DE2024967C3 - Untertagespeicher für flüssige Kohlenwasserstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Untertagespeicher für flüssige Kohlenwasserstoffe, bei dem das Speichermedium durch ein in einem v^eiteren, über dem Speicherraum liegenden Hohlraum befindliches Verdrängermedium unter Druck gehalten wird, wobei tine Bohrung vom Tage beide Hohlräume verbindet, innerhalb der vom unteren Bereich des oberen Hohlraumes bis in den unteren Bereich des Speicherraumes eine für das Verdrängermedium bestimmte Leitung führt.

In den letzten jähren werden Untertagespeicherhohiräume verbreitet angewendet. Diese Hohlräume werden gebohrt, abgebaut oder auf andere Weise in den unterirdischen Schichten hergestellt. Ein übliches Verfahren zur Bildung solcher Hohlräume besteht auch darin, daß mit Hilfe von Wasser in einer Salzlage oder einem Salzstock eine ausreichende Menge Salz gelöst wird, um auf diese Weise einen Hohlraum einer bestimmten Größe zu schaffen.

Zur Erzeugung der Speicherhohlräume stehen die in der unterirdischen Salzlage gebildeten Bohrungen über eine Anzahl von Rohren mit der Erdoberfläche in Verbindung. In jeder Bohrung ist zumindest ein Einidß- oder Auslaßrohr für das Einführen bzw. Abführen eines Verdrängermediums ode- eines schwereren Mediums vorgesehen, das normalerweise bei der Temperatur und dem Druck des Hohlraums gesättigte Salzlösung ist.

Wenn für das Verdrängermedium, z. B. eine Salzlösung, eine oder mehrere Speichergruben an der Erdoberfläche vorgesehen sind, wo die Temperatur niedriger ist, dann entsteht die Möglichkeit, daß die geförderte Salzlösung verdünnt wird. Wenn dann aber die kalte verdünnte Salzlösung in den Hohlraum zurückgepumpt wird, dann ist sie bei der höheren Hohlraumtemperatur nicht mit Salz gesättigt und kann demnach noch Salz lösen.

Auf diese Weise wird im Hohlraum zusätzliches Salz aufgelöst, und der Hohlraum wird dadurch unkontrolliert vergrößert Pie Vergrößerung ist für den übrigen Betrieb schädlich und kann auch zu Leckstellen füjiren. Um eine Vergrößerung des Hohlraums zu vermeiden, sind zusätzliche Räume mit den dafür erforderlichen zusätzlichen Bohrungen für die Einlaß- und Auslaßverrohrung verwendet worden. Dabei waren eine Anzahl voneinander getrennter Bohrungen erforderlich, um eine Kohlenwasserstoffspeicher- und Abgabeleitung, eine Zufuhrleitung für das Verdrängermedium und eine Gaszufuhrleitung unterzubringen.

Bei einem bekannten System (deutsche Auslegeschrsft 1 253 168) befinden sich das Kohlenwasserstoffprodukt und Verdrängermedium im Speicherraum. Die SohJen oder unteren Bereiche dieses und eines zweiten Raums sind durch eine Leitung miteinander verbunden, so daß das Verdrängermedium zumindest leilweise in dem zweiten Raum gespeichert wird, in dem es von einem Kissen komprimierten Gases abgedeckt wird.

ao Die bei diesem bekannten System erforderliche Vielzahl von Bohrungen erhöht die Kosten für die unterirdische Speicherung eines Kohlenwasserstoffprodukts insbesondere an vor der Küste liegenden Plätzen, an denen Plattformen gebaut werden müssen, zu denen

as die Ausrüstungsgegenstände zu transportieren sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Untertagespeicher zur Speicherung flüssiger Kohlenwasserstoffprodukte zu schaffen, der lediglich eine Bohrung erfordert und bei dem das Kohlenwasscrstoffprodukt ohne Pumpen gefördert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Untertagespeicher für flüssige Kohlenwasserstoffe, bei dem das Speichermedium durch ein in einem weiteren, über dem Speicherraum liegenden Hohlraum befindliches Verdrängermedium unter Druck gehalten wird, wobei eine Bohrung vom Tage beide Hohlräume verbindet, innerhalb der vom unteren Bereich des oberen Hohlraumes bis in den unteren Bereich des Speicherraumes eine für das Verdrängermedium bestimmte Leitung führt, geschaffen wurde, die von der Produktleitung koaxial umgeben ist und koaxial im Ringraum zwischen der Innenwand der Produktlcitung und der Außenwand der Leitung im unte-

ren Bereich des oberen Hohlraumes eine Oberströmvorrichtung vorgesehen ist. über die das Verdrängermedium des oberen Hohlraumes mit der Leitung verbunden ist und die Durchlässe für die Produktleitung aufweist.

Bei diesem kostensparenden Aufbau des Untertagespeichers kann die Produktleitung im wesentlichen konzentrisch innerhalb der Bohrung angeordnet sein.

Es bereitet keine Schwierigkeiten, die Hohlräume dieses neuen Systems unter dem Meeresboden anzuordnen. Dabei werden die oberirdisch mit Anschlüssen zu versehenden Leitungen bis über die Meeresoberfläche geführt.

Im folgenden Teil der Beschreibung wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speicheranordnung an Hand einer Zeichnung beschrieben, die einen Teilschnitt darstellt und die Hohlräume nur zum Teil zeigt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist ein Bohrloch oder eine Bohrung 2 von der Erdoberfläche 4 aus durch dazwischenliegende Formationen, z. B. heterogenes Deckgebirge 6, in eine unterirdische Salzformation 8 niedergebracht Der Ausdruck »Salzformation« soll alle Formationen umfassen, die einen relativ hohen Anteil

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an löslichen Salzablagerungen, ζ. B. wasserlöslichen Ein offenes Leitungsstück 36 wird dann so weit in die

Salzen des Natriums, Kaliums und Magnesiums, enthal- Bohrung 2 eingelassen, bis sich das untere Ende dicht

teⁿ· über dem Boden des unteren Hohlraums 28 befindet. Es

Die Erdoberfläche 4 kann entweder der Erdboden wird danach in dieser Stellung festgelegt Die Länge oder der Boden eines Gewässers 5 sein. z. B. vor der S des Leitungsstücks 36 ist so bemessen, daß sich in die-Küste liegend. Die Bohrung 2 wird zunächst durcii das ser Stellung das obere Ende gerade über dem oberen Bohren eines oberen Abschnittes 10 von großem Bereich des oberen Hohlraums 22 befindet. Im Lei-Durchmesser im Deckgebirge 6 gebildet. Eine Ausklei- tungsstück 36 sind nahe den Öffnungen 24 in der Produng oder ein Gehäuse 12, das z. B. einen Durchmesser duktleitung 20 Durchlässe 36a vorgesehen, um den obevon etwa 460 mm hat, wird danach eingesetzt und bei io ren Hohlraum 22 mit der Überströmvorrichtung 30 zu 14 mit der Bodenformation verbunden. Wenn das verbinden.

Deckgebirge 6 ein festes, felsartiges Material ist das Ein Überströmen des Verdrängungsmittels aus dem nicht abbröckelt oder abbricht und daher keinen seitli- oberen Hohlraum 22 in den unteren Hohlraum 28 wird chen Halt erfordert, dann kann die Auskleidung 12 durch die Öffnungen 24, die Überströmvorrichtung 30, weggelassen werden. Die Auskleidung ist mit einem »s die Durchlässe 36a und das Leitungsstück 36 ermög-Entlüftungskanal oder einer Entlüftungsldtung 16 ver- licht Das obere Ende des Leitungsstücks 36 ist mit sehen, die mit der Atmosphäre oder mit einer Strö- einem Stopfen 38 verschlossen, der verhindert, daß mungsmittelquelle von mehr als Atmosphärendruck Verdrängungsmitte] aus dem Leitungsstück 36 austrekommuniziert. Die Bohrung 2 wird danach von dem ten und sich mit dem Speichermittel in der Produktlei-Boden des oberen Abschnitts 10 aus in die Salzforma- ao tung 20 vermischen kann.

tion 8 als Bohrung 18 weitergeführt. Eine Produktlei- Das Speichermittel wird durch nur einen Durchlaß in

tung 20 von geringerem Durchmesser (z. B. etwa den unteren Hohlraum 28 hinein oder aus diesem hin-

400 mm), die von oberhalb der Auskleidung 12 bis auf aus geleitet. Dieser Durchlaß weist einen unteren, von

den Boden der Bohrung 18 reicht, wird danach in die der Innenseite der Produktleitung 20 und der Außen-

Auskleidung 12 eingesetzt. Ein Ringkörper 12a wird »5 seite des Leitungsstücks 36 gebildeten Ringkanal 20a

danach an seinem äußeren Umfang mit der oberen und in der Überströmvorrichtung 30 angeordnete

Kante der Auskleidung 12 und seinem inneren Uofang Durchlässe 40 auf und wird oberhalb des Leitungs-

mit der Außenseite der Produktleitung 20 durch Stücks 36 von der Innenfläche der Produktleitung 20

Schweißen od. dgl. verbunden. Der Ringkörper 12a hält gebildet.

die Prodtiktleitung 20 auf Abstand von der Auskleidung 30 Die Produktleitung 20 ist oberhalb des Erdbodens 4

12 und bildet einen Abschluß zwischen der Produktlei- dicht mit einem Rohr 42 verbunden, in dem ein Ab-

tung 20 und der Auskleidung 12. sperrventil oder ein anderes Ventil 44 angeordnet ist.

In der Salzformation 8 ist ein oberer Hohlraum 22 um die durchströmende Menge des Speichermediums mittels bekannter Verfahren gebildet, z. B. dadurch, daß steuern zu können. Die Wirkungsweise des Systems zur eine Flüssigkeit (z. B. Wasser), in der das Salz löslich ist, 35 Speicherung eines flüssigen Kohlcnwasserstoffproin der gewünschten Höhe so lange gegen die Seiten- dukts in dem zuvor beschriebenen unterirdischen Hohlwände der Bohrung gespült wird, bis eine ausreichende raum unter Verwendung einer Salzlösung als Verdrän-Salzmenge in Lösung abgeführt und der gewünschte gungsmedium wird im folgenden beschrieben. Eine unHohlraum gebildet ist. Die überschussige gesät'igte ter Druck stehende, flüssigen Kohlenwasserstoff entSalzlösung wird an der Oberfläche durch die Leitung 16 40 haltende Speiseleitung wird an das Rohr 42 angeschlosabgegeben. In der Produktleitung 20 sind in Höhe des sen. und das Absperrventil 44 wird geöffnet. Das flüssioberen Hohlraums 22 Öffnungen 24 vorgesehen, durch ge Kohlenwasserstoffprodukt wird danach durch die die ein Strömungsmittel hindurch in den oberen Hohl- Produktleitung 20, die Durchlässe 40 und den unteren raum 22 eintreten kann. Die Produktleitung 20 wird da- Ringkanal 20a in den unteren Hohlraum 28 gepumpt, li. nach bei 26 unterhalb des oberen Hohlraums 22 mit der 45 dem unteren Hohlraum 28 befindliche Salzlösung wird Wand der Bohrung 2 verbunden, z. B. einzementiert. dabei von dem flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt

Ein dem oberen Hohlraum ähnlicher unterer Hohl- verdrängt und strömt durch das Leitungsstück 36 und

raum wird durch vergleichbare bekannte Verfahren über Durchlässe 36a dieses Leitungsstücks durch die

hergestellt. Die Abmessungen des oberen Hohlraums Übersirömvornchtung 30 aus dem unteren Hohlraum

22 und des unteren Hohlraums 28 sind von der Menge 5° 28 ab und gelangt durch die Öffnungen 24 in den obe-

des zu speichernden Kohlenwasserstoffs und von den ren Hohlraum 22. Überschüssige Salzlösung wird in

Ausmaßen der Salzformation abhängig. dem oberen Hohlraum 22 durch einen Ringdurchlaß

Eine Überströmvorriditung 30 wird danach in die 206 zwischen der Produktleitung 20 und der Bohrung Produktleitung 20 bis in den Bereich des oberen Hohl- 18 und weiter durch einen Ringkanal 20c zwischen der raums 22 abgesenkt. Obere und untere Ringpackungen 55 Produktleitung 20 und der Auskleidung 12 nach oben 32 und 34 werden dabei an der Innenfläche der Pro- hin durch die Leitung 16 hindurchgedrückt,
duktleitung 20 oberhalb und unterhalb der Überstrom- Wenn das festgelegte Speichervolumen für das Kohvorrichtung in Stellung gebracht. Die Überströmvor- !^nwasserstoffprodukt in dem unteren Hohlraum 28 errichtung wird auf diese Weise festgelegt, und es wird reicht ist, dann schließt eine Bedienungsperson das Abdadurcli eine Strömungsmitteldichtung geschaffen, um 60 sperrventil 44 und unterbricht damit die weitere Zuzwischen dem Strömungsmittel im oberen Hohlraum strömung dieses Produkts in den unteren Hohlraum 28, und dem in der Produktleitung 20 einen Kontakt außer- Das Volumen des gespeicherten KoMenwasserstoffhalb der Überströmungsvorrichtung 30 zu vermeiden. produkts kann im wesentlichen gleich oder kleiner sein Das Einstellen und Abdichten der Ringpackungen 32 als das Volumen des unteren Hohlraums 28. Wenn der und 34 in der Produktleitung 20 ist bekannt. Bei der 65 untere Hohlraum 28 mit dem flüssigen Kohlenwasserpraktischen Ausführung wird die untere Ringpackung Stoffprodukt nicht ganz gefüllt ist, dann verbleibt eine 34 in die Produktleitung 20 abgesenkt, bevor die Über- Restmenge der Salzlösung in dem unteren Hohlraum Strömvorrichtung 30 darin abgesenkt wird. 28.

Um das gespeicherte flüssige Kohlenwasserstoff produkt zu entnehmen, wird das Absperrventil 44 geöffnet, und das gespeicherte Produkt wird durch die aus dem oberen Hohlraum 22 über die Überströmvorrichtung 30 und das Leitungsstück 36 in den unteren Hohlraum 28 fließende Salzlösung verdrängt. Der hydrostatische Druck der Salzlösung kann in manchen Fällen dazu ausreichen, das flüssige Kohlenwasserstoffprodukt ohne Pumpen an die Erdoberfläche zu fördern. Das Kohlenwasserstoffprodukt st 3mt durch den unteren Ringkanal 20a, die Durchlässe 40, die Überströmvorrichtung 30 und die Produktleitung 20 in das an der Erdoberfläche angeordnete Rohr 42. Die Salzlösung im oberen Hohlraum 22 kann durch komprimiertes Gas verdrängt werden. Vorzugsweise sind die Abstände zwischen den Hohlräumen so bemessen, daß das gespeicherte Kohlenwasserstoffprodukt von der Salzlösung ohne ein Pumpen von Kohlenwasserstoffprodukt oder Luft verdrängt werden kann.

Um die Strömung des flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts an die Oberfläche ohne Pumpen des Produkts oder eines Gases einzuleiten und aufrechtzuerhalten, muß der senkrechte Abstand zwischen dem oberen Hohlraum 22 und dem unteren Hohlraum 28 größer sein als das Produkt des senkrechten Abstandes zwischen der Erdoberfläche und dem unteren Hohlraum 28 und einem Bruch, der von dem spezifischen Gewicht des flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts als Zähler und dem spezifischen Gewicht der Salzlösung als Nenner bestimmt wird.

Im allgemeinen ist eine leicht zu beschaffende Salzlösung das wirtschaftlichste Verdrängungsmittel. Es kann jedoch jedes mit dem zu speichernden Kohlenwasserstoffprodukt nicht vermischbare Mittel von ausreichend hoher Dichte zur Verdrängung verwendet werden.

Es ist nicht erforderlich, daß sich die Hohlräume in einem Salzstock befinden. Natürliche oder künstlich erzeugte Hohlräume können verwendet werden, soweit

ao die Wände für das Speichergut undurchlässig sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

. Patentansprüche:

1. Untertagespeicher für flüssige Kohlenwasserstoffe, bei dem das Speichermedium durch ein in einem weiteren, über dem Speicherraum liegenden Hohlraum befindliches Verdrängermediam unter Druck gehalten wird, wobei eine Bohrung vom Tage beide Hohlräume verbindet, innerhalb der vom unteren Bereich des oberen Hohlraumes bis in den unteren Bereich des Speicherraumes eine für das Verdränge,rjne<Uu,m bestimmte Leitung führt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Leitung (36) von der Prodwktleitunfe (20) koaxial umgeben ist und daß koaxial im Ringraum zwischen der Innenwand der Produk>tleitung (20) und der Außenwand der Leitung (36) im unteren Bereich des oberen Hohlraumes (22) eine Überströmvorrichtung (30) vorgesehen ist, über die das Verdrängermedium des oberen Hohlraumes (22) mit der Leitung (36) verbunden ist und die Durchlässe (40) für die Produktleitung (20) aufweist.

2. Untertagespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des oberen Hohlraumes (22) die Produktleitung (20) öffnungen (24) und die Leitung (36) Durchlässe (36a) aufweisen, die miteinander in Verbindung stehen.