DE2524390A1

DE2524390A1 - Geothermal heat system operated by pumping water down bore holes - has holes are joined by blasted caivities using small number of holes

Info

Publication number: DE2524390A1
Application number: DE19752524390
Authority: DE
Inventors: Max Dr Boetzkes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-06-02
Filing date: 1975-06-02
Publication date: 1976-12-16

Abstract

The process is as in 214235 whereby heat exchange surfaces are creased by underground explosions to form cavities, cracks etc, which connect bore holes, the explosions being initiated in one or more holes adjacent to (a) further hole(s), whereupon water is pumped down one or more holes to come up through other holes. A small number of holes is sunk within a small built-up area and the principal proportion of the required heat energy extracted from the constant heat flow whereby the underground rock strata are cooled to maximum 100 deg.C and the energy extracted used as direct heating energy.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Nutzbarmachung tier Erdwärme (Zusatz zu Patent .... Anm. P 21s 14 235.6-13 ) Die i.rfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzbarmachung der jJrdwarme gemäß Ilauptpatent .... (Anmeldung P 24 14 25.-13), nach dem die Wärmeenergie aus der Gebirgswärme in tiefen Erdschichten gewonnen wird, und zu diesem Zweck lurch unterirdische Sprengungen Slarmeaustauschflächen als Begrenzungsflächen von durch die Sprengungen hergestellten, Bohrlöcher miteinander verbindenden Risse Spalten und dgl. gewonnen werden, wobei die Sprengungen in mindestens einem Bohrloch ausgelöst werden, in dessen Nachbarschaft sich mindestens ein weiteres Bohrloch be findet, worauf nach herstellung der Wärme austauschflächen Oberflächenwasser in mindestens eines der Bohrlöcher eingeleitet wird, das nach Durchströmen der Risse und Spalten in den anderen Bohrlöchern nach oben geleitet und an der Erdoberfläche einer nutzbringenden Verwertung zugeleitet wird0 Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung von Wärmeaustauschern, deren jeder gemäß Hauptpatent .... durch das Volumen aus der Fläche, unter der die Risse, Spalten und dgl. liegen, und der Tiefe der Bohrlöcher gegeben ist.Process and device for utilizing animal geothermal energy (add to patent .... Note P 21s 14 235.6-13) The i.rfindung relates to a method for Utilization of the jJrdwarme according to the main patent ... (registration P 24 14 25.-13), after which the thermal energy is obtained from the mountain heat in deep layers of the earth, and for this purpose through underground blasting slarm exchange areas as boundary areas of cracks produced by the blasting, connecting drill holes with one another Columns and the like. Obtained, the blasting in at least one borehole be triggered, in the vicinity of which there is at least one further borehole be found, whereupon surface water after the heat exchange surfaces have been established is introduced into at least one of the boreholes after flowing through the cracks and crevices in the other boreholes directed upwards and at the surface of the earth is directed to a beneficial utilization0 The invention further relates to a Arrangement of heat exchangers, each of which according to the main patent .... by volume from the area under which the cracks, crevices and the like. Are, and the depth of the Boreholes is given.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß Hauptpatent ist auf den Abbau der Gebirgswärme gerichtet, die durch den vertikalen Wärmefluss im Laufe vieler Jahrtausende im unterirdischen Gebirge gespeichert wurde. Das Hauptpatent zeigt einen Weg auf, wie der Abbau dieser Energie technisch realisiert werden kann. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren gemäß hauptpatent auch noch deshalb, da es an jeder Stelle der Erdoberfläche mit Erfolg ausübbar ist0 Aus der Tatsachc, daß der weitaus größte Teil der Erdoberfläche geothermisch ungestörte Gebiete mit kleinen geothermischen Temperaturgradienten überdeckt, ist die Bedeutung dieses Verfahrens für Länder, die geothermisch gestörte Gebiete mit anornal frrofXen iemperaturgradienten nicht oder nur sehr beschrtänkt aufweisen, leicht einzusehen. In einigen Landern werden in den zlaletzt genannten Gebieten bereits große Energiebeträge aus zur Erdwärme gewonnen.The method and the device according to the main patent are aimed at reducing the mountain heat that has been stored in the underground mountains by the vertical heat flow over the course of many millennia. The main patent shows a way how the reduction of this energy can be realized technically. The method according to the main patent is also particularly advantageous because it can be carried out successfully at any point on the earth's surface. the geothermally disturbed areas with abnormally cold temperature gradients are not or only very limited, easy to see. In some countries, large amounts of energy are already being generated from geothermal energy in the areas mentioned last.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, uas Verfahren gemäß Hauptpatent so weiterauszubildcn, daß es mit einem günstigen technischen und wirtschaftlichen ilirkungsgrad arbeiten kann. Aufgabe der Erfindung ist ferner die Verwendung des Wärmeaustauschers gemäß Hauptpatent zur Durchführung des erfindun,sgemäßen Verfahrens.The present invention is based on the object ia the method in accordance with the main patent in such a way that it is possible with a favorable technical and economic efficiency can work. The object of the invention is also the Use of the heat exchanger according to the main patent to carry out the erfindun, sgemäße Procedure.

Der erste Teil der Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine kleine Anzahl Tiefbohrungen auf einer kleinen Fläche in einem Wohngebiet in der Größe einer in dem Wohngebiet oder auf einem dort liegenden Fabrikgelände zur Verfügung stenenden Fläche in das unterirdische, trockene, heiße Gestein niedergebracht wird, wobei der Hauptanteil an Wärmeenere,vie über die Ausnutzung des stationären Wärme flusses hinaus aus der in den Gesteinen gespeicherten Wärmeenergie dadurch gewonnen wird, daß die Temperatur des Gesteins bis höchstens auf 1000 C abgekühlt wird,wobei die gewonnene Energie einer direkten Verwertung als Heizenergie zugeführt wird.The first part of the problem is achieved in that a small number Deep drilling in a small area in a residential area the size of an in the residential area or on a factory site located there Surface is sunk into the underground, dry, hot rock, whereby the main share of heat energy, e.g. through the utilization of the steady heat flow is also obtained from the thermal energy stored in the rocks, that the temperature of the rock is cooled down to a maximum of 1000 C, the recovered energy is fed to direct utilization as heating energy.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einer Fläche von 40 000 m2 insgesamt eine thermische Energie von 4,4 x KWh bei einer Tiefe der Bohrlöcher von etwas mehr als 6 km liefern, wobei am Ende die Temperatur der Gebirgssäule überall auf 1000 C abgekühlt ist. Mit dieser Energie kann für eine Kleinstadt von 12000 Einwohnern mit 5000 Wohnungen die Energie zum Heizen der Wohnungen einschließlich zur Lieferung von Warmwasser für sanitäre und für andere Zwecke mehr als 60 Jahre lang bestritben werden, wenn man pro Wohnung einen durchschnittlichen Jahresverbrauch von 4000 Liter Heizöl zugrunde legt. Das erfindunsgemäße Verfahren kann aber auch technischen Zwecken dadurch dienen, daß man mit dem aus der Erde kommenden überhitzten Dampf die Heizkessel eines Kraftwerks speist, so daß die Erdwärme die Anfangsenergie lieferte Die fehlende Energie zur weiteren Uberhitzun- des Dampfes muß in diesem Falle aus konventionellen Brennstoffen bestritten werden.The method according to the invention can be used on an area of 40,000 m2 total thermal energy of 4.4 x KWh with a depth of the boreholes of deliver a little more than 6 km, whereby in the end the temperature of the mountain column is everywhere has cooled to 1000 C. With this energy, for a small town of 12,000 Residents with 5000 apartments including the energy to heat the apartments for the supply of hot water for sanitary and other purposes more than 60 years long if you have an average annual consumption per apartment of 4000 liters of heating oil. However, the method according to the invention can also Serve technical purposes in that you overheated with the coming from the earth Steam feeds the boilers of a power station, so that the geothermal energy is the initial energy delivered the lack of energy for further overheating of the steam must in this case be made from conventional fuels.

Aus der Technik der Erdölproduktionsbohrungen ist cs bekannt, durch hydraulisches Brechen ausgedehnte 1isse und Spalten im Sedimentgestein zu erzeugen. Das hydraulische Brechen wurde auch in Granit mit dem gleichen iprfolr; durchgeführt, wobei durch zusätzliches thermisches Brechen die Risse und Spalten vergrößert werden können ( Itamriond, A.L. : Science 182 (1973) S. 43-44 ). Die so gewonnenen Risse und Spalten haben vom Entstehungsort aus radiale Erstreckungen von 100 bis 1000 m. Es ist die Annahme berechtigt, daß die durch die Sprengungen erfindungsgemäß zwischen Bohrlöchern erzeugten Risse und Spalten entsprechende Dimensionen aufweisen werden. Man kann deshalb davon ausgehen, daß man für das erfindungsgemäße Verfahren 2 auf der genannten Fläche von 40 eoo m2 mit wenigen Bohrlöchern auskommt. Die Fläche entspricht einer Kreisfläche mit 112 m Radius. Es dürfte ausreichen, im Zentrum der Kreisfläche mindestens ein Bohrloch vorzusehen und am Umfang der Kreisfläche weitere Bohrungen in Abständen des Radius voneinander niederzubringen. Das Verfahren gemäß Erfindung hat u.a. den großen Vorteil, daß nur kurze Rohrleitungen zu den Verbrauchern erforderlich sind. Aus diesem Grunde und wegen der Beschränkung auf wenige Bohrlöcher, ferner wegen der direkten Verwendung der gewonnenen Energie zu Heizzwecken kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einem günstigen technischen und wirtschaftlichen Wirkungsgrad arbeiten. Das aus der Erde kommende überhitzte Wasser bzw. der Dampf ist frei von aggressiven Fremdstoffen, da das Wasser aus dem trockenen, heißen Gestein kommt, das aus Granit besteht, Strecken, die nahe der Erdoberfläche durch andere Gesteinsarten führen, werden zweckmäßig schon deshalb verrohrt, um gegebenenfalls ein Versickern des Wassers zu verhindern0 Der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Anordnung von Wärmeaustauschern gemäß Hauptpatent ...., die erfindungsgemäß durch selbständig arbeitende Gruppen Gruppen von unter sich durch die Risse, Spalten und c3fl.From the technique of oil production wells cs is known by hydraulic fracturing to create extensive cracks and crevices in the sedimentary rock. Hydraulic breaking was also done in granite with the same iprfolr; carried out, whereby the cracks and crevices are enlarged by additional thermal breaking (Itamriond, A.L.: Science 182 (1973) pp. 43-44). The cracks obtained in this way and gaps have radial extensions of 100 to 1000 from the point of origin m. It is justified to assume that the explosions according to the invention cracks and crevices generated between boreholes have corresponding dimensions will. One can therefore assume that for the process according to the invention 2 manages with just a few drill holes on the mentioned area of 40 eoo m2. The area corresponds to a circular area with a radius of 112 m. It should be enough in the center to provide at least one borehole on the circular surface and on the circumference of the circular surface to drill further bores at intervals of the radius from each other. The procedure according to the invention has, inter alia, the great advantage that only short pipelines to the Consumers are required. For this reason and because of the restriction on few boreholes, also because of the direct use of the recovered energy The method according to the invention can be used for heating purposes with a favorable technical and economic efficiency work. That coming from the earth overheated Water or the steam is free of aggressive foreign matter, since the water from the dry, hot rock, which is made up of granite, stretches close to the Leading the earth's surface through other types of rock are therefore useful piped to prevent the water from seeping away if necessary an arrangement of heat exchangers according to FIG Main patent ...., which according to the invention by independently working groups groups from among themselves through the cracks, crevices and c3fl.

in Verbindung stehenden Bohrlöchern gehildet sind, wobei die Gruppen nestartig auf kleinen Flächen in Wohngebieten und/oder auf Fabrikeländen angeordnet sind.associated wells are formed, the groups Nest-like on small areas in residential areas and / or on factory grounds are.

In nicht allen Fällen steht in einer Kleinstadt mitten im 2 Wohngebiet eine freie Fläche von 40 ooo m zur Verfügung.In a small town in the middle of the 2 residential area is not always in all cases 40,000 m of free space are available.

Gemäß Erfindungsmerkmal des Vorrichtungsanspruches wird man die erforderliche große Fläche mit Vorteil in einzelne kleinere Flächen aufteilen, die auf dem Gebiet der Stadt mit Sicherheit vorhanden sind. Entsprechendes trifft auch für Großstädte zu bei der Aufteilung einer verhältnismäßig großen Fläche in kleinere Einzel flächen. Die Aufteilung in viele kleine Flächen hat den Vorteil, daß gegenüber einer einzigen großen Fläche noch viel kürzere Rohrlängen zu den Verbrauchern erforderlich sind.According to the invention feature of the device claim, one becomes the required one It is advantageous to divide large area into individual smaller areas that are in the field of the city are certainly there. The same applies to large cities when dividing a relatively large area into smaller individual areas. The division into many small areas has the advantage that compared to a single large area, much shorter pipe lengths are required to the consumers.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Umwelt nicht nachträglich belastet. Auch wird das Landschaftsbild durch die Vorrichtungen in Form nestartig angeordneter Gruppen von Bohrlöchern nicht beeinträchtigt, da der größte Teil der Anlage unterirdisch liegt. Oberhalb der Erdoberfläche liegende Teile, z.B. Revisionsschächte und dgl. können durch Grünanlagen verdeckt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Wärme haushalt der ober flächennahen Schichten an der Erdoberfläche nicht gestört, da die Temperatur an der Erdoberfläche nur von der auftreffenden Sonnenentgie reguliert wird, die um mindestens vier Größenordnungen größer als die mit dem Wärme fluß transportierte Energie ist.The process according to the invention does not damage the environment burdened. The devices also make the landscape look like a nest arranged groups of boreholes not affected, as most of the Plant is underground. Parts lying above the earth's surface, e.g. inspection shafts and the like. Can be covered by green spaces. By the method according to the invention the heat balance of the near-surface layers on the earth's surface does not disturbed, since the temperature on the earth's surface is only affected by the incident solar energy which is regulated by at least four orders of magnitude greater than that with the heat is the energy transported by the river.

Claims

1. Proceeding to use the ir3vcreens according to the main patent ..... (Note 2 24 14 235.6-13), according to which the thermal energy from the mountain heat in deep Layers of the earth are extracted and served by underground blasting Heat exchange surfaces as boundary surfaces of the blasting produced, Drilled holes interconnecting cracks, crevices and the like. Obtained, wherein the blasts are triggered in at least one borehole in the vicinity there is at least one further borehole, whereupon after creating the heat exchange surfaces Surface water is introduced into at least one of the boreholes, which after Flow through the cracks and crevices in the other boreholes directed upwards and is directed to useful recycling on the earth's surface, characterized in that that a small number of deep wells in a small area in a residential area the size of one in the residential area or on a factory site there available area in the underground, dry, hot rock is, with the main share of heat energy via the utilization of the stationary Heat flow out of the heat stored in the rocks; ie through it it is obtained that the temperature of the rock is cooled down to a maximum of 1000 C. and the energy obtained is fed to direct utilization as heating energy.

2. Arrangement of heat exchangers, each of which rera II main patent ...... by the volume from the area under which the cracks, crevices and the like are located, and the depth of the boreholes is given, characterized by independently working Groups of boreholes communicating with each other through the cracks and crevices, the groups nesting on small areas in residential areas and / or on factory grounds are arranged.