Способ извлечения геотермальной энергии из подземных коллекторов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 И 4 Р 28 Р 21/00, Е Е 21 С 41/00 43 24 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИ ЕЛЬСТ 21) 22)(5 5 еЗем валив ния к горному я извлеа. Цель - влеченияснижения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ 4140661/22-032910.8623,12.88, Бюл. В 47Ленинградский горный инстГ.В.ПлехановаЮ.Д.Дядькин; С.Г.Гендлер,Артемьева и Р.Г.Алибеков536.24(088,8)Патент США В 3878884,Г 28 П 21/00, 1980.азаров С,Н, Об одном спосользования глубинного теплаВ сб.: Геотермические иссли использование тепла ЗемлиНаука, 1966, с. 346-354.(54 ) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЭНЕРГИИ ИЗ ПОДЗЕИН 11 Х КОЛЛЕКТОРОВ(57) Изобретение относитсяделу и м.биспользовано длчения тепла пород коллектоповышение эффективности изгеотермальной энергии путем затрат на бурение скважин и потерь тепла, При извлечении геотермальнойю энергии иэ подъемных коллекторов (К) последние вскрывают бурением с поверхности по меньшей мере двух скважин (С). Первоначально бурят откачную С. В ней определяют горногеологические и теплофиэические свойства пород. Затем по падению К бурят нагнетательную С. Расстояние Между 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 конвекции, теплоноситель принимает температуру пород К и поднимается по С на поверхность, По трубопроводу тепло- носитель поступает в теплообменник, ,В последнем теплоноситель нагревает воду, Пиркулирующую между теплообменником и потребителем. Затем насосом вода вновь нагнетается в К. 3 ил.Изобретение относится к области горного деля и может быть использовано для извлечения тепла пород коллектора. 511 елью изобретения является повышение эффективности извлечения геотермальной энергии из наклонных коллекторов путем снижения затрат на бурение скважин и потерь тепла. ОНа фиг, 1 показана диаграмма распространения теплоносителя в коллекторе; на фиг. 2 и 3 - извлечения геотермальной энергии.При извлечении геотермальной энер. 5 гии из наклонных коллекторов интенсивность процессов тепломассопереноса в системе нагнетаемый теплоноситель - горные породы определяется совокупным действием вынужденной и свободной конвекции, Соотношение между этими двумя составлягощими фильтрационного течения зависит при прочих равных условиях (мощность, проницаемость, угол падения коллектора, температура 25 теплоносителя) от расстояния между нагнетательной и добычной скважинами% При максимальном расстоянии Ьсоответствующем приблизительно размерам пласта по падению между условными границами (области с более низкой проницаемостью пород), превалирует вынужденная конвекция (фиг. 1 а).Она 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 4 О 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 интейсивность роста свободно-конвективной составляющей го-.раздо меньше, чем снижение вынужденной, Это приводит к уменьшению площади охватя коллектора (фиг, 1,б) и времени его эксплуатации (фиг. 2), Сокращение времени эксплуатации коллектора происходит лишь до определен 1ной величины расстояния 1, послераХф 55 которой значительно возрастает влияние свободной конвекции, что вновь приводит к повышению площади охвата коллекторя (фиг 1,в) и увеличению времени его эксплуатации (фиг. 2),При равенстве расстояния между скважинами эксплуатации, при расположении скважин на расстоянии Ь другот друга (фиг. 2) дальнейшее уменьшение расстояния между скважинами(до 1 ) снова обуславливает снижение площади охвата фильтрационным потоком коллектора (фиг. 1,г) и времени его эксплуатации (фиг, 2). Такимобразом при извлечении геотермальнойэнергии из наклонных коллекторов всегдя существует некоторое минимальноерасстояние между эксплуатационнымискважинами Ь , при котором времяэксплуатации коллектора приблизитель"но соответствует времени эксплуатации при размещении скважин на макси"малько возможном расстоянии друг отдруга 1. . Причем случай равенстварасстояния между скважинами 1,;харак"теризуется 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 процессытепломассопереноса зависят от многих. факторов, среди которых наиболее значительное влияние оказываютмощность коллектора 1 г (м), угол егопадения цг (град), проницаемость пород К (м ) а их пористость ш р (долиед,), температура пород Т(К),удельная теплоемкость Ст (Дж/(кг К), плотность и (кг/м ), динамическая вязкость рт(Па С), коэффициент объемного термического расширения (5 (1/К)теплоносителя, удельная теплоемкостьС я (Дж/кгК), плотность кг/м ),температуропроводность а г (м /с),2теплопроводность 7 г р(Вт/м К) породколлектора, расход ъ (м /с) и температура С я (К) закачиваемого теплоносителя, расстояние между эксплуатационными скважинами Ь (м),ускорениесвободного падения я=9,8 (м/с ), время ь (с),Схема включает в себя нагнетательную скважину 1, добычную скважину 2,геотермальный коллектор 3, теплоноситель 4, нагнетательный насос 5,внутренний трубопровод 6, теплообменник 7, внешнийтрубопровод 8, потребитель 9,Г314464Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.Осуществляют бурение добычной и нагнетательной скважин 2 и 1. Причем определяют между ними расстояние Ъ , а нагнетательную скважину 1 размещают относительно скважины 2 ниже по падению коллектора, Холодный теплоноситель 4 по скважине 1 с помощью 10 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 15 поверхность, где по трубопроводу 6 по. ступает в теплообменник 7. В теплообменнике 7 теплоноситель 4, охлаждаясь,.нагревает воду, циркулирующую по трубопроводу 8 между теплообменни ком 7 и потребителем 9, после чего вновь насосом 5 нагнетается в коллектор 3. формула изобретения 25 Способ извлечения геотермальной энергии из подземных коллекторов, включающий их вскрытие бурением с поверхности по меньшей мере двух сква жин, определение в них горногеологических и теплофизических-.ввойств пород коллектора, подачу в нагнетательную скважину теплоносителя, осуществление его циркуляции по коллектору и подъем теплоносителя с температурой,а 4равной температуре пород коллектора, на поверхность по откачной скважине, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности извлечения геотермальной энергии из Наклонных коллекторов, снижения затрат на бурение скважин и потерь тепла, первоначально бурят откачную. скважину и определяют в ней горногеологические и теплофизические свойства по" род, после чего ниже по падению коллектора бурят нагнетательную скважину, при этом расстояние Ъщмежду откачкой и нагнетательной скважинами определяют из выражения Ъ =О 194" Р"мн ф р, С,р,КЬ,7 Т,-н 7 зпЧк3где т - расход теплоносителя, м /с;С, Сг - удельная теплоемкость породи теплоносителя, Дж/кгК;- динамическая вязкость теплоносителя, Па с;т- коэффициент объемного термического расширения, 1/К;.Шиш Составитель Техред И.Ве Корректор А.Обручар едактор т Закаэ 673 исиоеССР вени рете 5, Ра Йроизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, у ектная Тираж 606 ВНИИПИ Государс по делам изо 3035, Москва, Ж комитета С и открытийская наб., д