EP0173730A1 - Method and deep well for extracting geothermal energy - Google Patents

Method and deep well for extracting geothermal energy

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Publication number
EP0173730A1
EP0173730A1 EP85901536A EP85901536A EP0173730A1 EP 0173730 A1 EP0173730 A1 EP 0173730A1 EP 85901536 A EP85901536 A EP 85901536A EP 85901536 A EP85901536 A EP 85901536A EP 0173730 A1 EP0173730 A1 EP 0173730A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat transfer
transfer medium
layer
heat
deep well
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP85901536A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jenö BALOGH
László KISS
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Geo-Thermal Mueszaki Fejlesztesi Es Hasznositasi Kisszovetkezet
Original Assignee
Geo-Thermal Mueszaki Fejlesztesi Es Hasznositasi Kisszovetkezet
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Filing date
Publication date
Application filed by Geo-Thermal Mueszaki Fejlesztesi Es Hasznositasi Kisszovetkezet filed Critical Geo-Thermal Mueszaki Fejlesztesi Es Hasznositasi Kisszovetkezet
Publication of EP0173730A1 publication Critical patent/EP0173730A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/20—Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the invention relates to a method and a deep well for obtaining geothermal energy, the geothermal thermal energy being conveyed from the deep well to the surface of the earth with the aid of a suitable heat transfer medium, and after heat removal the heat transfer medium is pressed back into the earth for environmental reasons.
  • a heat transfer medium is required for the geothermal energy.
  • This medium can be, for example, water, petroleum or any suitable gaseous medium.
  • These media record the temperature of the surrounding earth in the depths of the earth and sometimes reach the surface of the earth naturally, in the form of springs or geysers, but in recent decades they have generally been exploited by deep wells.
  • the heat recovery technology of the so-called warm dry stones is also known.
  • Two wells are also laid here and these are connected to one another via a low-lying high-temperature zone using the Hydrofrac process (layer splitting) and in this way the water that is pressed into one well is heated in dry hot rock and reaches the surface of the earth via the other well. From here, the water is pressed back into the first well after the heat has been extracted and this cycle is repeated from the beginning.
  • This solution is also due to the manufacturing costs of the both wells quite expensive, on the other hand also by the rather expensive Hydrofrac process, whereby the bottom layer is mostly split in the vertical direction.
  • the task to be solved is to create a method and a deep well for the extraction of geothermal energy, which realize the extraction of this energy with significantly lower investment costs than the known solutions, but which at the same time enable environmentally friendly extraction technology and the water reserves of the liquid-storing layers only minimal Take measurements.
  • the object is achieved according to the invention in that the heat transfer medium suitable for extracting the geothermal energy is conveyed out of the earth in a system constructed in the same deep well and pressed back into the earth, the upwardly flowing conveyed and the downwardly pressed backward heat transfer stream being thermally insulated from one another are performed and the heat transfer medium is pressed back into such a bottom layer, which is separated from the conveying layer of the heat transfer medium by a direct connection of the two layers in the vicinity of the
  • the direction of flow of the heat transfer medium in the deep well is changed periodically and the previous injection layer as a conveying layer, while the former conveying layer is used as a press-in layer.
  • heat transfer medium preferably water, steam, gas or petroleum.
  • an underground heat storage system is operated with simultaneous or sequential storage and removal of the heat transfer medium.
  • the deep drilling well suitable for carrying out the method according to the invention consists of telescopically fitting tube sets, the ever longer tube sets having an ever smaller diameter and where the lower section of the longest and innermost tube set with at least one
  • Passage of the heat transfer medium opening is provided.
  • the tube set surrounding the innermost tube set and forming an annular space with it is expanded to a layer suitable for pressing in the returned heat transfer medium and its lower section is also provided with at least one opening allowing the heat transfer medium to pass through, the innermost pipe set is provided with thermal insulation in the length of the pipe set surrounding it.
  • the solution according to the invention is based on a telescope-like well design known per se, which in the given exemplary embodiment consists of three tube sets 1, 2, 3 arranged one inside the other, the individual tube sets with an ever smaller diameter having an ever greater length exhibit.
  • the annular spaces between the individual tube sets are closed at the end of tube sets 1 and 2 with a stuffing box 4 and 5, respectively.
  • the innermost and longest tube set 3 extends from the tube sets to a depth, ie to a bottom layer 6, from where the heat transfer medium, possibly the thermal water, is to be conveyed.
  • the lower section of the tube set 3 is provided with at least one opening, which enables the passage of the heat transfer medium into the interior of the tube set 3 (or vice versa). This opening can e.g. B. be a column or perforation in the lower section, or also the end of the tube set 3.
  • a submersible motor pump 7 is arranged, which is connected to a pipeline 8, which leads the removed heat transfer medium (thermal water) to the place of heat recovery.
  • the cooled medium is returned via a pipe 9 into an annular space 10 which is formed between the pipe set 3 and the pipe set 2.
  • the tube set 3 surrounding the tube set 3 extends to a depth, ie to a bottom layer 11, which is suitable for pressing back the returned heat transfer medium and which is separated from the conveying layer, ie from the bottom layer 6, by at least one barrier layer, which immediate Connection of the two layers, e.g. B. a fürströmuhg in the vicinity of the deep well prevented.
  • B. a naturalströmuhg in the vicinity of the deep well prevented.
  • the lower section of the tube set 2 is also in the region of the bottom layer 11 with at least one opening, for. B. provided with a perforation that allows the passage of the heat transfer medium through the wall of the tube set 2.
  • the depth of the bottom layer 11 is determined by the laying depth of the tube set 2 or by the position of the layers suitable for pressing in above the end of the tube set.
  • the system described would still be unusable because the cooled heat transfer medium pressed back into the annular space 10 would remove the heat content of the heat transfer medium flowing upwards in the tube set 3 and heat compensation would take place.
  • the two media flows flowing in the opposite direction must be ge by heat insulation of suitable quality and size be separated.
  • the tube set 3 is provided with thermal insulation 12 in the length of the tube set 2.
  • the system according to the invention works as follows:
  • the heat transfer medium in the present exemplary embodiment thermal water at a temperature of 90 ° C., is conveyed from the bottom layer 6 via the innermost tube set 3 and passed via the pipeline 8 to the point of heat removal.
  • the here cooled to about 20 to 40 ° C and rich in mineral salts thermal water is pipeline 9 in the deep well, d. H. returned into the annular space 10 between the tube set 3 and the tube set 2 and pressed back into the bottom layer 11 in this way, the heat insulation 12 preventing the thermal water which is now flowing upwards in the tube set 2 from being cooled. It is advantageous if the heat is withdrawn from the extracted thermal water and then pressed back into the earth in a completely closed, pressurized system which prevents the thermal water from being exposed to potentially harmful chemical processes through the ambient air.
  • the described method can be reversed after a while (e.g. in each heating period), and the layer of soil that previously functioned as a conveying layer can now serve to absorb the returned thermal water and vice versa.
  • this system can also act as a heat accumulator system operated.
  • the two bottom layers 6, 11 are used as conveying layers and the thermal water conveyed from the two layers is used for different purposes.
  • the cooled heat transfer medium must of course be removed in a different way.

Abstract

Un procédé et un puits profond pour l'extraction de l'énergie géothermique dans lesquels l'énergie géothermique est extraite de la profondeur du puits par un agent porteur de chaleur puis transportée à la surface. Après extraction de la chaleur, l'agent porteur est renvoyé sous pression dans la terre pour des raisons de protection de l'environnement. L'idée à la base de l'invention consiste à extraire l'agent porteur de la terre puis de l'y renvoyer sous pression par le même puits. Les courants de circulation de l'agent porteur vers le haut et vers le bas sont isolés thermiquement l'un de l'autre. L'agent porteur de chaleur est renvoyé sous pression dans une couche du sol qui est séparée le cas échéant de la couche d'extraction de l'agent porteur par une couche isolante qui empêche le contact hydraulique direct des deux couches dans la région du puits, mais le permet éventuellement à une grande distance horizontale autour de celui-ci.A method and a deep well for the extraction of geothermal energy in which geothermal energy is extracted from the depth of the well by a heat-carrying agent and then transported to the surface. After extraction of the heat, the carrier agent is returned under pressure to the earth for environmental protection reasons. The idea underlying the invention consists in extracting the carrier agent from the earth and then sending it back under pressure by the same well. The upward and downward carrier streams are thermally isolated from each other. The heat-carrying agent is returned under pressure to a layer of soil which is optionally separated from the extraction layer of the carrier agent by an insulating layer which prevents direct hydraulic contact of the two layers in the region of the well. , but eventually allows it at a great horizontal distance around it.

Description

VERFAHREN UND TIEPBOHRBRUNNEN ZUR GEWINNUNG VON GEOTHERMISCHER ENERGIE METHOD AND DEPTH TUBE FOR THE EXTRACTION OF GEOTHERMAL ENERGY
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Tiefbohrbrunnen zur Gewinnung von geothermischer Energie, wobei aus dem Tiefbohrbrunnen mit Hilfe eines geeigneten Wärmeträgermediums die geothermische Wärmeenergie auf die Erdoberfläche gefördert wird und nach einem Wärmeentzug das Wärmeträgermedium aus Umweltschutzgründen in die Erde zurückgepreßt wird.The invention relates to a method and a deep well for obtaining geothermal energy, the geothermal thermal energy being conveyed from the deep well to the surface of the earth with the aid of a suitable heat transfer medium, and after heat removal the heat transfer medium is pressed back into the earth for environmental reasons.
Es ist bekannt, daß zur Ausbeutung des Wärmeinhaltes der Erde, d. h. der geothermischen Energie ein Wärmeträgermedium erforderlich ist. Dieses Medium kann zum Beispiel Wasser, Erdöl oder irgendein geeignetes gasförmiges Medium sein. Diese Medien nehmen in der Tiefe der Erde die Temperatur des umgebenden Erdreiches auf und gelangen teilweise auf natürlichem Wege, in Form von Quellen oder Geiser auf die Erdoberfläche, allerdings in den letzten Jahrzehnten erfolgt ihre Ausbeutung im allgemeinen durch Tiefbohrbrunnen.It is known that to exploit the heat content of the earth, i. H. a heat transfer medium is required for the geothermal energy. This medium can be, for example, water, petroleum or any suitable gaseous medium. These media record the temperature of the surrounding earth in the depths of the earth and sometimes reach the surface of the earth naturally, in the form of springs or geysers, but in recent decades they have generally been exploited by deep wells.
Die Gewinnung der geothermischen Energie wirft in dieser Form zwei grundsätzliche Probleme auf. Einerseits darf das zur Oberfläche geförderte Wärmeträgermedium, in erster Linie Thermalwasser, wegen seines hohen Mineralsalzgehaltes nach dem Wärmeentzug aus Umweltschutzgründen meistens nicht in Oberflächengewässer geführt werden, andererseits senken infolge der ständigen Wasserentnahme sowohl der Lagerstättendruck als auch die Wasservorräte und demzufolge auch die Ergiebigkeit der Brunnen in 5-15 Jahren auf einen Bruchteil.The extraction of geothermal energy in this form poses two fundamental problems. On the one hand, the heat transfer medium conveyed to the surface, primarily thermal water, because of its high mineral salt content after the heat removal for environmental protection reasons, must mostly not be led into surface water; on the other hand, due to the constant removal of water, both the reservoir pressure and the water reserves and consequently also the productivity of the wells decrease 5-15 years at a fraction.
Eine international akzeptierte Lösung der Probleme der Wasserabführung bedeutet das Zurückpressen, (Rückinjektierung) des Wassers in die Erde. Das Wesen dieses Verfahrens besteht darin, daß zur Gewinnung von geothemischer Energie zwei Tiefbohrbrunnen gefertigt werden, von denen der eine als Förderbrunnen, während der andere als Zurückpreßbrunnen funktioniert. Beide Brunnen werden auf die gleiche Tiefe bzw. flüssigkeitsaufnehmende Schicht angelegt, so daß durch das Zurückpressen des Mediums gleichzeitig auch der Lagerstättendruck erhöht wird, was wiederum die Lebensdauer des Brunnens erhöht. Im Interesse der Vermeidung einer Interferenz werden die beiden Brunnen voneinander in einer Entfernung von 1 bis 1,5 km verlegt oder im Palle von aus einem Punkt ausgehenden schräg gebohrten Brunnen soll diese Entfernung zwischen den Bohrlochfußpunkten eingehalten werden. Diese letztere Lösung ist insofern günstiger, daß auf der Erdoberfläche keine Verbindungsleitungen zwischen den beiden Brunnen und keine gesonderte Pumpenanlagen benötigt werden. Aber die Anfertigung der beiden Brunnen ist auch bei dieser Lösung mit erheblichen Kosten verbunden.An internationally accepted solution to the problems the water drainage means the pressing back (re-injection) of the water into the earth. The essence of this method is that two deep wells are produced for the extraction of geothermal energy, one of which functions as a production well, while the other functions as a backpressure well. Both wells are placed at the same depth or liquid-absorbing layer, so that pressing back the medium also increases the reservoir pressure, which in turn increases the life of the well. In the interest of avoiding interference, the two wells are moved from each other at a distance of 1 to 1.5 km, or in the palle of wells drilled at an angle from one point, this distance should be maintained between the bottom of the borehole. This latter solution is cheaper in that no connecting lines between the two wells and no separate pump systems are required on the surface of the earth. But the production of the two wells also involves considerable costs with this solution.
Zur Gewinnung von geothermischer Energie ist noch die Wärmegewinnungstechnologie der sogenannten warmen trockenen Gesteine (hot dry stone) bekannt. Hier werden auch zwei Brunnen verlegt und diese werden miteinander über eine tiefliegende Hochtemperaturzone durch Hydrofrac-Verfahren (Schichtspaltung) verbunden und in dieser Weise das in den einen Brunnen eingedrückte Wasser im trockenen heißen Gestein erwärmt über den anderen Brunnen auf die Erdoberfläche gelangt. Von hier wird das Wasser nach dem Wärmeentzug in den ersten Brunnen zurückgepreßt und dieser Zyklus wiederholt sich von vorne. Diese Lösung wird einerseits ebenfalls durch die Fertigungskosten der beiden Brunnen recht teuer, andererseits auch durch das ziemlich kostspielige Hydrofrac-Verfahren, wobei die Bodenschicht meistens in vertikaler Richtung gespaltet wird.To obtain geothermal energy, the heat recovery technology of the so-called warm dry stones is also known. Two wells are also laid here and these are connected to one another via a low-lying high-temperature zone using the Hydrofrac process (layer splitting) and in this way the water that is pressed into one well is heated in dry hot rock and reaches the surface of the earth via the other well. From here, the water is pressed back into the first well after the heat has been extracted and this cycle is repeated from the beginning. This solution is also due to the manufacturing costs of the both wells quite expensive, on the other hand also by the rather expensive Hydrofrac process, whereby the bottom layer is mostly split in the vertical direction.
Die zu lösende Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens und eines Tiefbohrbrunnens zur Gewinnung von geothermischer Energie, die die Gewinnung dieser Energie mit wesentlich niedrigeren Investitionskosten verwirklichen als die bekannten Lösungen, aber die gleichzeitig eine umweltfreundliche Gewinnungstechnologie ermöglichen und die Wasservorräte der flüssigkeitsspeichernden Schichten nur im geringen Maße in Anspruch nehmen.The task to be solved is to create a method and a deep well for the extraction of geothermal energy, which realize the extraction of this energy with significantly lower investment costs than the known solutions, but which at the same time enable environmentally friendly extraction technology and the water reserves of the liquid-storing layers only minimal Take measurements.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zur Herausgewinnung der geothermischen Energie geeignete Wärmeträgermedium in einem im gleichen Tiefbohrbrunnen ausgebildeten System aus der Erde herausgefördert und in die Erde zurückgepreßt wird, wobei der nach oben strömende geförderte und der nach unten strömende zurückgepreßte Wärmeträgerstrom voneinander wärmeisoliert geführt werden und das Wärmeträgermedium in eine solche Bodenschicht zurückgepreßt wird, die von der Förderschicht des Wärmeträgermediums durch eine die unmittelbare Verbindung der beiden Schichten in der Umgebung desThe object is achieved according to the invention in that the heat transfer medium suitable for extracting the geothermal energy is conveyed out of the earth in a system constructed in the same deep well and pressed back into the earth, the upwardly flowing conveyed and the downwardly pressed backward heat transfer stream being thermally insulated from one another are performed and the heat transfer medium is pressed back into such a bottom layer, which is separated from the conveying layer of the heat transfer medium by a direct connection of the two layers in the vicinity of the
Tiefbohrbrunnens verhindernde, doch in einer größeren horizontalen Entfernung den hydraulischen Kontakt gegebenenfalls zulassende Sperrschicht getrennt ist.Deep well preventing barrier, but at a greater horizontal distance the hydraulic contact, if necessary, is separated barrier layer.
Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig wenn im Tiefbohrbrunnen die Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums periodisch gewechselt wird und die frühere Einpreß schicht als Förderschicht, während die frühere Förderschicht als Einpreßschicht benutzt wird.According to the invention, it is expedient if the direction of flow of the heat transfer medium in the deep well is changed periodically and the previous injection layer as a conveying layer, while the former conveying layer is used as a press-in layer.
Als Wärmeträgermedium können erfindungsgemäß verschiedene geeignete Medien verwendet werden, vorzugsweise Wasser, Dampf, Gas oder Erdöl.According to the invention, various suitable media can be used as the heat transfer medium, preferably water, steam, gas or petroleum.
Im Sinne der Erfindung ist es auch möglich, daß bei gleichzeitiger oder nacheinander erfolgender Einspeicherung und Entnahme des Wärmeträgermediums ein unterirdisches Wärmespeichersystem betrieben wird.In the sense of the invention it is also possible that an underground heat storage system is operated with simultaneous or sequential storage and removal of the heat transfer medium.
Der zur Durchführung dss erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Tiefbohrbrunnen besteht aus teleskopartig ineinander passenden Rohrsätzen, wobei die immer längeren Rohrsätze einen immer geringeren Durchmesser aufweisen und wo der untere Abschnitt des längsten und innersten Rohrsatzes mit wenigstens einer denThe deep drilling well suitable for carrying out the method according to the invention consists of telescopically fitting tube sets, the ever longer tube sets having an ever smaller diameter and where the lower section of the longest and innermost tube set with at least one
Durchtritt des Wärmeträgermediums zulassenden Öffnung versehen ist.Passage of the heat transfer medium opening is provided.
Für diesen Tiefbohrbrunnen ist es erfindungsgemäß kennzeichnend, daß der den innersten Rohrsatz umgebende und mit diesem einen Ringraum bildende Rohrsatz bis zu einer zum Einpressen des rückgeführten Wärmeträgermediums geeigneten Schicht ausgebaut ist und sein unterer Abschnitt ebenfalls mit wenigstens einer den Durchtritt des Wärmeträgermediums zulassenden Öffnung versehen ist, wobei der innerste Rohrsatz in der Länge des ihn umgebenden Rohrsatzes mit einer Wärmeisolierung versehen ist.For this deep well, it is characteristic according to the invention that the tube set surrounding the innermost tube set and forming an annular space with it is expanded to a layer suitable for pressing in the returned heat transfer medium and its lower section is also provided with at least one opening allowing the heat transfer medium to pass through, the innermost pipe set is provided with thermal insulation in the length of the pipe set surrounding it.
Die Erfindung wird ausführlicher mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels anhand der beigelegten Zeichnung erläutert. Die einzige Pigur der Zeichnung zeigt einen zur Gewinnung von geothermischer Energie geeigneten erfindungsgemäßen Tiefbohrbrunnen, im Längs schnitt .The invention is explained in more detail with the aid of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing. The only pigment in the drawing shows a deep well in accordance with the invention, suitable for the extraction of geothermal energy, in the longitudinal direction cut .
Wie es der Zeichnung zu entnehmen ist, geht die erfindungsgemäße Lösung aus einer in an sich bekannten teleskopartigen Brunnengestaltung aus, die im gegebenen Ausführungsbeispiel aus drei ineinander angeordneten Rohrsätzen 1, 2, 3 besteht, wobei die einzelnen Rohraätze mit immer kleinerem Durchmesser eine immer größere Länge aufweisen. Die Ringräume zwischen den einzelnen Rohrsätzen sind am Ende der Rohrsätze 1 und 2 jeweils mit einer Stopfbuchse 4 bzw. 5 abgeschlossen.As can be seen in the drawing, the solution according to the invention is based on a telescope-like well design known per se, which in the given exemplary embodiment consists of three tube sets 1, 2, 3 arranged one inside the other, the individual tube sets with an ever smaller diameter having an ever greater length exhibit. The annular spaces between the individual tube sets are closed at the end of tube sets 1 and 2 with a stuffing box 4 and 5, respectively.
Von den Rohrsätzen reicht der innerste und längste Rohrsatz 3 bis zu einer Tiefe, d.h. bis zu einer Bodenschicht 6, woher das Wärmeträgermedium, gegebenenfalls das Thermalwasser gefördert werden soll. Der untere Abschnitt des Rohrsatzes 3 ist mit mindestens einer Öffnung versehen, die den Durchtritt des Wärmeträgermediums in das Innere des Rohrsatzes 3 (oder umgekehrt) ermöglicht. Diese Öffnung kann z. B. eine Spalte oder eine Perforation im unteren Abschnitt sein, oder auch das Ende des Rohrsatzes 3. Im Rohrsatz 3 ist eine Unterwassermotorpumpe 7 angeordnet, die mit einer Rohrleitung 8 verbunden ist, die das entnommene Wärmeträgermedium (Thermalwasser) zur Stelle der Wärmeverwertung führt. Das abgekühlte Medium wird über eine Rohrleitung 9 in einen Ringraum 10 zurückgeführt, der zwischen dem Rohrsatz 3 und dem Rohrsatz 2 ausgebildet ist. Der den Rohrsatz 3 umgebende Rohrsatz 2 reicht bis zu einer Tiefe, d. h. bis zu einer Bodenschicht 11, die für das Zurückpressen der rückgeführten Wärmeträgermediums geeignet ist, und die von der Förderschicht, d. h. von der Bodenschicht 6 durch mindestens eine Sperrschicht getrennt ist, die die unmittelbare Verbindung der beiden Schichten, z. B. eine Durchströmuhg, in der Umgebung des Tiefbohrbrunnens verhindert. In einer größeren horizontalen Entfernung ist es aber nicht ausgeschlossen, sogar gegebenenfalls vorteilhaft, wenn die beiden Bodenschichten 6 und 11 miteinander in Kontakt treten.The innermost and longest tube set 3 extends from the tube sets to a depth, ie to a bottom layer 6, from where the heat transfer medium, possibly the thermal water, is to be conveyed. The lower section of the tube set 3 is provided with at least one opening, which enables the passage of the heat transfer medium into the interior of the tube set 3 (or vice versa). This opening can e.g. B. be a column or perforation in the lower section, or also the end of the tube set 3. In the tube set 3, a submersible motor pump 7 is arranged, which is connected to a pipeline 8, which leads the removed heat transfer medium (thermal water) to the place of heat recovery. The cooled medium is returned via a pipe 9 into an annular space 10 which is formed between the pipe set 3 and the pipe set 2. The tube set 3 surrounding the tube set 3 extends to a depth, ie to a bottom layer 11, which is suitable for pressing back the returned heat transfer medium and which is separated from the conveying layer, ie from the bottom layer 6, by at least one barrier layer, which immediate Connection of the two layers, e.g. B. a Durchströmuhg in the vicinity of the deep well prevented. At a larger horizontal distance, however, it is not impossible, even advantageous if the two bottom layers 6 and 11 come into contact with one another.
Der untere Abschnitt des Rohrsatzes 2 ist im Bereich der Bodenschicht 11 ebenfalls mit mindestens einer Öffnung, z. B. mit einer Perforation versehen, die den Durchtritt des Wärmeträgermediums durch die Wandung des Rohrsatzes 2 ermöglicht.The lower section of the tube set 2 is also in the region of the bottom layer 11 with at least one opening, for. B. provided with a perforation that allows the passage of the heat transfer medium through the wall of the tube set 2.
Die Tiefe der Bodenschicht 11 (Einpreßschicht) wird bei einem schon bestehenden Brunnen durch die Verlegungstiefe des Rohrsatzes 2 bzw. durch die Lage der zum Einpressen geeigneten Schichten oberhalb des Rohrsatzendes bestimmt. Im Falle eines neuen Tiefbohrbrunnens ist es aber vorteilhaft das untere Ende des Rohrsatzes 2 so nahe zum Fußpunkt des Rohrsatzes 3 heranzubringen und die Durchtrittsöffnungen der beiden Rohrsätze relativ zueinander mit einem solchen Abstand auszubilden, daß zwischen der Förderschicht und der Einpreßschicht noch keine Interferenz auftreten kann, aber das Einpressen des rückgeführten Wärmeträgermediums auf die Förderschicht eine den Lagerstättendruck erhöhende Wirkung ausüben kann.In the case of an existing well, the depth of the bottom layer 11 (press-in layer) is determined by the laying depth of the tube set 2 or by the position of the layers suitable for pressing in above the end of the tube set. In the case of a new deep well, however, it is advantageous to bring the lower end of the tube set 2 so close to the base of the tube set 3 and to form the passage openings of the two tube sets relative to one another with such a distance that no interference can yet occur between the production layer and the press-fit layer, but pressing the recirculated heat transfer medium onto the conveying layer can have an effect increasing the reservoir pressure.
Das beschriebene System wäre aber noch unbrauchbar, weil das in den Ringraum 10 zurückgepreßte, abgekühlte Wärmeträgermedium den Wärmeinhält des im Rohrsatz 3 nach oben strömenden Wärmeträgermediums entziehen würde und ein Wärmeausgleich stattfinden würde. Um das zu verhindern, müssen die beiden, in entgegengesetzte Richtung strömende Medienströme durch eine Wärmeisolierung geeigneter Qualität und Größe ge trennt werden. Aus diesem Grunde ist der Rohrsatz 3 in der Länge des Rohrsatzes 2 mit einer Wärmeisolierung 12 versehen.However, the system described would still be unusable because the cooled heat transfer medium pressed back into the annular space 10 would remove the heat content of the heat transfer medium flowing upwards in the tube set 3 and heat compensation would take place. In order to prevent this, the two media flows flowing in the opposite direction must be ge by heat insulation of suitable quality and size be separated. For this reason, the tube set 3 is provided with thermal insulation 12 in the length of the tube set 2.
Das erfindungsgemäße System arbeitet wie folgt:The system according to the invention works as follows:
Zunächst wird mit Hilfe der Unterwassermotorpumpe 7 aus der Bodenschicht 6 über den innersten Rohrsatz 3 Wärmeträgermedium, im gegebenen Ausführungsbeispiel Thermalwasser mit einer Temperatur von 90ºC, gefördert und über die Rohrleitung 8 zur Stelle des Wärmeentzuges geleitet. Das hier auf etwa 20 bis 40°C abgekühlte und an Mineralsalzen reiche Thermalwasser wird über die Rohrleitung 9 in den Tiefbohrbrunnen, d. h. in den Ringraum 10 zwischen dem Rohrsatz 3 und dem Rohrsatz 2 zurückgeführt und auf diesem Wege in die Bodenschicht 11 zurückgepreßt, wobei die Wärmeisolierung 12 verhindert, daß das inzwischen im Rohrsatz 2 nach oben strömende Thermalwasser abgekühlt wird. Es ist dabei vorteilhaft, wenn der Wärmeentzug aus dem geförderten Thermalwasser und dann dessen Zurückpressen in die Erde in einem vollkommen geschlossenen, unter Überdruck stehenden System erfolgt, das verhindert, daß das Thermalwasser durch die Umgebungsluft eventuell schädlichen chemischen Vorgängen ausgesetzt wird.First, with the aid of the submersible motor pump 7, the heat transfer medium, in the present exemplary embodiment thermal water at a temperature of 90 ° C., is conveyed from the bottom layer 6 via the innermost tube set 3 and passed via the pipeline 8 to the point of heat removal. The here cooled to about 20 to 40 ° C and rich in mineral salts thermal water is pipeline 9 in the deep well, d. H. returned into the annular space 10 between the tube set 3 and the tube set 2 and pressed back into the bottom layer 11 in this way, the heat insulation 12 preventing the thermal water which is now flowing upwards in the tube set 2 from being cooled. It is advantageous if the heat is withdrawn from the extracted thermal water and then pressed back into the earth in a completely closed, pressurized system which prevents the thermal water from being exposed to potentially harmful chemical processes through the ambient air.
Das beschriebene Verfahren kann nach einer Weile (z. B. in jeder Heizperiode) umgedreht werden, und diejenige Bodenschicht, die früher als Förderschicht funktionierte, kann nun zur Aufnahme des rückgeführten Thermalwassers dienen und umgekehrt. Dadurch können die vorhandenen Wasservorräte praktisch im Kreislauf, sehr rationell ausgenutzt werden, ohne daß bedeutende Verluste auftreten. Nach dem gleichen Prinzip kann dieses System auch als ein Wärmespeicher system betrieben werden.The described method can be reversed after a while (e.g. in each heating period), and the layer of soil that previously functioned as a conveying layer can now serve to absorb the returned thermal water and vice versa. As a result, the existing water reserves can be used practically in a cycle, very efficiently, without significant losses occurring. Following the same principle, this system can also act as a heat accumulator system operated.
Unter bestimmten Umständen ist es auch möglich, daß die beiden Bodenschichten 6, 11 als Förderschichten benutzt werden und das geförderte Thermalwasser der beiden Schichten für verschiedene Zwecke verwendet wird. In diesem Falle muß das abgekühlte Wärmeträgermedium natürlich in anderer Weise abgeführt werden. Under certain circumstances, it is also possible that the two bottom layers 6, 11 are used as conveying layers and the thermal water conveyed from the two layers is used for different purposes. In this case, the cooled heat transfer medium must of course be removed in a different way.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur Gewinnung von geothermischer Energie, wobei ein Tiefbohrbrunnen gefertigt wird, durch welchen mit Hilfe eines geeigneten Wärmeträgermediums die geothermische Wärmeenergie auf die Erdoberfläche gefördert wird und nach einem Wärmeentzug das Wärmeträgermedium in die Erde zurückgepreßt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Wärmeträgermedium in einem im gleichen Tiefbohrbrunnen ausgebildeten System aus der Erde herausgefördert und in die Erde zurückgepreßt wird, wobei der nach oben strömende geförderte und der nach unten strömende zurückgepreßte Wärmeträgerstrom voneinander wärmeisoliert geführt werden und das Wärmeträgermedium in eine solche Bodenschicht zurückgepreßt wird, die von der Förderschicht des Wärmeträgermediums durch eine die unmittelbare Verbindung der beiden Schichten in der Umgebung des Tiefbohrbrunnens verhindernde, doch in einer größeren horizontalen Entfernung den hydraulischen Kontakt gegebenenfalls zulassende Sperrschicht getrennt ist.1. A method for obtaining geothermal energy, wherein a deep well is manufactured, through which the geothermal heat energy is conveyed to the surface of the earth with the aid of a suitable heat transfer medium and after heat removal, the heat transfer medium is pressed back into the earth, characterized in that the heat transfer medium in one is conveyed out of the earth and pressed back into the earth in the same deep well system, whereby the upward flowing and the downward flowing pressed heat transfer stream are guided from each other in a heat-insulated manner and the heat transfer medium is pressed back into such a bottom layer which is pushed through by the conveying layer of the heat transfer medium a preventing the direct connection of the two layers in the vicinity of the deep well, but possibly allowing hydraulic contact at a greater horizontal distance e barrier layer is separated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß im Tiefbohrbrunnen die Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums periodisch gewechselt wird und die frühere Einpreßschicht als Förderschicht, während die frühere Förderschicht als Einpreßschicht benutzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the direction of flow of the heat transfer medium is changed periodically in the deep well and the former press-in layer is used as the conveying layer, while the earlier conveying layer is used as the press-in layer.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß als Wärmeträgermedium ein in Abhängigkeit von den geologischen Gegebenheiten ausgewähltes Medium, vorzugsweise Wasser, Dampf, Gas oder Erdöl verwendet wird. 3. The method according to claim 1, characterized geken nz that a medium is selected as a heat transfer medium depending on the geological conditions, preferably water, steam, gas or petroleum is used.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c hn e t, daß bei gleichzeitiger oder nacheinander erfolgender Einspeicherung und Entnahme des Wärmeträgermediums ein unterirdisches Wärmespeichersystem betrieben wird.4. The method according to claim 1, characterized in that an underground heat storage system is operated with simultaneous or sequential storage and removal of the heat transfer medium.
5. Tiefbohrbrunnen zur Gewinnung von geothermischer Energie, mit teleskopartig ineinander passenden Rohrsätzen, wobei die immer längeren Rohrsätze einen immer geringeren Durchmesser aufweisen und wo der untere Abschnitt des längsten und innersten Rohrsatzes mit wenigstens einer den Durchtritt des Wärmeträgermediums zulassenden Öffnung versehen ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der den innersten Rohrsatz (3) umgebende und mit diesem einen Ringraum (10) bildende Rohrsatz (2) bis zu einer zum Einpressen des rückgeführten Wärmeträgermediums geeigneten Schicht (11) ausgebaut ist und sein unterer Abschnitt ebenfalls mit wenigstens einer den Durchtritt des Wärmeträgermediums zulassenden Öffnung versehen ist, wobei der innerste Rohrsatz (3) in der Länge des ihn umgebenden Rohrsatzes (2) mit einer Wärmeisolierung (12) versehen ist. 5. deep well for the extraction of geothermal energy, with telescopically fitting pipe sets, the longer pipe sets always having a smaller and smaller diameter and where the lower section of the longest and innermost pipe set is provided with at least one opening allowing the passage of the heat transfer medium, characterized in that that the tube set (2) surrounding the innermost tube set (3) and forming an annular space (10) is expanded to a layer (11) suitable for pressing in the recirculated heat transfer medium, and its lower section also has at least one passage allowing the heat transfer medium to pass through The opening is provided, the innermost tube set (3) being provided with thermal insulation (12) in the length of the tube set (2) surrounding it.
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