Способ извлечения геотермальной энергии из подземных коллекторов Советский патент 1988 года по МПК F28D21/00 E21B43/24 E21C41/00 

Иаобретение относится к области горного дела и может быть использо- вяно для извлечения тепла пород коллектора.

Целью изобретения является повышение эффективности извлечения геотермальной энергии из наклонных коллекторов путем снижения затрат на бурение скважин и потерь тепла.

На фиг. 1 показана диаграмма распространения теплоносителя в коллекторе; на фиг. 2 и 3 - извлечения геотермальной энергии.

При извлечении геотермальной энер гии из наклонных коллекторов интенсив ность процессов тепломассопереноса в системе нагнетаемый теплоноситель - горные породы определяется совокупным действием вынужденной и свобод- ной конвекции. Соотношение между этими двумя составля101цими фильтрационного зависит при прочих равных условиях (мощность, проницаемость, угол падения коллектора, температура теплоносителя) от расстояния между нагнетательной и добычной скважинами. При максимальном расстоянии соответствующем приблизительно размерам пласта по падению между условны- ми границами (области с более низкой проницаемостью пород), превалирует вынужденная конвекция (фиг. 1а).0на же определяет величину площади охвата потоком теплоносителя коллектора и обуславливает максимальное время его эксплуатации (фиг. 2). В то же время такое расположение скважин связано с максимально возможными объемами буровых работ и значительными потерями напора при движении теплоносителя. При уменьшении расстояния между скважинами удельный вес вынужденной конвекции в формировании процесса фильтрационного течения снижа- ется, а свободно-конвективный возрастает. Однако интенсивность роста свободно-конвективной составляющей гораздо меньше, чем снижение вынужденной. Это приводит к уменьшению площади охвата коллектора (фиг. 1,б) и времени его эксплуатации (фиг. 2). Сокращение времени эксплуатации коллектора происходит лишь до определенной BejHi4HHU расстояния Ь после которой значительно возрастает влияние свободной конвекции, что вновь приводит к повышению площади охвата коллектора (фиг. 1,в) и увеличению

0 5 0 Q г

5

0

времени его эксплуатации (фиг. 2). При равенстве расстояния между скважинами эксплуатации, при расположении скважин на расстоянии от друга (фиг. 2) дальнейшее уменьшение расстояния между скважинами (до ) снова обуславливает снижение площади охвата фильтрационным потоком коллектора (фиг. 1,г) и времени его эксплуатации (фиг. 2). Таким образом при извлечении геотермальной энергии из наклонных коллекторов всегда существует некоторое минимальное расстояпие между эксплуатационными скважинами , при котором время эксплуатации коллектора приблизительно соответствует времени эксплуатации при размещении скважин на максимально возможном расстоянии друг от друга ,- Причем случай равенства расстояния между скважинами Ь„;„ характеризуется максимальным объемом буровых работ и энергетическими затратами на прокачку теплоносителя.

Анализ закономерностей извлечения геотермальной энергии из наклонных коллекторов с помощью геотермальных циркуляционных систем свидетельствует о том, что процессы тепломассопереноса зависят от многих, факторов, среди которых наиболее значительное влияние оказывают мощность коллектора h (м), угол его падения Ср|(-град), проницаемость пород К (м), их пористость Гор (доли ед.), температура пород Т | (К), удельная теплоемкость С-р (Дж/(кг К), плотность р (кг/м ), динамическая вязкость |11(Па С), коэффициент объемного термического расширения р(1/К) теплоносителя, удельная теплоемкость С„ (Дж/кг К), плотность р,, (кг/м ), температуропроводность а (), теплопроводность T iE-r/M-K пород коллектора, расход w () и температура t (к) закачиваемого теплоносителя, расстояние между эксплуатационными скважинами L (м),ускорение свободного падения ,8 (м/с ), время г .(с).

Схема включает в себя нагнетательную скважину 1, добычную скважину 2, геотермальный коллектор 3, теплоноситель А, нагнетательный насос 5, внутренний трубопровод 6, теплообменник 7, внешний трубопровод 8, потребитель 9.

Предлагаемьй способ осуществляется следующим образом.

Осуществляют бурение добычной и нагнетательной скважин 2 и 1, Причем Определяют между ними расстояние , а нагнетательную скважину I размещают относительно скважины 2 ниже по падению коллектора. Холодный теплоноситель 4 по скважине 1 с помощью насоса 5 нагнетают в коллектор 3. Двигаясь по нему за счет действия свободной конвекции, теплоноситель 4 принимает температуру пород коллектора и по скважине 2 поднимается на поверхность, где по трубопроводу 6 поступает в теплообменник 7. В теплоравной температуре пород коллектора, на поверхность по откачной скважине, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности извлечения геотермальной энергии из rta- клонньгх коллекторов, снижения затрат на бурение скважин и потерь тепла, первоначально бурят откачную. скважи1Q ну и определяют в ней горногеологи- ческие и теплофизические свойства по род, после чего ниже по падению коллектора бурят нагнетательную скважину, при этом расстояние Ъд,ц между от

15 качной и нагнетательной скважинами определяют из вьфажения

ступает в теилиоомеииик / . о теплотг «, п п (е

--F/V -п 1 )чт п|- п COS Ч ц

обменнике 7 теплоноситель 4, охлажда- иин

. «а-пловао Т rjnrrir ттмшглгтпхп хпттчпп.II пК

М,

ясь, нагревает воду, циркулирующую

IsinCfK

, nai pKBcieT мчду , диркули упдцум

ПО трубопроводу 8 между теплообменни- 20где v - расход теплоносителя, м/с; ком 7 и потребителем 9, после чегоС, С|- - удельная теплоемкость пород вновь насосом 5 нагнетается в коллектор 3.рп р

и теплоносителя, Дж/кг К; - плотность пород и теплоносителя, кг/м ; динамическая вязкость теплоносителя. Па с;

Формула изобретения

Способ извлечения геотермальной энергии из подземных коллекторов, включающий их вскрытие бурением с поверхности по меньшей мере двух сква- жин определение в них горногеологи- чёских и теш1офизических Евойств пород коллектора, подачу в нагнетательную скважину теплоносителя, осущеЪт- вление его циркуляции по коллектору и подъем теплоносителя с температурой

равной температуре пород коллектора, на поверхность по откачной скважине, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности извлечения геотермальной энергии из rta- клонньгх коллекторов, снижения затрат на бурение скважин и потерь тепла, первоначально бурят откачную. скважину и определяют в ней горногеологи- ческие и теплофизические свойства пород, после чего ниже по падению коллектора бурят нагнетательную скважину, при этом расстояние Ъд,ц между откачной и нагнетательной скважинами определяют из вьфажения

М,

расход теплоносителя, м/с; удельная теплоемкость пород

и теплоносителя, Дж/кг К; плотность пород и теплоносителя, кг/м ; динамическая вязкость теплоносителя. Па с;

коэффициент объемного терми-- ческого расширения, 1/К;

проницаемость пород, м ;

угол падения коллектора, град;

мощность коллектора, м;

температура пород коллекто- .Ра, К;

температура нагнетаемого

теплоносителя, К.

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано дпя извлечения тепла пород коллектора. Цель - повышение эффективности извлечения геотермальной энергии путем снижения затрат на бурение скважин и потерь тепла. При извлечении геотермальной энергии из подъемных коллекторов (к) последние вскрьшают бурением с поверхности по меньшей мере двух скважин (с). Первоначально бурят откачную С. В ней определяют горногеологические и теплофизические свойства пород. Затем по падению К бурят нагнетательную С. Расстояние ежду откачной и нагнетательной С определяют по заданной формуле. Нагнетательную С размещают относительно откачной С ниже по падению К. Холодный теплоноситель по С нагнетают насосом в К. Двигаясь по К за счет действия свободной конвек- даи, теплоноситель принимает температуру пород К и поднимается по С на поверхность. По трубопроводу теплоноситель поступает в теплообменник, |В последнем теплоноситель нагревает воду, циркулирующую между теплообменником и потребителем. Затем насосом вода вновь нагнетается в К. 3 ил. i (Л 4 4 О) 4: 00 ас

200 400 BOO 800 WOO 1200 /Ш Фид.2

Фиг. 5