Способ извлечения геотермальной энергии

ОЮЗ СОВЕТСКИ ОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИН 19) (11 й/ ПИСАНИЕ ЕТ нстит ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ К А ВТОРСНОму сВЙДЕТельСТ(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙЭНЕРГИИ(57) Изобретение относится к горномуделу и м. б. использовано при иэвле"чении теплоты горных пород с последующим применением геотермального теплоносителя для теплоснабжения районовс дефицитом топлива и электроэнергии. Цель - повышение извлечения геотермальной энергии. Способ включаетобурение нагнетательных и откачных скважин (С), На наклонном интервале нагнетательной С посредством гидро- разрыва формируют основную систему вертикальных трещин. Затем С перебуривают до глубины; где температура (Т) недр превышает максимальную Т в сети теплоснабжения, и формируют дополнительную систему вертикальных трещин гидроразрыва. Часть теплоносителя, извлекаемого из дополнительной системы трещин гидроразрыва, смешивают с теплоносителем, поступающим из основной системы трещин. Глубина формирования основной и дополнительной системы трещин гидроразрыва определяется из соотношений Н, мин- соответственно минимальная, ( , максимальная Т теплоносителя в сети теплоснабжения и Т обработанного теп- Яо с. лоносителя, 0 С; о - геотермический градиент, 0 С/м, 2 з.п, ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к горномуелу и может быть использовано при извлечении теплоты горных пород с последующим применением геотермального теплоносителя для теплоснабжения районов с дефицитом топлива и электроэнергии,Целью изобретения является повышение извлечения геотермальной энергии, 10На чертеже показана одна из возможных схем извлечения геотермальнойэнергии,Схема содержит нагнетательную 1 ,и добычную 2 скважины; теплоизолиро-ванную колонну насосно-компрессорныхтруб 3; основные вертикальные трещины 4 гидроразрыва; дополнительные вертикальные трещины 5 гидроразрыва; смеситель 6 потоков теплоносителя из 20 основных и дополнительных вертикальных трещин; турбину 7 для выработки электроэнергии; систему 8 теплоснабжения; первую 9, вторую 10 системы горизонтальных трещин; скважины 11 25 и 12, эксплуатирующие первую систему горизонтальных трещин, скважины 13 и 14, эксплуатирующие вторую систему горизонтальных трещин; насосное оборудование 15 для нагнетания воды в 30 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,вентиль 43.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом,На первом этапе осуществляют образование основных и дополнительных 40 вертикальных трещин 4 и 5, Для этого выполняют бурение нагнетательной скважины 1 до глубины Н , а затем с помощью гидравлического разрыва пород на наклонном интервале скважины1 создают вертикальные трещины 4, Добуривают нагнетательную скважину 1 до глубины Н , определяемой по соотношению (10), и на ее втором наклонном интервале образуют дополни 5 О тельные вертикальные трещины 5, Осуществляют бурение добычной скважины 2 до сбойки ее наклонных интервалов вначале с основными вертикальными трещинами, а затем с дополнительными 5, Устанавливают.в добычной сква 55 жине 2 колонну насосно-компрессорных труб 3, которую на отрезке от сопряжения основного ствола добычной сква. жины 2 с первым наклонным 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 дополнительных вертикальных трещин 5. Ниже сопряжения основного ствола скважины 2 с первым наклонным интервалом для исключения гидравлической связи с дополнительными вертикальными трещинами устанавливают пакер 32, Осущест вляют бурение скважин 11 - 14, после чего образовывают системы 9 и 10 горизонтальных трещин, а также создают емкости 20 и 21, которые заполняют водой.Вода с температурой, равной температуре отработанного теплоносителя из системы 8 теплоснабжения по трубопроводу 33 и из турбины 7 по трубопроводу 38 насосными агрегатами 15 нагнетается по скважине 1 в основные 4 и дополнительные 5 вертикальные трещины гидроразрыва. При этом распределение количества воды, направляемых 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 соответственно до температур ми и н Теплоноситель с температуройподается 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 г. поступает на поверхность по колонйе насосно-компрессорных труб 3. 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 выработки электроэнергии теплоносителя из дополнительных вертикальных трещин обосновывает390345 поступает в емкость 20. Другая часть теплоносителя по трубопроводу 35 подается к теплоносителю, извлекаемому 5из 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 14 и трубопроводу 40 также поступает в смеси- тель 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. 20 Формула из обретения 1, Способ извлечения геотермальнойэнергии, включающий бурение по мень шей мере пары откачных и нагнетательных вертикально наклонных скважин,формирование на наклонных интервалахскважин основной системы вертикальныхтрещин гидроразрыва, подачу в недра 30 через нагнетательную скважину воды,подъем на поверхность через откачнуюскважину теплоносителя, нагретого дотемпературы недр в интервале системытрещин Гидроразрыва, подачу теплоносителя в сеть теплоснабжения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения извлечения геотермальной энергии, скважины перебуривают до глубины, где температура недр 40превышает максимальную температурув сети теплоснабжения, формируют дополнительную систему вертикальныхтрещин гидроразрыва, при этом частьтеплоносителя, извлекаемого из дополнительной системы трещин гидроразрыва, смешивают с теплоносителем, поступающим из основной системы трещин,причем глубину формирования основнойи дополнительной системы трещин гидроразрыва определяют из соотношения сд, .-1,35 Ч . с- +0,357 с . е,ся 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 с. поступает в систему 8 теплоснабжения, откуда отработанный теплоноситель направляется к нагнетательной скважине 1, Электроэнергия, вырабатываемая 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 1закачивается в системы 9 и 10 горизонтальных трещин, где с помощью включенных насосов 19 и 16 организуется его циркуляция. Двигаясь по тре" щинам 10 и 9, теплоноситель охлаждается, нагревая породы соответственно до температур ., и . Охлажденный 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 задвижки 22 и 28 и выключаются насосы 16 и 19. Вода из емкостей 20 и 21 насосами 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 с и с, , охлаждая породы. 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 где Н , Н- глубина формирования основной и допблни тельной "истемы трещингидроразва, и1390345 Составитель М.Подолр Техреду,Дидык едактор Г.Ге орректор С. Черни Тираж 531 НИИПИ Государственного делам изобретений Иосква Ж, Раушаказ 1744 Подписноекомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5 Ч 3035,изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектна Ф смну Ноксь от соответственно мини - геотермический градимальная, максимальная ент, ОС/м,температура теплоноси. Способ по п,1, о т л и ч а ю -теля в сети теплоснаб- щ и й с я тем что воду в основную5Ужения и температура и дополнительную системы вертикальныхобработанного теплоно- трещин гидроразрыва подают по однойсителя,О С нагнетательной скважине с соотношением1где М ЙЫ " количество воды на"осЙ Дор3Способ по п.1, о т л и ч а ю -гнетаемого в основную щ и й с я тем, что, с целью аккуиуи дополнительную сис- лирования геотермальной энергии втемы трещин, м/о; 15 периоды с низким теплоэнергопотреблес - температура теплоно- нием и утилизацией аккумулированнойсителя в сети тепло- породами теплоты при повышении теплоснабжения, С. энергопотреблений формируют две сисодъем теплоносителя на поверхность темы горизонтальных трещин, по котоз основной и дополнительной системы 20 рым организуют циркуляцию теплоносирещин гидроразрыва осуществляют со- теля из основных и дополнительных тветственно по межтрубному простран- вертикальных трещин, а затем циркулятву и колонне насосно-компрессорных цию воды, заполняющей образованные руб откачной скважины, на поверхности емкости,О Ю У