HU197063B

HU197063B - Method and deep well for producing geothermic energy

Info

Publication number: HU197063B
Application number: HU84834A
Authority: HU
Inventors: Jenoe Balogh; Laszlo Kiss
Original assignee: Geo Thermal Mueszaki Fejleszte
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1989-02-28
Also published as: EP0173730A1; WO1985003994A1; HUT44308A

Abstract

Method and deep well for extracting geothermal energy wherein the geothermal energy is extracted from the well depth by a heat conveying agent and transported to the surface. After extraction of the heat, the heat conveying agent is returned under pressure into the earth for environment protection reasons. The basic gist of the invention comprises extracting the conveyor agent from the earth and returning it under pressure by the same well. The upward and downward circulation currents of the conveying agent are firmely insulated from each other. The heat conveying agent is returned under pressure into a ground layer which is optionally separated from the extraction layer of the conveying agent by means of an insulating layer preventing the direct hydraulic contact of both layers in the well area but optionally enabling it at a large horizontal distance about the well.

Description

A találmány tárgya eljárás és mélyfúrású kút geotermikus energia kitermelésére, amelynek során egy mélyfúrású kútból alkalmas hőhordozó közeg segítségével a geotermikus hőenergiát a felszínre hozzák, és hőelvonás után a hőhordozó közeget környezetvédelmi okokból ugyancsak mélyfúrású kúton keresztül a föld mélyébe visszasajtolják.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process and a deep well for the production of geothermal energy, whereby a geothermal heat energy is brought to the surface from a deep well and after the heat extraction, the environmental medium is also injected back into the earth through a deep well.

Ismeretes, hogy a Föld hőtartalmának, vagyis a geotermikus energiának a felszínre hozatalához hőhordozó közegre van szükség. Ez a közeg lehet például víz, olaj, vagy akár valamely erre alkalmas gáznemű anyag is. Ezek a hőhordozó közegek a föld mélyében felveszik a környező földtömeg hőmérsékletét, és az esetek egy részében természetes úton, mint források vagy gejzírek törnek a felszínre, ugyanakkor az utóbbi évtizedekben kitermelésük egyre inkább mélyfúrású kutak telepítése útján történik.It is known that a heat carrier medium is required to bring the Earth's heat content, that is, geothermal energy. This medium may be, for example, water, oil, or any suitable gaseous material. These heat transfer media take up the temperature of the surrounding earth in the depths of the earth, and in some cases naturally emerge as springs or geysers, but in recent decades they have been increasingly exploited through deep well drilling.

A geotermikus energiának ilyen formában történő kitermelése két alapvető problémát vet fel. Egyrészt a felszínre kerülő hőhordozó közeg, főként termálvíz, a hőhasznosftást követőleg magas ásványisó-tartalma miatt környezetvédelmi okokból a legtöbb esetben nem vezethető be a felszíni vízbefogadókba, másrészt pedig az állandó kitermelés következtében mind a rétegnyomás, mind a vízkészletek, és ennek folytán a kutak vízhozama 5—15 éven belül általában a töredékére csökken.The extraction of geothermal energy in this form raises two fundamental problems. On the one hand, due to the high thermal mineral water content of the surface medium, mainly due to its high mineral salt content after thermal utilization, it cannot be introduced into surface water inlets in most cases for environmental reasons, and due to the constant extraction both bed pressure and water resources Within 5 to 15 years, it usually declines to a fraction.

A vízelhelyezési problémák nemzetközileg elfogadott megoldását a víznek a földbe történő visszasajtolása jelenti. Ennek lényege az, hogy két kutat létesítenek, amelyek közül egyik a termelőkút, a másik pedig a besajtolókút. Mindkét kutat azonos mélységre, illetve rétegsorra telepítik, így a besajtolás egyúttal a rétegnyomást is megemeli, növelve ezzel a kút élettartamát. Az interferencia kiküszöbölése érdekében a kutakat egymástól legalább 1—1,5 km távolságra telepítik, vagy egy pontból kiinduló ferde fúrású kutak esetén a talppontokon biztosítják ezt a távolságot. Ez utóbbi megoldás annyiból kedvezőbb, hogy a földfelszínen nincs szükség a két kút közötti összekötő vezetékekre, illetve külön szivattyútelepekre. A két külön kút fúrása azonban itt is nagyon magas költségekkel jár.An internationally accepted solution to water disposal problems is to press water back into the ground. The essence of this is to set up two wells, one for the production well and the other for the injection well. Both wells are installed at the same depth or row of layers, so injection also increases the layer pressure, thus increasing the life of the well. In order to eliminate interference, wells shall be located at least 1 to 1.5 km apart or, in the case of wells starting from a single point, this distance shall be provided at the base points. The latter solution is more advantageous in that there is no need for connection lines between the two wells or separate pumping stations on the ground. However, the drilling of two separate wells is also very expensive.

A geotermikus energia kitermelésére ismeretes még az úgynevezett „meleg száraz, kőzetek” (hot dry stone) hőkiternielési technológiája. Itt is két kutat telepítenek és ezeket a nagy hőmérsékletű szakaszon rétegrepesztés útján egymással összekapcsolják, ily módon az egyik kútba benyomott víz a száraz meleg kőzetben felmelegedve jut a másik kúton keresztül a felszínre. Innen a hőtartalom elvonása után a vizet visszasajtolják az első kútba, és a körfolyamat elölről ismétlődik. Ezt a megoldást egyrészt itt is a két kút telepítési költségei teszik drágává, másrészt pedig az ugyancsak nagy költségigényű (általában függőleges síkban végzett) rétegrepesztés.Also known as "hot dry stone" thermal extraction technology for the production of geothermal energy. Here again, two wells are installed and interconnected by fracturing the high temperature section, so that the water pressed into one well reaches the surface through the other well, warming in the dry warm rock. From here, after the heat is removed, the water is pressed back into the first well and the cycle is repeated from the front. Here, on the one hand, the installation costs of the two wells are expensive, and on the other hand, the high-cost (usually vertical plane) fracturing is also expensive.

A találmány által megoldandó feladat olyan eljárás és mélyfúrású kút létrehozása geotermikus energia kitermelésére, amelyek ezen energia kinyerését lényegesen alacsonyabb beruházási költségek mellett teszik lehetővé, mint az eddig ismert megoldások, ugyanakkor környezetkímélő kitermelési technológiát valósítanak meg, és a folyadékadó rétegsorok vízkészleteit csak kis mértékben veszik igénybe.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a process and a deep well for the production of geothermal energy, which enables the extraction of this energy at significantly lower investment costs than the prior art, while using environmentally friendly extraction technology and .

A kitűzött feladatot a találmány értelmében azáltal oldottuk meg, hogy a geotermikus energia kinyerésére alkalmas hőhordozó közeget egy ugyanazon mélyfúrású kútban kialakított rendszerben hozzuk a felszínre és sajtoljuk vissza a föld mélyébe, miközben a felfelé áramló kitermelt és a lefelé áramló visszasajtolt hőhordozó közegáramot egymástól hőszigetcltcn elválasztva vezetjük, és a hőhordozó közeget olyan rétegsorba sajtoljuk vissza, amely a termelőrétegsortól a két rétegsor közvetlen függőleges irányú kapcsolatát a mélyfúrású kút környezetében megakadályozó, de nagyobb vízszintes irányú távolságban hidraulikus érintkezésüket adott esetben megengedő záróréteggel van elválasztva.The object of the present invention has been solved by bringing the heat transfer medium capable of extracting geothermal energy to a surface in a system formed in the same deep well, and compressing it back into the ground while separating the upstream extracted and downwardly pressurized heat transfer fluid from each other. and compressing the heat transfer fluid into a series of layers separated from the production line by a barrier layer, which may permit hydraulic contact at a greater horizontal distance to prevent direct vertical contact between the two series of layers in the vicinity of the deep well.

A találmány értelmében célszerű, ha a mélyfúrású kútban a hőhordozó közeg áramlási irányát periodikusan megváltoztatjuk, és a korábbi besajtoló rétegsort termelő rétegsorként, míg a termelő rétegsort besajtoló rétegsorként használjuk.According to the invention, it is expedient to periodically change the flow direction of the heat transfer fluid in the wellbore well and to use the former injection row as the production bed row and the production bed row as the injection bed row.

Λ találmány értelmében hőhordozó közegként különféle erre alkalmas közegek alkalmazhatók, előnyösen víz, gőz, gáz vagy olaj.Λ According to the invention, various suitable media may be used as heat carriers, preferably water, steam, gas or oil.

A találmány értelmében az is lehetséges, hogy a hőhordozó közeg egyidejű vagy soros ki-, illetve betárolása során egy föld alatti hőtároló rendszert működtetünk.According to the invention, it is also possible to operate an underground heat storage system during simultaneous or serial loading and / or injection of the heat transfer medium.

A találmány szerinti eljárás megvalósítására alkalmas mélyfúrású kút teleszkópszerűen egymásba illeszkedő csőrakatokból áll, ahol az egyre hosszabb csőrakatok egyre kisebb átmérővel rendelkeznek, és ahol a leghosszabb és legbelső csőrakat alsó szakasza legalább egy a hőhordozó közeg csőrakatba való belépését vagy onnan való kilépését megengedő nyílással van ellátva.A deep well suitable for carrying out the process of the present invention consists of telescopically interconnected tubular struts, wherein the longest strands have a smaller diameter, and wherein the lower section of the longest and innermost strands allows at least one heat medium to enter or exit.

Ezen mélyfúrású kútra a találmány értelmében az jellemző, hogy a legbelső csőrakatot körülvevő és azzal egy gyűrústeret képező csőrakat egy, a visszavetett hőhordozó közeg besajtolására alkalmas rétegsorig van kiépítve, és alsó szakasza szintén legalább egy, a hőhordozó közeg kilépését vagy acsőrakatba való belépését megengedő nyílással van ellátva, miközben a legbelső csőrakat az őt körülvevő csőrakat hossza mentén hőszigeteléssel van ellátva.According to the invention, this deep borehole is characterized in that the bores surrounding the innermost borehole and forming an annular space therethrough are arranged up to a series of layers suitable for injection of the returned heat transfer medium, and its lower section also allows at least one heat transfer fluid exit or entry into the steel stack. provided that the innermost beak is thermally insulated along its length along its length.

A találmányt részletesebben kiviteli példa kapcsán, a csatolt rajz alapján ismertetjük. A rajz egyetlen ábráján egy, a geotermikus energia kinyerésére alkalmas, találmány szerinti mélyfúrású kút látható, vázlatos hosszmetszetben.The invention will be described in more detail with reference to an exemplary embodiment, based on the accompanying drawings. The only drawing of the drawing is a schematic longitudinal section of a deep well according to the invention suitable for extracting geothermal energy.

Amint az a rajzon látható, a találmány szerinti megoldás egy önmagában ismert kútkiaíakításból indul ki, amely az adott kiviteli példa esetében három egymásban elrendezett 1, 2, 3 csőrakatból áll, ahol az egyre kisebb átmérőjű csőrakatok hossza egyre nagyobb. Az egyes csőrakatok közötti gyűrűsterek az 1 és 2 csőrakatok alsó végein végein egy-egy 4, ill. 5 tömszelencével vannak lezárva.As shown in the drawing, the present invention proceeds from a well-known well construction consisting of three stacked boreholes 1, 2, 3 arranged in a particular embodiment, the length of the boreholes becoming increasingly smaller. The ring spaces between the individual boreholes at the lower ends of the boreholes 1 and 2 each have 4 or 4 respectively. They are sealed with 5 cable glands.

A csőrakatok közül a legbelső és egyben leghosszabb 3 csőrakat olyan mélységig, vagyis olyan 6 rétegsorig nyúlik le, ahonnan a hőhordozó közeget, adott esetben a termálvizet ki akarjuk termelni. A 3 csőrakat alsó szakasza legalább egy nyílással van ellátva, amely lehetővé teszi a hőhordozó közeg belépését a 3 csőrakat belsejébe (vagy fordítva). Ez a nyílás lehet egy rés vagy perforáció vagy akár a 3 csőrakat alsó csővége. A 3 csőrakatban egy 7 búvárszivattyú van elrendezve, amely 8 cső-23 vezetékkel van összekötve ás ez a 8 csővezeték vezeti a kitermelt hőhordozó közeget (termálvizet) a hőhasznosítás helyére. A lehűtött közeget 9 csővezetéken keresztül a kút 10 gyűrűsterébe vezetjük vissza, amely a 3 csőrakat és a 2 csőrakat között van kialakítva. A 3 csőrakatot körbevevő 2 csőrakat olyan mélységig, vagyis olyan 11 rétegsorig nyúlik le, amely alkalmas a visszavezetett hőhordozó közeg visszasaj tolására, és amely a termelő 6 rétegsortól legalább egy olyan záróréteg által van elválasztva amely a két rétegsor közvetlen vertikális kapcsolatát, vagyis, például a rétegsorok közötti átszivárgást vagy átáramlást a mélyfúrású kút környezetében megakadályozza. Nagyobb vízszintes irányú távolságban azonban nincs kizárva, sőt, adott esetben előnyös, hogy a két 6 és 11 rétegsor egymással hidraulikus kapcsolatba lépjen.The innermost and longest of the beakers extends to a depth, i.e., a series of 6 layers, from which the heat carrier medium, if appropriate, the thermal water, is to be extracted. The lower portion of the beakers 3 is provided with at least one opening which allows the heat transfer medium to enter the inside of the beakers 3 (or vice versa). This opening may be a slot or a perforation or even the lower end of a tube bore 3. In the borehole 3 there is provided a submersible pump 7 which is connected to the conduit 8 and conducts the extracted heat carrier medium (thermal water) to the place of heat recovery. The cooled medium is returned via a conduit 9 to the annular space 10 of the well formed between the tubes 3 and the tubes 2. The tubing 2 surrounding the stack 3 extends to a depth, i.e. a series of layers 11, suitable for pushing back the recirculated heat transfer medium and separated from the production layer 6 by at least one barrier layer which has a direct vertical relationship between the two series of layers, e.g. prevents leakage or flow between rows of layers around the deep well. However, at greater horizontal distances, it is not excluded that, in addition, it is advantageous for the two layers of layers 6 and 11 to be in hydraulic contact with each other.

A 2 csőrakat alsó szakasza a 11 rétegsor tartományában szintén legalább egy olyan nyílással, például perforációval van ellátva, amely lehetővé teszi a hőhordozó közel átlépését a 2 csőrakat falán keresztül.The lower portion of the beaker 2 is also provided with at least one opening, e.g.

A 11 rétegsor (besajtoló rétegsor) mélységét meglevő kút esetében a csőrakat telepítési mélysége, illetve az ezen pont felett található, besajtolásra alkalmas rétegek elhelyezkedése határozza meg. Új kút esetében azonban előnyös a 2 csőrakat alsó végét a 3 csörakat talppontjához annyira közeg levinni, és a két csőrakat átlépőnyílásait egymáshoz képest olyan térközzel kialakítani, hogy vertikális irányban még ne léphessen fel interferencia a termelő- és a besajtoló-rétegsor között, de a visszavezetett hőhordozó közeg besajtolása már rétegnyomás-növelő hatást fejtsen ki a termelőréíegsorra is.The depth of the row of layers 11 (injection row) in the case of an existing well is determined by the installation depth of the boreholes and the location of the injection layers above this point. However, in the case of a new well, it is advantageous to spread the lower end of the beakers 2 to the base point of the beakers and to make the passages of the two bores spaced relative to each other so that there is no vertical interference between the production and injection layers. injection of a heat transfer medium should exert a layer pressure increasing effect on the production layer series as well.

A fentebb ismertetett rendszer azonban még használhatatlan lenne, mert a 10 gyűrűs térbe viszszasajtolt, lehűlt hőhordozó közeg elvonná a 3 csőrakatban felfelé áramló meleg hőhordozó közeg hőtartalmát, és hőkiegyenlítődés jönne létre. Ennek megakadályozására a két ellentétes irányban haladó közegáramot egy megfelelő minőségű és kiterjedésű hőszigeteléssel kell egymástól elválasztani. Ezen okból a 3 csőrakat a 2 csőrakat hossza mentén 12 hőszigeteléssel van ellátva.However, the system described above would be useless because the cooled heat carrier medium pressed back into the annular space 10 would take away the heat content of the hot heat carrier fluid flowing upwardly in the boreholes 3 and produce heat equalization. To prevent this, the flux flows in the two opposite directions must be separated by thermal insulation of appropriate quality and extent. For this reason, the beakers 3 are thermally insulated 12 along the length of the beakers 2.

A találmány szerinti hőkitermelő rendszer működésmódja a következő:The operation of the heat generation system according to the invention is as follows:

Mindenekelőtt a 7 búvárszivattyú segítségével a 6 rétegsorból a legbelső 3 csőrakaton keresztül hőhordozó közeget, az adott példában 90’-os hőmérsékletű termálvizet termelünk ki, és azt a 8 csővezetéken keresztül a hőelvonás helyéhez vezetjük. Az itt mintegy 20—40 °C-ra lehűlt és ásványi sókban gazdag termálvizet a 9 csővezetéken keresztül visszavezetjük a mélyfúrású kútba, vagy is a 3 csőrakat és a 2 csőrakat közötti 10 gyűrűstérbe és ily módon visszasajtoljuk a 11 rétegsorba, miközben a 12 hőszigetelés megakadályozza, hogy lehűtse a felfelé áramló kitermelt termálvizet. A találmány értelmében előnyös, ha a kitermelt termálvízből való hőelvonás, majd a termálvíz földbe való visszasajtolása egy teljesen zárt, túlnyomás alatti rendszerben történik, ami megakadályozza, hogy a termálvíz a környezeti atmoszféra által esetleg káros kémiai folyamatoknak legyen kitéve.First of all, by means of the submersible pump 7, the heat transfer medium, in this example 90 ° C thermal water, is produced from the row of layers 6 through the innermost pipe stack 3 and introduced through the pipe 8 to the place of heat removal. The thermal water, cooled to about 20-40 ° C and rich in mineral salts, is recycled via the pipeline 9 to the deep well or into the annular space 10 between the bores 3 and the beams 2, thereby preventing the thermal insulation 12 to cool the upward flow of extracted thermal water. According to the invention, it is advantageous to heat the extracted thermal water and then to inject the thermal water back into the ground in a completely closed, pressurized system which prevents the thermal water from being exposed to chemical processes that may be harmful to the ambient atmosphere.

A leírt eljárás egy bizonyos idő múlva (például minden újabb (illési idényben) megroidílhaló, és az a rétegsor, amely korábban termelőrétegsorként működött, most a visszasajtolt termálvíz befogadására szolgálhat és fordítva, a nyári időszakban felmelegedett besajtolt vizet a következő fűtési idényben hőkitermelésre használjuk fel. Ezáltal a meglevő vízkészletek gyakorlatilag körfolyamatban, nagyon racionálisan kihasználhatók anélkül, hogy jelentős veszteségek fellépnének. Ugyanezen elv szerint a fenti rendszer hőtárolórendszerként is működtethető.The process described after some time (for example, every newer (in the season of refining) drought and now used as a production layer, can now receive the pressurized thermal water and, conversely, the pressurized water that has warmed up during the summer is used to heat the next heating season. In this way, the existing water resources can be utilized in a virtually circular, very rational way without significant losses, and according to the same principle, the above system can be operated as a heat storage system.

Adott körülmények között az is lehetséges hogy mindkét 6, 11 rétegsort termelőrétegsorként üzemeltessük, és a két rétegsor kitermelt termálvizét különböző célokra használjuk fel. Ebben az esetben a lehűlt hőhordozó közeg elvezetéséről természetesen más módon kell gondoskodni.Under certain circumstances, it is also possible to operate both rows of layers 6, 11 as production layers and to use the extracted thermal water of the two layers for different purposes. In this case, of course, the cooling medium must be vented in a different way.

Claims

A process for producing geothermal energy, comprising the step of producing a deep well, through which a geothermal heat is applied to the surface by means of a suitable heat transfer medium, and after cooling, the cooled heat transfer medium is also pressed back into the earth. in a deep well system, the surface is pressed and pressed back into the earth, while the upstream extracted and downstream pressurized heat transfer fluid stream is separated from one another in a thermally insulated manner, and the heat transfer medium is compressed into a row of layers is provided with a barrier layer which may prevent hydraulic contact in the vicinity of the deep well, but which may permit hydraulic contact at a greater horizontal distance; álasztva.

Method according to claim 1, characterized in that the flow direction of the heat transfer medium in the deep well is changed periodically and the former injection layer series is used as the production layer and the previous production layer series as the injection layer series.

The process according to claim 1, characterized in that the heat carrier medium is selected according to the geological conditions, preferably water, optionally steam, gas or oil.

The method of claim 1, further comprising operating an underground heat storage system with simultaneous or sequential loading and unloading of the heat transfer medium.

5. Deep drilling well for the production of geothermal energy, in particular from 1 to 4. A method according to any one of claims 1 to 6, with telescopically interlocking tubing blocks, wherein the length of the longer tubing blocks is decreasing in diameter, and wherein the lower section of the longest and innermost nozzles is at least one opening for entering or exiting the heat carrier medium. , that it surrounds the innermost tube stack (3) and is connected therewith

The beakers (2) forming the ridge (10) are mounted up to a series of layers (11) suitable for injection of the recirculated heat transfer medium, and the lower section is also provided with at least one opening allowing the heat transfer medium to exit or enter the bore (2). the innermost beams (3) being thermally insulated (12) along their length (2).