Способ извлечения геотермальной энергии Советский патент 1988 года по МПК E21B43/28 

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

j Целью изобретения является повышение извлечения геотермальной энергии. Q тельных вертикальных трещин 5. Ниже

живы 2 с первым наклонньм интервалом до поверхности теплоизолируют..Это необходимо для того, чтобы исключит теплообмен потоков теплоносителей, движущихся по межтрубному пространст ву и колонне насосно-компрессорных труб 3, и сохранить температурный потенциал теплоносителя из дополниНа чертеже показана одна из возможных схем извлечения геотермальной энергии.

Схема содержит нагнетательную 1 I и добычную 2 скважины; теплоизолированную колонну насосно-компрессорных труб 3; основные вертикальные трещины 4 гидроразрыва; дополнительные вертикальные трещины 5 гидроразрыва; смеситель 6 потоков теплоносителя из основных и дополнительных вертикаль- ньк трещин; турбину 7 для выработки электроэнергии;; систему 8 теплоснабжения; первую 9, вторую 10 системы горизонтальных трещин; скважины 11 и 12, эксплуатирующие первую систему горизонтальных трещин, скважины 13 и 14, эксплуатирующие вторую систему горизонтальных насосное оборудование 15 для нагнета ия воды в 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 ентиль 43.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

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

1создают вертикальные трещины 4. Добуривают нагнетательную скважину 1 до глубины Н , определяемой по соотношению (10), и на ее втором наклонном интервале образуют дополни-; тельные вертикальные трещины 5. Осуществляют бурение добычной скважины

2до сбойки ее наклонных интервалов вначале с основными вертикальными трещинами, а затем с дополнительными 5. Устанавливают .в добычной скважине- 2 колонну насосно-компрессорных труб 3, которую на отрезке от сопряжения основного ствола добычной сквасопряжения основного ствола скважины 2 с первым наклонным интервалом для исключения гидравлической связи с дополнительными вертикальными трещи15 нами устанавливают пакер 32. Осущест вляют бурение скважин 11 - 14, после чего образовывают системы 9 и 10 горизонтальных , а также создают емкости 20 и 21, которые заполняют.

20 водой.

Вода с температурой, равной темп ратуре отработанного теплоносителя из системы 8 теплоснабжения по трубо проводу 33 и из турбины 7 по трубо25 проводу 38 насосньми агрегатами 15 нагнетается по скважине 1 в основны 4 и дополнительные 5 вертикальные тре1цины гидроразрыва. При этом распределение количества воды, направля

30 емых в основные 4 и дополнительные 5 вертикальные трещины выбирают таким образом, чтобы удовлетворялось соотношение (11) и осуществляют с помощь регулировочного вентиля 43 за счет изменения гидравлического сопротивле ния межтрубного пространства добычно скважины 2. Двигаясь по трещинам 4 и 5, вода в результате теплообмена с горными породами нагревается соответ

35

40

ственно до температур

t v.,H и

45

50

55

Теплоноситель с температурой t, по дается на поверхность по межтрубному пространству (между теплоизолированным участком колонны насосно-компрес сорных труб 3 и обсадной колонной) скважины 2 и поступает в смеситель 6 Теплоноситель с температурой t поступает на поверхность по колонне насосно-компрессорных труб Зо Часть его направляется на турбину 7, а дру гая часть подается в смеситель 6. Соотношение между количествами тепло носителя из дополнительных вертикаль ных трещин 5, направляемыми для теплоснабжения и .выработки электроэнергии, определяется зависимостью (12). Использование для вь1работки электроэнергии теплоносителя из дополнитель ных вертикальных трещин обосновывает

тельных вертикальных трещин 5. Ниже

живы 2 с первым наклонньм 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 дополнисопряжения основного ствола скважины 2 с первым наклонным интервалом для исключения гидравлической связи с дополнительными вертикальными трещи5 нами устанавливают пакер 32. Осущест- вляют бурение скважин 11 - 14, после чего образовывают системы 9 и 10 горизонтальных , а также создают емкости 20 и 21, которые заполняют.

0 водой.

Вода с температурой, равной температуре отработанного теплоносителя из системы 8 теплоснабжения по трубопроводу 33 и из турбины 7 по трубо5 проводу 38 насосньми агрегатами 15 нагнетается по скважине 1 в основные 4 и дополнительные 5 вертикальные тре1цины гидроразрыва. При этом распределение количества воды, направля0 емых 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 соответ5

0

ственно до температур

t v.,H и

5

0

5

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 колонне насосно-компрессорных труб Зо 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 вь1работки электроэнергии теплоносителя из дополнительных вертикальных трещин обосновывается 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 поступает в систему 8 теплоснабжения, откуда отработанный теплоноситель направляется к нагнетательной скважине 1. Электроэнергия, вьфабатываемая 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 закачивается в системы 9 и 10 горизонтальных трегцин, где с помощью включенных насосов 19 и 16 организу

поступает в емкость 20, Другая часть теплоносителя по трубопроводу 35 подается к теплоносителю, извлекаемому 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 и тру- бопроводу 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 мень

Изобретение относится к гйрному делу и м. б.. использовано при извлечении теплоты горных пород с последующим применением геотермального теп- лоносителя для теплоснабжения районов с дефицитом топлива и злектроэнер- гии. 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 перебу- ривают 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

ется его циркуляция. Двигаясь по тре-25 мере пары откачных и нагнетательщинам 10 и 9, теплоноситель охлаждается, нагревая породы соответственно

до температур .t и

t.,, Охлажденный

п

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 задйижки 22 и 28 и выключаются насосы 16 и 19. Вода из емкостей 20 и 21 насйсами 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 t -и t. , охлаждая поН гП1г1

роды. 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

-- M«K; bT 0.357t

5(1,3571„„ -0,357t

оТ

осн (п глубина формирования основной и допблниных вертикально наклонных скважин, формирование на наклонных интервалах скважин основной системы вертикальных трещин гидроразрыва, подачу в недра Q 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 личающийся тем, что, с целью повышения извлечения геотермальной энергии, скважины перебурива- ют до глубины, где температура недр превышает максимальную температуру в сети теплоснабжения, формируют дополнительную систему вертикальных трегцин гидроразрыва, при этом часть теплоносителя, извлекаемого из дополнительной системы трещин гидроразры5

0

5

0

ва. Смешивают с теплоносителем, поступающим из основной системы трещин, причем глубину формирования основной и дополнительной системы трещин роразрыва определяют из соотношения

н 1- осн

/6

t

оТ

тельной истемы трещин гидроразг ива, п мин

-соответственно минимальная, максимальная температура теплоноси.теля в сети теплоснабжения и температура обработанного теплоносителя,

13903456

S - геотермический градиент, .

2, Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что воду в основную и дополнительную системы вертикальных трещин гидроразрыва подают по одной нагнетательной скважине с соотношениемW

ОС.Н

(A,-t T Acn-te.)

(

Лоп .ot

количество воды нагнетаемого и основную I.и дополнительную сисIтемы трещин,

I t - т емпература теплоно- Iсителя в сети теплоснабжения, с.

Подъем теплоносителя на поверхность из основной и дополнительной системы трещин гидроразрыва осуществляют соответственно по межтрубному пространству и колонне насосно-компрессорных труб откачной скважины.

)To72((

Т

3. Способ по п.1,отличающий с я тем, что, с целью аккумулирования геотермальной энергии в периоды с низким теплоэнергопотребле- нием и утилизацией аккумулированной породами теплоты при повышении тепло- энергопотреблений формируют две системы- горизонтальных трещин, пс1 которым организуют циркуляцию теплоносителя из основньк и дополнительных вертикальных трещин, а затем циркуляцию воды, заполняющей образованные на поверхности емкости, 33 S ff