Способ работы геотермального устройства

(ю)ю Е 243 3/О иОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ики АН 03 6 7/00, 43 3/08, АЛЬНОГО ат жидко ст нц (С) 1 ной жид ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Институт технической теплофУССР(54) СПОСОБ РАБОТЫ ГЕОТЕРМУСТРОЙСТВА(57) Изобретение может использгеотермальной энергетике. Газную смесь из отводящей скважисообщенный с пластом геотермал кости Ж, отводят в сепаратор (СЕ), измеряя ее расход отсепарированную Ж подают в нагнетательную С 22,.а смесь газов, отделенных в СЕ 11, закачивают в С 1, причем вначале давление в СН 7 поддерживают ниже давления насыщения смеси газов в жид. кости пласта, а при снижении расхода газожидкостной смеси устанавливают в СЕ 7 давление, равное максимальному из давлений насыщения газов, образующих смесь, а расход смеси поддерживают постоянным путем добавления в смесь газа, имеющего максимальное давление насыщения при параметрах пласта, что позволяет повысить экономичность и экологичность за счет использования газа вместо выбросов его в атмосферу. 1 ил.Изобретени относится к способам работы геотермальных. систем из подземных проницаемых слоев с помощью подъемных и нагнетатепьных скважин;Известен способ извлечения геотермальной энергии, согласно которому в подьемную скважину с помощью погружной трубки закачивают низкокипящую жидкость с удельным весом меньшим, чем удельный вес термапьной воды, например Н-бутан, изобутан, изопентан, фреон. Легкокипящая жидкость по мере движения в геотермальной скважине вскипает и производит эффект газлифта. Рабочее вещество при поступлении в подьемную скважину вскипает и смесь термапьной воды с газообразным рабочим веществом поступает в теппообменник-сепаратор, где в результате понижения давления происходит отделение газов от термапьной воды. Выделенный газ направляют на турбину, из нее в конденсатор и затем в контактный теплообменник. Из зоны сепарации теплообменника рабочее вещество вновь эакачивают в подъемную скважину. Охлажденную термальную воду выводят из нижней части теплообменника и закачивают в нагнетательную скважину.Однако в сепараторе выделенных газов рабочего вещества происходит выделение неконденсируемых газов, содержащихся в термальной воде. При конденсации легко- кипящего вещества они Должны быть удалены, что приводит к вредным воздействиям на окружающую среду и уносу рабочего вещества, Кроме того, извлечение геотермальной энергии по этому способу не позволяет в полной мере использовать напор газоводяной смеси на устье подъемной скважины для закачки рабочего вещества и термальной воды, так как давление в сепараторе понижают при отделении газа. Из-за больших потерь низкокипящего вещества (утечки, растворимости) и громоздкости оборудования способ извлечения геотермальной энергии во многих случаях экономически неэффективен.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагае мому является способ, согласно которому дпя подъема геотермальной воды из скважины или повышения дебита термальной воды в нее закачивают газ. На выходе из скважины Смесь термальной воды с газом разделяют в сепараторе, После сепаратора термальную воду используют для нагрева воды в системе отопления, а газ из сепаратора направляют в компрессор для его закачки в подьемную скважину. Однако способ извлечения геотермальной энергии5 1 О 15 20 приводит к загрязнению атмосферы за счет газов, которые удаляют из сепаратора по мере поступления в него термальной воды. содержащей газы, Кроме того, при снижении давления термапьной воды возможно выпадение солей, содержащихся в термальной воде, Отделение газа в сепараторе приводит к потере давления, которое возрастает при закачке газа в подьемную скважину вследствие уменьшения веса столба жидкости в скважине. Это давление можно использовать при закачке газа в подъемную скважину и охлажденной термальной воды в нагнетательную скважину.Значение давления при глубине скважины 1000 м может достигать 2 МПа и более, поэтому использование этого давления на всасывающем трубопроводе компрессора и нагнетательного насоса может значительно умены шитьпотребляемуюэлектрознергию дпя их работыЦель изобретения - повышение эконо-мичности и экологичности путем снижения выброса газов в атмосферу.Согласно способу работы геотермаль 25 ного устройства с отводящей и нагнетатепьной скважинами, сообщенными с пластомгеотермальной жидкости и сепаратором газа, включающему отвод из отводящей скважины газожидкостной смеси в сепаратор,30 измерение ее расхода, подачу отделенной всепараторе смеси газов в отводящую скважину и закачку отсепарированной жидкостив нагнетательную скважину, причем давление в сепараторе поддерживают ниже дав 35 пения насыщения смеси газов в жидкостипласта, при снижении расхода газожидкостной смеси в сепараторе устанавливают давление, равное максимальному из давленийнасыщения газов, образующих смесь, а рас 40 ход последней поддерживают постояннымпутем добавления в смесь газа, имеющегомаксимальное давление насыщения при параметрах пласта,Возможно настолько большое содержа 45 ние газа в пластовой термальной воде, чтоустановить давление сепарации газа, прикотором обеспечивается полное их растворение, нецелесообразно из-за большогозначения давления при сепарации, В этом50 случае предлагается при сепарации установить давление, которое обеспечивает растворение наиболее токсичных газов ЯО,Н 23, С 02. Эти газы имеют высокую по сравнению с наиболее часто встречающимися55 газами растворимость, При 70 С растворимость составляет, м Гм; 302 27,16; Н 2 2,33;С 02 0,70, в то время, как растворимость сопутствующих, наиболее часто встречающихся газов, равна, м/м; СН 4 0,0289; С 2 Н 60,0049; Й 2 0,0128, Регулирование требуемого давления в сепараторе осуществляют в этом случае путем выпусков нетоксичных газов.Геотермальные скважины с низкими пластовыми давлениями не изливают гри естественных условиях, однако после их, стимулирования они начинают фонтанировать вследствие разогрева столба жидкости и уменьшения ее плотности и могут давать значительный дебит. Для несамоизливающих скважин предлагается начальное стимулирование дебита проводить путем закачки в подъемную скважину газа или легкокипящего вещества из емкости. После того, как скважина дает приток воды и из нее выделяет содержащийся в ней газ в количестве, достаточном для обеспечения.требуемого дебита, прекращают подачу газа или легкокипящего вещества из емкости и осуществляют стимулирование только газом, который выделяют из термальной воды.Количество газа, выделяемое при сепарации из термальной воды, складывается из газа, который циркулирует в контуре; сепаратор (центробежный или лабиринтный), бак-накопитель, компрессор, погружная трубка, ствол скважины, бак-замедлитель, и газа, который поступает из пластовой термальной воды по мере выделения новых порций воды из пласта-коллектора. Этр можно записать следующим образом;Ои т=бцг гц+бвг т (1) где Ои - расход газа, используемый для интенсификации (на выхбде из сепаратора);бцг - расход газа, содержащегося в контуре его циркуляции на момент времени до поступления в него газа из пластовой термальной воды;бвг - расход газа, выделившегося из пластовой термальной воды в циклоне;т - текущее время;тц - время движения газа в циркуляционном контуре.Расход. газа, выделившегося иэ термальной водь, равенбег=О пг-О рг, (2) где бпг - количество (расход) газа, содержащегося в пластовой термальной воде до сепарации из нее газа;брг - количество (расход) газа, которое осталось в термальной воде после сепарации, т,е. содержащееся растворенйым в выходящей из циклона термальной воде.Из (1) и (2) получаютби т=бцг хц (бпг-Орг)Т. Р) Количество газа, которое сепарируется из термальной воды при прочих равных условиях зависит от давления. Это давление определяется давлением термальной воды10 брг Т+1 бргфТ 50 давление регистрируют манометром 8. От 55 20 25 ЗО 35 40 45 или газоводяной смеси на выходе из скважины, которое зависит от количества, закачиваемого в подъемную скважину газа.Возможны несколько вариантов работы по предлагаемому способу извлечения геотермальной энергии в зависимости от давления при сепарации.Первый вариант, когда давление в сепараторе меньше, чем давление полного растворения газа в термальной воде, В этом случае происходит непрерывное выделение газа из поступающей в сепаратор термальной воды и непрерывное увеличение расхода газа Ои, выделяемого из сепаратора, т.е. Ои Х Ои т, так как ОпгТ+1бпг.т, а Второй вариант, когда давление в сепараторе больше давления, при котором происходит выделение газа, и газ полностью растворяется в термальной воде.В этом случае в сепараторе газ не выделяется из термальной воды, кроме того растворяется газ, который находится в контуре циркуляции. Количество газа в контуре циркуляции уменьшается до полного растворения его в термальной воде, т,е.биг г+11 биг т, так как бцгт+1бцг т и б пг=бргСпособ осуществляется следующим образом,Термальная вода из подъемной скважинысамоизливом через регулирующий вентиль 2 поступает в успокоительную емкость 3, снабженную сливным устройством 4, Успокоительная емкость предназначена для гашения пульсаций и осаждения взвесей, поступающих из подъемной скважины.Из емкости 3 термальная вода через расходомер 5 и дросселирующий вентиль 6 поступает в циклон 7, в котором установлен манометр 8, В циклоне 7 происходит сепарация газа. Вместо циклона (блока циклонов) может быть установлено другое сепарирующее устройство, например лабиринтовый сепаратор. С помощью дресселирующего вентиля б в циклоне 7 устанавливают пониженное давление (около 1 10 Па) с целью более интенсивного выделения газа из. термальной воды. Это деленный от термальной воды газ через регулирующий вентиль 9 и расходомер 10 поступает в емкость 11, оборудованную сливным устройством 12 и манометром 13. Емкость 11 служит для отделения капель термальной воды и регулирования давления и расхода газа, После накопления газа в емкости 11, которое можно определить с помощью манометра 13, открывают регули 1721410рующий вентиль 14 и газ через расходомер 15 поступает в компрессор 16, с помощью которого его нагнетают в подъемную скважину 1 через,запорный вентиль 17 и погружную трубку 18,Термальную воду из циклона-сепаратора 7 через регулирующий вентиль 19 направляют в теплообменник 20 и после ее охлаждения с помощью нагнетательного насоса 21 закачивают через нагнетательную скважину 22 в подземный проницаемцй пласт 23. В теплообменнике 20 происходит нагрев сетевой воды, которая поступает в него. по трубопроводу 24 через регулирующий вентиль 25.Путем многократной циркуляции гаэоводяной смеси и газа в контуре; подъемная скважина 1, емкость 3, дроссель 6, циклон 7, емкость 11, компрессор 16, погружная трубка 18 увеличивают количество выделяемого из термальной воды газа путем закачки его в подъемную скважину 1 повышают дебит воды до достижения оптимального или заданного значения. Оптимальный расход термальной воды определяют с помощью расходомера 5. Момент. когда при повышении расхода закачиваемого в подъемную скважину 1 газа дебит газоводяной смеси начинает понижаться, соответствует оптимальному количеству закачиваемого газа. По достижении этого момента путем открывания дроссельного вентиля 6 устанавливают е циклоне-сепараторе давление, при котором расход газа, который определяют расходомером 10, становится постоянным.Если при полностью открытом дроссельном вентиле 6 расход отделяемого в циклоне-сепараторе 7 газа продолжает расти, то увеличивают давление закачки газа с помощью компрессора 16 до значения, при котором расход газа, отделенного в циклоне-сепараторе 7, становится постоянным.В нефонтанирующих скважинах используют для начального стимулирующего дебита скважин газ или легкокипящую жидкость иэ емкости 27,.Закрывают вентиль 17, открывают вентиль 28 и гаэ или жидкость с помощью компрессора или насоса 29 через расходомер 30 закачивают через погружную трубку 18 в скважину 1. Из скважины 1 газоводяная смесь поступает в емкость 3, затем через дроссельнцй вентиль 6 закачиеаемый гаэ из емкости 27 и газ, содержа щийся в термальной воде, отделяют в циклоне 7 и, направляют в емкость 11, при этом вентили 14 и 26 закрыты. После того, как давление в емкости 11 повысится, что определяют манометром 13, открывают вентили 14 и 17, закрывают вентиль 29 и продолжают дальнейшую работу по извлечению геотермальной энергии по указаннойсхеме для фонтанирующей скважины,П р и м е р, Пробурено две скважиныглубиной 1200 м. Расстояние между скважи 5 нами 170 м, На базе этих скважин созданасистема извлечения геотермальной энергии;состоящая иэ нагнетательной и подъемной скважин. Удельный дебит подъемнойскважины оп=2 10 кг/с/Па, удельная при 10 емистость нагнетательной скважины дн=-5воды тв=60 С, начальный дебит подьемнойскважины Овн=20 кг/с, глубина подьемной инагнетательной скважины Ь=1200 м, на 15 чальное статическое давление на устье скважины Руст=10.10 Па. Термальная вода5содержит 0,570 кг/м растворенных газов и0,620 кг/м газов в свободном состоянии,Газы в свободном состоянии включают 20 в 20 азота (й 2), 400 метана(СН 4) и 40 углекислого газа (С 02) по массе, Масса каждогоиз газов составляет; И 2 0,124 кг/м, СН 40,248 кг/м; С 02 0,248 кг/м, Растворимостьгазов при давлении 1 10 Па и 1=60 Ссоот 25 ветственно равна М 2 0,0082 кг/м": СН 40,015 кгlм; С 02 0,536 кг/м,Давление, при котором каждый из газовполностью растворяется, находят путем деления количества свободного газа на рас 30 творимость. Получают д 5 аеление полногорастворения К 2 15,1 10 Па, СН 4 16,5 хх 10 Па, С 024,6 10 Па.Термальная вода из подъемной скважины с начальным дебитом Овн=20 кг/с посту 35 пает через бак-замедлител ь всепаратор-циклон, где с помощью дросселирующего устройства устанавливают давление 1 10 Па, Отделенный от термальнойводы газ с начальным расходом"0 Огн=0,0124 кг/с направляют в емкость-накопитель и затем нагнетают через погружнуютрубку в пласт, отделенную от газа термальную воду направляют в теплообменник, изкоторого охлажденную термальную воду с45 помощью насоса эакачивают в нагнетательную скважину, После 14 часов работы, когдарасход газа, отсепарироеанного от термальной воды, достигнет значения Ог,=0,762 кг/с,с помощью компрессора при открытом50 дроссельном клапане повышают давление сепарации до значения Рс= 16,5 хх 10 Па.При этом давлении в силу того, чтоне выделяется дополнительное количествогаза из пластовой термальной воды, эначе 55 ние расхода отсепарированного газа стано вится постоянным,Для интенсификациидебита используют только накопившийсягаэ в контуре его движения. Расход его составляет ЬЦ,75 кг/с. Такой расход газа1721410 Составитель Ю. МорозовТехред М,Моргентал КоРРеоР Т.Малец Редактор И. Шулла Заказ 944 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 обеспечивает повышение дебита подъемной скважины до значения Ов=32,67 кг/с,В случае, когда давление при сепарациигаза меньше значения Рс=16,5 10 Па, в5контуре движения газа постоянно увеличивается его количество за счет выделениягаза, содержащегося в пластовой термальной воде, Например, при давлении Р=10 хх 10 Па постоянно выделяется газ с расходом бг=0,00124 кг/с. Через некоторое время, если газ не отбирать, наступает резкоеуменьшение дебита подъемной скважины,тэк как проходное сечение воды уменьшается из-за присутствия газа, и увеличиваетсягидравлическое сопротивление. Таким образом, если не соблюдается условие значения давления сепарации Р=16,5 10 Па,то5интенсификация дебита невозможна безвыброса газа,В случае, если давление при отделении 20газа в сепараторе больше, чем Р,=-16,5 10,5то количество газа, используемого для интенсификации дебита скважины уменьшается вследствие его растворимости. Придавлении 20 10 Па через три часа происходит полное растворение газов. В таком режиме интенсификацию дебита скважины проводить невозможно,Формула изобретения Способ работы геотермального устройства с отводящей и нагнетательной сквэжи нами, сообщенными с пластом геотермальной жидкости и сепаратором газа, включающий отвод иэ отводящей скважины газожидкостной смеси в сепаратор, измерение ее расхода,.подачу отделенной в сепараторе смеси газов в отводящую скважину и закачку отсепарированной жидкости в нагнетательную скважину, причем предварительно давление в сепараторе поддерживают ниже давления насыщения смеси газов в жидкости пласта, о т л и ч а ю щ и йс я тем. что, с целью повышения экономичности и экологичности путем снижения выброса газов в атмосферу, при снижении расхода газожидкостной смеси в сепараторе устанавливают давление, равное максимальному из давлений насыщения газов, образующих смесь, а расход последней поддерживают постоянным путем добавления в смесь газа, имеющего максимальное давление насыщения при параметрах пласта.