Способ извлечения геотермальной энергии

 

Изобретение относится к гйрному делу и м. б.. использовано при извлечении теплоты горных пород с последующим применением геотермального теплоносителя для теплоснабжения районов с дефицитом топлива и злектроэнергии. Цель - повьшение извлечения геотермальной энергии. Способ включает бзфение нагнетательных и откачных скважин (С), На наклонном интервале нагнетательной С посредством гидроразрыва формируют основнз ю систему вертикальных трещин. Затем С перебуривают до глубины-, где температура (т) недр превышает максимальную Т в сети теплоснабжения, и формируют дополнительную систему вертикальных трещин гидроразрьюа. Часть теплоносителя , извлекаемого из дополнительной системы трещин гидроразрыва, смешивают с теплоносителем, поступающим из основной системы трещин. Глубина формирования основной и дополнительной системы трещин гидроразрьша определяется из соотношений Н, tMMH 1i357t t + мин )1, где t . t. Ндрп и млкс С„цн 0,357t.t,,3:tS (1,357t -0.557t,, -t,/ t мин Лркс от соответственно минимальная, максимальная Т теплоносителя в сети теплоснабжения и Т обработанного теплоносителя , О С; (7 - геотермический градиент, . 2 з.п. ф-лы. 1 ил. а СО feo о 00 k4 СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

45 А t (19) (Ш (59 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Щ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4120357/22-05 (22) 18. 06. 86 (46) 23.04.88. Бюл. 9 15 (71) Ленинградский горный институт им. Г.В,Плеханова (72) Ю.Д.Дядькин, С.Г.Гендлер и Э.И.Богуславский (53) 622.234.5 {088.8). (56) Патент США Ф 3878884, кл. F 28 D 21/00.

Богуславский Э.И. Технико-экономическая оценка ге отермал ьных р есурсов. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1984 с.92. (54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ

ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к горному делу и м. б. использовано при извлечении теплоты горных пород с последующим применением геотермального теплоносителя для теплоснабжения районов с дефицитом топлива и электроэнергии. Цель — повышение извлечения геотермальной энергии. Способ включает о бурение нагнетательных и откачных скважин (С) . На наклонном интервале нагнетательной С посредством гидроразрыва формируют основную систему вертикальных трещин. Затем С перебуривают до глубины; где температура (Т) недр превышает максимальную Т в сети теплоснабжения, и формируют дополнительную систему вертикальных трещин гидроразрыва. Часть теплоносителя, извлекаемого из дополнительной системы трещин гидроразрыва, смешивают с теплоносителем, поступающим из основной системы трещин. Глубина формирования основной и дополнительной системы трещин гидроразрыва определяется из соотношений Н„,„=1 „„Gt — соответственно минимальная, максимальная Т теплоносителя в сети теплоснабжения и Т обработанного тепо с лоносителя, 0 С; о — геотермический градиент, О С/м. 2 з.п, ф-лы. 1 ил.

1390345

Изобретение относится к горному елу и может быть использовано при извлечении теплоты горных пород с последующим применением геотермального теплоносителя для теплоснабжения районов с дефицитом топлива и электроэнергии. !

Целью изобретения является повыше ние извлечения геотермальной энергии. 10

На чертеже показана одна из возможных схем извлечения геотермальной ! энергии.

Схема содержит нагнетательную 1 ,и добычную 2 скважины; теплоизолиро ванную колонну насосно-компрессорных труб 3; основные вертикальные трещины 4 гидроразрыва, дополнительные вертикальные трещины 5 гидроразрыва; смеситель 6 потоков теплоносителя из 20 основных и дополнительных вертикальных трещин; турбину 7 для выработки электроэнергии; систему 8 теплоснабжения, первую 9, вторую 10 системы горизонтальных трещин; скважины 11 25 и 12, эксплуатирующие первую систему горизонтальных трещин, скважины 13 и 14, эксплуатирующие вторую систему горизонтальных трещин; насосное оборудование 15 для нагнетания воды в 30 основные и дополнительные вертикальные трещины; насосы 16 — 19; емкости

20 и 21 заполненные водой; задвижки

22 — 30; линии 31 электропередач; пакер 32; трубопроводы 33 — 42; регулировочный,вентиль 43.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

На первом этапе осуществляют образование основных и дополнительных 40 вертикальных трещин 4 и 5, Для этого выполняют бурение нагнетательной скважины 1 до глубины Н „, а затем с помощью гидравлического разрыва пород на наклонном интервале скважины

1 создают вертикальные трещины 4.

Добуривают нагнетательную скважину 1 до глубины Н „, определяемой по соотношению (10), и на ее втором наклонном интервале образуют дополни- .

5Î тельные вертикальные трещины 5. Осуществляют бурение добычной скважины

2 до сбойки ее наклонных интервалов вначале с основными вертикальными трещинами, а затем с дополнительными 5. Устанавливают.в добычной сква55 жине 2 колонну насосно-компрессорных труб 3, которую на отрезке от сопряжения основного ствола добычной скважины 2 с первым наклонным интервалом до поверхности теплоизолируют.. Это необходимо для того, чтобы исключить теплообмен потоков теплоносителей, движущихся по межтрубному пространству и колонне насосно-компрессорных труб 3, и сохранить температурный потенциал теплоносителя из дополнительных вертикальных трещин 5. Ниже сопряжения основного ствола скважины

2 с первым наклонным интервалом для исключения гидравлической связи с дополнительными вертикальными трещинами устанавливают пакер 32, Осущест-! вляют бурение скважин 11 — 14, после чего образовывают системы 9 и 10 горизонтальных трещин, а также создают емкости 20 и 21, которые заполняют водой.

Вода с температурой, равной температуре отработанного теплоносителя из системы 8 теплоснабжения по трубопроводу 33 и из турбины 7 по трубопроводу 38 насосными агрегатами 15 нагнетается по скважине 1 в основные . 1

4 и дополнительные 5 вертикальные трещины гидроразрыва. При этом распределение количества воды, направляемых в основные 4 и дополнительные 5 вертикальные трещины выбирают таким образом, чтобы удовлетворялось соотношение (11) и осуществляют с помощью регулировочного вентиля 43 за счет изменения гидравлического сопротивления межтрубного пространства добычной скважины 2. Двигаясь по трещинам 4 и 5, вода в результате теплообмена с горными породами нагревается соответственно до температур t, и

Теплоноситель с температурой t„„„ подается на поверхность по межтрубному пространству (между теплоизолированным участком колонны насосно-компрессорных труб 3 и обсадной колонной) скважины 2 и поступает в смеситель 6.

Теплоноситель с температурой t поступает на поверхность по колонйе насосно-компрессорных труб 3. Часть его направляется на турбину 7, а другая часть подается в смеситель 6.

Соотношение между количествами теплоносителя из дополнительных вертикальных трещин 5, направляемыми для теплоснабжения и .выработки электроэнергии, определяется зависимостью (12).

Использование для выработки электроэнергии теплоносителя из дополнительных вертикальных трещин обосновывает! 390345 поступает в емкость 20 Другая часть теплоносителя по трубопроводу 35 подается к теплоносителю, извлекаемому

5 из трущин 4 и смешиваясь с ним, последовательно поступает в смеситель 6 и систему 8 теплоснабжения, а оттуда по трубопроводу 42 в емкость 21, из которой перекачивается в емкость 20.

Теплоноситель из системы 10 горизонтальных трещин по скважине 14 и трубопроводу 40 также поступает в смеситель 6 и систему 8 теплоснабжения, откуда отработанный теплоноситель по трубопроводу 42 вновь закачивается в емкость 21. Глубина образования горизонтальных трещин в 100-200 м обосновывается отсутствием теплообмена с поверхностью.

Формула изобретения

1. Способ извлечения геотермальной энергии, включающий бурение по мень25 шей мере пары откачных и нагнетательных вертикально наклонных скважин, формирование на наклонных интервалах скважин основной системы вертикальных трещин гидроразрыва, подачу в недра

30 через нагнетательную скважину воды, подъем на поверхность через откачную скважину теплоносителя, нагретого до температуры недр в интервале системы трещин Гидроразрыва, подачу теплоносителя в сеть теплоснабжения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения извлечения геотермальной энергии, скважины перебуривают до глубины, где температура недр

40 превышает максимальную температуру в сети теплоснабжения, формируют дополнительную систему вертикальных трещин гидроразрыва, при этом часть теплоносителя, извлекаемого из дополнительной системы трещин гидроразрыва, смешивают с теплоносителем, поступающим из основной системы трещин, причем глубину формирования основной и дополнительной системы трещин гид роразрыва определяют из соотношения с wc t „„-1,357 . и - +0,357Смин tîò ся его более высоким температурным потенциалом, чем у теплоносителя из основных вертикальных трещин, и, следовательно, большим коэффициентом полезного действия при выработке электроэнергии. После смесителя 6 теплоноситель с температурой t: <- поступает в систему 8 теплоснабжения, откуда отработанный теплоноситель направляется к нагнетательной скважине t Электроэнергия, вырабатываемая турбиной 7, по линиям 31 электропередач поступает к насосам 15 — 19. В выше описанном режиме работы насосы

16 — 19 выключены, а задвижки 22 — 30 закрыты.

В случае снижения тепло-энергопотребляемая часть теплоносителя из основных 4 и дополнительных 5 вертикальных трещин по скважинам 14 и 11

I закачивается в системы 9 и 10 горизонтальных трещин, где с помощью включенных насосов 19 и 16 организуется его циркуляция. Двигаясь по трещинам 10 и 9, теплоноситель охлаждается, нагревая породы соответственно до температур .t è t„. Охлажденный теплоноситель через скважины 13 и 12 и трубопроводы 39 и 38 из систем 10 и 9 горизонтальных трещин подается к нагнетательной скважине 1. В этом режиме задвижки 22, 26 — 28 открыты, 23 — 25, 29 и 30 закрыты, а насосы

17 и .18 выключены.

При повышении тепло-энергопотребления открываются задвижки 23 — 30, включаются насосы 17 и 18 и, напротив, закрываются задвижки 22 и 28 и выключаются насосы 16 и 19. Вода из емкостей 20 и 21 насосами 17 и 18 подается по трубопроводам 36 и 41 и скважинам 12 и 13 в системы 9 и 10 горизонтальных трещин. Двигаясь по ним, она нагревается соответственно до температур с„"и t охлаждая породы. Часть нагретого теплоносителя из системы 9 и 10 горизонтальных трещин по скважине 11 подается к турбине 7, откуда отработанный теплоноситель по трубопроводам 38 и 37 вновь где Н „, Н „„— глубина формирования основной и допблнительной "истемы трещин гидрораз ва, и.

Ф вЂ” соответственно мини- 8 — геотермический градимальная, максимальная ент, 0 С/м. температура теплоноси- 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— ! .теля в сети теплоснаб- шийся тем что воду в основную

У жения и температура и дополнительную системы вертикальных обработанного теплоно- трещин гидроразрыва подают по одной сителя, 0 С; нагнетательной скважине с соотношением

I де M „„"„„N " количество воды наocЙ,4ор

3 ° Способ по п.1, о т л и ч а ю— гнетаемого в основную шийся тем, что, с целью аккуиу1 и дополнительную сис- лирования геотермальной энергии в темы трещин, м /о; 15 периоды с низким теплоэнергопотреблес — температура теплоно- нием и утилизацией аккумулированной сителя в сети тепло- породами теплоты при повышении теплоснабжения, С, энергопотреблений формируют две сисодъем теплоносителя на поверхность темы горизонтальных трещин, по котоз основной и дополнительной системы 20 рым организуют циркуляцию теплоносирещин гидроразрыва осуществляют со- теля из основных и дополнительных тветственно по межтрубному простран- вертикальных трещин, а затем циркулятву и колонне насосно-компрессорных цию воды, заполняющей образованные руб откачной скважины. на поверхности емкости. !

//

Составитель Yi.Ïoäîëÿêî

Редактор Г.Гербер Техред11,Дидык Корректор С. Черни

Заказ 1744/33 Тираж 531 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква„ Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4