Гидрогеотермальная установка по извлечению тепла из гранитного слоя земли

Е ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИ К ПА омитет Российской федерации о патентам и товарным знакам(64) ГИДРОГЕОТЕРМАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ПОИЗВЛЕЧЕНИЮ ТЕПЛА ИЗ ГРАНИТНОГО СЛОЯЗЕМЛИ(7) Иотопьзование: в теплоэнергетике, дпя попучения тепла на верхней части гранитного слоя Земли. Сущность изобретения: гидрогеотермальнаяустановка включает вертикальные скважины спускаи подъема сообщенные между собой камерой,соединенной со скважиной спуска воды через на(В) Кц (11) 2004889(51) 5 Г 24 ЛЗ 08 сосный агрегат, а со аеажиной подъема теплоносителя через фильтровую дырчатую колонну приема теплоносителя, при этом над землей скважина спуска воды снабжена станцией очистных соору - жений и кнопочным щитом управления ГПУ, а скважина подъема теплоносителя оборудована утепленным кожухом и станцией сбора и перекачки теплоносителя с запасными резервуарами. В скважинах установлены с зацементированным зазором обсадные трубы, покрытые антикоррозийной оболочкой и выполнееье из материалов с различной теплопроводностью, причем теплопроводность труб в спускной скважине выше теплопроводности труб в подъемной скважине. 1 ип.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности, к получению тепла геотермического градиента иэ верхней частигранитного слоя.Известна геотермальная установка вЛос-Аламосе 1. В ней при нагнетании водынасосным агрегатом с напором воды около12,5 МПа, в одной из скважин на глубине2758 м был осуществлен гидравлическийразрыв массива с образованием вертикальной трещины. Наклонная ветвь второй скважины прошла примерно в центр этойтрещины на глубину 2673 м.Недостатком данного устройства является утечка теплоносителя в окружающиймассив, а также отложение продуктов выщелачивания в скважинах и кальматаж (закупорка) трещины гидравлического разрыва,что, в свою очередь, значительно уменьшаетсрок эксплуатации данной установки и делает ее малорентабельной.Наиболее близким по техническому ре, шению к заявке является геоустановка Плоушерской программы США 2), содержащаянасосный агрегат, подключенный к обсадным трубам, установленным с зазором вопусккой и подьемной скважинах, соеди ненных с камерой, образованной в слое обводненных пород вблизи потухших илидействующих вулканов посредством ядерного взрыва, и теплообменник, подключенный к трубе, установленной в скважинеподъема,Недостатком прототипа является площадная ограниченность строительства установки заданными геологическимиусловиями, а также утечки тепла в окружающие породы и отложение продуктов выщелачивания в скважинах и камере,заполненной растрескавшейся породой,контактирующей с трещиноватыми окружающими породами, вследствие чего коэффициент полезного действия установки непревышает 50-60;6.Целью изобретения является обеспечение универсальности установки за счет использования тепла гранитного слоя Земли,развитого повсеместно под материками, атакже увеличение эффективности установкиза счет уменьшения химических контактовтеплоносителя с окружающими породами иподземными водами, а также ликвидацииутечек тепла в окружающие породы и отсутствие отложений продуктов выщелачиванияв скважинах и гидрогеотермальной камере.Указанная цель достигается тем, что установка снабжена специальными очистными сооружениями, подключенными кнасосному агрегату и зазор между обсадными трубами и породой зацементировак. Трубы в опускной и подъемной скважинах покрыты антикоррозийной оболочкой и выполнены из материалов с различной теплопроводностью, причем теплопроводность труб в опускной скважине выше теплопроводности труб в подъемной скважине, а в последней дополнительно размещен перфорированный фильтр. Той же цели служит гидрогеотермальная камера, куда фильтруется тепло из окружающих пород.На чертеже изображена схема устройства гидрогеотермальной установки по извлечению тепла из гранитного слоя Земли.Установка содержит две вертикальные глубокие буровые скважины одного диаметра и глубины, Опускная скважина 1 и подьемная скважина 2 на глубине забоя соединены общей полостью сбора теплагидрогеотермальной камерой 3, представляющей замкнутую герметичную сферу - полость с оплавленными водонепроницаемыми стенками. Первой разбуривается опускная скважина 1, В ее забое на расчетной глубине 4 посредством ядерного взрыва формируется гидрогеотермальная камера 3 с радиусом и температурой, определяемыми расчетным путем для данных глубин. В результате ядерного взрыва, произведенного в моколитной породе и дальнейшего остывания пород до постоянной температуры окружающих пород, обеспечивается сохранность оплавленных стенок, герметичность камеры после взрыва (без подтока подземных вод). При дальнейшей эксплуатации камеры, т,е. пуске воды-теплоносителя в ее полость из опускной скважины, а в камере с инертными стекловидными стенками не происходят какие-либо химические реакции, Бурение подьемной скважины 2 производится после образования камеры. Подъемная скважина в нижней части, погруженной в камеру. истлеет перфорированный фильтр 6 из нержавеющей стали, Опускная и подъемная скважины оборудованы обсадными трубами 9 с различной теплопроводностью, причем теплопроводность труб в. опускной скважине выше теплопроводности труб в подъемной скважине, покрыты актикоррозийной оболочкой 15. Зазор обсадных труб 5 цементируется. Кроме того, с целью санитарно-технической заделки устья скважин и изоляции подземных вод, скважины оборудуются направляющими трубами 7,13 и кондуктором 8 с зацементированными зазорами, Над землей скважины оборудованы оголовками 12,17, а скважина подьема - еще и утепленным кожухом 18, Очистные сооружения 10 подключены к насосному агрегату 11, который в свою очередь подключен к обсадным тру 20048895 10 15 20 25 30 35 40 50 55 бам опускной скважины. Теплообменник 16 подсоединен к трубам, установленным в скважине подъема.Устройство работает следующим образом. Пресная вода, механически и химически очищенная в локальных очистных сооружениях 10, через оголовок 12 опускной скважины 1 насосным агрегатом 5 подается в скважину 1 на глубину, определяемую специэл ьн ыми расчетами.Из скважины 1 вода поступает в гидрогеотермальную камеру 3, в которой имеется теплота потребной промышленной температуры, Здесь вода превращается в перегретую пароводяную смесь - теплоноситель с заданной температурой, Теплоноситель через фильтровую дырчатую колонну 6 скважины 2 поднимается на земную поверхность за счет разностей плотности и температур поверхностной воды в скважине 1 и пара теплоносителя в гидрогеотермальной камере. Оптимальный режим теплосъема, определяемый в каждом отдельном случае специальным расчетом расхода теплоносителя, регулируется дросселем 17 скважины 2. Далее теплоноситель через станцию перекачки поступает в теплообменник к потребителю 16. В процессе использования потребителем тепло- носитель, остывая, вновь превращается в воду. Охлажденная вода снова поступает на станцию очистных сооружений 10, после чего рабочий цикл системы вода - теплоноситель - вода повторяется снова. Пуск, регулировка и выключение установки при эксплуатации производится кнопочным управлением, находящимся на оголовке 12 скважины 1 и перекрытием дросселя на оголовке 17 скважины подъема 2.Технико-экономические преимущества. Гидрогеотермэльная установка (ГГТУ) в отличие от геотермоустановок, существовавших до сих пор, представляет более совершенную конструкцию нового класса, учитывающую влияние на теплоотдачу Земли всей суммы гидрогеологических факторов; впервые промышленное тепло геотермического градиента Земли можно получать наиболее совершенной технологией - ГГТУ в районах, удаленных от вулканических и активно-тектонических областей; постоянство поступления природного дарового источника тепла Земли позволяет его круглогодичное использование установкой; при помощи ГГТУ тепло гранитного слоя Земли можно получать и использовать повсеместно на материалах; тепло, добываемое установкой ГГТУ, полностью изолируется от окружающих пород и подземных вод, от вредного выщелачивающего воздействия, чем сохраняется экология и естественный режим земных недр; установка ГГТУ вместе с гидрогеотермальной камерой сама защищена от внутреннего кальматажа (закупорки оборудования осадками выщелачивания), что обеспечивает длительность ее эксплуатации до 100 лет и более; ГГТУ - бестопливная установка, в результате чего до 1004 экономятся традиционные виды топлива: уголь, нефть, газ и др ГГТУ - безотходное, экологически чистое производство; ГГТУ - проста в устройстве, легка в управлении процессом эксплуатации и требует минимум обслуживающего персонала; изолированность работы одной установки на площади в 100 кв.км при народонаселении в 300,000 и более человек, позволяет рассматривать ее, как малую энергетическую базу страны в дополнение к мощным энергоносителям; при массовом повсеместном строительстве ГГТУ ликвидируется энергетический кризис в народном хозяйстве; коэффициент полезного действия ГГТУ составляет 95 - 98;ь; строительство и эксплуатация ГГТУ приобретает особый полезный для народа эффект как в густонаселенных районах, так и в зонах распространения вечной мерзлоты .(в России это - больше половины территории), в полярных районах, а также в районах, гдеограничены возможности получения традиционных видов топлива или где имеет место большая загрязненность экологической среды; производительность ГГТУ не менее 8 - 10 М Вт/ч. увеличивается с габаритами установки и с углублением заложения гидро- геотермальной камеры, что должноучитываться в каждом конкретном проекте ГГТУ: ГГТУ, заложенная на глубину 4,5 - 5,5 км может выдавать теплоноситель с температурой в 300 С и выше. Это тепло можноиспользовать для переработки в электроэнергию при помощи паровых турбин, с последующим использованием 100 О-ногоконденсата для теплоснабжения,(56) 1 Комплексное использование альтернативных источников энергии. Материалы Советско-Итальянского симпозиума 1982,ч,1, М., ЭНИН, 1982. 2. Берман Э. Геотермальная энергия, М., Мир, 1978.2004889 Формула изобретения Составитель Л.КорзунТехред М.Моргентал Редактор Г. Берсен Корректор С.Юск Подпи Заказ 339 Тираж НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва. Ж, Раушская наб., 4 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 1 ГИ,цРОГЕОТЕРМАЛЬНАЯ УСТАНОВКА, 5 .ПО ИЗВЛЕЧЕНИЮ ТЕПЛА ИЗ ГРАНИТНОГО СЛОЯ ЗЕМЛИ. содержащая насос-, ный агрегат, подключенный к обсадным трубам, установленным с зазором в опускной и подъемной скважинах, соединенных 10 с камерой, образованной в слое Земли посредством ядерного взрыва, и теплообменник, подключенный к трубам, у становленным в подьемной скважине, от- ,личающаяся тем, что, с целью обеспечения 51 универсальности и увеличения эффектив. ности, она снабжена специальными очистными сооружениями, подключенными к насосному агрегату. упомянутый зазор зацементирован, а обсадные трубы в опускной и подъемной скважинах покрыты антикоррозийной оболочкой и выполнены из материалов с различной теплопроводностью, причем теплопроводность труб в опускной скважине выше теплопроводности труб в подъемной скважине, а в забое последней дополнительно размещен пер-форированный фильтр,