Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла



Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла
Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла
F24T10/10 - Отопление; вентиляция; печи и плиты (тепловая защита растений в садах или лесах A01G 13/06; хлебопекарные печи и устройства A21B; устройства для варки вообще, за исключением кухонных плит A47J; ковка B21J, B21K; отопительные и вентиляционные устройства для транспортных средств, см. соответствующие подклассы классов B60-B64; устройства для зажигания топлива вообще F23; сушка F26B; промышленные печи вообще F27; электронагревательные элементы и устройства H05B)

Владельцы патента RU 2641439:

Демов Станислав Александрович (RU)

Изобретение относится к способам извлечения и использования геотермального тепла. Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла включает бурение скважин с использованием буровой колонны. Бурение скважин для установки зондов осуществляют без переноса бурового станка с одного места и под углом 20-45 градусов к горизонту. В грунт устанавливают железобетонное кольцо диаметром 1,5 м, его верхний торец заглубляют на 0,3-0,4 м от поверхности. На этом же уровне устраивают кольцевую площадку шириной 0,5 м. Дно кольца заливают бетонной стяжкой. Сверху на железобетонное кольцо устанавливают колодезную опору бурового станка, определяют наклон оси бурения, монтируют буровой станок на колодезной опоре, в процессе бурения используют бетонное кольцо в качестве зумпфа, а после окончания бурения - в качестве кессонной камеры геотермального коллектора. При достижении заданной глубины бурения в колонну бурильных труб опускается на жестком тросе извлекатель съемного пилота. После извлечения пилота в колонну бурильных труб, выполняющих роль обсадной трубы, опускают подготовленный геотермальный зонд, колонну бурильных труб свинчивают с вращателем буровой установки и приподнимают на 0,5 м. Технический результат заключается в уменьшении количества операций, в частности подъема бурового снаряда, обсаживания ствола скважины обсадной трубой, выкапывания дополнительного приямка или зумпфа для циркуляции бурового раствора, переноса бурового станка на новое место бурения. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способам извлечения и использования геотермального тепла.

Из уровня техники известен способ монтажа коаксиального геотермального зонда в грунте, при котором сначала с помощью бурильного устройства сооружают скважину под геотермальный зонд, а затем в подготовленную скважину опускают коаксиальный геотермальный зонд. После введения коаксиального геотермального зонда уложенную вначале складками рукавную оболочку, одновременно образующую ограничительные стенки трубчатой оболочки коаксиального геотермального зонда, расширяют таким образом, что она, по существу, прилегает к стенкам скважины под геотермальный зонд (см. заявку РФ №2014150551, кл. МПК F24J 3/08, опубл. 10.07.2016).

Техническая проблема заключается в необходимости осуществления большого количества операций, в частности подъема бурового снаряда, обсаживания ствола скважины обсадной трубой.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в уменьшении количества операций, в частности подъема бурового снаряда, обсаживания ствола скважины обсадной трубой. Кроме того, сокращено количество и длина подводящих магистралей к зонду, уменьшено разрушение ландшафта на участке проведения зондирования.

Технический результат обеспечивается тем, что способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла включает бурение скважин с использованием буровой колонны, применяемой как обсадная труба, и съемным породоразрушающим инструментом. Бурение скважин для установки зондов осуществляют без переноса бурового станка с одного места и под углом 20-45 градусов к горизонту. При этом в грунт устанавливают железобетонное кольцо диаметром 1,5 м, его верхний торец заглубляют на 0,3-0,4 м от поверхности, на этом же уровне устраивают кольцевую площадку шириной 0,5 м. Зазор между грунтом и кольцом заполняют утрамбованным влажным песком, дно кольца заливают бетонной стяжкой, сверху на железобетонное кольцо устанавливают колодезную опору бурового станка, определяют наклон оси бурения, монтируют буровой станок на колодезной опоре. В процессе бурения используют железобетонное кольцо в качестве зумпфа, а после окончания бурения - в качестве кессонной камеры геотермального коллектора. Устье скважины располагают на дне вплотную к стенке, устанавливают трубу-кондуктор. Для тампонажа скважин используют цементно-бентонитовый раствор, используют в виде породоразрушающего инструмента разборный забурник со съемным пилотом, устанавливаемый внизу буровой колонны. При достижении заданной глубины бурения в колонну бурильных труб опускается на жестком тросе извлекатель съемного пилота. После извлечения пилота в колонну бурильных труб, выполняющих роль обсадной трубы, опускают подготовленный геотермальный зонд, колонну бурильных труб свинчивают с вращателем буровой установки и приподнимают на 0,5 м. Через кольцевой зазор между трубой зонда и бурильной трубой в затрубное пространство закачивают тампонирующую смесь, заполняющую пространство между зондом и стволом скважины, осуществляют подъем и разбор буровой колонны, а зонд остается в грунте, далее весь буровой станок поворачивают вокруг вертикальной оси на следующее направление бурения, располагая скважины «веером» с устьем всех скважин в одном колодце и под углом 20-45 градусов к горизонту.

Изобретение имеет следующие частные случаи осуществления.

Буровая установка «якорится» за железобетонное колодезное кольцо.

Колодезную опору ориентируют по направлению бурения, раскрепляя ее болтами.

Труба-кондуктор выполнена диаметром 110 мм и длиной 1,8 м, заглублена на 0,8-1,2 м.

Колодезное кольцо является зумпфом для бурового раствора.

Бурение ведут с повторным использованием бурового раствора после его очистки от шлама.

В качестве бурового раствора при бурении глин используют воду.

В качестве бурового раствора при бурении неустойчивых пород используют композиции на основе бентонитовых глин.

Длину каждой скважины определяют грунтовыми условиями, она преимущественно составляет 25 м, или 33 м, или 50 м.

Буровая колонна состоит из бурильных труб, имеющих резьбовое соединение, позволяющее свинчивать их, при этом внутренняя поверхность колонны после свинчивания не имеет выступающих частей, также отсутствуют выступающие части на наружной поверхности.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями:

Фиг. 1 отображает забурник;

Фиг. 2 отображает забурник в разрезе А-А;

Фиг. 3 отображает забурник в разрезе Б-Б.

На иллюстрациях отображены следующие конструктивные элементы:

1 - корпус;

2 - прямоугольные окна;

3 - кольцо;

4 - втулка;

5 - коронка;

6 - ниппель;

7 - корпус пилота;

8 - защелка;

9 - пружина;

10 - сменный пилот;

11 - центрирующее кольцо;

12 - промывочные канавки.

Предлагаемый способ относиться к геотермальному (геотермическому) зондированию грунта для извлечения низкопотенциальной тепловой энергии. Бурение скважин для установки зондов (геотермальных теплообменников) осуществляется без переноса бурового станка, с одного места и под углом 20-45 градусов к горизонту. Геотермальный теплообменник состоит из совокупности пластиковых геотермальных зондов, объединенных в один коллектор, и используется для работы теплового насоса типа «рассол-вода». При этом сам тепловой насос, представляющий по своей сути холодильную машину, может как охлаждать грунт вокруг геотермального зонда, забирая тепло, так и нагревать тот же грунт, отдавая излишнее тепло. Геотермальный зонд при таком использовании представляет собой теплообменник, внутри которого циркулирует теплоноситель, поступающий от теплового насоса, а снаружи - массив грунта.

Способ имеет преимущества, обусловленные упразднением некоторых технологических операций, таких как: разбор бурильных труб или штанг, подъем бурового снаряда, обсаживание ствола скважины обсадной трубой для последующего опускания в нее самого геотермального зонда. Обустройство отдельного приямка или зумпфа для циркуляции бурового раствора. Кроме того, сокращено количество и длина подводящих магистралей к зонду, уменьшено разрушение ландшафта на участке проведения зондирования.

Проводят бурение из «одной точки», поворачивая буровую установку вокруг вертикальной оси и располагая скважины «веером» с устьем всех скважин в одном колодце и под углом 20-45 градусов к горизонту.

В грунт устанавливается железобетонное кольцо КС-15.9 ГОСТ 8020 - 90 диаметром 1,5 м. Его верхний торец заглубляется на 0,3-0,4 м от поверхности, на этом же уровне устраивается кольцевая площадка шириной 0,5 м. Зазор между грунтом и кольцом заполняется утрамбованным влажным песком для обеспечения надежного крепления кольца. Дно кольца заливается бетонной стяжкой для облегчения удаления выбуренной породы. Сверху на железобетонное кольцо устанавливается колодезная опора бурового станка, ориентируется по направлению бурения и раскрепляется болтами. Определяется требуемый наклон оси бурения и фиксируется опорная стойка и поворотный кронштейн на осях в соответствующих отверстиях опоры. Монтаж бурового станка производится преимущественно на колодезной опоре с использованием железобетонного кольца в процессе бурения в качестве зумпфа для бурового раствора, а после окончания бурения - в качестве кессонной камеры геотермального коллектора. Устье скважины (выход зонда) располагается на дне вплотную к стенке, с установкой трубы-кондуктора диаметром 110 мм и длиной 1,8 м, заглубленной на 0,8…1,2 м. Бурение ведется с повторным использованием бурового раствора после его очистки (отстоя) от шлама. При бурении глин используется вода, при бурении неустойчивых пород (песков) применяются бентонитовые глины с добавками. Для тампонажа скважин используется цементно-бентонитовый раствор. Длина каждой скважины определяется грунтовыми условиями, рациональным использованием материала зонда, общими трудозатратами и выбирается из ряда 25; 33; 50 м при длине намотки трубы зонда в катушке не более 100 м. Катушка с зондом, а также катушка с уложенной в нее стеклопластиковой арматурой и закрепленным на конце извлекателем забурника крепится на оси стойки, которая вставляется в отверстия колодезной опоры.

Буровая колонна состоит из бурильных труб, имеющих резьбовое соединение NQC, позволяющее свинчивать их, при этом внутренняя поверхность колонны после свинчивания не имеет выступающих частей, заужающих внутреннее проходное сечение трубы. Также нет выступающих частей на наружной поверхности. Для операций свинчивания и развинчивания колонны на бурильной трубе предусмотрены лыски для удержания ее ключом от проворота. Породоразрушающим инструментом является разборный забурник, устанавливаемый внизу буровой колонны.

Забурник со съемным пилотом (фиг. 1-3) предназначен для бурения в породах до VIII категории буримости. Забурник состоит из корпуса 1, в стенке которого имеются два прямоугольных окна 2, закрытых кольцом 3. С передней стороны корпуса на резьбе М 64x2 навернута втулка 4 с колонковой резьбой под коронку 5, а с задней стороны на резьбе М 64x2 переводник-ниппель 6 на бурильные трубы NQC. Внутрь корпуса 1 вставлен съемный пилот, состоящий из корпуса 7, в котором на осях установлены две защелки 8, под воздействием пружины 9 входящие своими выступами в окна 2. Задние концы защелок имеют заостренную форму для взаимодействия с конусом извлекателя. Спереди в корпусе 7 на резьбе М 27 установлен сменный пилот 10 типа ДЛШ-50 от стандартного шнекового забурника. Между сменным пилотом 10 и корпусом 7 установлено центрирующее кольцо 11 с промывочными канавками 12. Для бурения применяются стандартные твердосплавные коронки типа СМ5-76, СА4-76 или других типов. При достижении заданной глубины бурения в колонну бурильных труб опускается на жестком тросе извлекатель, который своим конусом захватывает защелки 8, выводя их из зацепления с корпусом 1, и надежно удерживает съемный пилот. После подъема извлекателя защелки вручную сжимаются, и пилот отсоединяется. Повторная установка пилота в корпусе забурника производится на поверхности.

После извлечения пилота в колонну бурильных труб, выполняющих роль обсадной трубы, опускается подготовленный геотермальный зонд, заглушенный с обеих сторон. Колонна бурильных труб свинчивается с вращателем буровой установки и приподнимается на 0,5 м. Через кольцевой зазор между трубой зонда и бурильной трубой в затрубное пространство закачивается тампонирующая смесь, заполняющая пространство между зондом и стволом скважины. Далее происходит подъем и разбор буровой колонны, а зонд остается в грунте. После разбора колонны и удаления бурового шлама из колодца верхняя заглушка зонда отрезается и опускается внутренняя труба зонда, затем на собранный зонд сверху надевается временная компрессионная ПНД заглушка для исключения попадания бурового раствора вовнутрь зонда.

Далее ослабляют болты крепления колодезной опоры, и весь буровой станок поворачивают вокруг вертикальной оси на следующее направление бурения.

1. Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла, включающий бурение скважин с использованием буровой колонны, применяемой как обсадная труба, и съемным породоразрушающим инструментом, отличающийся тем, что бурение скважин для установки зондов осуществляют без переноса бурового станка с одного места и под углом 20-45 градусов к горизонту, при этом в грунт устанавливают железобетонное кольцо диаметром 1,5 м, его верхний торец заглубляют на 0,3-0,4 м от поверхности, на этом же уровне устраивают кольцевую площадку шириной 0,5 м, зазор между грунтом и кольцом заполняют утрамбованным влажным песком, дно кольца заливают бетонной стяжкой, сверху на железобетонное кольцо устанавливают колодезную опору бурового станка, определяют наклон оси бурения, монтируют буровой станок на колодезной опоре, в процессе бурения используют железобетонное кольцо в качестве зумпфа, а после окончания бурения - в качестве кессонной камеры геотермального коллектора, устье скважины располагают на дне вплотную к стенке, устанавливают трубу-кондуктор, для тампонажа скважин используют цементно-бентонитовый раствор, используют в виде породоразрушающего инструмента разборный забурник со съемным пилотом, устанавливаемый внизу буровой колонны, при достижении заданной глубины бурения в колонну бурильных труб опускается на жестком тросе извлекатель съемного пилота, после извлечения пилота в колонну бурильных труб, выполняющих роль обсадной трубы, опускают подготовленный геотермальный зонд, колонну бурильных труб свинчивают с вращателем буровой установки и приподнимают на 0,5 м, через кольцевой зазор между трубой зонда и бурильной трубой в затрубное пространство закачивают тампонирующую смесь, заполняющую пространство между зондом и стволом скважины, осуществляют подъем и разбор буровой колонны, а зонд остается в грунте, далее весь буровой станок поворачивают вокруг вертикальной оси на следующее направление бурения, располагая скважины «веером» с устьем всех скважин в одном колодце и под углом 20-45 градусов к горизонту.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что буровая установка «якорится» за железобетонное колодезное кольцо.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что колодезную опору ориентируют по направлению бурения, раскрепляя ее болтами.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что труба-кондуктор выполнена диаметром 110 мм и длиной 1,8 м, заглублена на 0,8-1,2 м.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что колодезное кольцо является зумпфом для бурового раствора.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что бурение ведут с повторным использованием бурового раствора после его очистки от шлама.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве бурового раствора при бурении глин используют воду.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве бурового раствора при бурении неустойчивых пород используют композиции на основе бентонитовых глин.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длину каждой скважины определяют грунтовыми условиями, она преимущественно составляет 25 м, или 33 м, или 50 м.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что буровая колонна состоит из бурильных труб, имеющих резьбовое соединение, позволяющее свинчивать их, при этом внутренняя поверхность колонны после свинчивания не имеет выступающих частей, также отсутствуют выступающие части на наружной поверхности.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ получения топлива из органического материала в подземном реакторе (варианты) и подземный реактор для применения в вышеуказанном способе (варианты).

Изобретение относится к области энергетики и направлено на энергосбережение путем рационального использования возобновляемых источников тепла и естественного перепада температуры в окружающей среде.

Изобретение относится к способам совместного использования солнечной энергии для системы горячего водоснабжения, солнечной и петротермальной энергии с помощью абсорбционного теплового насоса и инверторного парокомпрессорного теплового насоса для систем кондиционирования воздуха в теплый период и отопления в холодный период.

Изобретение относится к области превращения геотермальной энергии в электрическую энергию, когда источником тепловой энергии являются постмагматические тепловые поля.

Изобретение относится к коаксиальному геотермальному зонду и способу его монтажа под землей, а также к способу эксплуатации геотермального зонда. Коаксиальный геотермальный зонд содержит центральную колонковую трубу (11) и выполненную с возможностью расширения трубчатую оболочку, которая ограничивает кольцевой зазор (15), проходящий от колонковой трубы наружу, причем колонковая труба (11) и кольцевой зазор (15) выполнены с обеспечением протекания по ним текучей среды-теплоносителя.

Изобретение относится к производству электроэнергии. Система содержит геотермальную систему, содержащую электростанцию (101), и насосную станцию (102), атомную электростанцию (103).

Изобретение относится к энергетике. Способ утилизации энергии геотермальных вод включает геотермальную скважину, промежуточные теплообменники, детандер с компрессором на одном валу, сепаратор и газгольдер.

Изобретение относится к средствам извлечения геотермальной энергии из продукции нефтегазовых скважин и может использоваться в качестве альтернативных источников энергии.

Предлагается устройство, содержащее теплонасосное оборудование и систему сбора низкопотенциальной теплоты грунта, состоящую из двух и более зон, параллельно подключенных к теплонасосному оборудованию, каждая из которых, в свою очередь, включает один и более вертикальных герметичных грунтовых теплообменников коаксиального типа с внутренней трубой, покрытой теплоизолирующим слоем пористого материала с замкнутыми порами.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в подземных аккумуляторах тепловой энергии. Подземный аккумулятор содержит колодец и по меньшей мере один туннель, соединенные друг с другом с обеспечением сообщения по текучей среде.

Изобретение относится к устройству для отвода отделенной буровым инструментом буровой мелочи при бурении скважины для прокладки трубопровода. Устройство включает по меньшей мере один насос для откачки смешанной с буровой мелочью промывочной жидкости и по меньшей мере один приемный корпус по меньшей мере с одной приемной камерой, которая через отверстия соединена с областью буровой мелочи за буровым инструментом.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к способам для бурения. Технический результат заключается в повышении эффективности бурения компенсационных шпуров и скважин в одну стадию.

Изобретение относится к области горного дела, бурения грунта или горных пород, в частности к методу горизонтально направленного бурения. Технический результат заключается в увеличении механической скорости расширения скважины, улучшении очистки рабочих поверхностей шарошек, повышении монтажеспособности и ремонтопригодности, а также в увеличении ресурса работы расширителя за счет периодической реставрации элементов шарошечного узла.

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для расширения ствола скважины под башмаком обсадной колонны. Расширитель состоит из корпуса со сквозными пазами, в которых на осях размещены лопасти, армированные твердым сплавом, подпружиненного поршня с центральным штоком и разжимным конусом на конце, входящим во взаимодействием с лопастями, снабжен кожухом с продольными окнами, выполненными симметрично сквозным пазам корпуса, и связан с ним резьбой, конусная поверхность снабжена кольцевым выступом, обращенным к кольцевой проточке в теле корпуса, и продольными пазами на конусной поверхности, выполненными симметрично продольным окнам кожуха.

Изобретение относится к области бурения грунта. Буровой инструмент содержит элемент буровой штанги, выполненный с возможностью присоединения к приводу вращения и приведения во вращение вокруг оси бурения, корпус типа рамы и по меньшей мере один разрабатывающий зуб, который установлен в корпусе с возможностью радиальной регулировки между втянутым положением в корпусе и рабочим положением, в котором по меньшей мере один разрабатывающий зуб радиально выступает из корпуса.

Изобретение относится в основном к оборудованию буровой, такому как нефтепромысловое наземное оборудование, внутрискважинные узлы и тому подобное. Техническим результатом является повышение эффективности управления инструментом, которое в то же время обеспечивает защиту инструмента.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для создания в породных массивах полостей, имеющих форму шара. Устройство для образования сферических расширений в скважинах включает корпус с узлом связи с приводом вращения корпуса вокруг его продольной оси, рабочие органы с наружными режущими кромками, установленные в корпусе с возможностью выдвижения за его пределы.

Изобретение относится к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале. Расширитель скважин включает полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями.

Группа изобретений относится к горной промышленности и предназначена для бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин в грунтах. Способ заключается в том, что механически разрушают забой и удаляют продукты разрушения шнекобуровым инструментом с разрывами шнековой спирали, которому сообщают непрерывное вращательное и осевые колебательные движения с амплитудой, превышающей за один цикл колебаний длину наибольшего разрыва шнековой спирали.

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале. Расширитель ствола скважины содержит центратор, корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами и выступами в форме зубьев, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей в рабочее положение, полый вал с верхней резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и нижней втулкой, размещенный в проходном канале корпуса с фиксацией от проворота относительно корпуса, причем лопасти снабжены хвостовиками, взаимодействующими с втулкой полого вала при выдвижении лопастей в рабочее положение, и устройство для стопорения лопастей в нерабочем положении, содержащее радиально подпружиненные кольцевые сегменты.

Изобретение относится к способам извлечения и использования геотермального тепла. Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла включает бурение скважин с использованием буровой колонны. Бурение скважин для установки зондов осуществляют без переноса бурового станка с одного места и под углом 20-45 градусов к горизонту. В грунт устанавливают железобетонное кольцо диаметром 1,5 м, его верхний торец заглубляют на 0,3-0,4 м от поверхности. На этом же уровне устраивают кольцевую площадку шириной 0,5 м. Дно кольца заливают бетонной стяжкой. Сверху на железобетонное кольцо устанавливают колодезную опору бурового станка, определяют наклон оси бурения, монтируют буровой станок на колодезной опоре, в процессе бурения используют бетонное кольцо в качестве зумпфа, а после окончания бурения - в качестве кессонной камеры геотермального коллектора. При достижении заданной глубины бурения в колонну бурильных труб опускается на жестком тросе извлекатель съемного пилота. После извлечения пилота в колонну бурильных труб, выполняющих роль обсадной трубы, опускают подготовленный геотермальный зонд, колонну бурильных труб свинчивают с вращателем буровой установки и приподнимают на 0,5 м. Технический результат заключается в уменьшении количества операций, в частности подъема бурового снаряда, обсаживания ствола скважины обсадной трубой, выкапывания дополнительного приямка или зумпфа для циркуляции бурового раствора, переноса бурового станка на новое место бурения. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх