DE102006047036A1

DE102006047036A1 - Verfahren zum Speichern von Mineralölen in einer Kaverne

Info

Publication number: DE102006047036A1
Application number: DE200610047036
Authority: DE
Inventors: Uwe Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Lampe Guenter 30952 Ronnenberg De; Schmidt Uwe Dipl-Ing 30826 Garbsen De
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Verfahren zum Speichern von Mineralölen in einer Kavernenspeicheranlage, die wenigstens zwei Einzelkavernen umfasst, die über eine Verrohrung miteinander in Verbindung stehen, wobei in einer ersten Kaverne Mineralöl gespeichert wird und die Entleerung der Mineralölkaverne durch Verdrängung mit Hilfe eines in der zweiten Kaverne gespeicherten Mediums erfolgt, wobei das in der ersten Kaverne gespeicherte Mineralöl durch ein über die Verrohrung eingeleitetes in der zweiten Kaverne gespeichertes Gas verdrängt wird, welches zu keiner Hohlraumvergrößerung durch den Ausspeichervorgang führt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern von Mineralölen in einer Kavernenspeicheranlage, die wenigstens zwei Einzelkavernen umfasst, die über eine Verrohrung miteinander in Verbindung stehen, wobei in einer ersten Kaverne Mineralöl gespeichert wird und die Entleerung der Mineralölkaverne durch Verdrängung mit Hilfe eines in der zweiten Kaverne gespeicherten Mediums erfolgt. Die Verwendung von Stickstoff als Verdrängungsmedium ist dabei ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung.
Es sind mehrere Druckschriften bekannt, die sich mit der Erstellung von Kavernen sowie deren Nutzung zu Speicherzwecken befassen. Die Technik der Herstellung von Kavernen im Salzgebirge zu Speicherzwecken ist seit vielen Jahren erprobt und wird im Stand der Technik, wie z.B. der DE 23 38 140 , DE 36 37 370 und der EP 0 609 696 beschrieben.
Diese ausschließlich durch das Auflösen des Salzes durch Einpumpen von Wasser hergestellten Hohlräume dienen hauptsächlich zur Speicherung von Erdgas und Erdöl. Diese Speicher werden nahezu ausnahmslos für die Versorgungssicherheit in kalten Jahreszeiten und zur strategischen Speicherung genutzt. Erst in den letzten Jahren werden Gaskavernen zur Ausnutzung von Handelsmargen als Zwischenspeicher eingesetzt.
Generell werden Kavernen im Steinsalz durch spezielle Aussolverfahren hergestellt. Diese Verfahren legen fest, mit welchen Raten das Frischwasser eingepumpt wird und in welcher Teufe das Blanket eingestellt werden muss, um die vorher berechnete Hohlraumform zu erhalten. Mit Blanket wird das Medium bezeichnet, das eine geringere Dichte als Sole aufweisen muss, damit sich der Soleprozess nicht ungünstig und unkontrolliert nach oben fortsetzen kann. Als Blanketmedien kommen daher nur Gase und Flüssigkeiten zum Einsatz, die aufgrund ihrer geringeren Dichte auf der Sole schwimmen, wie Öl und Stickstoff: Hin und wieder kommt auch Druckluft zum Einsatz.
Derzeit werden mit Öl gefüllte Salzkavernen entleert, indem das Öl durch Frischwasser oder Seewasser verdrängt wird. Der Einsatz von Frischwasser oder auch Seewasser bewirkt eine Hohlraumvergrößerung durch Nachsoleffekte in einer Größenordnung zwischen 12 bis 14% je Umschlag. In einer zuvor erstellten gebirgsmechanischen Berechnung sind die geometrischen Grenzen, d.h. Kavernengröße und Abstände der Kavernen untereinander festgelegt. Durch die aus dem Nachsoleffekt resultierende Hohlraumvergrößerung haben die Ölkavernen zwangsläufig eine begrenzte Lebensdauer, da die vorher festgelegten gebirgsmechanischen Grenzen, z.B. die Abstände der Kavernen untereinander, eingehalten werden müssen. Um die Nachsoleffekte zu minimieren, kann zur Verdrängung des Öls auch gesättigte Sole eingesetzt werden. Dieses bisher kaum zum Einsatz gekommene Verfahren soll erstmals in Etzel, einem großen Erdölspeicherkavernenfeld erprobt werden. Es wird die Anlage eines 250.000 m³ großen Solependelbeckens geplant. Durch das Verdrängen des Öls mit gesättigter bzw. nahezu gesättigter Lauge bleibt die ursprüngliche Hohlraumform erhalten, da Nachsoleffekte nur in sehr geringem Maße stattfinden können.
Das fertige Solependelbecken erfordert allerdings einen erheblichen Pflegeaufwand. Besonders im Winter ist damit zu rechnen, dass sich salzige Nebelschwaden bilden werden, wenn die durch die Gebirgstemperatur aufgewärmte Sole in das Pendelbecken gepumpt wird. Bei auftretenden Winden besteht die Gefahr, dass diese Nebelschwaden über bewohntes Gebiet ziehen und zu einer nachteiligen Beeinträchtigung der Bevölkerung führen. Diese Umweltbeeinträchtigung kann nur verhindert werden, wenn für das Solependelbecken eine vollständige Einkapselung vorgesehen wird, was die Baukosten erheblich verteuern wird. Ein weiterer wesentlicher Nachteil des Ölumschlages mit gesättigter Sole liegt aber in der Einschränkung der durch das Solependelbecken bereitgestellten Menge. Im Falle des Kavernenfeldes Etzel reicht die Sole des Pendelbeckens nicht aus, um annähernd die Hälfte aus nur einer vorhandenen Kaverne auszuspeichern. Für darüber hinaus gehende Mengen muss dann wieder Frisch- bzw. Seewasser eingesetzt werden.
Der negative Umweltaspekt des Einsatzes von Frischwasser ergibt sich aus der Notwendigkeit der Beseitigung der anfallenden Sole beim Einspeichervorgang von Öl. Aufgrund dieses Entsorgungsdruckes wurden die meisten großen Kavernenfelder in der Nähe von großen Flussmündungen in Küstennähe errichtet, da nur in die Mündungsgebiete die Sole auf kürzestem Weg ins Meer entsorgt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen verbessert. Insbesondere soll beim Ausspeichervorgang eine Hohlraumvergrößerung vermieden werden. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung in der Suche nach einem geeigneten Verdrängungsmittel.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das in der ersten Kaverne gespeicherte Mineralöl durch ein über eine Verrohrung eingeleitetes in der zweiten Kaverne gespeichertes Gas verdrängt wird, welches zu keiner Hohlraumvergrößerung durch den Ausspeichervorgang führt. Dadurch können die Lebensdauer und die Einsatzmöglichkeiten von Ölkavernen erweitert werden.
Für den Ölumschlag weist der Einsatz von Gas, insbesondere von Stickstoff große Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden auf, da die mit den herkömmlichen Verfahren verbundene Lebensdauer einschränkende Hohlraumvergrößerung vermieden wird.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass ein Gas eingesetzt wird, welches zu einer vernachlässigbaren Beeinträchtigung der Kavernenverrohrung sowie der Umwelt führt. Das Gas Stickstoff hat den Vorteil, dass es zu über 70% in der normalen Luft vorkommt und mittels einer relativ einfachen Luftzerteilungsanlage leicht und kostengünstig herzustellen ist. Da es auf die chemische Reinheit nicht ankommt, braucht an die Qualität keine hohe Anforderung gestellt werden. Besonders vorteilhaft für den verfahrensgemäßen Einsatz ist deshalb ein Gas mit einem Stickstoffanteil von 90 Gew.-% - 99,99 Gew.-% geeignet.
Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Stickstoff besteht darin, dass Stickstoff nicht brennbar ist, es sind also keine Vorkehrungen bezüglich des Explosionsschutzes zu treffen. Die Verwendung von Stickstoff als Verdrängungsmittel in Kavernenspeicheranlagen hat sich demnach als besonders vorteilhaft gezeigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für Einsatzorte geeignet, die naturgemäß nur über geringere Wasservorkommen verfügen, wo es gerade noch möglich erscheint, Kavernen zur Speicherung herzustellen, aber mehrmalige Umschläge mit Frischwasser deshalb nicht in Frage kommen.
Um Gasverluste zu vermeiden, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die Ölkavernen mit einer gasdichten Verrohrung versehen sind.
Vor einem Einsatz des Verfahrens an bereits bestehenden Ölkavernen ist deshalb zu prüfen, ob aufgrund der Komplettierung eine Eignung in Frage kommt. Da Verrohrungen von Ölkavernen normaler Weise nicht gasdicht erstellt wurden, muss vor dem Einsatz geprüft werden, ob die durch den Einsatz von Stickstoff auftretenden Gasverluste sich in einem tolerierbaren Rahmen befinden. Aufgrund der Nichtbrennbarkeit von Stickstoff bedeuten Gasverluste keine Beeinträchtigung der Umwelt, würde aber zu einem selbständigen Bedarf an Stickstoff führen, um die Verlustmengen zu kompensieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 ein Schema der Kavernenanlage.
Die Kavernenspeicheranlage gemäß der 1 umfasst zwei Einzelkavernen 1, 2, die über eine Verrohrung 4 miteinander in Verbindung stehen, wobei in einer ersten Kaverne 1 Mineralöl gespeichert ist und die Entleerung der Mineralölkaverne 1 durch Verdrängung mit Hilfe eines in der zweiten Kaverne 2 gespeicherten Mediums erfolgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das in der ersten Kaverne 1 gespeicherte Mineralöl M durch ein über die Verrohrung 4 eingeleitetes in der zweiten Kaverne 2 gespeichertes Gas N verdrängt wird, welches zu keiner Hohlraumvergrößerung durch den Ausspeichervorgang führt. Dafür hat sich Stickstoff als besonders vorteilhaft erwiesen.
Zur Abschätzung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wurde vereinfachend angenommen, dass Öl- und Stickstoffkaverne 1, 2 gleich groß sind und sich gemäß der in der 1 gezeigten Darstellung in gleicher Teufenlage befinden.
Beide Kavernen 1, 2 wurden gasdicht komplettiert. Der für die vollständige Entleerung der Ölkaverne 1 notwendige Druck wird durch einen zusätzlichen Verdichter 3 aufgebracht. Das Gas N wird mit Hilfe des Verdichters 3 vorzugsweise bei Drücken von 30-250 bar gefördert. Bei einer solchen Konstellation ist nur eine einmalige Kavernenfüllung mit Stickstoff N notwendig, da der Stickstoff N über den Verdichter 3 nur im Kreis gepumpt wird. Trotzdem auftretende Verlustmengen können durch Flüssigstickstoffanlieferungen oder über einen eigenen vorhandenen Tank ausgeglichen werden.
Berechnungen haben gezeigt, dass etwa 2/3 der Ölkaverne 1 entleert werden können, ohne dass ein Verdichter eingesetzt werden muss. Erst wenn die restliche Menge entleert werden soll, ist der Einsatz eines Verdichters erforderlich.

Überschlägige Berechnung der Druckverhältnisse in zwei Beispielkavernen:

Ölkaverne 1	V = 500.000 m³
Teufe Rohrschuh:	840 m
Teufe Kavernendach:	860 m
Teufe Kavernenboden:	1503 m
Durchmesser:	ca. 55 m
Stickstoffkaverne 2	V = 500.000 m³
Teufe Rohrschuh:	900 m
Teufe Kavernendach:	930 m
Teufe Kavernenboden:	1400 m
Durchmesser:	ca. 80 m
Dichte Rohöl:	0,008 MPa/m

Zulässiger Gasdruckgradient:	0,0185 MPa/m
Aus den Angaben resultierend folgende Drücke:
Ölkaverne (Kavernenboden):	p_KB= 12 MPa
Stickstoffkaverne (Rohrschuh):	p_RS= 16,7 MPa

Die überschlägig ermittelten Drücke zeigen, dass die Ölkaverne 1 völlig entleert werden kann.

Claims

Verfahren zum Speichern von Mineralölen in einer Kavernenspeicheranlage, die wenigstens zwei Einzelkavernen (1, 2) umfasst, die über eine Verrohrung (4) miteinander in Verbindung stehen, wobei in einer ersten Kaverne (1) Mineralöl (M) gespeichert wird und die Entleerung der Mineralölkaverne (1) durch Verdrängung mit Hilfe eines in der zweiten Kaverne (2) gespeicherten Mediums (N) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das in der ersten Kaverne (1) gespeicherte Mineralöl (M) durch ein über die Verrohrung (4) eingeleitetes in der zweiten Kaverne (2) gespeichertes Gas (N) verdrängt wird, welches zu keiner Hohlraumvergrößerung durch den Ausspeichervorgang führt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas (N) Stickstoff eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas (N) mit einem Stickstoffanteil von 90 Gew.-% - 99,99 Gew.-% verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrohrung (4) gasdicht ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (N) mit Hilfe eines Verdichters (3) bei Drücken von 30-250 bar gefördert wird.
Verfahren nach einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkavernen (1, 2) im Pendelbetrieb betrieben werden.
Verwendung eines Stickstoff enthaltenden Gases zur Verdrängung von in einer Kavernenspeicheranlage gespeichertem Mineralöl, wobei die Kavernenspeicheranlage wenigstens zwei Einzelkavernen umfasst, die über eine Verrohrung miteinander in Verbindung stehen und in einer ersten Kaverne das Mineralöl gespeichert wird und die Entleerung der Mineralölkaverne durch Verdrängung mit Hilfe des in der zweiten Kaverne gespeicherten Stickstoffs erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffanteil des Gases 90 Gew.-% - 99,99 Gew.-% beträgt.