NL7905287A

NL7905287A - Werkwijze ter ontginning van een ondergrondse zoutafzetting.

Info

Publication number: NL7905287A
Application number: NL7905287A
Authority: NL
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1979-07-06
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1981-01-08
Also published as: CA1132899A; DE3025443A1; GB2051930B; GB2051930A; ES493109A0; ES8103261A1; US4300801A; BR8004171A

Description

K 916 MET

ί

Aanvrager: Shell Internationale Research Maatschappij B.V.,

Carel van Bylandtlaan 30, 's-Gravenhage

Korte aanduiding: ''Werkwijze ter ontginning van een ondergrondse zoutafzetting"

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze ter ontginning van een ondergrondse - kalium-, natrium- en magnesium bevattende - zoutafzetting, waarbij men een boorgat maakt tot onderin de zoutafzetting en vervolgens stapsgewijs in opvolgende steeds hoger gelegen sneden rondom 5 het boorgat een caverne vormt in de zoutafzetting door achtereenvolgens op steeds geringere diepten enige tijd op een injectiepunt water te injecteren onder een kunstmatig aan de bovenzijde van de desbetreffende snede aangebracht oliedak - welk water in de desbetreffende snede vanuit het boorgat radiaal naar buiten toe zout oplost, waarbij de zich vormende 10 pekel omlaag stroomt en steeds zoutrijker wordt - en door gevormde pekel af te voeren op een produktiepunt onder de desbetreffende snede, êén en ander zodanig dat men telkens het waterinjeetiepunt en het oliedak over de hoogfce van een nieuw te maken snede optrekt wanneer een snede de gewenste dimensie in radiale richting heeft verkregen.

15 Bij deze ontginning gaat het in eerste instantie om de opbrengst aan magnesiumzouten, welke in de zoutlagen voornamelijk voorkomen als carnal-liet (MgC^.KCl.öHgO), camallitiet (een mengsel van camalliet en haliet), kieseriet (MgSO^.H^Q), bischofiet (MgCl2.6H2o), kainiet (KC1.MgSO^.2,75H20) en tachhydriet (CaCl2.2MgCl2.12H20). Deze zouten komen voor in eonglomeraat-20 vormen of in dunne lagen, afgewisseld met lagen haliet (llaCl). Het magne-siumaandeel kan echter slechts worden gewonnen door ook de andere zouten ten minste ten dele op te lossen, zodat uiteindelijk (na de ontginning) een met pekel en vaste stoffen gevulde caverne overblijft.

Het is bij deze werkwijze de bedoeling dat steeds na het optrekken 25 van waterinjectiepunt en oliedak let geïnjecteerde water zich direct onder 7905287 Λ» 2 r het soortelijk lichtere oliedak verspreidt en over de hoogte van de desbetreffende snede in "buitenwaartse richting de zoutafzetting oplost. De zich vormende - soortelijk zwaardere - pekel zakt naarmate meer zout wordt opgelost omlaag in de met vloeistof gevulde caverne totdat het 5 produktiepunt in de caverne wordt bereikt waar de pekel wordt afgevoerd. Tegen de tijd dat het geïnjecteerde water de zoutafzetting direct onder het oliedak in buitenwaartse richting tot op de gewenste dimensie heeft opgelost, worden oliedak en waterinjectiepunt over de hoogte van een nieuw te maken snede opgetrokken (bijvoorbeeld 5 meter), waarna deze 10 nieuwe snede aan de beurt is, enz. Deze procedure wordt herhaald tot een caverne van de . gewenste met de dikte van de zoutafzetting samenhangende hoogte (bijvoorbeeld 100 meter) is bereikt, waarmede de zoutwinning is beëindigd. -

Het oliedak voorkomt dat zout boven let scheidingsvlak olie/water 15 wordt opgelost en dwingt het geïnjecteerde water in horizontale richting radiaal naar buiten vanaf het waterinjectiepunt (dat zich bij het oliedak bevindt).

Het gedeelte van het boorgat boven de te ontginnen zoutlaag wordt gewoonlijk met buis bekleed en de waterinjectie en pekelproduktie vinden 20 plaats met behulp van in het boorgat aangebrachte buisleidingen, terwijl gewoonlijk het oliedak wordt aangebracht door olie omlaag te pompen. De bovenbedoelde werkwijze, waarbij water op het hoogste punt van de caverne wordt toegevoerd en pekel op het lager gelegen produktiepunt wordt afgevoerd, heeft het voordeel dat de natuurlijke omlaag gerichte stroming 25 van de zich verzadigende vloeistof tijdens de gehele logingsperiode niet wordt "tegengegaan. Deze stroming is omlaag gericht omdat de vloeistof, naarmate meer zout wordt opgelost soortelijk zwaarder wordt.

Bij het in de praktijk brengen van deze werkwijze gaat het oplossen van de cavernewand op elke hoogte door, ook na het optrekken van 30 het waterinjectiepunt, hetgeen het uiteindelijk bereiken van een cilindrische caverne met uniforme diameter bemoeilijkt, mede omdat de oplossnelheid onderin de caverne klein maar niet nul is. Voor de verdere verwerking van de geproduceerde pekel blijkt een hoog magnesiumgehalte van 7905237 3 groot belang en de uitvinding beoogt een -werkwijze aan te geven waarbij dit mogelijk is en waarbij een optimale en regelbare groei van de bovenste snede steeds gegarandeerd is. ''

Dat de caveme over de gebele boogte een uniforme diameter ver-5 krijgt is van belang om een veilige dakondersteuning gedurende de pro-düktieperiode in voldoende mate te waarborgen en om tegen te gaan dat contact gemaakt wordt met naburige cavernes (gewoonlijk wordt zout gewonnen uit een aantal op betrekkelijk gpringe afstand van elkaar gelegen cavernes}.

10 De onderhavige uitvinding beoogt deze problemen op te lossen en stelt daartoe voor om de waterinjectie en pekelproduktie zodanig te regelen dat het kaliumgehalte van de pekel in de caveme vanaf het waterinjectiepunt in neerwaartse richting toeneemt en een maximum vertoont op of boven de ondergrens van de zich vormende snede en vanaf dit 15 maximum in neerwaartse richting af neemt.

Met de "regeling” van de waterinjectie en pekelproduktie wordt gedoeld op de regeling van de op elk moment per tijdseenheid toegevoerde hoeveelheid water en afgevoerde hoeveelheid pekel. Door deze regeling kan de snelheid waarmede de vloeistof zich door de caverne verplaatst 20 worden beïnvloed. Met 'name is de verblijftijd van de vloeistof in de hoogste snede van de caveme van belang, zoals hieronder nader zal worden verklaard.

Gebleken is dat direct na de waterinjectie de zouten ongeveer oplossen in de verhouding waarin ze zich aanbieden aan het geïnjecteerde 25 water; het kalium-, natrium- en magnesiumgehalte van het water nemen daar dan gestaag toe en het zout in de hoogste snede wordt geleidelijk verder opgelost. Wanneer de pekel een zekere verzadigingsgraad heeft bereikt (het bovengenoemde maximale kaliumgehalte) neemt het magnesiumgehalte nog verder toe onder gelijktijdige daling van het kaliumgehalte: 30 magnesiumzouten lossen verder op onder gelijktijdige precipitatie van kaliumzouten. Bovendien worden, indien aanwezig, natriumzouten geprecipiteerd. Deze precipiterende zouten slaan hetzij op de cavernewand neer of zakken in kristalvorm omlaag in de caverne.

7905287 Γ

Gebleken is verder dat een pekel - welke zoveel magensiumzouten bevat dat daaruit, bij een verder oplossen van magnesiumzouten, natrium- en kaliumzouten neerslaan - niet in staat is om op uniforme wijze de cavernewand verder op te lossen. Veeleer blijkt de verdere uitloging 5 van de cavernewand met deze - kalium- en natriumzouten precipiterende -pekel op selectieve wijze te geschieden, d.w.z. de magnesiumrijke lagen, aders en kristallen worden opgelost terwijl de overige delen van de wand blijven staan (tenzij ze afbrokkelen en onderin de caverne terechtkomen).

Conform het inzicht van de onderhavige uitvinding wordt nu de ca-10 verne in hoofdzaak gevormd door stelselmatig een snede zout aan de bovenzijde van de zich vormende caverne (ter dikte van de laatst-opgetrokken afstand van het wat erin j eet iepunt) op te lossen met water dat nog geen zouten neerslaat, terwijl door het oplossen van de cavernewand onder deze snede een meer geconcentreerde magnesiumhoudende pekel ontstaat.

15 Om naast en tijdens het concentreren van de pekel een zo goed mogelijke cavernevorm te bereiken zal men bij het oplossen van de onderste sneden aanvankelijk (tot het moment van optrekken van het waterinjeetiepunt) de caverne aldaar een kleinere diameter geven en de diameter van de hoger gelegen sneden stapsgewijs groter doen zijn, ten einde uitein-20 delijk - onder invloed van het doorlogen van de cavernewand onder de hoger gelegen sneden op een zo goed mogelijke cilindrische caverne uit te komen, met de gewenste diameter (bijvoorbeeld 100 meter).

Bij voorkeur zorgt men dat het maximumkaliumgehalte op één derde van de hoogte van de snede boven de ondergrens van de snede is gelegen.

25 De bovengenoemde "regeling" van waterinjectie en pekelproduktie geschiedt met behulp van de bepaling van het kaliumgehalte van de vloeistof op diverse hoogten in de caverne, zodat een "kaliumprofiel" over de caverne en in het bijzonder over de bovenste snede wordt verkregen. Zonder dit hulpmiddel blijkt het niet goed mogelijk te zijn om werkelijk 30 voortdurend te zorgen dat de cavernewand onder de gunstigste condities oplost. In dit verband moet worden bedacht dat telkens gedurende de periode welke verstrijkt tussen twee opeenvolgende verplaatsingen van oliedak en waterinjeetiepunt de totale oppervlakte van het zout dat 7905287 5 \ dichter dan de laatst opgetrokken afstand onder het -watering actiepunt in contact komt met het geïnjecteerde water continu toeneemt (aangezien het zout op steeds verdere radiale afstand van het watering eetiepunt wordt opgelost). Bovendien wijzigt de samenstelling van het aangeboden 5 zout voortdurend. Dit alles maakt een veelvuldige aanpassing van de waterinjectie noodzakelijk. De hoeveelheid bovenin de eaveme in een bepaald tijdsbestek opgelost zout kan - gezien de grote verblijftijd welke de pekel tussen het injectie- en produktiepunt tijdens passage in neerwaartse richting in de caverne heeft - niet tijdig aan de ge-10 produceerde pekel worden bepaald om daarmede de waterinjectie te regelen.

Het kaliumgehalte moet danook ter plaatse in de caverne worden bepaald. Hiervoor zijn enige technieken beschikbaar.

Bij voorkeur mete men het kaliumgehalte van de pekel door radio-15 grafische meting van de concentratie van radioactieve kaliumisotoop.

Dit levert betrouwbare en snel beschikbare resultaten, zodat ook een snelle regeling van de waterinjectie mogelijk is. Voor de radiografische bepaling kan men gamma-straling meten.

Opgemerkt wordt dat bij de werkwijze volgens de uitvinding op elk 20 moment twee zones in de caverne kunnen worden onderscheiden, te weten: 1. een hoog gelegen zone waarin de pekel nog niet verzadigd is aan kaliumzouten en waarin de cavernewand op niet-selectieve wijze wordt opgelost, en 2. een lager gelegen zone waarin het gehalte aan magnesiumzouten 25 zo hoog is dat kaliumzouten precipiteren wanneer verdere magne siumzouten worden opgelost en waarin de cavernewand en de in de vloeistof-gevulde caverne omlaagbewegende aan de cavemetop losgemaakte zoutbrokken selectief worden opgelost (d.w.z. alleen de magnesiumzouten worden opgelost).

30 Overigens kan men de onderhavige uitvinding eventueel ook alleen toepassen bij het aanbrengen van de onderste paar sneden, van een te vormen caverne. Deze initiële fase in het leven van-een caverne is de meest kritische, aangezien nog slechts weinig zoutoppervlak is 7905287 S' β blootgelegd en de voordelen verbonden aan de toepassing van de uitvinding zijn dan bet grootst. Na deze initiële fase kan men de overige (hogere) sneden dan bijvoorbeeld aanbrengen terwijl men water met een constante doorzet injecteert.

5 De uitvinding zal nog nader worden verduidelijkt aan de hand van de bijbehorende tekening, waarin een schematische langsdoorsnede van een half-voltooide caverne en het onderste gedeelte van het boorgat is af geheeld en waarin het kaliumgehalte van de cavemevloeistof is aangegeven.

10 De caverne bestaat uit een gedeelte 1 waarin reeds de sneden I

t/m VIII zijn aangebracht en een nog op te lossen gedeelte 2. De caverne, welke zich op een diepte van bijvoorbeeld 1500 m kan bevinden, staat met het aardoppervlak in verbinding via een boorgat waarvan het gedeelte 3 boven de caverne (1, 2) is bekleed met een vaste 15 wand k en waarvan het gedeelte 5 in bet nog op te lossen deel 2 van de caverne in de zoutformatie is aangebracht en geen vaste wand bezit.

Door het boorgat (3, 5) zijn een waterinjeetiepijp 6 en een pekel-produktiepijp 7 gestoken. De pijp 6 mondt uit ter plaatse van het dak van het deel 1 van de caverne en de pijp 7 op korte afstand boven de 20 bodem van de caverne.

De pijp 6 eindigt op een geringe afstand onder het einde van het boorgat 5 en de boorgaten 3 en 55 alsmede het gedeelte van de caverne 1 boven het einde van de pijp 6 zijn met olie gevuld, zodat een oliedak 8 wordt verkregen dat zich in buitenwaartse richting uitbreidt naarmate 25 meer zout uit de snede VIII over de laatst opgetrokken afstand van het waterinjectiepunt 9 wordt opgelost.

De caverne wordt als volgt bedreven: In de afgeheelde toestand injecteert men nog enige tijd water via de pijp 6 ten einde het- restant 10 zout, dat zich in de caverne onder het waterinjectiepunt 9 bevindt, 30 op te lossen. Het eindpunt van deze operatie wordt op de gebruikelijke wijze, bijvoorbeeld via sonarmetingen, bepaald.

Vervolgens beëindigt men de waterinjectie en pekelproduktie, trekt men de waterinjectiepijp 6 over een afstand ter grootte van de hoogte 7905287 * τ van een snede op en trekt men het oliedak 8 over een snedehoogte op -hetgeen kan geschieden door via pijp 6 enige olie uit de caverns weg te laten vloeien.

Ten slotte start men de wateringeetie (via pijp 6) en pekelpro-5 duktie (via pijp 7) en gedurende deze en alle andere cycli zorgt men hij voortduring dat het kaliumgehalte van de vloeistof in de caveme het verloop heeft als afgeheeld in de tekening, d.w.z. een maximum vertoont hinnen de hoogste snede.

In het gehied hoven dit punt 12 met maximum kaliumgehalte lost 10 de vloeistof op niet-preferente wijze het zout 10 op, zodanig dat kalium- en magnesiumgehalte van de vloeistof in neerwaartse richting continu toenemen.

In het gehied onder hovengenoemd punt 12 lost de vloeistof op preferente wijze magnesiumzouten op uit de cavernewand, terwijl ka-15 lium- en natriumzouten worden geprecipiteerd uit de oplossing. Het kaliumgehalte neemt danook in neerwaartse richting af, zoals aangegeven in de tekening.

De cavernewand verkrijgt in wezen een profiel zoals schematisch is weergegeven, d.w.z. elke snede hlijft enigszins herkenbaar. De 20 cavernewand van oudere sneden wordt hij het aanhrengen van nieuwere sneden nog wat verder opgelost, waardoor de contouren van de sneden zullen vervagen.

Wanneer het waterinjeetiepunt 9 na verloop van het gewenste aantal cycli aan de hovenkant 13 van de te maken eaverne is heland wordt 25 de produktie van de eaverne stopgezet. De caveme wordt dan onder vloeistofdruk gehouden en verzegeld. Nadat deze permanente vloei-stofvulling zich verzadigd heeft wordt de cavernewand niet verder aangetast en kan de caveme zonder bezwaar verder ongemoeid worden gelaten.

30 Het is op de wijze volgens de uitvinding mogelijk om een formatie welke bijvoorbeeld gemiddeld 50 gew.% magnesiumzouten bevat zodanig te ontginnen dat een pekel met meer dan 15 gew.$ magnesiumzouten wordt geproduceerd.

7905287 Λ 8

Cavernes met een gebruikelijke diameter van 100 meter kunnen in een zout afzetting welke voor 30-100$ bestaat uit carnalliet worden aangebracht met een pekelproduktie van 3-30 m /uur. De snedehoogte bedraagt dan bij voorkeur 3-10 m. 1 7905287 «c

Claims

1. Werkwijze ter ontginning van een ondergrondse - kalium-, natrium-en magnesium bevattende - zoutafzetting, waarbij men een boorgat maakt tot onderin de zoutafzetting en vervolgens stapsgewijs in opvolgende steeds boger gelegen sneden rondom het boorgat een caverne vormt in de 5 zoutafzetting door achtereenvolgens op steeds geringere diepten enige tijd op een injectiepunt water te injecteren onder een kunstmatig aan de bovenzijde van de desbetreffende snede aangebracht oliedak - welk water in de desbetreffende snede vanuit het boorgat radiaal naar buiten toe zout oplost, waarbij de zich vormende pekel omlaag stroomt en steeds 10 zoutrijker wordt - en door gevormde pekel af te voeren op een produktie-punt onder de desbetreffende snede, een en ander zodanig dat men telkens het waterinjectiepunt en, het oliedak over de hoogte van een nieuw te maken snede optrekt wanneer een snede de gewenste dimensie in radiale richting heeft verkregen, met het kenmerk, dat men waterinjectie en pekelproduktie 15 zodanig regelt dat het kaliumgehalte van de pekel in de caverne vanaf het waterinjectiepunt in neerwaartse richting toeneemt en een maximum vertoont op of boven de ondergrens van de zich vormende snede en vanaf dit maximum in neerwaartse richting afneemt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het genoemde 20 maximum op een derde van de hoogte van de snede boven de ondergrens van de.saede is gelegen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men het kaliumgehalte van de pekel meet door radiografische meting van de concentratie van radio-actieve kaliumisotoop. '25 11. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat men alleen de onderste paar sneden van een te vormen caverne op de gemelde wijze aanbrengt. 7905287