NL8102692A - Werkwijze voor het afdekken van het bodemprodukt van holten. - Google Patents

Description

1 * ·' Ν.0. 3ΟΟ87

Werkwijze voor het afdekken van liet bodemprodukt van holten.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het afdekken van het bodemprodukt van holten» in het bijzonder van in zoutmassa’s door verwijdering van zoutoplossing verkregen holten» die voor de opslag van gasvormige of vloeibare niet-waterige stof-3 fen dienst doen.

Het is bekend» in ondergrondse zoutopslagplaatsen van geschikte laagdikte door verwijdering van zoutoplossing holten te verschaffen, doordat na het omlaag brengen van een boring in de zoutopslagplaatsen vers water wordt ingebracht en de gevormde zoutop-10 lossing wordt afgevoerd. Dergelijke kunstmatig verschafte holle ruimten, die zich op diepten van ongeveer 500 tot 2000 m onder het aardoppervlak bevinden, worden reeds voor de opslag van gassen en vloeistoffen, in het bijzonder brandbare gassen en minerale olieproducten gebruikt.

15 3ij zoutholten, die op de aangegeven diepte liggen en die slechts via boorgaten met het aardoppervlak in verbinding staan, is het niet mogelijk, de bij de vervaardiging van de holten gevormde zoutoplossingen voor of tijdens het vullen met het voor de opslag bestemde medium volledig te verwijderen, dat wil zeggen, 20 op de bodem van de holte blijft in elk geval een uit waterige zoutoplossing bestaand zogenaamd bodemprodukt achter.

In het bijzonder bij de opslag van stoffen, die in de ruimte van de holte volledig of ten dele in gasvormige toestand aanwezig zijn, dat wil zeggen bij de opslag van bijvoorbeeld aardgas of 23 vloeibaar gas (bij voorkeur propaan-butaan-mengsels) heeft de aanwezigheid van het zoutoplossing-bodemprodukt het aanzienlijke nadeel, dat vocht respectievelijk waterdamp in de gasfase van het opgeslagen medium overgaat. Afhankelijk van de verblijfsduur van het opgeslagen medium in de holte en de daarin heersende drukken 30 en temperaturen - die in het bijzonder van de diepte afhangen, waarop de holte zich bevindt - kan het tot waterdampverzadiging van de gasfase komen.

Omdat het opgeslagen medium na de verwijdering ervan uit de voorraad respectievelijk voor de verdere toevoer aan de verbruiker, 33 in het bijzonder door onder hoge druk staande buisleidingen, een zeer gering waterdampgehalte respectievelijk een bij voorkeur beneden 0°G liggend dauwpunt moet hebben, zijn tegenwoordig kostbare drooginstallaties ter plaatse van de holte-opslagruim—ten nood- --- —" - 8102692 t « 2 zakelijk.

Sinds jaren zijn talrijke proeven gedaan de in de holte achterblijvende zoutoplossing met een versperringslaag af te dekken» die de diffusie van waterdamp in de daar boven aanwezige gasruimte 5 moet verhinderen. De eisen aan een dergelijke versperringslaag zijn buitengewoon hoog. De versperringslaag dient niet alleen voor waterdamp ondoorlatend te zijn» maar ook bij de in de holte heersende omstandigheden een grote chemische langdurige bestandheid te bezitten. Voorts wordt van deze laag verlangd, dat zij een zoge-10 naamd "zelfhelend” gedrag bezit bij beschadigingen door bijvoorbeeld van het dak van de holte naar beneden vallende stukken puin.

Ter verhindering van de waterdampopname van een gasvormige opgeslagen medium is reeds voorgesteld het waterige zoutoplossing-bodemprodukt met afdichtings- respectievelijk scheidingslagen uit 15 bijvoorbeeld bitumen (Duits Offenlegungsschrift 2.539-720), poly-urethan-kunsthars (Duits Auslegeschrift 2.3^6*740) of door middel van een polymeriserend of niet-polymeriserd medium, respectievelijk een mengsel van beide stofgroepen (Duits Offenlegungsschrift 2.^16.591) te bedekken.

20 Tot dusverre zijn echter geen resultaten bekend geworden, die met deze afdekmedia bereikt werden.

Eigen proeven toonden aan, dat de waterdamp-versperringswer-king van een bitumenlaag ook met een dikte van 25 cm niet voldoende is.

25 Bij de afdekking door middel van polymeerlagen is bij de in de holte heersende omstandigheden, bijvoorbeeld drukken tot 30*000 kPa en temperaturen tot 75°C, te verwachten, dat de chemische, in het bijzonder echter de hydrolytische aantastingen op een dergelijke laag buitengewoon groot zullen zijn. Het is derhalve te vre-30 zen, dat de versperringslaag tegen een dergelijke aantasting slechts korte tijd stand houdt. Bovendien is de vereiste zelfhe-lende werking van een dergelijke polymeerlaag niet gegeven.

Aan de onderhavige uitvinding ligt het probleem ten grondslag, de overgang van waterdamp uit het bodemprodukt in het opgeslagen 33 medium te verhinderen, dat wil zeggen, een praktisch voor water respectievelijk waterdamp ondoorlatende afdekking van het bodemprodukt te bereiken bij een gelijktijdige ongevoeligheid tegen mechanische beschadigingen. Voor de oplossing van dit probleem wordt volgens de uitvinding een ruwe olie met de in het kenmerk van de conclusies genoemde eigenschappen toegepast. De viscositeit 8102692 3 * * is in de geldende wettelijke eenheid, dat wil zeggen Pascal-secon-den (Pas) aangegeven. (1 Pas = 1 Na/m = 1 kg/ras).

Verrassenderwijze is gebleken, dat een dergelijke olie een reeks eigenschappen bezit, die deze voor de oplossing van het on-5 derhavige probleem bijzonder geschikt maakt.

De hoge viscositeit is voordelig, omdat daardoor stroraings-processen in het bijzonder gasstromingen, die tijdens het vullen of ledigen in het opgeslagen medium optreden, praktisch niet op de afdekkende olie inwerken· Anderzijds werd het viscositeitstraject 10 op grond van proeven zodanig gekozen, dat de olie ook in scheuren van de zoutwand kan binnendringen. Daardoor wordt in verbinding met de goede bevochtiging, die de olie op een natte zoutwand toont, een goede randafdichting bereikt.

Het geringe gehalte aan koolwaterstoffen met een klein aantal 15 koolstofatomen in de olie is een waarborg, dat een uitwisseling van bestanddelen tussen de olie en het opgeslagen medium praktisch niet plaats heeft. Een ruwe olie van de aangegeven samenstelling wordt als (geologisch) oude olie aangeduid, waaruit sedert het ontstaan ervan in de natuurlijke opslagplaatsen de gemakkelijk 20 vluchtige bestanddelen reeds zijn afgescheiden en waarin bepaalde verouderingsprocessen reeds hebben plaats gevonden. Een dergelijke ruwe olie neemt, zoals eigen metingen aantoonden, ook bij langdurend contact met gasvormige of gemalckelijk vluchtige koolwaterstoffen, dat wil zeggen bijvoorbeeld met methaan tot butaan, noch delen 25 van deze koolwaterstoffen op noch geeft een dergelijke olie bestanddelen daaraan af, ten minste niet in zodanige hoeveelheden, dat de samenstelling van het opgeslagen medium in meetbare mate veranderd wordt.

De dichtheid van de ruwe olie is een voldoende grote waarde 50 lager dan die van de verzadigde zoutoplossing, die afgedekt moet worden, om onder alle omstandigheden op de zoutoplossing te drijven.

Om de diffusie van water respectievelijk waterdamp door de afdekolie, die reeds van-wege de hoge viscositeit van de olie re-35 latief gering is, zoveel raogelijk tegen te gaan, is de toepassing van een minimale laagdikte van de ruwe olie niet noodsakelijk gebleken. De toe te passen laagdikte hangt in het bijzonder af van de temperatuur in het holte-onderdeel, die wederom door de diepte respectievelijk de geothermische diepte-toestand van de holte be-40 paald wordt.

-iM

8102692 r * ij,

Voor het vaststellen van de werkzaamheid van de afdeklaag werden proeven in een hoge-druk-apparatuur uitgevoerd, die het mogelijk maken, de omstandigheden in een holte met betrekking tot de druk, de temperatuur en de bevochtiging van de olie aan de zoutwand 5 te stimuleren.

In fig. 1 en tabel A zijn resultaten van deze proeven, die bij een druk van 10.000 kPa en een temperatuur van het proefreservoir van 50°C werden uitgevoerd, aangegeven.

De kromme 1 in fig. 1 toont bijvoorbeeldde waterdampopname - 10 afhankelijk van de tijd - van een aardgas» dat met een dauwpunt van -20°C in de opslagruimte van de proefapparatuur werd ingébracht, waarin een zoutoplossing-bodemprodukt uit een verzadigde zoutoplossing aanwezig was.

Uit de kromme 1 blijkt, dat zonder afdekking van het zout-15 oplossing-bodemprodukt het gas reeds na minder dan 2 uren met waterdamp verzadigd was. De krommen 2 en 3 tonen de resultaten met een olie-afdeklaag met een hoogte van 1 cm en met 25 cm. Het blijkt, dat in het verloop van langere tijdsruimten een bepaalde verhoging van het waterdampgehalte plaats heeft, die asymptotisch 20 tot een eindwaarde nadert, die echter aanzienlijk beneden de ver-zadigingswaarde blijft en die bij een afdekking van 25 cm aanzienlijk lager ligt dan bij een afdekking van slechts 1 cm.

De voorstelling van de krommen van fig. 1 komt overeen met de getalwaarden van tabel A, waarbij afhankelijk van de tijd behalve 25 de wateropname van het gas H^O/gas in g/m ook het bijbehorende dauwpunt Tp in °C is aangegeven. Terwijl de tijdschaal voor de met de kromme 1 overeenkomende waarden in minuten is aangegeven, is de tijdschaal voor de metingen boven de met olie afgedekte zoutoplossing - overeenkomend met kromme 2 en 3 - in uren aange-30 geven.

De metingen van het waterdampgehalte respectievelijk het dauwpunt begonnen bij de beide laatstgenoemde meetreeksen twee uren na het vullen van de proefapparatuur, waarbij,door de proef bepaald,gassen met verschillend waterdampgehalte worden toegepast: 35 3ij de proef met een olie-afdekking van 10 mm bedroeg het waterdampgehalte van het.gas oorspronkelijke 0,01 g/m^, bij de proef 3 met een olie-afdekking van 250 mm daarentegen 0,053 g/m .

Bij de waardering respectievelijk de overbrenging van de hiervoor voorgestelde proefresultaten op de in een commercieel 40 gebruikte holte-opslagruimte heersende omstandigheden is echter hec volgende van doorslaggevende betekenis.

8102692

5 . J

De verhouding van het zoutoplossing-oppervlak tot het daarboven aanwezige opslagvolume is in een proefapparatuur onevenredig groter dan bij een holte-voorraad. De verkregen respectievelijk aangegeven meetwaarden gelden derhalve niet onmiddellijk voor de 5 laatstgenoemde, maar kunnen echter er toe gebruikt worden, de wa-terdampdiffüsie per oppervlakte-eenheid uit de onbedekte respectievelijk met verschillend hoge olielagen afgedekte zoutoplossing te berekenen. Daarbij resulteren bij drukken van 10.000 kPa de volgende diffusie-snelheden: 2 10 niet afgedekte soutoplossing 9 >77 g/m * h 2 10 mm olie-afdeklaag 0,01*64 g/m . h 230 mm olie-afdekking 0,0091 g/m . h

Hierbij zijn de diffusiesnelheden uit het waterdampgehalte van het gas berekend, waarbij voor de niet-afgedekte zoutoplossing 15 het waterdampgehalte na 1 uur en voor de met olie afgedekte zoutoplossing het waterdampgehalte na 200 uren ten grondslag zijn gelegd.

De voorafgaande getallen tonen aan, dat de waterdampdiffusie door een olie-afdekking van 250 mm minder dan een duizendste van 20 die zonder afdekking bedraagt.

Voor een gasopslagholte van gebruikelijke afmetingen, dat wil zeggen met een volume holle ruimte van ongeveer 250.000 tot 3 _>pO.QQO m en een zoutoplossing-oppervlak van bijvoorbeeld $0Q 2

tot 1,100 m zal het dauwpunt van een bij ongeveer 7000 k?a opge-25 slagen gas na een verblijftijd van een jaar van het gas in de opslagruimte bijvoorbeeld op de volgende wijze veranderen: zonder zoutoplossing afdekking van -8°C tot +^8°C met 10 mm olie-afdekking van -8°C tot -6°C

met 250 mm olie-afdekking van -8°C tot -7°C

30 De veranderingen van het dauwpunt respectievelijk de vocht- opname van het gas bij een volgens de uitvinding met olie afgedekte zoutoplossing zijn duidelijk zo gering, dat bij een dergelijk voorbehandelde respectievelijk behandelde holte opslagruimte de tot dusverre vereiste kostbare en energie-kostende installatie 55 voor het drogen van het uit de voorraad ontnomen gas kan vervallen.

Voorts is gebleken, dat volgens de uitvinding een afdeklaag uit de beschreven ruwe olie een uitstekende "zelfhelende" werking bezit. Bij een laagdikte van bijvoorbeeld 250 mm hebben zelfs 40 grote stukken puin, die van het dak van de holte vallen en door ___ — -gaJi 8102692 .· * - “ 6 de af deklaag slaan, geen nadelige uitwerking op het versperrings-gedrag van de laag·-Deze sluit zich. binnen enkele minuten. Zoutoplossing, die bij een dergelijke gang van zaken op het oppervlak van de afdeklaag zou kunnen komen zinkt op grond van de grotere 5 dichtheid ervan, zoals overeenkomstige proeven aantoonden, binnen korte tijd weer naar beneden.

Tabel A

Dauwpunten (°C) bij 10.000 kPa en bij 50°C en watergehalten (g/m^ gas in normale toestand) boven afgedekte en niet-afgedekte zoutoplos-

Kromme 1: Kromme 2: Kromme 2: niet afgedekte zout- 10 mm olie-afdek- oplossing king afdekking

Tijd Tp ïï 0/gas Tijd Tp H_0/gas Tijd Tp H^O/gas (-in) (°C) 00 (°q) (^3) 00 (8C) 0 -27,8 0,012 2 -30 0,01 2 -8,4 0,053 10 - 2,0 0,09 4 -30 0,01 4 -7,4 0,06 40 + 7,0 . 0,146 8 -25 0,014 8 -5,0 0,066 60 +27,0 0,488 12. -21 0,019 12 -4,5 0,07 80 +32,0 0,62 18 -16,5 0,029 18 -1,0 0,09 100 +33 0,66 24 -12 0,04 24 +1,0 0,1 120 +34 0,71 48 - 3 0,075 - 48 +4,5 o,122 72 + 5 0,13 72 +6,9 0,14 96 + 9,5 0,165 96 +8,5 0,16 120 +12 0,2 120 +9,0 0,165 1M +14 0,23 144 +9,3 0,17 168 +15 0,24 168 +10 . 0,18 192 +17 0,26 192 +9,9 0,18 216 +18 0,29 216 +10,1 0,181 240 +19 0,3 240 +10,6 0,182 264 +10,5 0,182 288 +10,3 0,182 312 +11 0,19 336 +12 0,2 8102692

Claims (3)

1. Werkwijze voor het afdekken van het bodemprodukt van holten, in het bijzonder van het in zoutmassa’s door verwijdering van zoutoplossing verkregen holten, die voor de opslag van gas- 5 vormige of vloeibare niet-waterige stoffen dienst doen, met het kenmerk, dat men voor het afdekken een sterk viskeuze ruwe olie toepast, die niet meer dan 7 % koolwaterstoffen met ten hoogste 5 koolstofatomen in het molecuul bevat en waarvan de dichtheid bij -t-20°C ten hoogste 1,2 g/cuP bedraagt en dat men 10 een dikte van de ruwe olielaag boven het zoutoplossing-bodempro-dukt toepast, die ten minste 1 cm, bij voorkeur 20 tot 50 cm bedraagt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men een ruwe olie toepast, waarvan de viscositeit 15 bij +20° C kO tot 150 Pas, bij voorkeur 50 tot 150 Pas bedraagt en bij +80°C 0,2 tot 1,2 Pas, bij voorkeur 0,5 tot 1,0 Pas be draagt.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men een ruwe olie toepast, waarvan het water-20 gehalte maximaal 0,5 % bedraagt. 8102692 1 1 1 1 1 1