Способ разработки термальной зоны земной коры Советский патент 1980 года по МПК F28D15/00 

Изобретение относится к оьласти использования глубинного тепла Земли и предназначено для разработки термал ной зоны земной коры. Известен способ разработки термаль ных зон путем бурения скважин, транспортировки термальных вод по скважина на поверхность с последующим отбором тепла в теплообменных аппаратах 1. Недостатком известного способа является невозможнЬсть разработки с его помощью термальной энергии, заклю ченной в сухих практически непроницаемых породах. Для раз-работкк сухих геотермальных месторождений в США предложен способ, заключающийся в бурении зарядной и эксплуатационных скважин до глубины залегания сухих пород, опускании в зарядную скважину мощных зарядов и их подрыве с последующей транспортировкой на поверхность теплоносителя по Эксплуатационным скважинам через зоны механического воздействия взрывов 2 1 . Недостатками этого способа является неэффективность использованиязоны механического воздействия взрывов (используется только столб обрушения) .и практическая нецелесообразность при менения известного способа при температуре сухих менее 300°С, так как при низких температурах пласта этот способ не рентабелен. Целью изобретения является повышение эффективности отбора геотермальной энергии из сухих непроницаемых пород. Поставленная цель достигается тем, что осуществляют бурение как минимум еще одной дополнительной зарядноЛ скважины на расстоянии, не превышающем 9-1C радиусов к муфлетной полости, а транспортировку тепловой энергии на поверхность производят из зоны механического воздействия взрыва дополнительной скважины или прилегающей к ней зоны трещиноватости.При мощном подзсмно.м камуфлетном взрыве в пласте образуется несколько характерных зон. К ним относятся камуфлетная полость, зона дробления, зона трещиноватости, столб обрушения. Зона механического воздействия кс1муфлетного взрыва ограничивается зоной трещчноьатости, радиус которой в зависимости от геологических условий залегания пород и их физико-механических свойств колеблется в пределах 4,5-8 радиусов камуфлетноа полости. Такое расположение забоев зарядных скважин обеспечивает разрушение. перемычки между соседними зонами воздействия взрывов и создания хорошей гидродинамической связи между зонами воздействия. Дальнейшее увеличение ра стояния мехду забоями скважин приводит к ухудшению гидродинамической связи между соседними скважинами, что существенно ухудшает условия съема (тепловой энергии с нагретых пород и эффективность разработки геотермальной зоны. Гидродинамическая связь зон lexaнического воздействия обеспечивает в свою очередь , возможность транспортировки теплоносителя на поверхность из зоны воздействия взрыва дополнител ной скважины. За счет этого достигают ся минимальные потери тепла при транс портировке теплоносителя к потребителю. При осуществлении предлагаемого способа в сухом непррницаемом пласте создается высокопроницаемая галерея, состоящая из зон механического воздействия взрывов и промежутков между зонами механического воздействия (перемычек) . В перемЕлчках благодаря взаи модействию взрывов в соседних скважинах образует.ся система микро-и макротрещин, которая обеспечивает гидродинамическую свзь между соседними зонами воздействия взрывов. Создаваемые галереи могут иметь ра личную геометрическую форму: прямолинейную, крестообразную, зигзагообразную, звездообразную и др. Эти формы дают возможность в каждом конкретном случае в зависимости от размеров и формы сухого пласта наиболее эффектив но производить отбор тепловой энергии из пласта. На фиг. 1 представлена схема разра ботки термальных зон; на фиг. 2 - г-ра фики зависимости полезной мощности от расхода теплоносителя, времени эксплу атации термальных зон и начального пе репада температур с учетом затрат мощ ности на циркуляцию теплоносителя. Схема разработки термальных зон включает пласт 1, сложенный практичес ки непроницаемыми породами (например, граниты, базальты, глинизированные известняки и др.), высокопроницаемую галерею 2, расположенную в пласте 1 и образованную зонами механического воз действия 3 взрывов мощных зарядов, устанавливаемых в. зарядных скважинах 4, нагнетательную скважину 5, гидравлически связанную с насосом 6, скважину 7 для транспортировки нагретого теплоносителя на поверхность, гидравлически связанную с потребителями 8 (например, электростанция) и 9 (например, теплицы), стрелками 10 показа но направление движения теплоносителя галерее. Фиг. 2 .иллюстрирует изменение поле ной мощности во времени при температу входящего в пласт теплоносителя, равной 20 С. Здесь представлени графики зависимости полезной мощности при минимальной длине галереи и начальной температуре пласта Т 60 С кривая 11, Т 100 С-12, Т , а также при удвоенной минимальной длине галереи при тех же начальных температурах, соответственно, кривые 1 i, 15, 16. Для интенсификации процесса теплообмена по краям галереи следует пробурить несколько эксплуатационных скважин, обеспечивающих необходимый объем прокачки теплоносителя. Следует учесть, что при взрыве заряда мощностью 1 кг выделяется энергия в количестве Ю- ккал. Причем порядка 70-80% энергии рассеивается в пласте в виде тепла. Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа появляется возможность более полного использования энергии взрыва в мирных целях. Оценочные расчеты показывают, что для практической реализации предлагаемого способа минимальная длина галереи (а в случае звездообразной галереи минимальная сумма длин отдельных лучей),а .также расход теплоносителя для обеспечения постоянного уровня отбора энергии из пласта зависит от начальной температуры пласта и времени эксплуатации галереи(см.таблицу). В таблице приведены минимальные длины галерей и начальные расходы теплоносителя, рассчитанные из условия непрерывного отбора полезной мощности в течение 100 лет с учетом КПД использования геотермальной энергии 19 0,5, при температуре входящего в галерею теплоносителя Т . . Так как по мере отбора энергии из . пласт-а его температура падает, то необходимо постепенно увеличивать расход теплоносителя для обеспечения постоянной добываемой мощности. Однако увеличение расхода теплоносителя связано с увеличением мощности, расходуемой на циркуляцию тепло осителя. Для уменьшения расхода мощности на циркуляцию теплоносителя целесообразно увеличить длину галереи., что приведет к уменьшению интенсивности падения пластовой температуры со временем. Заштрихованные на фиг. 2 площадки определяют дополнительно полученную энергию при удвоении галерей (за 30 лет эксплуатации). Эффективность увеличения минимальной длины галереи возрастает с увеличением начальной температуры пласта. Как. видно из фиг. 2 при удвоении минимальной длины галереи значительно увеличивается суммарная энергия, полученная за весь период эксплуатации. Кроме того, увеличивается время, в стечение которого можно эксплуатировать

галерею с поддержанием высоких энергетических параметров.

Преимуществом предлагаемого cnocori/i яйляется экономическая целесообразность разработки сухих термальных зон с температурой пород, не превышающей

Показатель Начальная температура пласта, с 5инимальная длина под38,2 25,4 19,1 земной галереи, км 1,19 0,95 0,79 Начальный расход Э, теплоносителя, м /сек

Формула изобретений

Способ .разработки термальной зоны земной коры путем бурения зарядной и эксплуатационных скважин до глубины залегания термальных сухих пород,спуска в зарядную скважину заряда и его подрыва с последующей транспортировкой теплоносителя на поверхность по эксплуатационным скважинам через зоны механического воздействия взрыва, о тли чающийся тем, что, с целю повышения эффективности отбора геотермальной энергии, осуществляют бурение как минимум еще одной дополнительной зарядной скважины на расстоянии, не

, уменьшение затрат на поверхностную обвязку скважин,уменьшение пс терь тепла при транспортировке теплоносителя, на поверхности, увеличенный объем сухого пласта, приходящийся на один взрыв, вовлеченный в процессе разработки.

Значение показателя

превышающем 9-16 радиусов камуфлетноя полости, а транспортировку тепловой энергии на поверхность производят из зоны механического воздействия взрыва дополнительной скважины или прилегающей к ней зоны трещиноватости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Возможности использования глубинного тепла Земли в добыче нефти. Обзор зарубежной литературы, серия Добыча, ВНИИОЭМГ, М., с. 10.

2.Патент QUA 3G40336, кл. 165-1, 1970 (прототип). 110 120 130 140 15,3 12,7 10,9 9,6 8,5 7,64 0,68 0,59 0,53 0,48 0,43 0,4

v ; «-;;-.r .- ,., .

.f-,

tiVV

WOISO

16

200 (годы)

Фиг. 2