DE2746643A1

DE2746643A1 - Installation raising steam from geothermal heat - has concentric inlet and steam outlet pipes with water boiled in preformed fissure

Info

Publication number: DE2746643A1
Application number: DE19772746643
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-17
Filing date: 1977-10-17
Publication date: 1979-04-19

Abstract

A large diameter hole is drilled into the earth to a depth at which there is solid rock at a high temperature. Water is forced down the hole at high pressure to crack the rock and produce a large fissure in it. A small diameter tube is then inserted centrally in the hole and water is pumped through it. It enters the fissure and is evaporated. The steam produced rises through the annular space between the central tube and the outer bore.

Description

Vorfahren und Vorilchtung zur Nutzung Ancestors and precautions for use

von omperaturen in größeren Tiefen Die Erflndt.ng bezieht sich auf ein Verfahren zur Energ¢gewinnung durch Nutzung von erhöhten Temperaturen in größeren Tiefen des Erdreiches, indem zunächst ein Bohrloch in die Erde eingebracht und ein Spalt in den warmen Untergrund gepreßt wird, woraufhin eine zweite Bohrung bis zu dem Spalt eingebracht wird, wonach Wasser in das erste Bohrloch eingeführt wird, um den dadurch entstehenden Dampf oder das Warmwasser an die Erdoberfläche zu leiten. of omperatures in greater depths The Erflndt.ng refers to a process for generating energy through the use of elevated temperatures in larger ones Depths of the earth by first drilling a borehole in the earth and a Gap is pressed into the warm underground, whereupon a second hole up to is introduced into the gap, after which water is introduced into the first borehole, in order to conduct the resulting steam or hot water to the surface of the earth.

Es ist bereits ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem der erwähnte Spalt in den etwa 200 OC warmen Gesteinsboden in mehr als 2 000 m Tiefe gepreßt wird. DAbei ist nicht schwierig, diesen Spalt zu erzeugen, der sich zu einem Riß in dem in wesentlichen wasserundurchlässigen Grundgebirge z. B. aus Granit ausweitet. DAzu wird Wasser unter hohem Druck in das erwähnte erste Bohrloch gepumpt. Der erwähnte Spalt hat zwar nur eine Breite von wenigen cm, jedoch mehrere qkm Ausdehnung.Such a method is already known in which the aforementioned Fissure pressed into the rock bottom, which is around 200 OC, at a depth of more than 2,000 m will. It is not difficult to create this gap, which becomes a crack in the essentially water-impermeable basement z. B. expands from granite. For this purpose, water is pumped under high pressure into the aforementioned first borehole. The one mentioned Gap is only a few cm wide, but several square kilometers in size.

Nun ist aber erforderlich,mit der erwähnten zweiten Bohrung den Spalt zu treffen. Dies hat sich bisher als äußerst schwierig erwies, zumal zunächst erforderlich war, diese unterirdische Verklüftung zu orten.But now it is necessary to use the mentioned second hole to make the gap hold true. So far, this has proven extremely difficult, especially since it was initially necessary was to locate this subterranean fracture.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das erwähnte Problem zu lösen und mit Sicherheit zu erreichen, daß auf Jeden FAll eine Verbindung zwischen dem Spalt oder der senkrechten Kluft und dem STeigrohr zur Ableitung des Dampfes oder des Warmwassers herzustellen.The invention is based on the problem mentioned above solve and achieve with certainty that in every case a connection between the gap or the vertical gap and the riser pipe to discharge the steam or hot water.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die ERfindung besteht darin, daß das erste Bohrloch mit dem wesentlich größeren Durchmesser nur bis zu einer gewiseen Tiefe geführt wird, woraufhin das Bohrloch mit wesentlich kleinerem Durchmesser zur Einbringung des Rohres für das Druckwasser fortgesetzt wird und daß der Außendurchmesser dieses Rohres für das Druckwasser einen erueblich kleineren Durchmesser aufweist als die in größere Tiefen führende fortgesetzte Bohrung, eo daß ein Ringraum zwischen dem Druckwasserrohr und der Bohrung verbleibt, durch den der Dampf oder das Warmwasser entweichen kann.The solution to this problem by the invention is that the first borehole with the much larger diameter only up to a certain point Depth is performed, whereupon the borehole with a much smaller diameter for the introduction of the pipe for the pressurized water is continued and that the outer diameter this pipe for the pressurized water has a considerably smaller diameter than the continued drilling leading to greater depths, eo that an annular space between the pressurized water pipe and the bore remains through which the steam or hot water can escape.

Auf diese Weise ist nicht nur mit Sicherheit die erwähnte Verbindung hergestellt, sondern es ist auch die Bohrarbeit erleichtert, da mit geringeren Kosten verbunden, nur ein Bohrloch mit wesentlich größerem Querschnitt zu erstellen, als deren zwei. Darüber hinaus entfällt durch die Erfindung das erwähnte orten der untetirdischen Serklürtung, Es ist nämlich ganz sicher, daß der Spalt da beginnt, wo sich die Mündung des Druckwasserrohres in der Tiefe befindet.In this way, not only is the connection mentioned with certainty made, but the drilling work is also facilitated, since at lower costs connected to create only a drill hole with a much larger cross-section than their two. In addition, the invention eliminates the aforementioned locating of the subterranean It is quite certain that the gap begins where the mouth meets of the pressurized water pipe is in the depth.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Rohre stark unterschiedliche Durchmesser aufweisen und daß das eine Rohr in dem anderen im wesentlichen konzentrisch ist.In a further embodiment of the invention it is provided that the two Tubes have very different diameters and that the one tube in the other is substantially concentric.

Die Bohrung mit dem großen Durchmesser braucht nur bis etwa zu der Gesteinsschicht geführt zu werden, weil angenommen werden kann, daß sich innerhalb dieser Gesteinsschicht der erwähnte Ringraum zwischen dem Druckwasserrohr und seiner Umgebung aufrecht erhalten läßt. Dabei spielt dann keine Rolle, wie der Spalt oder der Riß in der Tiefe im übrigen verläuft. Entscheidend ist, daß der Dampf oder das Warmwasser keine andere Möglichkeit haben, als durch den Ringraum zwiaschen dem Zuleitungsrohr und der Bohrung zu entweichen.The bore with the large diameter only needs up to about the Rock layer to be guided because it can be assumed that within this rock layer the mentioned annulus between the pressurized water pipe and his Surroundings can be maintained. It does not matter how the gap or the crack runs in the rest of the depth. It is crucial that the steam or the hot water have no other option than through the annular space between the supply pipe and escape the hole.

Natürlich besteht auch die Möglichkeit, daß das innenliegende Rohr nicht genau konzentrisch in der Bohrung oder dem Außenrohr angeordnet ist, doch sind die Strömungsverhältnisse selbstverständlich günstiger, wenn in etwa diese konzentrische Anordnung vorgesehen ist.Of course there is also the possibility that the inner tube is not arranged exactly concentrically in the bore or the outer tube, but the flow conditions are of course more favorable, if around this concentric arrangement is provided.

Darüber hinaus kann vorteilhatt sein, das Innenrohr mit einem Wärme-Isolationsmantel zu versehen, damit der Dampf oder das Warmwasser durch das niederströmende Wasser möglichst wenig abgekühlt wird, Andererseits wird natürlich das auf diese Weise erwärmte Wasser leichter auf höhere Temperaturen gebracht bzw. verdampft.In addition, it can be advantageous to have the inner tube with a heat-insulating jacket to be provided so that the steam or the hot water through the downflowing water Is cooled down as little as possible, on the other hand, of course, this is done in this way heated water is more easily brought to higher temperatures or evaporated.

Falls natürliches Warmwasser vorhanden ist, wird ohnehin bevorzugt, warmes Wasser einzuleiten, das dann schneller verdampft.If natural hot water is available, it is preferred anyway Introduce warm water, which then evaporates faster.

Weitere Vorteile und Einzelbeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele.Further advantages and details of the invention emerge from the now the following description of some exemplary embodiments.

Gemäß der Erfindung wird nur ein Bohrloch eingebracht, das Jedoch einen wesentlich größeren Querschnitt aufweisen muß, als bei dem bekannten Verfahren mit zwei Bohrlöchern, weil hierdurch sowohl das niederströmende Wasser als auch der nach oben strömende Dampf oder das Warmwasser geführt werden.According to the invention, only one borehole is drilled, however must have a much larger cross-section than in the known method with two boreholes, because this way both the water flowing down and the steam flowing upwards or the hot water.

Bevorzugt kann es sich um eine Stufenbohrung handeln, dies bedeutet, daß die Bohrung mit dem großen Querschnitt nur etwa bis in die Gesteinsschichten in einer Tiefe von z. B.It can preferably be a stepped bore, this means that the hole with the large cross-section only extends into the rock layers at a depth of z. B.

2500 m geführt wird. Anschließend kann der Querschnitt der Bohrung kleiner sein, es muß aber natürlich weiterhin gewährleistet bleiben, daß der Ringraum zwischen dem später einzuführenden Zuleitungsrohr und der Außenwand der Bohrung genügend groß ist, damit der Dampf oder das Warmwasser hierdurch zurückströmen können.2500 m is guided. Then the cross-section of the hole be smaller, but of course it must still be guaranteed that the annular space between the feed pipe to be inserted later and the outer wall of the bore is large enough so that the steam or hot water can flow back through it.

Nachdem die Bohrung tief genug ausgeführt ist, wird konzentrisch hierzu das Hochdruckrohr eingeschoben und anschließend Wasser mit hohem Druck in das Bohrloch gepumpt. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, ohne dieses zusätzliche einige schobene Rohr zu arbeiten, um den erwähnten Spalt oder Riß in der Tiefe zu erzeugen, der auf Jeden Fall an der Mündung des Hochdruckrohres beginnen muß, wenn er sich auch im übrigen über mehrere qkm erstrecken kann.After the hole has been made deep enough, it becomes concentric with it the high pressure pipe is inserted and then water at high pressure into the borehole pumped. Of course, there is also the option of some without this additional to work pushed pipe to create the mentioned gap or crack in the depth, which must in any case begin at the mouth of the high pressure pipe, if it is can also extend over several square kilometers.

Danach ist also erforderlich, falls noch nicht geschehen, das Zulaufrohr in die Bohrung einzuschieben, um weiteres Wasser zuzuführen. Auch wenn das Wasser nun völlig drvoklos in diese konzentrische Rohr geleitet wird, wird es in mehreren tausend Meter Tiefe selbstverständlich mit dem entsprechenden Druck ankommen, so daß nicht die Oefahr besteht, daß der erzeugte Dampf das eingeführte Wasser womöglich wieder zurückdrückt.After that, the feed pipe is required, if not already done slide it into the hole to add more water. Even if the water is now passed completely drvoklos into this concentric tube, it becomes in several Of course, arriving a thousand meters deep with the appropriate pressure, like that that there is no danger that the steam produced may possibly replace the water introduced pushes back again.

Da der Dampf keinen anderen Weg hat, muß er durch den erwähnten Ringraum zwischen der Bohrung und dem Zulaufrohr entweichen.Since the steam has no other way, it has to go through the aforementioned annulus escape between the bore and the inlet pipe.

Bevorzugt ist u. a., daß die Mündung des Zulaufrohres in sehr viel größere Tiefen geführt wird als die Ursprungsbohrung mit dem wesentlich größeren Querschnitt. Dies setzt allerdings voraus, daß ein festes Gestein vorhanden ist, so daß der erwähnte erfindungsgemäße Ringraum zwischen der Bohrung und dem Zulaufrohr stets offen bleibt, ohne daß eine Auskleidung des Bohrloches nötig ist.It is preferred, inter alia, that the mouth of the feed pipe in very large greater depths than the original hole with the much larger one Cross-section. This continues however, presupposes that a solid rock is present, so that the aforementioned annular space according to the invention between the bore and the feed pipe always remains open without lining the borehole is necessary.

Mindestens kann diese Maßnahme mit Vorteil im letzten großen STück vor der Mündung des Zulaufrohres vorgesehen sein, damit der Dampf oder das Warmwasser auch ein wenig über der Mündung des Zulaufrohres in den Ringraum gelangen kann.At least this measure can be advantageous in the last major piece be provided in front of the mouth of the inlet pipe so that the steam or hot water can also get into the annulus a little above the mouth of the inlet pipe.

Die gleiche Wirkung kann bevorzugt dadurch erreicht werden, daß nach der erwähnten ersten Druckbeaufschlagung und Erzeugung des ersten Risses die Bohrung noch tiefer eingebracht wird, um den Riß anschließend in größeren Tiefen noch zu vergrößeren oder einen neuen Riß zu erzeugen. Durch die WEiterführung der Bohrung würde dann eine Verbindung zwischen dem alten und dem neuen Riß hergestellt werden, d. h. durch den erfindungsgen-JLßen Ringraum zwischen dem Zuleitungsrohr und der Bohrung.The same effect can preferably be achieved that after the aforementioned first pressurization and generation of the first crack, the hole is introduced even deeper in order to then close the crack at greater depths enlarge or create a new crack. By continuing the drilling a connection would then be made between the old and the new crack, d. H. by the erfindungsgen-JLßen annular space between the supply pipe and the Drilling.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, z. B. besteht die öglichkeit, Zulauf- und Ablaufrohre in einem gewissen Abstand zueinander anzuordnen, doch sollen beide gemäß der Erfindung in einem gemeinsamen Bohrloch untergsbracht werden.The invention is not limited to the illustrated embodiments, z. B. there is the possibility of inlet and outlet pipes at a certain distance to each other, but should both according to the invention in a common Borehole be accommodated.

Da die Rohre mehrere km lang sind, ist ein Wärmeaustausch zwischen dem eingeleiteten Speisewasser und dem abströmenden DAmpf oder Warmwasser nicht zu vermeiden, Natürlich besteht die Möglichkit, beide Rohre mit einem Wärmeisolierschutz zu versehen. Indessen ist dieser Wärmeaustausch nicht unbedingt ein Nachteil, weil das auf diese Weise angewärmte Speisewasser der Dampferzeugung natürlich zugute kommt. Andererseits ist bevorzugt, zur Speisung natürliches Warmwasser einzuleiten, das gerade an den STellen, an denen derartige Kraftwerke möglich sind, gelegentlich vorhanden ist.Since the pipes are several km long, there is an exchange of heat between the introduced feed water and the outflowing steam or hot water To avoid, of course, it is possible to have both pipes with thermal insulation protection to provide. However, this heat exchange is not necessarily a disadvantage because The feed water heated in this way naturally benefits the generation of steam comes. on the other hand is preferred to feed natural hot water to initiate that precisely at the points where such power plants are possible, is occasionally present.

Bekanntlich ist auch bei Dampfmaschinen üblich, das Speisewasser vorzuwärmen.As is well known, it is also common practice in steam engines to preheat the feed water.

Schließlich ist auch besonders bevorzugt, daß im Bereich des steinigen oder felsigen Grundgebirges in größerer Tiefe der Außenmantel der Bohrung Unterbrechungen zum Dampfdurchlaß in den Ringraum aufweist. Dabei wird dem Umstand Rechnung getragen, daß in der Regel in verschiedenen Tiefen mehrere Riße vorhanden sind oder in der erwähnten Weise erzeugt werden.Finally, it is also particularly preferred that in the area of the stony or rocky basement at greater depths the outer casing of the hole interruptions has for the passage of steam into the annular space. The fact is taken into account that there are usually several cracks at different depths or in the mentioned manner.

Der Zustrom in den Ringraum kann auf diese Weise an verschiedenen Stellen erfolgen oder z. B. auch an einer Stille, die wesentlich höher liegt als die Mündung des Speisewasserrohres.The inflow into the annulus can in this way at different Places or z. B. also to a silence that is much higher than the mouth of the feed water pipe.

Wahrscheinlich ist das GEbirge in dieser Tiefe auch nicht völlig dicht, so daß das GEbirge im Bereich des Risses insgesamt unter dem Dampfdruck steht. Durch die Erfindung kann der Dampf nun den Außenmantel an beliebigen Stellen durch die Unterbrechungen in den Ringraum geleitet werden, durch den er nach oben abgeführt wird. Hierzu kann noch bevorzugt sein, daß der Ringraum an der Mündung gegenüber dem Speiserohr geschlossen ist, damit das Speisewasser nicht in den Ringraum eindringen kann. Bevorzugt ist hierbei, daß das Außenrohr an den erwähnten Stehen durch zahlreiche öffnungen sieb- oder gitterförmig ausgebildet ist. Die Zahl und Größe der öffnungen ist nur durch die erforderliche Festigkeit des Außenrohres begrenzt.Probably the mountain is not completely dense at this depth, so that the mountain in the area of the crack is entirely under the vapor pressure. By the invention can now pass the steam through the outer jacket at any point Interruptions are passed into the annulus, through which it is discharged upwards will. For this purpose it can also be preferred that the annular space is opposite at the mouth the feed pipe is closed so that the feed water does not penetrate into the annulus can. It is preferred here that the outer tube at the aforementioned stands by numerous openings is sieve-shaped or lattice-shaped. The number and size of the openings is only limited by the required strength of the outer tube.

Selbstverständlich können Außen- und Innenrohr auch gleich in der erwähnten erfindungsgemäßen Anordnung gemeinsam eingebracht werden. Dabei können in gewissen Abständen Stege oder Abstützungen zwischen den Rohren vorgesehen sein, um das Innenrohr konzentrisch zum Außenrohr zu halten. Es genUgen drei derartige Stege,die im Winkel von 120 ° zueinander versetzt angeordnet sind. Diese Anordnung ist für den Fachmann verständlich, ohne daß sie zeichnerisch dargestellt wird.Of course, the outer and inner tubes can also be used in the mentioned arrangement according to the invention are introduced together. Here you can webs or supports be provided between the tubes at certain intervals, about that Keep the inner pipe concentric to the outer pipe. It is enough three such webs, which are arranged offset from one another at an angle of 120 °. This arrangement can be understood by those skilled in the art without it being shown in the drawing will.

Besonders bevorzugt ist darüberhinaus, daß abwechlelnd durch den gleichen Bohrlochquerschnitt das Wasser eingespeist oder der Dampf entnommen wird.Das zeigt natürlich den großen Vor= teil,daß die Bohrung keinen vergrößerten Durchmesser aufweisen muß.Es kann sogar die Verwendung irgendwelcher Rohre in dem Boheloch entfallen.Da die Kapazität der unterirdischen Zer= klüftung in der Regel sehr groß ist,genUgen verhEltnismßßig wenige Unterbrechungen pro Zeiteinheit für die Wassereinspei= sung.Diese werden bevorzugt in die Verbraucherschwachen Zeiten, also in der Regel in die Nachtzeiten geleget, in denen der Be= darf an elektrischer Energie ohnehin sehr viel geringer ist als am Tage.Auf diese Weise ist ein Spitzenkraftwerk geschaifen, das zu Spitzenverbrauchszeiten arbeiten kann.It is also particularly preferred that alternately by the same The cross-section of the borehole shows that the water is fed in or the steam is withdrawn of course the great advantage that the bore does not have an enlarged diameter muss.Es can even dispense with the use of any pipes in the drilling hole the capacity of the subterranean fracturing is usually very large, sufficient relatively few interruptions per unit of time for the water supply are preferred in the low consumer times, so usually in the night in which the electrical energy requirement is much lower anyway is than during the day. In this way, a peak power plant is created that can be used during peak consumption times can work.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 9 Process for energy generation Use of elevated temperatures in greater depths of the earth, by initially Drilled a borehole in the earth and pressed a gap in the warm subsoil whereupon a second hole is drilled up to the gap, after which water is stirred into the first borehole in order to remove the resulting steam or the To direct hot water to the earth's surface, characterized in that only one Bore with a much larger diameter is introduced and that within this Borehole a pipe with a much smaller diameter is introduced through that the pressurized water is introduced while through the between the borehole and the pipe remaining annulus, the steam or the hot water is directed upwards will.

2, method according to claim 1, characterized in that the first Borehole with the much larger diameter only up to a certain depth is performed, whereupon the borehole with a much smaller diameter for introduction of the pipe for the pressurized water is continued and that the outer diameter of this Tube for the pressurized water has a significantly smaller diameter than that continued drilling in larger animals, so that an annulus between the Pressurized water pipe and the bore remains through which the steam or hot water can escape.

3. Device for. Implementation of the method according to claim 1 with two pipes leading to greater depths of the earth, characterized in that that the two tubes have very different diameters and that one Tube is arranged essentially concentrically in the other.

4, device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that in the area of the stony or rocky basement at a greater depth, the outer jacket of the bore is interrupted to allow steam to pass through up into the annulus.

5. Process for generating energy through the use of elevated temperatures at greater depths of the earth by drilling a borehole in the earth and a gap is pressed into the warm subsoil, whereby water is introduced to it to conduct the resulting steam to the surface of the earth, characterized by that the water is fed in alternately through the same borehole cross-section or Steam is withdrawn.