Salzgroßversuch

Die in steil (Salzstöcke) oder flach gelagerten Salzformationen (Flache Lagerung, Salzkissen) angelegten Salzkavernen stellen als großräumige und schnell nutzbare Speicher für Flüssigkeiten (z.B. Öl, Flüssiggas) oder Gase (z.B. Erdgas, komprimierte Luft, Wasserstoff) einen wesentlichen Bestandteil unserer Energieversorgung dar. In vielen Anwendungen wird Salz als sehr homogenes, isotropes Material betrachtet, wobei das Wirtsgestein Salz wegen seiner geringen Porosität absolut gasdicht ist. Darauf weisen natürliche Analoga (z.B. CO₂-Imprägnationen in der Werra-Salzlagerstätte) hin. Ob das tatsächlich so ist und bei welchen mechanischen Spannungen möglicherweise Schädigung auftritt, wurde in Laborexperimenten an natürlichen Salzgroßproben untersucht.

Die Laborexperimente am Steinsalz wurden so geplant, dass sie den Teufenlagen der weltweit soltechnisch erstellen Speicher entsprechen. Sie wurden als Indexversuche, u.a. an geschichtetem Material der Werra-Folge, im Rahmen einer Diplomarbeit (Knöfel, 2018) durchgeführt.

Die triaxialen Druckfestigkeiten in geschichtetem Salzgebirge sind deutlich richtungsabhängig. Die Arbeiten am IfG zeigten, dass sich die Festigkeit richtungsabhängig verdoppeln kann. Dabei treten die höchsten Festigkeiten senkrecht zur Foliation und die niedrigsten in einem Winkel von 60°dazu auf.

Als Ergebnis der Untersuchungen stehen liegen Referenzdatensätze zum Festigkeits- und Schädigungsverhalten sowie der Gasdruckbelastbarkeit für Steinsalz vor. Die Ergebnisse bestätigen und ergänzen die bisher zu Steinsalz vorliegenden Datensätze.

Unabhängig von den günstigen Wirtsgesteinseigenschaften gibt es für einzelne wenige Kavernenstandorte, wo bei der Gasspeicherung in der Vergangenheit Probleme (z.B. Undichtigkeiten) aufgetreten sind. Die Analyse zeigt, dass zumeist technische Ursachen (z.B. Fehler oder mechanische Überbeanspruchung der Bohrloch-Zementation/Rohrtour/Salzgebirge) dafür ursächlich. Die Bewertung dieser Einflüsse erfordert belastbare Materialkennwerte, die über ein aufwändiges Untersuchungsprogramm (Abb. 3) zum reinen Bohrlochzement (BC), dem Kontakt Steinsalz/BC und dem Kontakt BZ/Rohrtour (Stahl) gewonnen wurden.