DE19647706C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fluten von Speicherkavernen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Fluten von gasgefüllten Speicherkavernen zur Durchführung von Sanierungs- oder Rekonstruktionsar­ beiten.

Voraussetzung für die Durchführung von Reparaturarbei­ ten, Rekomplettierungen und insbesondere Hohlraumver­ größerungen einer Gaskaverne durch weiterführende Solarbeiten ist im allgemeinen ein Fluten des Kaver­ nenhohlraumes
An Kavernen zur Speicherung gasförmiger Medien, bei denen während und nach einer vollständigen Auslage­ rung des Speichergutes zur Sicherung des anstehenden Gebirges ein Mindestinnendruck weiter aufrechterhal­ ten werden muß, ist ein Fluten mit den bisher bekann­ ten Verfahren und Einrichtungen aufgrund des vorhande­ nen Mindestinnendruckes nicht ohne weiteres durchführ­ bar.

Eine mögliche Lösung für dieses Problem könnte darin bestehen, eine Rohrtour bis in den Bereich des sole­ überfluteten Kavernensumpfes in die gasgefüllte Kaverne einzubauen und anschließend die Kaverne vollständig zu fluten, wobei die unter dem Sicher­ heits-Mindestinnendruck stehende Restmenge des gasför­ migen Speichermediums während des Flutprozesses über den Ringraum zwischen der eingebauten Rohrtour und der Förderrohrtour kontinuierlich oder diskontinuier­ lich abfließen könnte.

Diese Lösungsvariante ist aber nicht uneingeschränkt anwendbar.

Einerseits besteht die Gefahr, daß die bis zum Kaver­ nensumpfreichende Flutrohrtour durch Gebirgsabscha­ lungen während des Flutvorganges so schwer beschädigt wird, daß das in der Kaverne unter Kaverneninnendruck anstehende gasförmige Speichermedium schlagartig in die Flutrohr eindringt oder die Rohrtour vollständig abgeschlagen wird.

Diese nicht zu beherrschenden Vorgänge können zu kritischen Betriebszuständen führen und erfordern nach einem Havariefall eine kosten- und zeitaufwen­ dige Reparatur der Flutrohrtour.

Andererseits ist das Eintauchen des Flutstrangschuhes in einen Flüssigkeitsspiegel (Solespiegel) Vorausset­ zung für den Einsatz an sich bekannter autarker Sicherheitssysteme auf der Basis von druckabhängig gesteuerten automatischen Schließarmaturen an den Ein- und Ausgängen des Kavernenkopfes für das Gas und die Sole. Mit derartigen Sicherheitssystemen wäre eine Beschädigung oder ein Abriß des Flutstranges auf einfache Weise sofort erkennbar und ein sicherheits­ technischer Überwachungseinsatz mit Arbeitskräften vor Ort könnte auf eine Tagesbefahrung reduziert werden.

Bei nicht auszuschließenden Gebirgsabschalungen ist aber eine Lösungsvariante, die eine bis in den Kaver­ nensumpf eingebaute Flutrohrtour vorsieht, aus den vorgenannten Gründen nicht zu empfehlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung zum Fluten einer Kaverne zu entwickeln, die keiner Gefährdung durch Gebirgsabscha­ lungen ausgesetzt sind, den Einsatz druckabhängig gesteuerter Sicherheitsabsperrarmaturen als Vorausset­ zung einer automatisierten Betriebsführung zum Fluten der Kaverne zulassen, eine ständig hydraulische Sicherung gegenüber dem in der Kaverne unter Druck an­ stehenden Gas gewährleisten und im Nennstrombereich den Abriß des Flutstromes vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Vorrichtung entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5 und 7 bis 11.

Gemäß den Merkmalen nach Anspruch 1 bis 5 wird die Kaverne geflutet und hierzu in der Kavernenbohrung eine Flüssigkeitssäule vorzugsweise aus dem Flutmedi­ um eingerichtet, die während des gesamten Flutpro­ zesses aufrechterhalten wird. Mit der von der Flüssig­ keitssäule erzeugten Druckwirkung wird während der gesamten Dauer des Flutprozesses eine hydraulische Sicherung gegenüber dem Innendruck der Kaverne vorge­ nommen. Bei Flutstillstand wird diese Säule zu einer hydrostatischen, den Kaverneninnendruck selbsttätig kompensierenden Flüssigkeitssäule, die die Kaverne hydraulisch verschließt.

Zur Durchführung des Verfahrens und zur Errichtung der Flüssigkeitssäule wird eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 11 eingesetzt, die gegen den Innen­ druck der Kaverne in einem Bereich des Kavernenda­ ches, der nicht durch Gebirgsabschalungen gefährdet ist, eingebaut wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen Flutstrang aus einem Außen- und einem Innenrohr, deren Rohrquerschnitte während des Einbau­ es in die unter einem Innendruck stehende Kaverne gegen Gasdurchschlag gesichert sind. In das Außen­ rohr, das am Rohrschuh durch einen vorzugsweise ziehbaren Stopfen verschlossen ist und Überströmöff­ nungen zum äußeren Ringraum zwischen dem Außenrohr und der Verrohrung der Kavernenbohrung aufweist, ist oberhalb der Überströmöffnungen das Innenrohr so eingehängt, daß ein innerer Ringraum entsteht, der von dem Flutmedium in umgekehrter Fließrichtung durchströmt werden kann.

Die Flüssigkeitssäule, die in einer unteren Sektion des Flutstranges zwischen dem Rohrschuh des Außenroh­ res und dem Tubingstranghänger des Innenrohres ent­ steht, bildet einen hydraulischen Verschluß gegenüber dem in der Kaverne anstehenden Innendruck und verhin­ dert so den Gaseintritt in den Flutstrang und über den Flutstrang in den Kavernenkopf.

In einer oberen Sektion des Flutstranges, zwischen dem Tubingstranghänger und dem Kavernenkopf, ist ein Rohrsegment angeordnet, das zur Einstellung der Strö­ mungswiderstände im gesamten Flutstrang dient. Durch Änderung der Rohrlänge und des Rohrquerschnittes des Rohrsegmentes können die Fließwiderstände im Flut­ strang auf die aktuellen Bedingungen vor Ort abge­ stimmt und eine exakte Einstellung und Regelung der Flüssigkeitssäule im Flutstrang vorgenommen werden. Vorzugsweise ist das Rohrsegment ebenfalls im Tu­ bingstranghänger des Innenrohres eingesetzt und mit Mitteln zum Anschluß weiterer Rohrsegmente ausgestat­ tet.

Zur Einstellung höherer Fließwiderstände können auch Drosselelemente eingesetzt werden, die vorzugsweise im Bereich des austauschbaren Rohrsegmentes anzuord­ nen sind.

Bei einer Flutunterbrechung oder einem Flutabriß stellt sich selbständig eine Flüssigkeitssäule ein, die von den Überströmöffnungen im Außenrohr und dem Spiegelstand des Flutmediums im Flutstrang unterhalb des Kavernenkopfes begrenzt ist. Diese Flüssigkeits­ säule kompensiert selbständig den jeweiligen aktuel­ len Innendruck der Kaverne.

Gleichzeitig verhindern die Flüssigkeitssäule in den Rohren des Flutstranges zwischen den Überströmöffnun­ gen im Außenrohr und dem Kopf des austauschbaren Rohr­ segmentes das Durchschlagen des Flutmediums in die Ka­ verne bei einer Flutunterbrechung.

Das zum Fluten der Speicherkaverne einzubringende Flutmedium wird über das Innenrohr des Flutstranges zugeführt, fließt aus dem Fußbereich des Innenrohres in den inneren Ringraum zwischen dem Außen- und dem Innenrohr und steigt anschließend in diesem Ringraum bis in Höhe der Überströmöffnungen des Außenrohres und gelangt von dort über den äußeren Ringraum zwi­ schen dem Außenrohr und der Verrohrung der Kavernen­ bohrung in die Kaverne.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine äußerst funktionssichere Lösung zum Fluten von Kavernen vorge­ schlagen, die auch bei einem unerwarteten Flutstopp eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet. Mit der vorgeschlagenen Lösung ist das Anfahren des Flutpro­ zesses ohne Einfluß des Kaverneninnendruckes jeder­ zeit möglich. Das vom Flutmedium verdrängte Restgas wird vollständig ausgelagert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist in ihrer Ausführung keine mechanisch bewegten Ausrüstungsteile auf und ist dadurch vollkommen reparaturunanfällig.

Der Flutstrang, mit dem die Flüssigkeitssäule in Abhängigkeit von dem sich während des Flutprozesses ändernden Innendruckes der Kaverne selbsttätig ein­ gerichtet wird, bietet eine absolute Sicherheit gegen Gasrückschlag in den Kavernenkopf und gegen Druckstoß in das gesamte Leitungssystem zum Fluten der Kaverne.

Strangabschläge durch Gebirgsabschalungen können die gesamte Flutstranganordnungen nicht gefährden, da sich keine Rohrtouren im Kavernenhohlraum befinden.

Außerdem gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung eine kontinuierliche Ausspeicherung des in der Kaver­ ne zur Herstellung und Aufrechterhaltung des geomecha­ nisch bedingten Mindestinnendruckes vorhandenen Gasvo­ lumens, wodurch ein weiterer Vorteil erzielbar ist.

Die Erfindung ermöglicht das Fluten der Kaverne mit einem flüssigen Medium, vorzugsweise mit einer vollge­ sättigten Sole.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungs­ beispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt den erfindungsgemäßen Flutstrang zum Fluten einer Speicherkaverne und zur Errichtung einer den Innendruck der Kaverne kompensierenden Flüssig­ keitssäule in schematischer Darstellung.

Zur Realisierung der Aufgabenstellung eines Rekon­ struktionsprojektes ist die Kaverne 19 mit der Kaver­ nenbohrung 16 und dem Kavernensumpf 20, die beispiels­ weise als Speicher für ein gasförmiges Medium diente, vollständig zu fluten. Das gespeicherte gasförmige Medium wurde auf bekannte Weise teilausgelagert. In der Kaverne 19 ist ein geomechanisch notwendiger Innendruck verblieben.

Um die Kaverne 19 fluten zu können, ist erfindungsge­ mäß in die verrohrte Kavernenbohrung 16 ein Flut­ strang 13 eingebaut, der aus einem Außenrohr 10, das am Rohrschuh 5 mit einem geeigneten, ziehbaren Stop­ fen 4 hermetisch dicht verschlossen ist, und aus einem Innenrohr 9 besteht, das mittels Tubingstrang­ hänger 7 oberhalb von Überströmöffnungen 8 dicht im Außenrohr 10 eingesetzt ist.

In den Tubingstranghänger 7 ist ein weiteres, in seiner Länge und seinem Rohrquerschnitt variierbares Rohrsegment 15 austauschbar angeordnet, mit dem der Fließwiderstand im Flutstrang 13 zur Einrichtung einer Flüssigkeitssäule in Abhängigkeit von den tatsächlichen Bedingungen vor Ort eingestellt und reguliert werden kann.

Vor dem Einbau des Flutstranges 13 in die mit Gas ge­ füllte und unter dem Innendruck der Kaverne 19 stehen­ de Kavernenbohrung 16 wird das Innenrohr 9 am Rohr­ schuh 6 mit einem ziehbaren Stopfen 14 temporär verschlossen, um zu verhindern, daß während der Installation gasförmiges Speichermedium am Kavernen­ kopf 17 austreten kann.

Das Außenrohr 10 des Flutstranges 13 wird in bekann­ ter Weise durch die Stopfbuchse einer zeitweilig am Kavernenkopf 17 montierten Hochdruckschleuse - nicht dargestellt - in üblichen Rohrbaulängen bis in Teufe der Überströmbohrungen 8 in die Kavernenbohrung 16 eingebaut. Danach wird das Innenrohr 9 mit dem Tu­ bingstranghänger 7, der das Innenrohr 9 gegenüber dem Außenrohr 10 abdichtet, in das Außenrohr 10 einge­ bracht. Anschließend erfolgt der weitere Einbau des Außenrohres 10 mit Hilfe der Hochdruckschleuse bis zur vorgesehenen Teufe des Rohrschuhes 5 innerhalb eines gegen Gebirgsabschalungen ungefährdeten Berei­ ches des Kavernendaches 1.

Nachdem das Außenrohr 10 gasdicht am Kavernenkopf 17 der Kavernenbohrung 16 abgehangen worden ist, wird das in seinen Abmessungen variierbare Rohrsegment 15 in das Außenrohr 10 eingebaut und von oben dicht in den Tubingstranghänger 7 gesteckt und abgestellt. Vorzugsweise ist der Kopf 28 des Rohrsegmentes 15 mit an sich bekannten Mitteln für den Anschluß weiterer Rohrsegmente zur Einstellung und Regulierung der Fließwiderstände für die Einrichtung der Flüssigkeits­ säule im Flutstrang 13 ausgestattet. Zu diesem Zweck können auch Drosselelemente 30 vorgesehen werden, die oberhalb des Tubingstranghänger 7 im Rohrsegment 15 anzuordnen sind.

Abschließend wird die Hochdruckschleuse demontiert und der Kavernenkopf 17 gasdicht mit der Solepumplei­ tung 23 und der Gasförderleitung 24 verbunden. Danach wird der temporäre Stopfen 14 mit bekannten Mitteln aus dem Innenrohr 9 ausgebaut.

Das am Kavernenkopf 17 über die Solepumpleitung 23 in den oberen Abschnitt 31 des Außenrohres 10 eingepump­ te Flutmedium 26 fließt durch den Befüllraum 32 des Innenrohres 9 und gelangt über den Rohrschuh 6 in den inneren Ringraum 12 zwischen dem Innenrohr 9 und dem Außenrohr 10. Hierzu ist der Rohrschuh 5 des Außenroh­ res 10 gegenüber dem Rohrschuh 6 des Innenrohres mit Abstand angeordnet, um einen freien Durchgang des Flutmediums 26 aus dem Innenrohr 3 in den Ringraum 12 zu ermöglichen. Innerhalb des Ringraumes 12 steigt das eingepumpte Flutmedium bis zu den Überströmöffnungen 8 des Außen­ rohres 10 und fließt von dort in den unter dem Innen­ druck der Kaverne 19 stehenden gasgefüllten äußeren Ringraum 11 zwischen der zementierten Verrohrung 3 der Kavernenbohrung 16 mit dem Rohrschuh 2 und dem Flutstrang 13 nach unten und anschließend in die Kaverne 19.

Im Gegenstrom 25 strömen die auszulagernden Restgas­ mengen über den äußeren Ringraum 11 zum Kavernenkopf 17 und werden über die mit einem Absperrventil 18 aus­ gestattete Gasförderleitung 24 einer Trocknungsanlage und anschließend der bestimmungsgemäßen Verwendung zugeführt.

Über die Einstellung der Fließwiderstände im Flut­ strang 13 wird eine solche Drosselwirkung im Flut­ strom des Flutmediums hervorgerufen, daß sich im Nennratenbereich eine geschlossene Flüssigkeitssäule ausbildet, die einen gleichmäßigen pulsfreien Einspei­ sedruck für das Flutmedium am Kavernenkopf 17 gewähr­ leistet.

Bei einer Unterbrechung des Flutprozesses fällt die Flüssigkeitssäule, gedämpft durch die Drosselwirkungen des Rohrsegmentes 15 auf eine wirksame Säulenhöhe in einen Bereich 29 zwischen den Durchströmöffnungen 8 und dem Solespiegel 22 im Außenrohr 10, die in ihrer statischen Druckhöhe den aktuellen Innendruck der Kaverne kompensiert und gleichzeitig einen hydrauli­ schen Verschluß der Kaverne 19 bewirkt.

Die sich im Ringraum 12 zwischen den Überströmbohrun­ gen 8 und dem Rohrschuh 6 und im Innenrohr 9 ausbil­ dende Flüssigkeitssäule verhindert den Durchtritt des Gases aus der Kaverne 19 bis in den Kavernenkopf 17.

Nach den allgemein geltenden Sicherheitsnormen sind die Ausrüstungen für Kavernen am Kavernenkopf mit einem automatisch schließenden Sicherheitssystem auszustatten, das bei Erreichen eines die Sicherheit gewährleistenden Grenzwertes abschaltet.

Mit der Erfindung werden die Voraussetzungen für den Einsatz einfacher Sicherheitseinrichtungen, beispiels­ weise einem Sicherheitsabsperrventil 21 geschaffen, die ein wirtschaftliches Abschalten der beim Fluten der Kaverne ablaufenden Prozesse über p_max-Grenzwer­ te gestatten und in sichere, oberhalb der Kavernenfir­ ste befindliche Bereiche einer zu flutenden Kaverne angeordnet werden können.

Bezugszeichenliste

1

Kavernendach

2

Rohrschuh (zementierte Produktionsrohrtour)

3

zementierte Verrohrung

4

Stopfen

5

Rohrschuh

6

Rohrschuh

7

Tubingstranghänger

8

Überströmöffnungen

9

Innenrohr

10

Außenrohr

11

äußerer Ringraum

12

innerer Ringraum

13

Flutrohrstrang

14

Stopfen

15

Rohrsegment

16

Kavernenbohrung

17

Kavernenkopf

18

Absperrventil

19

Kaverne

20

Kavernensumpf

21

Sicherheitsabsperrventil

22

Solespiegel

23

Solepumpleitung

24

Gasförderleitung

25

Gasgegenstrom

26

Flutmedium

27

Innenrohrlänge

28

Kopf (Rohrsegment)

29

wirksame hydraulische Säule

30

Drosselelement

31

Abschnitt

32

Befüllraum

Claims (11)

1. Verfahren zum Fluten von Speicherkavernen, insbesondere von Gaskavernen, die unter einem geomechanisch notwendigen Mindestinnendruck ste­ hen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kaver­ nenbohrung eine Flüssigkeitssäule aus einem Flutmedium eingerichtet, die Flüssigkeitssäule während des gesamten Flutprozesses aufrechter­ halten und die Kaverne über diese Flüssigkeits­ säule geflutet wird, wobei mit dem Druck der Flüssigkeitssäule der anstehende Kaverneninnen­ druck selbstregelnd kompensiert und die Kaverne bei einem Abriß des Flutstromes selbsttätig ver­ schlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Flüssigkeitssäule durch Einstel­ lung der Fließwiderstände in einem Flutrohr­ strang eingerichtet und der Flutrohrstrang bis in gegenüber Gebirgsabschalungen ungefährdete Bereiche der Kaverne eingebaut wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flüssigkeitssäule eine hydrau­ lische Säule aus einem Flutmedium ist und als Flutmedium voll gesättigte Sole eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innendruck der Kaverne mit dem Druck einer hydrostatischen Flüssigkeitssäu­ le kompensiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckwirkung der hydrodynami­ schen Flüssigkeitssäule kleiner als der Innen­ druck der Kaverne ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kavernenbohrung (16) ein Flutrohrstrang (13) aus einem Überströmöffnungen (8) aufweisen­ den Außenrohr (10), das am Rohrschuh (5) ver­ schlossen ist und einem Innenrohr (9) eingebaut ist, wobei das Innenrohr (9) mittels Tubingstranghänger (7) dicht im Außenrohr (10) eingesetzt und so angeordnet ist, daß zwischen dem Innenrohr (9) und dem Außenrohr (10) ein innerer Ringraum (12), mit einer aufsteigenden Fließrichtung für das von oben zugeführte Flut­ medium (26), entsteht und im Tubingstranghänger (7) ein weiteres Rohrsegment (15) austauschbar eingesetzt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Außenrohr (10) durch einen temporären Stopfen (4) und das Innenrohr (9) während der Einbauphase durch einen temporären Stopfen (14) verschlossen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rohrschuh (5) des Außen­ rohres (10) im Bereich des Kavernendaches (1) angeordnet und gegenüber dem Rohrschuh (6) des Innenrohres (3) beabstandet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rohrschuh (5) des Außen­ rohres (10) in der Kavernenbohrung (16) liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohrlänge (27) und der Rohrquerschnitt des Innenrohres (9) von dem zu Beginn des Flutprozesses in der Kaverne (19) anstehenden Innendruck bestimmt ist und am Kopf (28) des Rohrsegmentes (15) Mittel für den An­ schluß weiterer Rohrsegmente vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrsegment (15) ober­ halb des Tubingstranghängers (7) Drosselelemen­ te (30) zur weiteren Anpassung und Regulierung der Fließwiderstände im Flutrohrstrang (13) vor­ gesehen sind.