DE19519993C2

DE19519993C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Geothermiesonde

Info

Publication number: DE19519993C2
Application number: DE19519993A
Authority: DE
Inventors: Horst Wetzel; Franz Bauer; Detlef Schneider
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2015-05-25
Also published as: DE19519993A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Geothermiesonde.

Zur Herstellung einer Geothermiesonde wird eine Tief-Bohrung in das Tiefen gestein eingebracht, ein Mantelrohr in die Bohrung einzementiert und ein iso liertes Innenrohr im Mantelrohr angeordnet (DE 43 29 269, 43 19 111, 41 15 431). Für die Herstellung dieser Geothermiesonden sind bedingt durch die Bohrtech nologie hohe Aufwendungen für die Zementierungen, den ständigen Gestänge ein- und -ausbau und den Ansatz der Mantelrohrteile erforderlich. Darüber hin aus ist der Wärmeaustausch Gestein/Zementierung/Mantelrohr nicht günstig oder nur mit weiteren Aufwendungen bei der Herstellung der Zementierungen realisierbar.

Aus der DE 30 10 155 A1 ist ein Verfahren zur Installation einer Wärmetau scher-Sonde bekannt, die in Form eines rohrförmigen Bohrschaftes mit am un teren Ende vorgesehenem, ein Bohrwerkzeug tragendem Bohrkopf durch An griff einer Bohrantriebseinrichtung unter Einbringung einer Spülflüssigkeit durch den Bohrschaft zum Abtransport des Bohrgutes etwa vertikal in den Erdboden eingetrieben wird. Der Bohrschaft wird nach Erreichen der notwendigen Bohr tiefe verschlossen.

Aus der Auslegeschrift DE 24 49 807 ist eine Anlage zur Erschließung von Erdwärme bekannt. Der in einer Kaverne verlegte Wärmetauscher weist dabei eine einerseits spiralförmige Ausbildung und eine andererseits sich daran aus schließende wärmeisolierte Steigleitung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit geringen Aufwendungen einzubringende Geothermiesonde herzustellen und gleichzeitig den Wär meaustausch zwischen Tiefengestein und Mantelrohr wesentlich zu verbessern.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß das offene Mantelrohr über eine in einem Salzstock kontinuierlich mit Aussolwasser eingebrachte Solboh rung kontinuierlich eingepreßt, das Aussolwasser über eine im Mantelrohr ge führte Leitung kreisförmig auf den Aussolbereich eingebracht, über einen im Innenraum des Mantelrohres ausgebildeten Ringraum die gelösten Salze (Sole) rückgeführt, über das Mantelrohr über Tage gefördert sowie durch die Fließeigenschaften (Plastizität) des Salzstockes fixiert und in an sich bekannter Weise ein isoliertes Innenrohr eingebracht wird.

Zur Realisierung ist eine Solbohrvorrichtung vorgesehen, die ein in einem Mantelrohr der Geothermiesonde geführtes Gestänge mit einer Leitung und ei nem ringförmigen Düsenrohr aufweist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine maximale Wärmeübertragung aus dem Tiefengestein über den Salzstock als hervorragender Wärmeleiter auf das Mantelrohr und die herzustellende Bohrung über eine Aussolung des Salzstoc kes Zeit- und kostengünstig erfolgt.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeich nung zeigt:

Fig. 1: Die in dem Salzstock eingebrachte Geothermiesonde im Prinzip

Fig. 2: die Solbohrvorrichtung schematisch

In den Salzstock 1 großer Mächtigkeit mit Deckgebirge 6 und geologischen Schichtungen 7 wird die Solbohrung 2 durch Aussolung eingebracht (Fig. 1). Die Bohrung 8 innerhalb des Deckgebirges 6 und den geologischen Schich tungen 7 wird in bekannter Weise vorgenommen.

Gleichzeitig wird das unten offene Mantelrohr 3 eingepreßt. Nach Erreichen der vorgesehenen Teufe 22, z. B. 3000 m, wird das Mantelrohr 3 durch das Bo denteil 4 verschlossen und das isolierte Innenrohr 5 eingebracht. Der Ringraum 9 zwischen Mantelrohr 3 und isoliertem Innenrohr 5 ist mit der Kaltwasserlei tung 10 und Pumpe 11 und das isolierte Innenrohr 5 mit der Warmwasserleitung 12 verbunden. Kaltwasser- und Warmwasserleitung 10; 12 sind mit der Druck haltung 25 versehen.

Das warme Wasser 23 wird zur Wärmeversorgung verwendet während das kalte Rücklaufwasser 24 wieder eingeführt wird. Die Herstellung der Solboh rung 2 durch kontinuierliche Aussolung erfolgt so, daß über das auf dem Salz stock 1 fixierte Mantelrohr 3 das Gestänge 13 mit Leitung 14 und Düsenrohr 15 der Solbohrvorrichtung eingebracht und über die Austrittsdüsen 16 das Aussol wasser 17 eingebracht (Fig. 2) wird. Zwischen Mantelrohr 3 und Solbohrung 2 ist die Dichtung 26 angeordnet.

Durch die kreisförmige Bewegung 21 des Düsenrohres 15 werden in Abhängig keit des Salzgehaltes des Salzstockes 1 und des Druckes sowie der Tempera tur des Aussolwassers 17 auf der Oberfläche 18 die Salze gelöst (Lösungsge schwindigkeit).

Über den Ringraum 19 zwischen Mantelrohr 3 und dem Düsenrohr 15 werden die gelösten Salze als Sole 20 rückgeführt und über den Innenraum des Mantel rohres 3 über Tage gefördert. Mit dem Aussol-Fortschritt wird das Mantelrohr 3 kontinuierlich in die Solbohrung 2 eingepreßt.

Mit dem Aussol-Fortschritt wird durch die regelbare Druckhaltung 25 der Druck der Flüssigkeitssäule so nachgeführt, daß dieser am unteren Ende nur unwe sentlich über dem Gebirgsdruck liegt. Damit wird erreicht, daß eine Hinterspü lung verhindert wird und in der Folge ein schlechter Wärmeübergang eintritt. Diese Möglichkeit wird durch die Dichtung 26 weiter eingeschränkt. Durch die Plastizität des Salzes des Salzstockes 1 wird das Mantelrohr 3 im Salzstock 1 fixiert und zwar so, daß das Salz das Mantelrohr 3 allseitig kontaktiert. Damit ist ein sehr guter Wärmeübergang erreicht, so daß die Geothermiesonde mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Liegen innerhalb des Salzstockes tektonische Verschiebungen oder Störungen vor, so ist das Mantelrohr 3 in die sen Bereichen zu verstärken.

Darüber hinaus ist das Aussolwasser 17/kaltes Rücklaufwasser 24 so aufzube reiten, daß es einen niedrigen O₂-Gehalt aufweist. Dadurch ist gewährleistet, daß aufgrund des hohen Salzgehaltes und der Zuführung von Frischwasser nur geringe Abtragungsraten in den Rohrtouren eintreten.

Neben der kreisförmigen Querschnittsfläche des Mantelrohres 3 sind weitere Formen von Querschnittsflächen realisierbar, um den effektiven Durchmesser zu vergrößern. Damit tritt gleichzeitig eine Vergrößerung der Wärmeübertra gungsfläche ein.

Aufgrund des großen Aussol-Fortschrittes (ca. 4fach höher) und der geringen Kosten (ca. nur noch ¼ der bisherigen Kosten) ist eine sternförmige Anordnung von Wohnanlagen um die Geothermiesonde in einem Bebauungskonzept be sonders günstig realisierbar.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

1. Bedingt durch den einfachen und schnellen Aussol-Fortschritt ist eine ko stengünstige Geothermiesonde herstellbar.
2. Die Aufwendungen für Gestängewechsel und Zementierungen entfallen.
3. Die Solbohrung ist entsprechend dem verwendeten Durchmesser des Man telrohres herstellbar.
4. Die nur geringe Menge an Sole kann ohne weiteres in einen Deponieraum oder in ein Salzwasser führendes Gewässer oder eine Gebirgsschicht verbracht werden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Salzstock

2

Solbohrung

3

Mantelrohr

4

Bodenteil

5

Innenrohr

6

Deckgebirge

7

Schichtungen

8

Bohrung

9

Ringraum

10

Kaltwasserleitung

11

Pumpe

12

Warmwasserleitung

13

Gestänge

14

Leitung

15

Düsenrohr

16

Austrittsdüsen

17

Aussolwasser

18

Oberfläche

19

Ringraum

20

Sole

21

kreisförmige Bewegung

22

Teufe

23

warmes Wasser

24

Rücklaufwasser

25

Druckhaltung

26

Dichtung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Geothermiesonde, wobei ein Mantelrohr in den Erdboden eingeführt wird, welches nach Erreichen der vorgesehenen Teufe am Boden verschlossen wird gekennzeichnet dadurch, daß das offene Mantelrohr (3) über eine in einem Salzstock (1) kontinuierlich mit Aussolwasser (17) eingebrachte Solbohrung (2) kontinuierlich eingepreßt, das Aussolwasser (17) über eine im Mantelrohr (3) geführte Leitung (14) kreis förmig auf den Aussolbereich eingebracht, über einen im Innenraum des Man telrohres (3) ausgebildeten Ringraum (9) die gelösten Salze (Sole) (20) rück geführt, über das Mantelrohr (3) über Tage gefördert sowie durch die Fließei genschaften (Plastizität) des Salzstockes (1) fixiert und in an sich bekannter Weise ein isoliertes Innenrohr (5) eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Mantelrohr (3) in Bereichen tektonischer Verschiebungen des Salzstockes (1) verstärkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die gelösten Salze (Sole) (20) in eine Deponie oder in ein Salzwasser führendes Gewässer oder eine Gebirgsschicht verbracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Aussolwasser (17) mit einem niedrigen O₂-Gehalt aufbereitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Aus solwasser (17) über eine regelbare Druckhaltung (25) eingepreßt wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung einer Geothermiesonde, gekennzeichnet dadurch, daß eine Solbohrvorrichtung vorgesehen ist, die ein in einem Mantelrohr (3) der Geothermiesonde geführtes Gestänge (13) mit einer Leitung (14) und einem ringförmigen Düsenrohr (15) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen Man telrohr (3) und Solbohrung (2) im Bereich des Austritts eine Dichtung (26) an geordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Mantelrohr (3) mit einer zur Vergrößerung des effektiven Durchmessers versehenen Quer schnittsfläche ausgebildet ist.