Способ извлечения геотермальной энергии Советский патент 1989 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к способам извлечения геотермальной энергии в виде тер- .мальных вод из подземных проницае.мых слоев с по.мощью под ьемных и нагнетательных скважин.

Цель изобретения - снижение затрат на извлечение за счет использования давления смеси рабочего вещества и термальной во:и,1 при одновременном повыщении без- ог;асности работ.

На чертеже представлена схема геотермального извлечения.

Способ осуществляют с. кмуклипм образом.

Рабочее вещество из емкости 1, () дованной смотровым окном 2 уроьня /.-. чд- кости, подают через регулирующий вентиль 3 на всасывающий трубопровод нагнетательного насоса 4 рабочего вещества. Регулирующие вентили 5-7 нри этом закрыт 1, а

запорный вентиль 8 открыт. Объем емкости 1 рабочей жидкости Цц в 2-3 раза превышает объем проходного сечения трубопроводов, по которым движется рабочая жидкость, и объем проходного сечения погружной трубки. Для глубины скважины 3000 м К. «20 м .

С помощью насоса 4 рабочее вещество нагнетают через погружную трубку или на- сосно-компрессорную трубку 9 в межтрубное пространство 10 с термальной водой подъемной скважины 11. Заданный расход жидкости устанавливают с помощью вентиля 3, насоса 4 и регистрируют расходомером 12. По .мере поступления рабочей жидкости в подъемную скважину за счет уменьшения веса столба смеси и подъемной силы увеличивается поступление термальной воды из пласта 13.

Из подъемной скважины 11 смесь термальной воды с легкой жидкостью через регулирующий вентиль 14 поступает в отстойник 5 непрерывного действия для разделения смеси, представляющий собой горизонтальный резервуар, внутри которого против входного щтуцера установлена перфорированная отбойная перегородка 16. служащая для предотвращения возмущений жидкости струей поступающей смеси. Поперечное сечение отстойника выбирают таким образом, чтобы движение жидкости в корпусе аппарата было ламинарным или близким к нему (скорость менее м/с), что спо10

15

20

25

да через регулирующий вентиль 18 поступает в теплообменник 22, где она отдает тепло сетевой или водопроводной воде, которую подают по трубопроводу 23, и с помощью нагнетательного насоса 24 поступает через нагнетательную скважину 25 в проницаемый пласт 13.

Таким образом, в установившемся режиме извлечения геотермальной энергии образуются два контура. Контур рабочей жидкости включает отстойник 15, всасывающий и нагнетательный трубопроводы насоса 4 рабочей жидкости, погружную насосно-ком- прессорную трубку 9, межтрубное пространство 10, заполненное смесью рабочей жидкости и термальной воды, трубопровод подачи смеси в отстойник через вентиль 14. Контур термальной воды: проницаемый пласт 13, межтрубное пространство 10 подъемной скважины со смесью, трубопровод подачи смеси в отстойник через вентиль 14, отстойник 15, всасывающий и нагнетательный трубопроводы насоса 24 термальной воды, нагнетательная скважина 25.

Если давление в отстойнике 15 в процессе работы становится больше, чем давление нагнетания насоса 4 рабочей жидкости, которое определяют манометром 26, открывают запорный вентиль 27 и закрывают вентиль 8. Затем отключают насос 4 и рабочая жидкость под действием давления в отстойнике 15 поступает через погружную трубку 9

собствует ускорению отстаивания. При рас- ЗО в подъемную скважину 11. Далее работа проходе смеси 50 кг/с диаметр отстойника должен составлять около 4 м. Возможна установка параллельно нескольких отстойников, тогда их диаметр соответственно уменыиает- ся. Объем отстойника определяют исходя из объема емкости для рабочей жид35

кости Кж из соотношения

V V T-y скважины3000 м 1/0

с дебитом 50 кг/с и

:;70 М .

После наполнения отстойника 15 повышают ,в нем давление, которое определяют манометром 17 до величины, большей величины насыщения рабочего вещества при температуре смеси после ее откачки из подъемной геотермальной скважины. Производят разделение рабочего вещества и термальной воды путем их отстаивания. Открывают вентили 7 и 18 при закрытом вентиле 6. После этого срабатывает обратный клапан 19, и рабочее вещество их верхней части отстойника 15 подают на всасывающий трубопровод насоса 4 рабочего вещества, с помощью которого осуществляют транспортировку вещества под давлением разделения и закачку рабочего вещества в подъемную скважину через погружную трубку.

В нижней части отстойника 15, оборудованного сливным устройством 20 и предох- ранительны.м клапаном 21, термальная водолжается аналогично описанному.

В случае, когда давление в отстойнике 15 станет выше давления нагнетания насоса 24, которое определяют манометром 28, открывают запорный вентиль 29 и закрывают вентиль 30. После этого выключают насос 24 и термальная вода под действием дав- Дляления в отстойнике 15 поступает в нагнетательную скважину 25.

глубинойВ процессе работы можно проводить подпитку отстойника 15 рабочей жидкостью. Для этого закрывают вентиль 3, открывают вентиль 5 и с помощью насоса 31 проводят закачку рабочего вещества в отстойник 15. Расход рабочей жидкости определяют расходомером 32.

40

45

Можно также в процессе работы уменьшить количество рабочей жидкости в отстойнике 15 и, следовательно, в циркуляционном контуре рабочей жидкости. Для этого открывают регулирующие вентили 3 и 6, закры- 50 вают вентиль 5 и с помощью расходомера 33 регистрируют количество отбираемой рабочей жидкости.

Изменение количества рабочей жидкости в отстойнике и, следовательно, в циркуляционном контуре рабочей жидкости позво- 55 ляет плавно регулировать дебит подъемной скважины.

Удельный вес рабочего вещества п при температуре и давлении термальной воды на

5

0

5

да через регулирующий вентиль 18 поступает в теплообменник 22, где она отдает тепло сетевой или водопроводной воде, которую подают по трубопроводу 23, и с помощью нагнетательного насоса 24 поступает через нагнетательную скважину 25 в проницаемый пласт 13.

Таким образом, в установившемся режиме извлечения геотермальной энергии образуются два контура. Контур рабочей жидкости включает отстойник 15, всасывающий и нагнетательный трубопроводы насоса 4 рабочей жидкости, погружную насосно-ком- прессорную трубку 9, межтрубное пространство 10, заполненное смесью рабочей жидкости и термальной воды, трубопровод подачи смеси в отстойник через вентиль 14. Контур термальной воды: проницаемый пласт 13, межтрубное пространство 10 подъемной скважины со смесью, трубопровод подачи смеси в отстойник через вентиль 14, отстойник 15, всасывающий и нагнетательный трубопроводы насоса 24 термальной воды, нагнетательная скважина 25.

Если давление в отстойнике 15 в процессе работы становится больше, чем давление нагнетания насоса 4 рабочей жидкости, которое определяют манометром 26, открывают запорный вентиль 27 и закрывают вентиль 8. Затем отключают насос 4 и рабочая жидкость под действием давления в отстойнике 15 поступает через погружную трубку 9

О в подъемную скважину 11. Далее работа про

Можно также в процессе работы уменьшить количество рабочей жидкости в отстойнике 15 и, следовательно, в циркуляционном контуре рабочей жидкости. Для этого открывают регулирующие вентили 3 и 6, закры- вают вентиль 5 и с помощью расходомера 33 регистрируют количество отбираемой рабочей жидкости.

Изменение количества рабочей жидкости в отстойнике и, следовательно, в циркуляционном контуре рабочей жидкости позво- ляет плавно регулировать дебит подъемной скважины.

Удельный вес рабочего вещества п при температуре и давлении термальной воды на

забое мости

скважины определяют по зависи;

+Р -Ру

2х/ 8„{1-л:)

удельный вес термальной воды при пластовых значениях давления и температуры;

коэффициент продуктивности подъемной скважины; давление в отстойнике; статическое давление на устье

скважины;

длина погружной трубки; доля рабочей жидкости в смеси ее с термальной водой

.

Gb+G

соответственно расход термальной воды и рабочей жидкости.

Формула изобретения

Способ извлечения геотермальной энергии, включающий закачку в подъемную геотермальную скважину через погружную трубку нерастворимого в термальной воде рабочего вещества с удельным весом, меньщим удельного веса термальной воды, откачку смеси рабочего вещества с термальной водой, разделение рабочего вещества и термальной воды, транспортировку и повторную закач- ку в подъемную скважину рабочего вещества после разделения, охлаждение термальной воды и закачку ее в нагнетательную скважину, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на извлечение за счет

0

5

0

5 0

использования давления смеси рабочего вещества и термальной воды при одновременном повышении безопасности работ, транспортировку рабочего вещества при его повторной закачке в подъемную скважину и термальной воды при закачке в нагнетательную скважину осуществляют после разделения рабочего вещества и термальной воды под давлением разделения, при этом разделение термальной воды и рабочего вещества производят путем их отстаивания при давлении, выще давления насыщения при температуре смеси после ее откачки, причем используют рабочее вещество с удельным весом

Р P -2llle7T)+ -- - l

где pj - удельный вес рабочего вещества при температуре и давлении термальной воды на забое скважины, кг/м ;

Pft - удельный вес термальной воды при пластовых значениях давления и температуры, кг/м ;

е„ - коэффициент продуктивности подъемной скважины кг/с/Па;

L - длина погружной трубки, м; Р„ - давление в отстойние. Па; Ру - статическое давление на устье скважины, Па;

X - доля рабочей жидкости в смеси ее с термальной водой;

& .

G,+ G,

Си, Gb - соответственно расход рабочей жидкости и термальной воды.

Изобретение относится к извлечению геотермальной энергии и может быть использовано для извлечения энергии в виде термальных вод из подземных проницаемых слоев с помощью подъемных скважин (ПС) и нагнетательных скважин. Цель - снижение затрат на извлечение за счет использования давления смеси рабочего вещества и термальной воды (ТВ) при одновременном повышении безопасности работ. Для этого бурят подъемную геотермальную и нагнетательную скважины, в ПС опускают погружную трубку, приготавливают рабочее вещество (РВ) и закачивают его с помощью насоса в нагнетательную скважину через погружную трубку. Удельный вес РВ определяют из соотношения: ρ_ж≤ρ_в-1/2*98XL[G_в/ε_п^.(1-*98X)+P_от-P_у], где ρ_ж - удельный вес РВ при температуре и давлении ТВ на забое скважины

ρ_в - удельный вес ТВ при пластовых значениях давления и температуры, ε_п-коэффициент продуктивности ПС, P_от - давление в отстойнике, P_у - статическое давление на устье скважины

L- длина погружной трубки

*98X - доля рабочей жидкости в смеси ее с ТВ. Удельный вес РВ меньше удельного веса ТВ. Образующуюся смесь РВ и ТВ откачивают на поверхность в отстойник и производят их резделение. При этом давление разделения в отстойнике устанавливают выше давления насыщения РВ при температуре смеси после ее откачки. После разделения из верхней части отстойника производят выпуск из него посредством срабатывания клапана РВ и его транспортировку по трубопроводу до ПС. Их нижней части отстойника отводят ТВ и транспортируют ее в нагнетательную скважину под давлением разделения. Закачку РВ и ТВ производят с помощью насоса или без него. 1 ил.