DE102009057534A1 - Method for discharging sodium chloride brine of natural gas storage cavern, involves introducing gas into injection line for lifting brine, and continuously or discontinuously adding water for dilution of saturated brine to introduced gas - Google Patents
Method for discharging sodium chloride brine of natural gas storage cavern, involves introducing gas into injection line for lifting brine, and continuously or discontinuously adding water for dilution of saturated brine to introduced gas Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Soleentleerung von Gasspeicherkavernen, dabei insbesondere Kavernen mit großem Abstand zwischen dem Rohrschuh der letzten zementierten Rohrtour und dem Kavernenboden, bei dem in den in der Kaverne eingebauten Soleentleerungsstrang ein zusätzlicher Injektionsstrang installiert wird, über den gleichzeitig ein Gas und Wasser in den aufsteigenden Solestrom dosiert werden.The invention relates to a method for brine emptying of gas storage caverns, in particular caverns with a large distance between the pipe shoe of the last cemented pipe tour and the cavern floor, in which installed in the cavern brine drainage line an additional injection strand is installed on the same time a gas and water in be dosed the ascending brine flow.
Nach dem bisherigen Stand der Technik wird in die soltechnisch fertig gestellte und zur Gasspeicherung komplettierte Kaverne zur Gasbefüllung bzw. Soleentleerung ein Soleentleerungsstrang eingebaut. Durch Einlagerung von vorwiegend Erdgas als Speichergas wird die nach dem Solprozeß in der Kaverne befindliche Sole aus der Kaverne gefördert.According to the prior art, a brine discharge line is installed in the soltechnisch completed and completed for gas storage cavern for gas filling or emptying. By storing mainly natural gas as a storage gas, the brine which is located in the cavern after the sol process is conveyed out of the cavern.
Dieses Verfahren wird z. B. in
Bei der Soleauslagerung wird vom Kavernenboden warme, gesättigte NaCl-Sole gefördert, die während der Strömung an die Erdoberfläche sowie im Bereich des Kavernenkopfes infolge Abkühlung zur Auskristallisation von Salz führt, so dass dadurch der Strömungsquerschnitt reduziert oder vollständig blockiert werden kann.When removing the brine, warm, saturated NaCl brine is conveyed from the bottom of the cavern, which leads to the crystallization of salt during the flow to the earth's surface as well as in the area of the cavern head due to cooling, so that the flow cross-section can be reduced or completely blocked.
Dieser Effekt ist vor allem bei tiefen Kavernen mit geologisch bedingt entsprechend hohen Temperaturen besonders ausgeprägt.This effect is especially pronounced in deep caverns with geologically conditioned high temperatures.
Um diese Auskristallisationen zu vermeiden bzw. wieder aufzulösen, wird der austretenden Sole am Kavernenkopf Wasser zudosiert und der in der Kaverne befindliche Soleauslagerungsstrang insgesamt bei der Auslagerung regelmäßig durch Gegenzirkulation mit Wasser gespült.In order to avoid or re-dissolve these crystallizations, water is added to the escaping brine at the cavern head, and the brine aging brine strand in the cavern is generally flushed with water by countercirculation during the aging process.
Während dieser Spülphasen zum Beseitigen von Auskristallisationen im Soleauslagerungsstrang wird keine Sole gefördert, so dass dadurch Zeitverluste bei der Gasbefüllung von Kavernen entstehen.During these purge phases to eliminate crystallizations in the brine outfeed strand, no brine is conveyed, thereby causing time losses in the gas filling of caverns.
Neben diesen Aufwendungen und Verzögerungen infolge von Salzauskristallisationen können an Kavernen mit großem Abstand zwischen dem Rohrschuh der letzten zementierten Rohrtour und dem Kavernenboden Einschränkungen durch den maximal zulässigen Gaseinspeicherdruck auftreten.In addition to these expenses and delays as a result of Salzauskristallisationen cavities with a large distance between the tube shoe of the last cemented tube tour and the cavern floor restrictions may occur by the maximum permissible gas injection pressure.
Vor allem in der Endphase der Gasbefüllung einer Kaverne ist ein sehr hoher Gasdruck erforderlich, um die hydrostatische Solesäule bei einer Dichte der gesättigter Sole insbesondere NaCl-Sole von ca. 1,2 g/cm3 einschließlich der hydraulischen Reibungsdruckverluste vom Kavernenboden bis nach Übertage anzuheben und auszufördern.Especially in the final phase of the gas filling of a cavern, a very high gas pressure is required to raise the hydrostatic brine column at a saturated brine density, in particular NaCl brine of about 1.2 g / cm 3 including the hydraulic frictional pressure losses from the cavern floor to above ground and to carry out.
Der maximale zur Soleauslagerung zulässige Gasdruck wird dabei vor allem von der Teufe des Rohrschuhs der letzten zementierten Rohrtour bestimmt. Der Gasdruck an diesem Rohrschuh darf aus Sicherheitsgründen einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten, wodurch der für die Soleentleerung zulässige Gasdruck begrenzt wird. Diese Begrenzung kann mit zunehmendem Abstand zwischen dem Rohrschuh der letzten zementierten Rohrtour und dem Kavernenboden dazu führen, dass der untere Kavernenbereich nur mit sehr geringer Förderrate oder gar nicht von Sole entleert werden kann.The maximum gas pressure permissible for solar expansion is determined primarily by the depth of the pipe shoe of the last cemented pipe run. For safety reasons, the gas pressure at this pipe shoe must not exceed a certain maximum value, which limits the permissible gas pressure for emptying the brine. With increasing distance between the pipe shoe of the last cemented pipe run and the cavern floor, this limitation can lead to the lower cavern area being emptied of brine only at a very low delivery rate or not at all.
Der Abstand zwischen dem zementierten Rohrschuh und dem Kavernenboden ist vorwiegend geologisch und durch das Interesse an der Realisierung eines möglichst großen Kavernenvolumens bedingt.The distance between the cemented pipe shoe and the cavern floor is predominantly geological and due to the interest in the realization of the largest possible cavern volume.
In jüngster Vergangenheit wurde das Problem der vollständigen Soleentleerung an Gasspeicherkavernen mit großem Abstand zwischen zementiertem Rohrschuh und Kavernenboden durch Anwendung des Gasliftverfahrens allerdings nur unzureichend gelöst. Hierbei wird durch einen Injektionsstrang, der zusätzlich in dem Soleentleerungsstrang bis in Kavernenteufe installiert ist, ein Gasstrom in den Solestrom zugemischt. Durch den Gasanteil in der Sole wird die Dichte des 2-Phasengemisches deutlich unter 1,2 g/cm3 reduziert. Dieses Verfahren wird z. B. in
Dennoch und unabhängig davon muss beim Einsatz des Gasliftverfahrens weiterhin der Soleentleerungsstrang regelmäßig mit Wasser zur Auflösung von auskristallisiertem Salz rückgespült werden. Dieses Rückspülen wird z. B. in der
Die Unterbrechungen für das Rückspülen des Soleentleerungsstrangs verursachen insgesamt einen größeren Zeitbedarf für die Soleentleerung und sind damit wirtschaftlich besonders nachteilig, weil dadurch die jeweilige Kaverne erst später für den Gasspeicherbetrieb genutzt werden kann.The interruptions to the backwashing of the brine drainage strand overall cause a greater amount of time for the brine drainage and are therefore particularly economically disadvantageous because thereby the respective cavern can be used later for the gas storage operation.
Die gleichzeitige Injektion eines Gas-Wasser-Gemisches in eine unterirdische Formation wird in der
Bei der Injektion eines Gas-Wasser-Gemisches in eine unterirdische Formation bleibt der Gasdruck annähernd konstant. Bei der Injektion eines Gas-Sole-Gemisches in eine unterirdische Porenlagerstätte entsteht jedoch gegenüber einer Kaverne keine Druckentlastung und damit keine Abkühlung infolge des JOULE-THOMSON-Effekt.When injecting a gas-water mixture into an underground formation, the gas pressure remains approximately constant. When injecting a gas-brine mixture into an underground pore deposit, however, there is no pressure relief against a cavern and thus no cooling due to the JOULE-THOMSON effect.
Demgegenüber wird bei dem konventionellen Gasliftverfahren an einer Kaverne durch die starke Druckentlastung des aufsteigenden Gases von ca. 150–200 bar bis auf ca. atmosphärischen Druck, d. h. 1 bar, infolge des JOULE-THOMSON-Effektes eine deutliche Abkühlung der aufsteigenden Sole verursacht. Diese Abkühlung der Sole kann wiederum eine zusätzliche bzw. erneute Auskristallisation von Salz in dem Förderringraum hervorrufen. Hierbei können neben Steinsalz (NaCl) vor allem Begleitsalze wie Gips (CaSO4) oder Kieserit (MgSO4) auskristallisieren.In contrast, in the conventional gas lift method at a cavern by the strong pressure relief of the rising gas of about 150-200 bar to about atmospheric pressure, d. H. 1 bar, causing a significant cooling of the rising brine due to the JOULE-THOMSON effect. This cooling of the brine can in turn cause additional or recrystallization of salt in the conveyor annulus. Besides rock salt (NaCl), especially accompanying salts such as gypsum (CaSO4) or kieserite (MgSO4) crystallize out.
Darüber hinaus erfordert der regelmäßige Rückspülprozess zusätzliche Hard- und Software für das Prozessleitsystem der Kavernenanlage.In addition, the regular backwashing process requires additional hardware and software for the process control system of the cavern facility.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effektivität und Kontinuität der Soleentleerung von Gasspeicherkavernen bei Anwendung des Gaslift-Verfahrens deutlich zu erhöhen. Des Weiteren ist eine Auskristallisation von Salz durch Abkühlung der Sole infolge des JOULE-THOMSON-Effektes zu vermeiden.The invention has the object to significantly increase the effectiveness and continuity of the brine emptying of gas storage caverns when using the gas lift method. Furthermore, a crystallization of salt by cooling the brine due to the JOULE-THOMSON effect is to be avoided.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 7 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an. Die Erfindung sieht vor, dass zu dem Gas, das zum Gaslift in den Injektionsstrang eingepumpt wird, gleichzeitig Wasser zudosiert wird. Als Gas wird bevorzugt Stickstoff, Druckluft, Erdgas oder das Kavernenspeichergas eingesetzt. Besonders vorteilhaft ist die Vorwärmung des zu injizierenden Gases und/oder Wassers. Durch die vorteilhafte Vorwärmung des Liftgases und/oder des Verdünnungswassers wird die durch die Druckentspannung des injizierten Liftgases bestehende Gefahr der nachteiligen Salzauskristallisationen zuverlässig vermieden. Das Liftgas und/oder das Verdünnungswasser werden vorzugsweise auf die in-situ-Temperatur der Sole in der Kaverne vorgewärmt.This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 7. The subclaims indicate preferred advantageous embodiments of the invention. The invention provides that water is added to the gas that is pumped into the injection strand for gas lift. The gas used is preferably nitrogen, compressed air, natural gas or the cavern storage gas. Particularly advantageous is the preheating of the gas to be injected and / or water. Due to the advantageous preheating of the lift gas and / or dilution water, the risk of disadvantageous Salzauskristallisationen existing by the pressure release of the injected lift gas is reliably avoided. The lift gas and / or the dilution water are preferably preheated to the in-situ temperature of the brine in the cavern.
Überraschenderweise hat diese Zumischung von insbesondere vorgewärmtem Wasser zu einer Vermeidung bzw. zumindest zu einer deutlichen Reduzierung der Rückspülvorgänge geführt, womit eine erhebliche Zeit- und Kosteneinsparung erzielt wird. Ganz besonders effizient ist die Erfindung bei großen Kavernen mit Speichervolumina von 350.000 m3 bis über 1 Million m3 Speichervolumen sowie Kavernenhöhen von über 400 Meter. Kavernen dieser Größe können mit den bisher bekannten Verfahren drucktechnisch von Sole nicht vollständig entleert werden. Des Weiteren kann die Kavernenentleerung in nur einem Vorgang durchgeführt werden. Der zweite Vorgang – der Rückspülungs- oder die mehrfachen Rückspülungsvorgänge – entfallen.Surprisingly, this admixture of particular preheated water has led to avoidance or at least to a significant reduction in the backwashing processes, whereby a considerable time and cost savings is achieved. The invention is particularly efficient in large caverns with storage volumes of 350,000 m 3 to over 1 million m 3 storage volume and cavern heights of over 400 meters. Caverns of this size can not be completely emptied of brine with the hitherto known methods of printing. Furthermore, the cavern discharge can be carried out in only one operation. The second process - backwashing or multiple backflushing operations - is eliminated.
Durch das Zudosieren von Süß- oder Seewasser wird die Salzkonzentration der geförderten Sole unter die Sättigungsgrenze reduziert, so dass keine Auskristallisation von Salz mehr auftreten kann und das aufwendige regelmäßige Rückspülen des Soleentleerungsstrangs mit Wasser entfällt.Through the addition of fresh or seawater, the salt concentration of the promoted brine is reduced below the saturation limit, so that no crystallization of salt can occur more and the complex regular backwashing of the brine drainage with water is eliminated.
Besonders vorteilhaft für das Verfahren ist das Zudosieren von Wasser bei einer Rate von 1 m3/h–10 m3/h, wobei die zudosierte Wassermenge je nach der geförderten Solemenge eingestellt werden kann.Particularly advantageous for the process is the metered addition of water at a rate of 1 m 3 / h-10 m 3 / h, wherein the metered amount of water can be adjusted depending on the amount of brine conveyed.
Durch die Zudosierung von Wasser zu der Sole wird die Soledichte zusätzlich zu der Gasinjektion reduziert, so dass die hydraulische Effektivität des Gaslift-Verfahrens zusätzlich verbessert wird.By adding water to the brine, the brine density is reduced in addition to the gas injection, so that the hydraulic efficiency of the gas lift method is further improved.
Das zum Gaslift injizierte Gas (vorzugsweise Stickstoff) verursacht durch die starke Druckentlastung des aufsteigenden Gases von ca. 150–200 bar bis auf ca. atmosphärischen Druck infolge des JOULE-THOMSON-Effektes eine deutliche Abkühlung der aufsteigenden Sole. Diese Abkühlung verursacht wiederum eine zusätzliche bzw. erneute Auskristallisation von Salz in dem Förderringraum. Hierbei können neben Steinsalz (NaCl) vor allem Begleitsalze wie Gips (CaSO4) oder Kieserit (MgSO4) auskristallisieren.The gas injected to the gas lift (preferably nitrogen) caused by the strong pressure relief of the rising gas of about 150-200 bar to about atmospheric pressure due to the JOULE-THOMSON effect a significant cooling of the rising brine. This cooling in turn causes additional or recrystallization of salt in the conveyor annulus. Besides rock salt (NaCl), especially accompanying salts such as gypsum (CaSO4) or kieserite (MgSO4) crystallize out.
Um diese nachteiligen Salzauskristallisationen zu vermeiden, wird eine Vorwärmung des Liftgases und/oder das Verdünnungswassers vorgenommen. Das Liftgas und/oder das Verdünnungswasser sollte vorzugsweise auf die in-situ-Temperatur der Sole in der Kaverne vorgewärmt werden.In order to avoid these disadvantageous Salzauskristallisationen, a preheating of the lift gas and / or the dilution water is made. The lift gas and / or the dilution water should preferably be preheated to the in-situ temperature of the brine in the cavern.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der
Die zur Gasspeicherung vorgesehene Kaverne
In der Bohrung befinden sich als gastechnische Komplettierung sowie zur Soleentleerung folgende weitere Installationen:
9 5/8'' Gasförderrohrtour
Permanentpacker
5½''-Soleauslagerungsstrang
1¾'' Coiled Tubing als Injektionsstrang für Gas und Wasser
9 5/8 '' Gas
5½ '' -
1¾ '' coiled tubing as injection line for gas and
Die Kaverne
Der Kavernenkopf
Anschluss zur Einlagerung des Erdgases
Anschluss zur Auslagerung der Sole
Anschluss zur Injektion von Stickstoff in den Injektionsstrang für das Gaslift-Verfahren
Anschluss zur Injektion von Wasser in den Injektionsstrang zur Soleverdünnung
Connection to the storage of
Connection for removal of the brine
Connection for injecting nitrogen into the injection string for the
Connection for injection of water into the injection line for
Das über den Anschluss
Der 1¾'' Coiled Tubing als Injektionsstrang
Durch Injektion von Stickstoff mit einer Rate von ca. 150 m3(Vn)/h in den 1¾'' Coiled Tubingstrang wird nach dem Gaslift-Verfahren eine Soleauslagerungsrate von ca. 80 m3/h erzeugt. Der Druck des in der Kaverne gespeicherten Erdgases
Durch das Mischen von Sole mit einer Dichte von 1,2 g/cm3 bei einer Rate von 80 m3/h und Süßwasser mit einer Dichte von 1,0 g/cm3 bei einer Rate von 5 m3/h entsteht eine gesamte Flüssigkeitsströmung von 85 m3/h bei einer Dichte von 1,19 g/cm3. Diese Soledichte liegt unter der Sättigung von NaCl-Sole bei 20°C.By mixing brine with a density of 1.2 g / cm 3 at a rate of 80 m 3 / h and fresh water with a density of 1.0 g / cm 3 at a rate of 5 m 3 / h, an entire Liquid flow of 85 m 3 / h at a density of 1.19 g / cm 3 . This brine density is below the saturation of NaCl brine at 20 ° C.
Bei einer deutlichen Abkühlung dieser Mischsole bis unter 10°C durch die starke Druckentlastung des aufsteigenden Liftgases von ca. 200 bar bis auf atmosphärischen Druck infolge des JOULE-THOMSON-Effektes kann es jedoch auch bei einer Soledichte von 1,19 g/cm3 zu Auskristallisationen kommen.With a significant cooling of these brine to below 10 ° C by the strong pressure relief of the rising lift gas from about 200 bar to atmospheric pressure due to the JOULE-THOMSON effect, but it can also at a brine density of 1.19 g / cm 3 Crystallization come.
Die in der Kaverne
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kavernecavern
- 22
- zementierte Rohrtourcemented tube tour
- 33
- GasförderrohrtourGas production casing string
- 44
- Permanentpackerpermanent packer
- 55
- SoleauslagerungsstrangSole outsourcing strand
- 66
- Injektionsstrang für Gas und WasserInjection strand for gas and water
- 77
- Erdgasnatural gas
- 88th
- Solebrine
- 99
- Kavernenkopfcaverns head
- 1010
- Anschluss zur Einlagerung des ErdgasesConnection to the storage of natural gas
- 1111
- Anschluss zur Auslagerung der SoleConnection for removal of the brine
- 1212
-
Anschluss zur Injektion von Stickstoff in den Injektionsstrang (
6 ) für das Gaslift-VerfahrenConnection for the injection of nitrogen into the injection line (6 ) for the gas lift method - 1313
-
Anschluss zur Injektion von Wasser in den Injektionsstrang (
6 ) zur SoleverdünnungConnection for injection of water into the injection line (6 ) for brine dilution - 1414
- Wasser-VorwärmerWater-heater
- 1515
- Stickstoff-VorwärmerNitrogen preheater
- 1616
- Entgasungstankdegassing tank
- 1717
- Kaminfireplace
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 60104412 [0012] DE 60104412 [0012]
- DE 19903508 C1 [0013, 0015] DE 19903508 C1 [0013, 0015]
- US 5421408 A [0015] US 5421408 A [0015]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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