EP4224087A1 - Verfahren zur gewinnung geothermischer energie - Google Patents

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EP4224087A1
EP4224087A1 EP22154878.7A EP22154878A EP4224087A1 EP 4224087 A1 EP4224087 A1 EP 4224087A1 EP 22154878 A EP22154878 A EP 22154878A EP 4224087 A1 EP4224087 A1 EP 4224087A1
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EP
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fluid
wells
injection
production
creating
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Withdrawn
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EP22154878.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Wechsung
Dennis Schäfer
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/30—Specific pattern of wells, e.g. optimising the spacing of wells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T2010/50—Component parts, details or accessories
    • F24T2010/53—Methods for installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T2201/00—Prediction; Simulation

Definitions

  • the invention relates to a method for extracting geothermal energy from an underground reservoir.
  • the invention can also be used to utilize geothermal energy from an underground reservoir.
  • Renewable energy systems such as wind, solar and geothermal systems are increasingly being researched and developed.
  • a geothermal system the heat of the earth is used.
  • Geothermal energy is used to generate electrical energy, for example.
  • Geothermal energy is an important renewable energy.
  • a fluid In a geothermal power plant, a fluid is pumped into an injection well in the ground and pumped back through a production well, with the heated fluid being used to generate energy. Water is often used as the fluid.
  • supercritical CO 2 other name: supercritical carbon dioxide
  • supercritical carbon dioxide is considered more closely as a fluid within the meaning of the invention.
  • a fracture event occurs in a rock surrounding a well as a result of the hydraulic action of liquid or gas pressure through a fluid.
  • the fluid is pumped under pressure into the layer to be fractured or fractured in order to separate or fracture the subterranean formation.
  • existing fissures and fissures which were formed when the geological formation was formed and subsequent tectonic movements, are widened and new fissures, fissures and fissures are created.
  • the alignment of the induced fissures, fissures and fissures is primarily dependent on the prevailing stress state of the subterranean formation.
  • the level of pressure with which the fluid is pumped into the formation depends on the properties of the rock and the stress fields in the subterranean formation.
  • the advantage of these systems is that the reservoir is comparatively evenly flowed through both in terms of area and volume, so that the heat capacity of the rocks can be utilized to the maximum extent. This is particularly important in the case of sedimentary reservoirs, since the heat conduction of sedimentary rocks is low compared to crystalline rocks (e.g. granite, etc.) and the heat flowing in from the earth's core is comparatively low.
  • the output of a geothermal power plant has been determined by the flow resistance in the wells and the reservoir.
  • the flow resistance in the reservoir is dominant. This can be compensated for with an increased number of bores, which, however, is very expensive.
  • the invention has set itself the task of specifying a cost-effective method for obtaining geothermal energy.
  • an analysis is carried out to find out in which horizontal direction the stress is greatest.
  • the direction of the highest horizontal stress also corresponds to the direction of the global plate movement, in particular the continental plate movement.
  • the highest horizontal stress points from the south-west to the north-east at a central European location.
  • An essential idea of the invention is to take this prognosis about the crack growth into account.
  • the pressure losses across the reservoir are reduced by a factor of approx. 2.4. Assuming that the total pressure losses are divided equally between the injection wells, the reservoir flow and the production wells, the performance of the system according to the invention can be increased by up to approximately 30%.
  • the figure 1 shows a very simplified representation of a geothermal system 1.
  • geothermal systems 1 use the thermal energy present in the earth, which is converted into electrical energy, among other things.
  • Geothermal plants have often been described in the literature. At this point, such a geothermal plant 1 is only to be presented in simplified form.
  • the geothermal plant 1 is used to extract geothermal energy from an underground reservoir 2 .
  • one or more injection holes 4 is attached to a surface of the earth 3, wherein in the figure 1 only one injection hole is shown.
  • the injection well 4 leads to a fluidic connection between the earth's surface 3 and the underground reservoir 2, where the thermal energy is stored.
  • a fluid flows through the injection wells, in particular supercritical CO 2 .
  • the fluid effluent from the injection well 4 flows to an entrance of a production well 5.
  • the fluid is allowed to absorb heat from the underground reservoir 2 and thereby the Heat content of the fluid is increased.
  • the fluid thus heated flows through the production bore 5 to a local plant 6, where the thermal energy of the fluid is processed.
  • a vertical stress ⁇ v 7 occurs that is orthogonal to two horizontal stresses, whereby the horizontal stresses, which are aligned approximately parallel to the earth's surface, are divided in a first approximation into a maximum horizontal stress ⁇ H,max 8 and a minimum aligned orthogonally to it horizontal voltage ⁇ H,min 9.
  • ⁇ v > ⁇ H,max > ⁇ H,min applies.
  • the direction of the highest or maximum horizontal stress ⁇ H,max 8 also corresponds to the direction of the global plate movement, in particular the continental plate movement.
  • the highest or maximum horizontal stress ( ⁇ h,max 8) shows from south-west to north-east at a central European location.
  • injection well cracks 12 are generated in the ground by injecting liquid into the injection wells 4 under high pressure.
  • production well cracks 11 are produced in the ground by injecting liquid under high pressure into the production wells 6 .
  • This will be in the figure 5 shown schematically.
  • a crack 10 is generated by generating a high pressure in the injection well 4 or production well 5, which is in the figure 5 is shown in the form of a parabola.
  • the crack 10 grows in the direction of the maximum horizontal stress 8.
  • the emergence of the crack 10 is based on the Figures 2 and 3 be explained in more detail.
  • the figure 2 shows an injection well 4 or a production well 5 seen in cross section.
  • the diameter is d w .
  • the figure 3 shows the state of the injection well 4 or a production well 5 in cross section after a production well crack 11 or injection well crack 12 has been produced by injecting liquid under high pressure into the production well 5 or injection well 4 .
  • the crack 11, 12 propagates in both directions of the bore 2, 3.
  • the in the Figures 2, 3 The arrows shown are intended to represent heat transfer.
  • the space created by the crack 11, 12 leads to better flow through the bores 2, 3.
  • the figure 6 shows a plan view of a distribution of the injection wells 2 and production wells 3 of the invention Process for extracting geothermal energy from an underground reservoir. In an essential step, it is first analyzed and examined in which direction 13 the maximum horizontal stress ⁇ H,max 8 is. In a next step, the injection wells 2 and the production wells 3 are arranged along this direction. The distance between the individual injection wells 2 and production wells 3 depends on the size of the cracks 11, 12, which in turn depend on the nature of the ground. As the figure 6 12 shows the cracks 11, 12 aligned in such a way that they point in the direction 13 of the maximum horizontal stress ( ⁇ h,max 8). The cracks 11, 12 are therefore aligned essentially parallel to one another.
  • the arrows 14 in figure 6 symbolize the flow of the fluid, in particular a flow of supercritical CO 2 .
  • the fluid absorbs heat from the underground reservoir. This increases the heat content of the fluid.

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Abstract

Verfahren zur Gewinnung geothermischer Energie aus einem unterirdischen Reservoir (2), das die folgenden Schritte umfasst:- Analyse der Spannungen im Boden;- Erstellen einer Übersicht, in der die Richtungen der Spannungen im Boden zu entnehmen sind;- Erzeugen von Injektions-Bohrungen (4), die entlang der Richtung (13) der maximalen Spannung (8) angeordnet werden;- Erzeugen von Injektionsbohrungs-Rissen (12) im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Injektions-Bohrungen (4);- Beströmen der Injektions-Bohrungen (4) mit einem Fluid;- Ermöglichen, dass das Fluid Wärme aus dem unterirdischen Reservoir (2) absorbiert und dadurch der Wärmeinhalt des Fluids erhöht wird;- Erzeugen von Produktions-Bohrungen (5), die entlang der Richtung (13) der maximalen Spannung (8) angeordnet werden;- Erzeugen von Produktionsbohrungs-Rissen (11) im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Produktions-Bohrungen (5);- Entfernen von mindestens einem Teil des Fluids mit einem erhöhten Wärmeinhaltes aus dem unterirdischen Reservoir über die Produktion-Bohrungen (5) und- Entziehen von Wärme aus dem Teil des Fluids, der einen erhöhten Wärmeinhalt aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung geothermischer Energie aus einem unterirdischen Reservoir. Die Erfindung kann ebenso zur Nutzung geothermischer Energie aus einem unterirdischen Reservoir eingesetzt werden.
  • Erneuerbare Energiesysteme wie Wind-, Solar- und geothermische Systeme werden zunehmend erforscht und entwickelt. Bei einem geothermischen System wird die Erdwärme genutzt. Die Erdwärme wird dazu genutzt, um beispielsweise elektrische Energie zu erzeugen. Geothermie ist eine bedeutende erneuerbare Energie.
  • Bei einem Geothermie-Kraftwerk wird ein Fluid in eine Injektionsbohrung in den Boden gepumpt und über ein Produktionsbohrung wieder gefördert, wobei das erwärmte Fluid zur Energiegewinnung genutzt wird. Häufig wird Wasser als Fluid eingesetzt. Es hat sich aber gezeigt, dass sich durch den Einsatz von überkritischen CO2 (andere Bezeichnung: superkritisches Kohlenstoffdioxid) als Fluid Vorteile ergeben. Hier wird im Sinne der Erfindung superkritisches Kohlenstoffdioxid als Fluid näher betrachtet.
  • Im Wesentlichen sind zwei Konzepte von CO2-basierten Geothermie-Kraftwerken beschrieben. Zum einen existieren so genannte Enhanced Geothermal Systems (EGS) oder auch Hot Dry Rock (HDR). Beide Verfahren beruhen darauf, in Festgesteinen in Tiefen über 3.000 m entweder vorhandene Klüfte aufzuweiten oder neue Klüfte in Schwächezonen zu schaffen. Dazu wird ein Verfahren eingesetzt, das als Hydrofracturing bezeichnet wird. Dabei wird ein Fluid mit hohem Druck in den Boden bzw. in das Reservoir gepresst oder injiziert. Häufig wird kristallines Gestein mit diesem Verfahren bearbeitet, wobei im Sinne der Erfindung ebenso sedimentäres Gestein untersucht wurde.
  • Beim Hydrofracturing tritt ein Bruchereignis in einem Umgebungsgestein einer Bohrung auf in Folge der hydraulischen Einwirkung eines Flüssigkeits- oder Gasdrucks durch ein Fluid. Das Fluid wird dabei mit einem Druck in die zu brechende beziehungsweise zu zerklüftende Schicht gepumpt, um die unterirdische Formation zu trennen oder zu brechen. Hierdurch werden vorhandene Klüfte und Risse, die beim Entstehen der geologischen Formation und bei nachträglichen tektonischen Bewegungen gebildet wurde, aufgeweitet sowie neue Risse, Spalten und Klüfte erzeugt. Die Ausrichtung der induzierten Risse, Spalte und Klüfte ist dabei vor allem vom herrschenden Spannungszustand der unterirdischen Formation abhängig. Die Höhe des Drucks, mit dem das Fluid in die Formation gepumpt wird, ist dabei von den Eigenschaften der Gesteine und den Spannungsfeldern in der unterirdischen Formation abhängig.
  • Zum anderen werden Systeme beschrieben, welche auch überkritisches CO2 als Wärmeträgermedium nutzen, wobei bewusst auf Hydrofracturing verzichtet wird. Es soll überkritisches CO2 nach Möglichkeit großflächig durch natürlich permeable sedimentäre Schichten fließen.
  • Der Vorteil dieser Systeme besteht darin, dass das Reservoir in der Fläche und auch im Volumen vergleichsweise gleichmäßig durchströmt wird und so die Wärmekapazität der Gesteine maximal ausgenutzt werden kann. Dies ist insbesondere bei sedimentären Reservoiren sehr wichtig, da die Wärmeleitung von sedimentären Gesteinen gegenüber kristallinem Gestein (z.B. Granit u.Ä.) klein ist und die aus dem Erdkern nachströmende Wärme vergleichsweise gering ist.
  • Sedimentäre Reservoire sind weltweit vorhanden (ehemalige Öl- und Gaslagerstätten) und erstrecken sich mitunter räumlich über viele Kilometer, teilweise über eine Fläche von 100km x 100km.
  • Bisher ergibt sich die Leistung eines Geothermie-Kraftwerks entsprechend der Strömungswiderstände in den Bohrungen und dem Reservoir. Insbesondere im Falle einer Reservoir-Permeabilität kleiner 100mD ist der Strömungswiderstand im Reservoir dominierend. Dies kann kompensiert werden mit einer erhöhten Anzahl von Bohrungen, was allerdings sehr kostenintensiv ist.
  • Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein kostengünstiges Verfahren zur Gewinnung geothermischer Energie anzugeben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Gewinnung geothermischer Energie aus einem unterirdischen Reservoir, das die folgenden Schritte umfasst:
    • Analyse der Spannungen im Boden;
    • Erstellen einer Übersicht, in der die Richtungen der Spannungen im Boden zu entnehmen sind;
    • Erzeugen von Injektionsbohrungen, die entlang der Richtung der maximalen Spannung angeordnet werden;
    • Erzeugen von Injektionsbohrungs-Rissen im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Injektionsbohrungen;
    • Beströmen der Injektionsbohrungen mit einem Fluid;
    • Ermöglichen, dass das Fluid Wärme aus dem unterirdischen Reservoir absorbiert und dadurch der Wärmeinhalt des Fluids erhöht wird;
    • Erzeugen von Produktionsbohrungen, die entlang der Richtung der maximalen Spannung angeordnet werden;
    • Erzeugen von Produktionsbohrungs-Rissen im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Produktionsbohrungen;
    • Entfernen von mindestens einem Teil des Fluids mit einem erhöhten Wärmeinhaltes aus dem unterirdischen Reservoir über die Produktionsleitungen und
    • Entziehen von Wärme aus dem Teil des Fluids, der einen erhöhten Wärmeinhalt aufweist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Somit wird vorgeschlagen, ein Verfahren zur Gewinnung von geothermischer Energie anzugeben, bei dem eine Stimulation, auch als Hydrofrakturing bezeichnet, eingesetzt wird, wobei das Verfahren vorzugsweise in sedimentären Reservoiren eingesetzt werden soll. Insbesondere wenn die vertikale Permeabilität, die auch als Durchlässigkeit bezeichnet wird, sehr gering ist, wie zum Beispiel bei Schiefergestein, soll durch das Injizieren von Flüssigkeit unter sehr hohem Druck Risse erzeugt werden. Es wurde erkannt, dass diese Risse in der Ebene der beiden höchsten Spannungen verlaufen; also meist in der Ebene der Vertikalspannung und der maximalen Horizontalspannung.
  • In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Analyse durchgeführt, um herauszufinden in welcher horizontalen Richtung die Spannung am größten ist.
  • In einer ersten Näherung entspricht die Richtung der höchsten Horizontalspannung auch der Richtung der globalen Plattenbewegung, insbesondere der Kontinentalplattenbewegung. In einer nächsten Näherung zeigt demnach an einem mitteleuropäischen Ort die höchste Horizontalspannung von Süd-Westen nach Nord-Osten.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, diese Prognose über das Risswachstum zu berücksichtigen.
  • Durch Anordnung der Injektions-Bohrungen und der Produktionsbohrungen in Richtung der maximalen Horizontalspannung, werden jeweils zwischen den Injektions-Bohrungen und zwischen den Produktions-Bohrungen Risse erzeugt. Dadurch strömt das überkritische CO2 mit geringerem Widerstand in das Reservoir und Druckverluste während des Durchflusses durch das Reservoir werden verringert. Dadurch kann die Fließrate erhöht werden.
  • In einer ersten Näherungsrechnung ergibt sich eine Verringerung der Druckverluste über das Reservoir um den Faktor von ca. 2,4. Unter der Annahme, dass die Gesamtendruckverluste sich zu je einem Drittel auf die Injektions-Bohrungen, die Reservoirdurchströmug und die Produktions-Bohrungen verteilen, lässt sich die Leistung des erfindungsgemäßen Systems um bis zu ca. 30% erhöhen.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine sehr vereinfachte schematische Darstellung einer Geothermie-Anlage
    Figure 2
    eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Bohrung
    Figur 3
    eine schematische Darstellung einer Bohrung mit Darstellung eines induzierten Risses
    Figur 4
    eine schematische Darstellung der räumlichen Spannungen
    Figur 5
    eine schematische Darstellung einer Rissanordnung
    Figur 6
    eine schematische Darstellung einer Verteilung der Injektionsbohrung und Produktionsbohrung
  • Die Figur 1 zeigt eine sehr vereinfachte Darstellung einer Geothermie-Anlage 1. Solche Geothermie-Anlagen 1 nutzen die in der Erde vorhandene thermische Energie, die unter Anderem in elektrische Energie umgewandelt wird. Geothermie-Anlagen sind in der Literatur bereits häufig beschrieben worden. An dieser Stelle soll solch eine Geothermie-Anlage 1 lediglich vereinfacht dargestellt werden.
  • Die Geothermie-Anlage 1 wird zur Gewinnung der geothermischen Energie aus einem unterirdischen Reservoir 2 eingesetzt. Dabei wird an eine Erdoberfläche 3 eine bzw. mehrere Injektions-Bohrungen 4 angesetzt, wobei in der Figur 1 lediglich eine Injektions-Bohrung dargestellt ist. Die Injektions-Bohrung 4 führt zu einer strömungstechnischen Verbindung zwischen der Erdoberfläche 3 und dem unterirdischen Reservoir 2, wo die thermische Energie gespeichert ist.
  • Die Injektions-Bohrungen wird mit einem Fluid beströmt, insbesondere mit überkritischem CO2. Das aus der Injektions-Bohrung 4 ausströmende Fluid strömt zu einem Eingang einer Produktions-Bohrung 5. Auf dem Weg von der Injektions-Bohrung 4 zu der Produktions-Bohrung 5 wird ermöglicht, dass das Fluid Wärme aus dem unterirdischen Reservoir 2 absorbiert und dadurch der Wärmeinhalt des Fluids erhöht wird. Das somit erwärmte Fluid strömt durch die Produktions-Bohrung 5 zu einer lokalen Anlage 6, wo die thermische Energie des Fluids verarbeitet wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung geothermischer Energie aus dem unterirdischen Reservoir 2 zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
    • Analyse der Spannungen im Boden;
    • Erstellen einer Übersicht, in der die Richtungen der Spannungen im Boden zu entnehmen sind;
    • Erzeugen von Injektionsbohrungen 4, die entlang der Richtung 13 der maximalen Spannung 8 angeordnet werden;
    • Erzeugen von Injektionsbohrungs-Rissen 12 im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Injektionsbohrungen 4;
    • Beströmen der Injektionsbohrungen 4 mit einem Fluid;
    • Ermöglichen, dass das Fluid Wärme aus dem unterirdischen Reservoir 2 absorbiert und dadurch der Wärmeinhalt des Fluids erhöht wird;
    • Erzeugen von Produktionsbohrungen 5, die entlang der Richtung 13 der maximalen Spannung 8 angeordnet werden;
    • Erzeugen von Produktionsbohrungs-Rissen 11 im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Produktionsbohrungen 5;
    • Entfernen von mindestens einem Teil des Fluids mit einem erhöhten Wärmeinhaltes aus dem unterirdischen Reservoir 2 über die Produktionsleitungen 5 und
    • Entziehen von Wärme aus dem Teil des Fluids, der einen erhöhten Wärmeinhalt aufweist.
  • In einem ersten Schritt werden demnach die Spannungen im Boden analysiert. Die Figur 4 zeigt beispielhaft an, welche Spannungen auftreten können. Demnach tritt eine vertikale Spannung σ v 7 auf, die orthogonal zu zwei Horizontalspannungen angeordnet ist, wobei die Horizontalspannungen, die annähernd parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet sind, in einer ersten Näherung in eine maximale Horizontalspannung σ H,max 8 und in eine orthogonal dazu ausgerichtete minimale Horizontalspannung σ H,min 9 eingeteilt wird. Es gilt σ v > σ H,max > σ H,min.
  • In einer weiteren Näherung entspricht die Richtung der höchsten bzw. maximalen Horizontalspannung σ H,max 8 auch der Richtung der globalen Plattenbewegung, insbesondere der Kontinentalplattenbewegung. In einer nächsten Näherung zeigt demnach an einem mitteleuropäischen Ort die höchste bzw. maximale Horizontalspannung (σ h,max 8 von Süd-Westen nach Nord-Osten.
  • In einem nächsten Schritt werden Injektionsbohrungs-Risse 12 im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Injektionsbohrungen 4 erzeugt. Ebenso werden in einem nächsten Schritt Produktions-Bohrungs-Risse 11 im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Produktions-bohrungen 6 erzeugt. Dies wird in der Figur 5 schematisch dargestellt. An einem Ort x wird durch Erzeugen eines hohen Druckes in der Injektions-Bohrung 4 bzw. Produktions-Bohrung 5 ein Riss 10 erzeugt, der in der Figur 5 parabelförmig dargestellt ist. Dabei wächst der Riss 10 in Richtung der maximalen Horizontalspannung 8.
  • Der Entstehung des Risses 10 soll anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert werden. Die Figur 2 zeigt eine Injektions-Bohrung 4 oder eine Produktions-Bohrung 5 im Querschnitt gesehen. Der Durchmesser beträgt dw. Die Figur 3 zeigt den Zustand der Injektions-Bohrung 4 oder eine Produktions-Bohrung 5 im Querschnitt gesehen nachdem durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Produktionsbohrungen 5 oder Injektions-Bohrung 4 ein Produktionsbohrungs-Riss 11 bzw. Injektions-Bohrungs-Riss 12 erzeugt wurde. Der Riss 11, 12 breitet sich in beide Richtungen der Bohrung 2, 3 aus. Die in den Figuren 2, 3 gezeigten Pfeile sollen einen Wärmeübergang darstellen. Der durch den Riss 11, 12 entstandene Raum führt zu einer besseren Durchströmung der Bohrungen 2, 3.
  • Die Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf eine Verteilung der Injektionsbohrungen 2 und Produktionsbohrungen 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung geothermischer Energie aus einem unterirdischen Reservoir. In einem wesentlichen Schritt wird zunächst analysiert und untersucht in welcher Richtung 13 die maximalen Horizontalspannung σ H,max 8 ist. In einem nächsten Schritt werden die Injektionsbohrungen 2 und die Produktionsbohrungen 3 entlang dieser Richtung angeordnet. Der Abstand zwischen den einzelnen Injektionsbohrungen 2 und Produktionsbohrungen 3 hängt dabei von der Größe der Risse 11, 12 ab, die wiederum von der Beschaffenheit des Bodens abhängen. Wie die Figur 6 zeigt sind die Risse 11, 12 derart ausgerichtet, dass sie in die Richtung 13 der maximalen Horizontalspannung (σ h,max 8 zeigen. Die Risse 11, 12 sind daher untereinander im Wesentlichen parallel ausgerichtet.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Figur 6 lediglich paar Risse mit dem Bezugszeichen 11 und 12 versehen worden. Ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Figur 6 lediglich paar Injektionsbohrungen 2 und Produktionsbohrungen 3 mit dem Bezugszeichen 2 und 3 versehen.
  • Die Pfeile 14 in Figur 6 symbolisieren die Strömung des Fluids, insbesondere eine Strömung des überkritischem CO2. Auf dem Weg von der Injektionsbohrung 2 zur Produktionsbohrung 3 absorbiert das Fluid Wärme aus dem unterirdischen Reservoir. Dadurch wird der Wärmeinhalt des Fluids erhöht.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Gewinnung geothermischer Energie aus einem unterirdischen Reservoir (2), das die folgenden Schritte umfasst:
    - Analyse der Spannungen im Boden;
    - Erstellen einer Übersicht, in der die Richtungen der Spannungen im Boden zu entnehmen sind;
    - Erzeugen von Injektions-Bohrungen (4), die entlang der Richtung (13) der maximalen Spannung (8) angeordnet werden;
    - Erzeugen von Injektionsbohrungs-Rissen (12) im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Injektions-Bohrungen (4);
    - Beströmen der Injektions-Bohrungen (4) mit einem Fluid;
    - Ermöglichen, dass das Fluid Wärme aus dem unterirdischen Reservoir (2) absorbiert und dadurch der Wärmeinhalt des Fluids erhöht wird;
    - Erzeugen von Produktions-Bohrungen (5), die entlang der Richtung (13) der maximalen Spannung (8) angeordnet werden;
    - Erzeugen von Produktionsbohrungs-Rissen (11) im Boden durch Injizieren von Flüssigkeit unter hohem Druck in die Produktions-Bohrungen (5);
    - Entfernen von mindestens einem Teil des Fluids mit einem erhöhten Wärmeinhaltes aus dem unterirdischen Reservoir (2) über die Produktions-Bohrungen (5) und
    - Entziehen von Wärme aus dem Teil des Fluids, der einen erhöhten Wärmeinhalt aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei der Boden ein sedimentäres Gestein aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei das Fluid flüssiger Kohlenstoffdioxid ist, das im Wesentlichen Kohlenstoffdioxidfluid in der überkritischen Phase umfasst oder Kohlenstoffdioxidfluid, das in die überkritische Phase durch das heiße unterirdische Reservoir umgewandelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei das Fluid durch die Injektions-Bohrungen (4) und durch die Injektionsbohrungs-Risse (12) strömt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei das Fluid durch die Produktions-Bohrungen (5) und durch die Produktionsbohrungs-Risse (11) strömt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    wobei die Injektions-Bohrungen (4) im Wesentlichen in Injektionsbohrungs-Reihen angeordnet werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    wobei die Produktions-Bohrungen (5) im Wesentlichen in Produktionsbohrungs-Reihen angeordnet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
    wobei die Injektionsbohrungs-Reihen zwischen den Produktionsbohrungs-Reihen angeordnet werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    wobei die Produktions-Bohrungen (5) derart angeordnet werden, dass eine Produktions-Bohrung (5) benachbart zu vier Injektions-Bohrungen (4) angeordnet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    wobei die Abstände zwischen der Produktions-Bohrung (5) und der jeweils benachbarten Injektions-Bohrungen (4) im Wesentlichen gleich groß sind.
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