Способ работы геотермального устройства

 

Изобретение может использоваться в геотермальной энергетике. Газожидкостную смесь из отводящей скважины (С) 1, сообщенный с пластом геотермальной жидкости Ж, отводят в сепаратор (СЕ), измеряя ее расход отсепарированную Ж подают в нагнетательную С 22, а смесь газов, отделенных в СЕ 11, закачивают в С 1, причем вначале давление в СН 7 поддерживают ниже давления насыщения смеси газов в жидкости пласта, а при снижении расхода газожидкостной смеси устанавливают в СЕ 7 давление, равное максимальному из давлений насыщения газов, образующих смесь, а расход смеси поддерживают постоянным путем добавления в смесь газа, имеющего максимальное давление насыщения при параметрах пласта, что позволяет повысить экономичность и экологичность за счет использования газа вместо выбросов его в атмосферу . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК (я)ю F 24 J 3/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4491060/06 (22) 10.10.88 (46) 23.03.92. Бюл. 1Ф 11 (71) Институт технической теплофизики АН

УССР (72) Ю,ll. Ìîðîçîâ (53) 621.565(088.8) (56) Патент США t4 4079590, кл У 03 G 7/00, опублик.1971.

Патент ГДР N. 222277777788, кл. F 24 J 3/08, опублик 1985. (54) СПОСОБ РАБОТЫ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО

УСТРОЙСТВА (57) Изобретение может использоваться в геотермальной энергетике. Газожидкостную смесь из отводящей скважины (С) 1, сообщенный с пластом геотермальной жид Ы 1721410 А1 кости Ж, отводят в сепаратор (СЕ), измеряя ее расход отсепарированную Ж подают в нагнетательную С 22,.а смесь газов, отделенных в СЕ 11, закачивают в С 1, причем вначале давление в CH 7 поддерживают ниже давления насыщения смеси газов в жидкости пласта, а при снижении расхода газожидкостной смеси устанавливают в СЕ

7 давление, равное максимальному из давлений насыщения газов, образующих смесь, а расход смеси поддерживают постоянным путем добавления в смесь газа, имеющего максимальное давление насыщения при параметрах пласта, что позволяет повысить экономичность и экологичность за счет использования газа вместо выбросов его в атмосферу. 1 ил.

1721410

Изобретени» относится к способам работы геотермальных. систем из подземных проницаемых слоев с помощью подъемных и нагнетатепьных скважин:

Известен способ извлечения геотермальной энергии, согласно которому в подьемную скважину с помощью погружной трубки закачивают низкокипящую жидкость с удельным весом меньшим, чем удельный вес термальной воды, например Н-бутан, изобутан, изопентан, фреон. Легкокипящая жидкость по мере движения в геотермальной скважине вскипает и производит эффект газлифта. Рабочее вещество при поступлении в подьемную скважину вскипает и смесь термапьной воды с газообразным. рабочим веществом поступает в теппообменник-сепаратор, где в результате понижения давления происходит отделение газов от термапьной воды. Выделенный газ направляют на турбину, из нее в конденсатор и затем в контактный теплообменник.

Из зоны сепарации теплообменника рабочее вещество вновь эакачивают в подъемную скважину. Охлажденную термальную воду выводят из нижней части теплообменника и закачивают в нагнетательную скважину.

Однако в сепараторе выделенных газов рабочего вещества происходит выделение неконденсируемых газов, содержащихся в термальной воде. При конденсации легкокипящего вещества они Должны быть удалены, что приводит к вредным воздействиям на окружающую среду и уносу рабочего вещества, Кроме того, извлечение геотермальной энергии по этому способу не позволяет в полной мере использовать напор газоводяной смеси на устье подъемной скважины для закачки рабочего вещества и термальной воды, так как давление в сепараторе понижают при отделении газа. Из-за больших потерь низкокипящего вещества (утечки, растворимости) и громоздкости оборудования способ извлечения геотермальной энергии во многих случаях эконо мически неэффективен.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагае мому является способ, согласно которому дпя подъема геотермальной воды из скважины или повышения дебита термальной воды в нее закачивают газ. На выходе из скважины Смесь термальной воды с газом разделяют в сепараторе, После сепаратора термальную воду используют для нагрева воды в системе отопления, а газ из сепаратора направляют в компрессор для elo закачки в подьемную скважину. Однако способ извлечения геотермальной энергии

10

20 приводит к загрязнению атмосферы за счет газов, которые удаляют из сепаратора по мере поступления в него термальной воды. содержащей газы. Кроме того, при снижении давления термапьной воды возможно выпадение солей, содержащихся в термальной воде. Отделение газа в сепараторе приводит к потере давления, которое возрастает при закачке газа в подьемную скважину вследствие уменьшения веса столба жидкости в скважине. Это давление можно использовать при закачке газа в подъемную скважину и охлажденной термальной воды в нагнетательную скважину.

Значение давления при глубине скважины

1000 м может достигать 2 МПа и более, поэтому использование этого давления на всасывающем трубопроводе компрессора и нагнетательного насоса может значительно умены. шитьпотребляемуюэлектрознергию дпя их работы

Цель изобретения — повышение эконо- мичности и экологичности путем снижения выброса газов в атмосферу.

Согласно способу работы геотермаль25 ного устройства с отводящей и нагнетатепьной скважинами, сообщенными с пластом геотермальной жидкости и сепаратором газа, включающему отвод из отводящей скважины газожидкостной смеси в сепаратор, 30 измерение ее расхода, подачу отделенной в сепараторе смеси газов в отводящую скважину и закачку отсепарированной жидкости в нагнетательную скважину, причем давление в сепараторе поддерживают ниже дав35 пения насыщения смеси газов в жидкости пласта, при снижении расхода газожидкостной смеси в сепараторе устанавливают давление, равное максимальному из давлений насыщения газов, образующих смесь, а рас40 ход последней поддерживают постоянным путем добавления в смесь газа, имеющего максимальное давление насыщения при параметрах пласта.

Возможно настолько большое содержа45 ние газа в пластовой термальной воде, что установить давление сепарации газа, при котором обеспечивается полное их растворение, нецелесообразно из-за большого значения давления при сепарации, В этом

50 случае предлагается при сепарации установить давление, которое обеспечивает растворение наиболее токсичных газов ЯО, Н Я, СО . Эти газы имеют высокую по сравнению с наиболее часто встречающимися

55 газами растворимость. При 70 С растворимость составляет, м /м; S02 27,16; Н 2;33;

COz 0,70, в то время, как растворимость сопутствующих, наиболее часто встречающихся газов, равна, м /м ; СН4 0,0289; С2Н6

0,0049; Мр 0,0128. Регулирование требуемо1721410

ro давления в сепараторе осуществляют в этом случае путем выпусков нетоксичных газов.

Геотермальные скважины с низкими пластовыми давлениями не изливают г<ри естественных условиях, однако после их, стимулирования они начинают фонтанировать вследствие разогрева столба жидкости и уменьшения ее плотности и могут давать значительный дебит. Для несамоизливающих скважин предлагается начальное стимулирование дебита проводить путем закачки в подъемную скважину rasa или легкокипящего вещества из емкости. После того, как скважина дает приток воды и из нее выделяет содержащийся в ней газ в количестве, достаточном для обеспечения .требуемого дебита, прекращают подачу газа или легкокипящего вещества из емкости и осуществляют стимулирование только газом, который выделяют из термальной воды.

Количество газа, выделяемое при сепарации из термальной воды. складывается из газа, который циркулирует в контуре: сепаратор (центробежный или лабиринтный), бак-накопитель, компрессор, погружная трубка, ствол скважины, бак-замедлитель, и газа, который поступает из пластоеой термальной воды по мере выделения новых порций воды из пласта-коллектора. Этр можно записать следующим образом; би <=Gqr гц+бвг ° т, (1) где 6<< — расход газа, используемый для интенсификации (на выхбде из сепаратора); бцг — расход газа, содержащегося в контуре его циркуляции на момент времени до поступления е него газа из пластовой термальной воды;

G«r — расход газа, выделившегося из пластовой термальной воды в циклоне; т — текущее время; тц — время движения газа е циркуляционном контуре.

Расход. газа, выделившегося иэ термальной воешь, равен бег=6«г брг, (2) где Gr r — количество (расход) газа, содержащегося в пластовой термальной воде до сепарации из нее газа; брг — количество (расход) газа, которое осталось в термальной воде после сепарации, т.е. содержащееся растворенйым в выходящей из циклона термальной воде.

Из (1) и (2) получают би т=бцг Хц (6«r-Gpr) Т . (3)

Количество газа, которое сепарируется из термальной воды при прочих равных условиях зависит от давления. Это давление определяется давлением термальной воды

Gpr Г+1

50 давление регистрируют манометром 8. От55

45 или газоеодяной смеси на выходе из скважины, которое зависит от количества, закачиваемого в подъемную скважину газа.

Возможны несколько вариантов работы по предлагаемому способу извлечения геотермальной энергии в зависимости от давления при сепарации.

Первый вариант, когда давление в сепараторе меньше, чем давление полного растворения газа в термальной воде. В этом случае происходит непрерывное выделение газа из поступающей в сепаратор термальной воды и непрерывное увеличение расхода газа G, выделяемого из сепаратора, т.е. би « -" > 6<,< т, так как Gr 6<<г г, а

Второй вариант, когда давление е сепараторе больше давления, при котором происходит выделение газа, и газ полностью растворяется в термальной воде.

B этом случае-в сепараторе газ не выделяется из термальной воды, кроме того растворяется газ, который находится в контуре циркуляции. Количество газа в контуре циркуляции уменьшается до полного растворения его в термальной воде, т.е. би< г+1 < 16«r т, так как бц г+1 <

<бцг т и G пг=брг

Способ осуществляется следующим образом.

Термальная вода из подъемной скважины 1 самоизливом через регулирующий вентиль 2 поступает в успокоительную емкость

3, снабженную сливным устройством 4. Успокоительная емкость предназначена для гашения пульсаций и осаждения взеесей, поступающих из подъемной скважины.

Из емкости 3 термальная вода через расходомер 5 и дросселирующий вентиль 6 поступает в циклон 7, в котором установлен манометр 8, В циклоне 7 происходит сепарация газа. Вместо циклона (блока циклонов) мож ет быть установлено другое сепарирующее устройство, например лабиринтовый сепаратор. С помощью дресселирующего вентиля 6 в циклоне 7 устанавливают пониженное давление (около 1 10 Па) с целью более интенсивного выделения газа из. термальной воды. Это деленный от термальной воды газ через регулирующий вентиль 9 и расходомер 10 поступает в емкость 11, оборудованную сливным устройством 12 и манометром 13.

Емкость l1 служит для отделения капель термальной воды и регулирования давления и расхода газа. После накопления газа е емкости 11, которое можно определить с помощью манометра 13, открывают регули1721410 рующий вентиль 14 и газ через расходомер

15 поступает в компрессор 16, с помощью которого его нагнетают в подъемную скважину 1 через,запорный вентиль 17 и погружную трубку 18, Термальную воду из циклона-сепаратора 7 через регулирующий вентиль 19 направляют в теплообменник 20 и после ее охлаждения с помощью нагнетательного насоса 21 закачивают через нагнетательную скважину 22 в подземный проницаемый пласт 23. В теплообменнике 20 происходит нагрев сетевой воды, которая поступает в него. по трубопроводу 24 через регулирующий вентиль 25.

Путем многократной циркуляции газоводяной смеси и газа в контуре; подъемная скважина 1, емкость 3, дроссель 6, циклон 7, емкость 11, компрессор 16, погружная трубка 18 увеличивают количество выделяемого из термальной воды газа путем закачки его в подъемную скважину 1 повышают дебит воды до достижения оптимального или заданного значения. Оптимальный расход термальной воды определяют с помощью расходомера 5. Момент. когда при повышении расхода закачиваемого в подъемную скважину 1 газа дебит газоводяной смеси начинает понижаться, соответствует оптимальному количеству закачиваемого газа.

По достижении этого момента путем открывания дроссельного вентиля 6 устанавливают в циклоне-сепараторе давление, при котором расход газа, который определяют (асходомером 10, становится постоянным.

Если при полностью открытом дроссельном вентиле 6 расход отделяемого в циклоне-сепараторе 7 газа продолжает расти, то увеличивают давление закачки газа с помощью компрессора 16 до значения, при котором расход газа, отделенного в циклоне-сепараторе 7, становится постоянным.

В нефонтанирующих скважинах используют для начального стимулирующего дебита скважин газ или легкокипящую жидкость иэ емкости 27..Закрывают вентиль 17, открывают вентиль 28 и гаэ или жидкость с помощью компрессора или насоса 29 через расходомер 30 закачивают через погружную трубку 18 в скважину 1. Из скважины 1 гаэоводяная смесь поступает в емкость 3, затем через дроссельный вентиль 6 закачиваемый газ из емкости 27 и газ, содержа щийся в термальной воде, отделяют в циклоне 7 и. направляют в емкость 11, при этом вентили 14 и 26 закрыты. После того, как давление в емкости 11 повысится, что определяют манометром 13, открывают вентили 14 и 17. закрывают вентиль 29 и продолжают дальнейшую работу по извлечению геотермальной энергии по указанной схеме для фонтанирующей скважины.

Пример, Пробурено две скважины глубиной 1200 м. Расстояние между скважи5 нами 170 м, На базе этих скважин создана система извлечения геотермальной энергии;состоящая иэ нагнетательной и подъемной скважин. Удельный дебит подъемной скважины g>=2 10 кг/с/Па, удельная при-5

10 емистость нагнетательной скважины

=2 10. кг/с/Па, температура термальной

-5 воды 18=60 С, начальный дебит подъемной скважины О н=20 кг/с, глубина подьемной и нагнетательной скважины (О =1200 м, на15 чальное статическое давление на устье скважины Pyei--10 10 Па. Термальная вода

5 содержит 0,570 кг/м растворенных газов и

0,620 кг/м газов в свободном состоянии, з

Газы в свободном состоянии включают 20

20 азота (й2), 40% метана (СН4) и 40 углекислого газа (COz) по массе, Масса каждого из газов составляет: N2 0,124 кгlм, СН4

0,248 кг/м; COz 0,248 кг/м . Растворимость з, газовпри давлении1 10 Паис=60 Ссоот25 ветственно равна Мр 0,0082 кг/м": СН4

0,015; СО2 0,536 кг/м, Давление, при котором каждый из газов полностью растворяется, находят путем деления количества свободного газа на рас30 творимость. Получают давление полного растворения К 15,1 10 Па, СН4 16,5 х х10 Па, СО24,6 10 Па.

Термальная вода из подъемной скважи. ны с начальным дебитом Ge>=20 кг/с посту35 пает через бак-замедлитель в сепаратор-циклон, где с помощью дросселирующего устройства устанавливают давление 1 10 Па. Отделенный от термальной воды газ с начальным расходом

"0 Gyp =0,0124 кг/с направляют в емкость-накопитель и затем нагнетают через погружную трубку в пласт, отделенную от газа термальную воду направляют в теплообменник, из которого охлажденную термальную воду с

45 помощью насоса закачивают в нагнетательную скважину, После 14 часов работы, когда расход газа, отсепарированного от термальной воды, достигнет значения Ог,=0,762 кг/с, с помощью компрессора при открытом

50 дроссельном клапане повышают давление сепарации до значения Pc= 16,5х х10 Па. При этом давлении в силу того, что

5 не выделяется дополнительное количество газа из пластовой термальной воды, значе55 ние расхода отсепарированного газа стано вится постоянным, Для интенсификации дебита используют только накопившийся гаэ в контуре его движения. Расход его составляет О ц=0,75 кг/с. Такой расход газа

1721410

Составитель Ю. Морозов

Техред M.Ìoðãåíòàë КоРРектоР Т, Малец

Редактор И. Шулла

Заказ 944 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101 обеспечивает повышение дебита подъемной скважины до значения 6 =32,67 кг/с, В случае, когда давление при сепарации газа меньше значения РС=16,5 10 Па, в

5 контуре движения газа постоянно увеличи- 5 вается его количество за счет выделения газа, содержащегося в пластовой термальной воде, Например, при давлении Р=10х х10 Па постоянно выделяется газ с расходом бг=0,00124 кг/с. Через некоторое вре- 10 мя, если газ не отбирать, наступает резкое уменьшение дебита подъемной скважины, тэк как проходное сечение воды уменьшается из-за присутствия газа, и увеличивается гидравлическое сопротивление. Таким об- 15 разом, если не соблюдается условие значения давления сепарации Р =16,5 10 Па, то

5 интенсификация дебита невозможна без выброса газа, В случае, если давление при отделении 20 газа в сепараторе больше, чем Р,=-16,5 10, 5 то количество газа, используемого для интенсификации дебита скважины уменьшается вследствие его растворимости. При давлении 20 .10 Па через три часа проис- 25 ходит полное растворение газов. В таком режиме интенсификацию дебита скважины проводить невозможно, Формула изобретения

Способ работы геотермального устройства с отводящей и нагнетательной скважинами, сообщенными с пластом геотермальной жидкости и сепаратором газа, включающий отвод иэ отводящей скважины газожидкостной смеси в сепаратор, измерение ее расхода,.подачу отделенной в сепараторе смеси газов в отводящую скважину и закачку отсепарированной жидкости в нагнетательную скважину, причем предварительно давление в сепараторе поддерживают ниже давления насыщения смеси газов в жидкости пласта, о т л и ч а ю щ и йс я тем. что, с целью повышения экономичности и экологичности путем снижения выброса газов в атмосферу, при снижении расхода газожидкостной смеси в сепараторе устанавливают давление, равное максимальному из давлений насыщения газов, образующих смесь, а расход последней поддерживают постоянным путем добавления в смесь газа, имеющего максимальное давление насыщения при параметрах пласта.

Способ работы геотермального устройства Способ работы геотермального устройства Способ работы геотермального устройства Способ работы геотермального устройства Способ работы геотермального устройства 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам сбора низкопотенциального тепла грунта и моГ4жет быть использовано для теплонасосного теплохладоснабжения зданий и сооружений

Изобретение относится к геотермальной энергетике и может быть использовано в сельском хозяйстве

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для извлечения геотермального тепла

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано преимущественно в сельском хозяйстве

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для теплоснабжения на основе геотермальных источников

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для теплоснабжения на основе геотермальных источников

Изобретение относится к системам комплексного тепло- и водоснабжения с использованием геотермальных источников на площадках, имеющих два и более гидротермальных слоя

Изобретение относится к геотермальным энергетическим устройствам для холодных климатических зон

Изобретение относится к применению, по меньшей мере, двух раздельных скважин для добычи углеводородного сырья для получения геотермальной энергии

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при создании геотермальных циркуляционных систем (ГЦС) теплоснабжения любых объектов с сезонным или иным изменением требований к температуре теплоносителя
Наверх