Способ разработки термальной зоны земной коры

1 ффФл еЮЯй тн; кф 14 мяЛВсжэФ О Й-ФГ Союз Советскнк Социалистических Республнк/О кн К 0 осударственный комит СССР оо делам изобретеннй н открытийата опубликования описания 7.12,80 2) Авторыизобретения.П,Жабрев, П.А. Петро Г,Плотницкий Е,Н.Храменков есоюзный научно-исследовательский институт природных газов ВНИИГАЗ(71) Заявитель 54) СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ТБРМАЛЬНОЙ ЗОНЬ) ЗЕМ 1 Юй КОРЬменения пературе как при этот споЦелью нне эффе энергии способа при темд менее 300 ОС, так ературах пласта абелен.я является повышетбора геотермально проницаемых пород. звестного сухих поро изких темп об не рент изобретени тивности о з сухих не Изобретение относится к области использования глубинного тепла Земли и предназначено для разработки термальной зоны земной коры.Известен способ разработки термальных зон путем бурения скважин, транспортировки термальных вод го скважинам на поверхность с последующим отбором тепла в теплообменных аппаратах 1).Недостатком известного способа 10 является невозможность разработки с его помощью термальной энергии, заключенной в сухих практически непроницаемых породах.Для раэработки сухих геотермальных 15 месторождений в США предложен способ заключающийся в бурении зарядной и эксплуатационных скважин до глубины залегания сухих пород, опускании в зарядную скважину мощных зарядов и 20 их подрыве с последующей транспортировкой на поверхность теплоносителя по эксплуатационным скважинам через зоны механического воздействия взрывов (2) 25Недостатками этого способа является неэффективность использования зоны механического воздействия взрывов (используется только столб обрушения) ,и практическая нецелесообразность при 30 Поставленная цель достигается тем, что осуществляют бурение как минимум еще одной дополнительной зарядной скважины на расстоянии, не превышающем 9-16 радиусов камуфлетной полости, а транспортировку тепловой энергии на поверхность производят из эоны механического воздействия взрыва допол" нительной скважины или прилегающей к ней зоны трещиноватости.При мощном подземном камуфлетном взрыве в пласте образуется несколько характерных зон. К ним относятся камуфлетная полость, зона дробления, эона трещиноватости, столб обрушения. Зона механического воздействия камуфлетного взрыва ограничивается зоной трещинот.атости, радиус которой в зависимости от геологических условий залегания пород и их Физико-механических свойств колеблется в пределах 4,5-8 радиусов камуфлетной полости.Такое расположение забоев зарядных скважин обеспечивает разрушение перемычки между соседними зонами воздействия взрывов и создания хорошей гидродинамической связи между зонами воздействия. Дальнейшее увеличение рас-з стояния между забоями скважин приводит к ухудшению гидродинамической связи между соседними скважинами, что существенно ухудшает условия съема тепловой энергии с нагретых пород и эффективность разработки геотермальной эоны.Ридродинамическая связь зон механического воздействия обеспечивает в свою очередь, возможность транспортировки теплоносителя на поверхность из эоны воздействия взрыва дополнительной скважины. За счет этого достигаются минимальные потери тепла при транспортировке теплоносителя к потребителю. При осуществлении предлагаемого 2 О способа в сухом непроницаемом пласте создается высокопроницаемая галерея, состоящая из эон механического воздействия взрывов и промежутков между зонами механического воздействия (перемычек) . В перемычках благодаря взаимодействию взрывов в соседних скважинах образуется система микро-и макротрещин, которая обеспечивает гидро- динамическую свзь между соседними зо- Зо нами воздействия взрывов.Создаваемые галереи могут иметь различную 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 эффективно производить отбор тепловой энергии из пласта.Ла фиг. 1 представлена схема разработки термальных зон; на фиг. 2 - графики зависимости полезной мощности от расхода теплоносителя, времени эксплуатации термальных зон и начального перепада температур с учетом затрат мощс; ности на циркуляцию теплоносителя.Схема разработки термальных зон включает пласт 1, сложенный практически непроницаемыми породами (например, граниты, базальты, глинизированные известняки и др,), высокопроницаемую галерею 2, расположенную в пласте 1 и образованную зонами механического воздействия 3 взрывов мощных зарядов, устанавливаемых в. зарядных скважинах 4, нагнетательную скважину 5, гидравлически связанную с насосом 6, скважину 7 для транспортировки нагретого теплонбсителя на поверхность, гидравлически связанную с потребителями 8 (например, электростанция) и 9 (на пример, теплицы), стрелками 10 показано направление движения теплоносителя в галерее.фиг. 2 иллюстрирует изменение полезной мощности во времени при температуре 5 входящего в пласт теплоносителя, равной 20 С. Здесь представлен. графикизависимости полезной мощности при минимальной длине галереи и начальнойтемпературе пласта Т 60 С кривая 11,аТ 100 С, Т 140 С, а также приудвоенной минимальной длине галереипри тех же начальных температурах,соответственно, кривые 14, 15, 16Для интенсификации процесса теплообмена по краям галереи следует пробурить несколько эксплуатационных скважин, обеспечивающих необходимый объемпрокачки теплоносителя.Следует учесть, что при взрыве заряда мощностью 1 кг выделяется энергияв количестве 10 ккал. Причем порядкаФ70-80 Ъ энергии рассеивается в пластев виде тепла.Таким образом, при осуществлениипредлагаемого способа появляется воэможность более полного использованияэнергии взрыва в мирных целяхОценочные расчеты показывают, чтодля практической реализации предлагаемого способа минимальная длина галереи (а в случае звездообразной галереи минимальная сумма длин отдельныхлучей),а .также расход теплоносителядля обеспечения постоянного уровняотбора энергии из пласта зависит отначальной температуры пласта и времени эксплуатации галереи(см.таблицу).В таблице приведены минимальныедлины галерей и начальные расходытеплоносителя, рассчитанные из условия непрерывного отбора полезной мощности И=10 кВт в течение 100 лет сучетом КПД использования геотермальной энергии )0,5, при температуревходящего в галерею теплоносителяТ 20 С,Так как по мере отбора энергии из пласта 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 теплоносителя, 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 галерея (за 30 лет эксплуатации) .Эффективность увеличения минималь- ноЯ 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, УЪеличивается время, в гечение которого можно эксплуатировать785635 Показатель Значение показателя начальная температурапласта, оС 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Минимальная длина подземноЯ галереи, км 38,2 25,4 19,1 15,3 12,7 10,9 9,6 8,5 7,64 1,19 0.,95 0,79 0,68 0,59 0,53 0,48 0,43 0,4 Зачальныя расходтеплоносителя, м /сек3 Формула изобретениЯ галерею с поддержанием высоких энергетических параметров,Преимушеством предлагаемого способ; яВляется экономическая целесообразность разработки сухих термальных зон с температурой пород, не превышающей Способ .разработки термальной зоны земной коры путем бурения зарядной и эксплуатационных скважин до глубины залегания термальных сухих пород,спус ка в зарядную скважину заряда и его подрыва с последующей транспортировкой теплоносителя на поверхность по эксплуатационным скважинам через зоны механического воздействия взрыва, о тл и ч а ю щ и й с я тем,что, с целю повышения эффективности отбора геотермальной энергии, осуществляют бурение как минимум еще одной дополнительной зарядной скважины на расстоянии, не 300 фС, уменьшение затрат на поверхностную обввзку скважин, уменьшение пстерь тепла при транспортировке теплоносителя на поверхности, увеличенныйобъем сухого пласта, приходящийся наодин взрыв, вовлеченный в процессеразработки. превышаккцем 9-16 радиусов камуфлетнойполости, а транспортировку тепловоЯэнергии на поверхность производят иээоны механического воздействия взрывадополнительной скважины или прилегающей к ней зоны трециноватости. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Возможности использования глубинного тепла Земли в добыче нефти.Обзор зарубежной литературы, серияДобыча, ВИИИОЭМГ, М., с. 10.2. Патент С 1 А р 3640336,кл . 165-1, 1970 (прототип).(годь асов филиал ППП Патент, г. Ужгород, Ул . Проектна едактор Л. аказ 8823/ Составитель Г. Старостин1 ехред М. Табакович 1 Редактор,697 ВВИИПИ ГосУдарственного комитетаССпо делам изобретений и открытий 3035, Москва, й"35, Раушская наб рректор дписное