DE102008052417A1 - Closed probe system for use with geothermal energy, particularly terrestrial heat from large depths, comprises sunk bore and probe tube arranged for transporting fluid heat transfer medium - Google Patents

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Abstract

The closed probe system comprises a sunk bore (1) and a probe tube (2) arranged for transporting a fluid heat transfer medium (6). A hollow space is formed between the sunk bore and the probe tube, which is back filled all over with a material (4) containing a gel, a paste or a powder, mainly carbon. The carbon containing material is made of pure carbon or from a carbon metal connection.

Description

Die Erfindung betrifft ein geschlossenes Sonden-System zur Nutzung von geothermischer Energie, insbesondere von Erdwärme aus großen Tiefen, bestehend aus einer abgeteuften Bohrung und einem darin angeordneten, ein Wärmeübertragungsmedium transportierendes Sondenrohr.The The invention relates to a closed probe system for the use of geothermal energy, especially from geothermal energy from large Deep, consisting of a drilled hole and a hole in it arranged, a heat transfer medium transporting Probe tube.

Die Erschließung und Nutzung von geothermischer Energie in geschlossenen Sonden-Systemen aus oberflächennahen und aus tiefen Erdformationen ist bekannt. Der Hohlraum zwischen der abgeteuften Bohrung und dem äußeren Mantel des Sondenrohres wird dabei zumeist zur Stabilisierung des Sondenrohres mit speziellen Zementen hinterfüllt.The Development and use of geothermal energy in enclosed probe systems from near-surface and from deep earth formations is known. The cavity between the drilled hole and the outer jacket of the Probe tube is usually used to stabilize the probe tube backfilled with special cements.

Diese zementartigen Hinterfüllungen haben jedoch den Nachteil, dass sie einen niedrigeren Wärmeleitungskoeffizienten als den des Sondenrohres aufweisen und damit insbesondere bei geschlossenen Sonden-Systemen nur eine geringe Wärmeausbeute aus der umgebenden Erdformation ermöglichen. Die Zementfüllungen unterliegen insbesondere in großen Tiefen, hervorgerufen durch große Temperaturschwankungen und Bewegungen in der Erdformation, hohen Eigenspannungen, die zu Rissen, Luftspalten und Poren führen und damit keine vollflächige Berührung des Sondenrohres mit der wärmeführenden Erdformation ermöglichen.These However, cementitious backfills have the disadvantage that they have a lower coefficient of thermal conductivity than have the probe tube and thus especially in closed Probe systems only a low heat yield from the enable surrounding earth formation. The cement fillings subject especially at great depths, caused due to large temperature fluctuations and movements in the Earth formation, high residual stresses leading to cracks, air gaps and lead pores and thus no full-surface Touching the probe tube with the heat-conducting Enable Earth formation.

Es ist bekannt, bei der Abteufung von Tiefenbohrungen zum Zweck der Öl- und Gasgewinnung als Füllmaterial zwischen Bohrung und Sondenrohr verschiedenste Zusammensetzungen von Zementen zu verwenden.It is known to be involved in drilling deep wells for the purpose of and gas extraction as filling material between bore and Probe tube to use a variety of compositions of cements.

Diese dienen ausschließlich der Stabilisierung der Bohrlochwand nach Beendigung des Bohrvorganges.These serve only for the stabilization of the borehole wall after completion of the drilling process.

Es ist weiterhin bekannt, bei der Abteufung von Ölbohrungen Bohrfluide mit graphitischen Kohlenstoffteilchen einzusetzen ( DE 69632831 ). Diese speziellen Bohrfluide dienen ausschließlich der Reduzierung der Reibungskräfte und des Verschleißes während des Bohr- und Spülvorganges.It is also known to use boring fluids with graphitic carbon particles when drilling down oil wells ( DE 69632831 ). These special drilling fluids are designed solely to reduce friction and wear during drilling and purging.

Aufgabe der Erfindung ist es, zwischen abgeteufter Bohrung und eingebrachtem Sondenrohr eine Hinterfüllung vorzusehen, die zum Zweck der maximalen Ausbeute der Erdwärme einen verlustarmen Wärmeübergang von der Erdformation zum Mantel des Sondenrohres ermöglicht, Vereisungen bei mit Wärmepumpen betriebenen Sonden-Systemen verhindert und gleichzeitig die durch Temperaturschwankungen verursachten Spannungen und Längenänderungen des Sondenrohres kompensiert.task The invention is between abgegetufter hole and introduced Probe tube to provide a backfill for the purpose the maximum yield of geothermal heat a low-loss Heat transfer from the earth formation to the mantle the probe tube allows icing with heat pumps powered probe systems while preventing the through Temperature fluctuations caused stresses and changes in length of the probe tube compensated.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und den nachfolgenden Unteransprüchen 2 bis 5 gelöst.These Task is with the features of claim 1 and the following Subclaims 2 to 5 solved.

Vorteil der Erfindung ist, dass die Hinterfüllung mit einem überwiegend kohlenstoffhaltigen Material und/oder aus reinem Kohlenstoff und/oder aus Kohlenstoff-Metallverbindungen bestehenden Füllmaterial ein Wärmeleiter eingebracht wird, der durch seine gel-, pulver- oder pastöse Form alle Hohlräume, Klüfte und Spalten der Erdformation ausfüllt und den Mantel des Sondenrohres homogen vollflächig umschließt, so dass ein ungehinderter Wärmefluss von der Erdformation zum Sondenrohr erfolgen kann. Das eingebrachte Hinterfüllungsmaterial hat in Verbindung mit dem Ausdehnungsspeicher die Eigenschaft, temperaturbedingte Längs- und Querkontraktionen des Sondenrohres zu kompensieren, ohne das Wärmebrücken zwischen Erdformation und Sondenrohr entstehen.advantage The invention is that the backfill with a predominantly carbonaceous material and / or pure carbon and / or carbon-metal compound filler a heat conductor is introduced, which by its gel, powdery or pasty form all cavities, fractures and columns of earth formation fills and the mantle of Probe tube homogeneously encloses the entire surface, so that an unhindered heat flow from the earth formation can be done to the probe tube. The introduced backfill material has in connection with the expansion storage the property of temperature Compensate for longitudinal and transverse contractions of the probe tube without the thermal bridges between earth formation and Probe tube arise.

Zur Verbesserung der Fließfähigkeit der eingebrachten Füllmenge kann diese mit chemischen Additiven versetzte Erweichungsmittel vernetzt werden.to Improvement of the flowability of the introduced Filling quantity can offset these with chemical additives Softening agents are crosslinked.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigtThe Invention will be described below with reference to an embodiment explained in more detail. In the accompanying drawing shows

1 einen Schnitt durch ein geschlossenes Sonden-System 1 a section through a closed probe system

2 einen Schnitt durch ein geschlossenes Sonden-System mit abgeteuften verzweigten Clusterbohrungen 2 a section through a closed probe system with branched branched cluster holes

Das Sonden-System besteht aus einer abgeteuften Bohrung 1, einem darin geführten Sondenrohr 2 mit einer am unteren Ende befindlichen, kegelförmig ausgebildeten Verdrängerspitze 3. Im ringförmigen Hohlraum zwischen der abgeteuften Bohrung 1 und dem Sondenrohr 2 ist ein wärmeleitendes pulverisiertes Füllmaterial 4, beispielsweise eine Kohlenstoff-Metallverbindung, eingebracht und verpresst. Im oberen noch effektiven Wärmenutzungsbereich der Erdformation ist die Bohrung 1 zu einem Ausdehnungsspeicher 5 aufgeweitet und zum Sondenrohr 2 verschlossen. In dem Sondenrohr 2 zirkuliert ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium 6.The probe system consists of a drilled hole 1 , a probe tube guided therein 2 with a conical-shaped Verdrängerspitze located at the lower end 3 , In the annular cavity between the drilled hole 1 and the probe tube 2 is a thermally conductive powdered filler 4 , For example, a carbon-metal compound, introduced and pressed. In the upper still effective heat utilization area of the earth formation is the hole 1 to an expansion storage 5 expanded and to the probe tube 2 locked. In the probe tube 2 circulates a liquid heat transfer medium 6 ,

2 zeigt ein Sondensystem mit mehreren verzweigten Sondenstrecken 8.1 und 8.2. 2 shows a probe system with multiple branched probe stretches 8.1 and 8.2 ,

Das verwendete wärmeleitende pulverisierte Füllmaterial 4 dringt während des Einfüllens und Verpressens in alle beim Abteufen der Bohrung 1 natürlich vorhandenen Klüfte und Hohlräume 7 des Sonden-Systems. Zudem wird mit der Anordnung der Verdrängerspitze 3 an dem Sondenrohr 2 in Verbindung mit dem Ausdehnungsspeicher 5 erreicht, dass durch Bewegungen in der Erdformation bzw. durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Längs- und Querkontraktionen des Sondenrohres 2 stetig eine vollflächige und in sich homogene Verbindung zwischen Bohrung 1 und Sondenrohr 2 vorhanden ist.The thermally conductive powdered filler used 4 penetrates during filling and pressing in all when drilling the hole 1 naturally existing clefts and cavities 7 of the probe system. In addition, with the arrangement of the Verdrängerspitze 3 on the probe tube 2 in conjunction with the expansion storage 5 achieved that caused by movements in the earth formation or by temperature fluctuations caused longitudinal and transverse contractions of the probe tube 2 steadily a full-surface and in itself homogeneous connection between bore 1 and probe tube 2 is available.

Die Zirkulation des Wärmeübertragungsmediums 6 erfolgt in an sich bekannterweise durch oberirdische Einspeisung und Rückführung zu einem oder mehreren nicht dargestellten Verbrauchern.The circulation of the heat transfer medium 6 takes place in known per se by above-ground feed and return to one or more consumers, not shown.

11
abgeteufte Bohrungwells drilled drilling
22
Sondenrohrprobe tube
33
VerdrängerspitzeVerdrängerspitze
44
wärmeleitendes Füllmaterialthermally conductive filling material
55
Ausdehnungsspeicher für Füllmaterialexpansion memory for filling material
66
WärmeübertragungsmediumHeat transfer medium
77
Klüfte und Hohlräumeclefts and cavities
8.18.1
Sondenstreckeprobe distance
8.28.2
Sondenstreckeprobe distance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 69632831 [0006] - DE 69632831 [0006]

Claims (5)

Geschlossenes Sonden-System zur Nutzung von geothermischer Energie, insbesondere von Erdwärme aus großen Tiefen, bestehend aus einer abgeteuften Bohrung und einem darin angeordnetem, ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium transportierendes Sondenrohr, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum zwischen abgeteufter Bohrung (1) und Sondenrohr (2) aus einem gel-, pasten- und/oder pulverförmigen, überwiegend kohlenstoffhaltigem Material (4) vollflächig und porendicht hinterfüllt und verpresst ist.Closed probe system for the use of geothermal energy, in particular of geothermal energy from great depths, consisting of a sunken bore and a therein arranged, a liquid heat transfer medium transporting probe tube, characterized in that the cavity between the drilled hole ( 1 ) and probe tube ( 2 ) from a gel, paste and / or powdery, predominantly carbonaceous material ( 4 ) full-surface and pore-tight backfilled and pressed. Geschlossenes Sonden-System zur Nutzung von geothermischer Energie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenstoffhaltige Material (4) aus reinem Kohlenstoff und/oder aus einer Kohlenstoff-Metallverbindung besteht.A closed probe system for utilizing geothermal energy according to claim 1, characterized in that the carbonaceous material ( 4 ) consists of pure carbon and / or a carbon-metal compound. Geschlossenes Sonden-System zur Nutzung von geothermischer Energie nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sondenrohr (2) an seinem unteren Ende geschlossen ist und Längen- und/oder Querschnittsänderungen des Sondenrohres (2) durch einen zwischen Bohrung (1) und Sondenrohr (2) angeordneten Ausdehnungsspeicher (5) kompensierbar sind.Closed probe system for the use of geothermal energy according to claims 1 and 2, characterized in that the probe tube ( 2 ) is closed at its lower end and length and / or cross-sectional changes of the probe tube ( 2 ) through an intermediate hole ( 1 ) and probe tube ( 2 ) arranged expansion memory ( 5 ) are compensated. Geschlossenes Sonden-System zur Nutzung von geothermischer Energie nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sondenrohr (2) an seinem unteren Ende geometrisch so ausgebildet ist, dass bei Längenausdehnungen des Sondenrohres (2) das nicht komprimierbare Füllmaterial (4) in den Ausdehnungsspeicher (5) leitbar ist.Closed probe system for the use of geothermal energy according to claims 1 to 3, characterized in that the probe tube ( 2 ) is formed at its lower end geometrically so that when length expansions of the probe tube ( 2 ) the incompressible filling material ( 4 ) in the expansion memory ( 5 ) is conductive. Geschlossenes Sonden-System zur Nutzung von geothermischer Energie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die überwiegend aus kohlenstoffhaltigem Material bestehende Füllmenge (4) mit chemischen Additiven vernetzte Erweichungsmittel beimischbar sind.Closed probe system for the use of geothermal energy according to claim 1, characterized in that the predominantly consisting of carbonaceous material filling amount ( 4 ) are crosslinked with chemical additives crosslinked emollients.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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