveld (G) bevindend aardgas en het niet-inerte gas (F).

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, verder voorzien van ten minste een aan de aanvoerkanalen (1) koppelbare tweede gasbron (12) welke een inert gas (N) bevat.

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij het inerte gas (N) stikstof is.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7, waarbij het inerte gas (N) rookgas omvat.

9. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, voorzien van regelmiddelen (5) voor het regelen van via de een of meer aanvoerkanalen (1) in het aardgasveld (G) te voeren compensatie-gas, bij voorkeur regelmiddelen welke afhankelijk zijn van een uit het aardgasveld te winnen en/of gewonnen hoeveelheid aardgas (g).

10. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, voorzien van een of meerdere aanvoerkanalen (1) vanaf het maaiveld (H) tot aan of/en in de bodem van een aardgasbel.

11. Inrichting volgens conclusie 10, waarbij aan de een of meerdere aanvoerkanalen (1) op het maaiveld (H) persdampkringluchtcompressoren en toebehoren zijn gekoppeld voor het door die leidingen (1) persen van grote hoeveelheden aan persdampkringlucht (F).

12. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, voorzien van een aan dat aanvoerkanaal of die aanvoerkanalen gekoppeld fijnmazig en bij voorkeur over of in de gehele bodem uitstrekkend leidingstelsel waarin zich maximaal verspreid miljarden kleine uitstroomopeningen bevinden voor het zo geleidelijk mogelijk over de gehele bodem van de aardgasbel verspreid laten uitstromen van de aangevoerde persdampkringlucht.

13. Inrichting volgens een der conclusies 1-11, waarbij de een of meer aanvoerkanalen (1) zijn ingericht om gas op een verticaal niveau boven een bodem (B) van het gasveld (G) aan het veld toe te voeren.

14. Inrichting volgens een der conclusies 1-11, waarbij de een of meer aanvoerkanalen (1) zijn voorzien van een reeks uitstroomopeningen (2), om gas op verschillende verticale niveaus aan het gasveld (G) toe te voeren.

15. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het gasveld (G) zich tussen een ondergrondse onderlaag (S1) en ondergrondse bovenlaag (S2) uitstrekt, en door de een of meer aanvoerkanalen (1) wordt gepenetreerd, waarbij tijdens gebruik compensatiegas zodanig in het gasveld wordt gevoerd via de een of meer aanvoerkanalen (1), dat het compensatiegas zowel de onderlaag als bovenlaag bereikt, en in het bijzonder zodanig dat het compensatiegas een barrière vormt tussen een buitenzijde van elk van de een of meer aanvoerkanalen (1) en zich in het gasveld bevindend aardgas (g).

16. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij genoemde eerste gasbron (11) een of meer compressoren omvat, bijvoorbeeld luchtcompressoren, in het bijzonder ingericht voor het door de een of meer aanvoerkanalen (1) persen van het niet-inerte gas (F).

17. Inrichting volgens conclusie 16, waarbij genoemde een of meer compressoren tijdens bedrijf warmte genereren, waarbij de inrichting is voorzien van ten minste een warmtereservoir om warmte op te slaan die bij gebruik van de een of meer compressoren vrijkomt.

18. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, voorzien van middelen voor het in het gasveld (G) opslaan van energie in de vorm van stijgende druk, bijvoorbeeld stijgende persluchtdruk.

19. Inrichting volgens conclusie 18, voorzien van ten minste een elektriciteitsgenerator welke aandrijfbaar is door in het gasveld opgeslagen energie.

20. Inrichting volgens conclusies 17 en 19, waarbij genoemde aandrijving gepaard gaat met decompressie van uit het gasveld (G) afgevoerd gas, waarbij de inrichting is ingericht om een met deze decompressie gepaard gaande koeling ten minste deels te compenseren onder gebruikmaking van warmte uit het warmtereservoir.

21. Werkwijze voor het compenseren van winning van aardgas (g) uit een aardgasveld (G), in het bijzonder ter voorkoming van verzakking van boven het aardgasveld liggende aardlagen, omvattende: -het toevoeren van een niet-inert compensatiegas aan het aardgasveld.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, waarbij het compensatiegas uit lucht bestaat.

23. Werkwijze volgens conclusie 21 of 22, waarbij een inert compensatiegas (N) aan het gasveld (G) wordt toegevoerd alvorens het niet- inerte compensatiegas (F) aan het gasveld (G) wordt toegevoerd, in het bijzonder zodanig dat het inerte compensatiegas (N) een scheiding vormt tussen het aardgas (g) en het niet-inerte gas (F).

24. Werkwijze volgens een der conclusies 21-23, waarbij het compensatiegas een zich tussen een gasveldbodem (B) en gasveldbovenzijde (T) uitstrekkend part van dat veld (G) volledig vult.

25. Werkwijze voor het opslaan van energie, bijvoorbeeld in combinatie met een werkwijze volgens een der conclusies 21-24, omvattende toevoer van gas, bijvoorbeeld lucht of stikstof, aan een ondergronds gasveld, bijvoorbeeld aardgasveld.

26. Werkwijze volgens conclusie 25, omvattende comprimeren van het gas, waarbij bij het comprimeren warmte vrijkomt, waarbij ten minste een deel van de vrijgekomen warmte in een warmtereservoir wordt op geslagen.

27. Werkwijze voor het opwekken van elektriciteit, bijvoorbeeld in combinatie met een werkwijze volgens een der conclusies 21-26, omvattende afvoer van gecomprimeerd gas, bijvoorbeeld perslucht, uit een ondergronds gasveld, bijvoorbeeld aardgasveld, om een generator aan te drijven.

28. Werkwijze volgens conclusies 26 en 27, waarbij het gas wordt gedecomprimeerd, waarbij een met deze decompressie gepaard gaande koebng ten minste deels wordt gecompenseerd onder gebruikmaking van warmte uit het warmtereservoir.

29. Werkwijze volgens conclusie 28, waarbij het gedecomprimeerde gas wordt op geslagen.