СПОСОБ УСТАНОВКИ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА Российский патент 2023 года по МПК F24T10/00 E02F5/20 E21B7/26 

Изобретение относится к способам извлечения и использования геотермального тепла. Предлагаемый способ относится к геотермальному (геотермическому) зондированию грунта для извлечения низкопотенциальной тепловой энергии.

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 RU 2014150551, кл. МПК F24J 3/08, опубл. 10.07.2016). Также известен способ монтажа коаксиальных геотермальных зондов с использованием бурильной штанги в качестве обсадной трубы при погружении зонда (см. RU 2641439, кл. МПК E21B 7/04(2006.01), E21B 7/20(2006.01), E21B 7/28(2006.01), E21B 33/00(2006.01), F24T 10/10, опубл. 22.03.2018).

Способ установки геотермального теплообменника для извлечения низкопотенциального тепла основан на применении разработанной технологии прокола грунта для погружения коаксиального зонда. Ограничения по глубине отсутствуют.

Геотермальный теплообменник состоит из совокупности пластиковых геотермальных зондов, объединенных в один коллектор, внутри которых циркулирует теплоноситель, поступающий от теплового насоса, а снаружи - массив грунта постоянной температуры. В качестве теплоносителя используется наполнитель типа «рассол-вода». Используя принцип Карно, тепловой насос может работать как в режиме нагрева теплоносителя (отопления), так и в режиме охлаждения теплоносителя, что позволяет использовать его для поддержания необходимой температуры в помещении.

Задачей настоящего изобретения является внедрение метода прокола грунта для снижения издержек и уменьшения временных затрат на проводимые работы.

Прокол грунта осуществляется из одной точки без переноса установки прокола грунта под углами от 10° до 60° к горизонту в зависимости от конкретных условий. В грунте устанавливается упорное кольцо, диаметром вписанной окружности около 1.5 метра.

Упорное кольцо монтируется в грунт, внутрь упорного кольца, монтируется установка прокола грунта. Упорное кольцо используется как опорный элемент, не позволяющий перемещаться установке прокола, как продольно оси прокола, так и поперечно, за счет фиксации внутри кольца. После окончания монтажа геотермальных зондов упорное кольцо используется как кессонная камера геотермального коллектора.

Прокол осуществляется посредством вдавливания рабочей штанги гидравлическими приводами с постоянным контролем следующих технических параметров:

- Максимальное гидравлическое давление при вдавливании;

- Скорость вдавливания штанги;

- Плавность хода штанги прокола в цикле вдавливания;

- Контроль крепления установки вдавливания в упорном кольце;

- Контроль всех подвижных элементов;

- Контроль отсутствия протечек в гидравлических системах.

По мере вдавливания в грунт рабочая штанга наращивается дополнительными секциями, последовательно соединяясь между собой резьбовым способом.

При достижении заданной глубины заложения зонда вдавливание останавливается. Рабочая штанга выполняет роль обсадной трубы, внутри которой опускается подготовленный геотермальный зонд необходимой длины. После колонну рабочих штанг извлекают с помощью гидравлического привода последовательно разбирая.

Для монтажа следующего геотермального зонда установка прокола грунта не переноситься с одного места на другое, а поворачивается по вертикальной оси внутри кольца на следующее направление прокола.

Сущность настоящего изобретения поясняется иллюстрациями:

Фиг. 1. Отображает процесс прокола рабочей штангой под фиксированным углом;

Фиг. 2. Отображает стартовую штангу со съемным оголовком.

1. Грунт;

2. Установка прокола грунта;

3. Колонна рабочих штанг;

4. Стартовая рабочая штанга со съемным оголовком;

5. Упорное кольцо;

6. Съемный оголовок;

7. Стартовая штанга.

Задачей настоящего изобретения является внедрение метода прокола грунта для снижения издержек и уменьшения временных затрат на проводимые работы.

Технический результат заключается в применении метода прокола грунта для монтажа геотермальных зондов, что влечет за собой уход от ранее внедренных методик установки геотермальных зондов, использующих бурение и вынужденных использовать в своем процессе все инструменты, применяемые в бурильной технологии. Уход от буровых работ при монтаже геотермального контура несёт следующие преимущества:

1. Исключается необходимость использования буровых жидкостей;

2. Исключается необходимость в зумпфе для буровой жидкости;

3. Исключается необходимость удалять шлам, так как отсутствует породоразрушение и вынос грунта из скважины наружу;

4. Отпадает необходимость дополнительного тампонирования, так как при использовании метода прокола грунт уплотняется, а не выносится на поверхность;

5. Достижение лучших показателей по теплопередаче между грунтом и установленным в скважину, сделанную методом прокола грунта, геотермальным зондом по сравнению с аналогичным геотермальным зондом, установленным в скважину, сделанную методом бурения;

6. Использование рабочей штанги в качестве обсадной трубы для установки (погружения в скважину) геотермального зонда.

Использования данного изобретения позволяет достичь следующих качественных показателей:

- Снижение временных затрат на оборудование геотермального контура и, как результат, увеличение производительности труда;

- Снижение стоимости монтажа геотермального контура;

- Улучшение показателей эффективности геотермального контура;

- Снижение зависимости от погодных условий (сезонности).

Изобретение имеет следующие частные случаи осуществления:

1. Установка прокола фиксируется упорным кольцом;

2. Установку прокола грунта ориентируют по направлению прокола, фиксируя во внутренних гранях упорного кольца;

3. Установку прокола грунта ориентируют по направлению прокола, фиксируя в упорном кольце разжимами;

4. Рабочие штанги состоят из полых труб, имеющих резьбовое соединение и позволяющих использовать их как обсадную трубу;

5. Оголовок стартовой штанги остаётся в скважине;

6. Угол и длина заложения геотермального зонда, а следовательно, и угла прокола, определяются в зависимости от конкретных условий и требований (характеристики грунтов и глубина их залегания, размеры участка работ, близость коммуникаций и т.д.).

Изобретение относится к способам извлечения и использования геотермального тепла. Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла включает в себя монтирование в грунт упорного кольца, в которое фиксируется установка прокола грунта, в процессе прокола грунта данное кольцо используется в качестве опорной конструкции, а после окончания работ - в качестве кессонной камеры геотермального коллектора. Для погружения зонда в грунт используется технология прокола грунта с использованием рабочей штанги, применяемой как обсадная труба, и со стартовой штангой, оголовок которой остается в грунте при достижении заданной глубины скважины. Штанга прокола находящаяся в скважине, используется в качестве обсадной трубы, в неё опускают подготовленный геотермальный зонд, после чего рабочую колонну извлекают последовательно разбирая, при этом зонд остается в грунте. Тампонаж скважины не применяется. Установка прокола не переноситься с одного места на другое, а поворачивается по вертикальной оси внутри кольца на следующее направление прокола. Техническим результатом изобретения является применение метода прокола грунта для монтажа геотермальных зондов, что влечет за собой уход от ранее внедренных методик установки геотермальных зондов, использующих бурение и вынужденных использовать в своем процессе все инструменты, применяемые в бурильной технологии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла, характеризующийся тем, что включает в себя монтирование в грунт упорного кольца, в которое фиксируется установка прокола грунта, в процессе прокола грунта данное кольцо используется в качестве опорной конструкции, а после окончания работ - в качестве кессонной камеры геотермального коллектора, для погружения зонда в грунт используется технология прокола грунта с использованием рабочей штанги, применяемой как обсадная труба, и со стартовой штангой, оголовок которой остается в грунте при достижении заданной глубины скважины, штанга прокола находящаяся в скважине, используется в качестве обсадной трубы, в неё опускают подготовленный геотермальный зонд, после чего рабочую колонну извлекают последовательно разбирая, при этом зонд остается в грунте, тампонаж скважины не применяется, установка прокола не переносится с одного места на другое, а поворачивается по вертикальной оси внутри кольца на следующее направление прокола.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для прокола грунта используется полая штанга.