ITTO20060021A1 - Sistema di perforazione del terreno per realizzare la circolazione di fluido in un impianto per lo sfruttamento dell'energia geotermica. - Google Patents

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: Sistema di perforazione del terreno per realizzare la circolazione di fluido in un impianto per lo sfruttamento dell'energia geotermica .

DESCRIZIONE

Il presente trovato si riferisce al settore dello sfruttamento delle risorse geotermiche ai fini della produzione di energia elettrica e del riscaldamento .

Più in particolare l'invenzione concerne un sistema di perforazione del terreno per realizzare la circolazione di fluido in un impianto per lo sfruttamento dell'energia geotermica.

E' nota l'idea di sfruttare il calore delle rocce calde e asciutte (Hot Dry Rocks), presenti su gran parte della superficie terrestre a profondità di oltre 3000 metri. In questi ammassi rocciosi la temperatura è di 200-300 °C e non vi è presenza d'acqua.

Per l'estrazione del calore si può fare ricorso ad un fluido di trasporto come l'acqua, che però va appositamente introdotta nell'ammasso, fatta riscaldare per contatto e successivamente estratta nello stato di acqua surriscaldata o di vapore.

Finora si è pensato di eseguire fori di immissione e fori di<'>estrazione fra i quali stabilire una circolazione continua del fluido di trasporto. Questo sistema prevede che la fase di riscaldamento avvenga prevalentemente durante il passaggio da un foro del primo tipo ad uno del secondo tipo, passaggio che avviene attraverso la porosità e le fratturazioni naturali o artificialmente indotte della roccia.

La domanda di brevetto RM2002A000521 a nome D'Offizi descrive un primo sistema di sfruttamento mediante la realizzazione di un pozzo verticale del tipo miniera che porta ad una rete di gallerie orizzontali dentro l'ammasso roccioso. Da queste gallerie si dipartono le perforazioni suborizzontali di immissione ed estrazione dell'acqua di circolazione .

La domanda di brevetto T02005A000797 a nome di questa Richiedente descrive un secondo sistema di sfruttamento mediante la realizzazione di perforazioni inizialmente verticali, con successiva deviazione in direzione orizzontale e diramazioni multiple per allargare il più possibile l'estensione dell'area di influenza di un singolo pozzo.

Questo secondo sistema, già molto meno costoso del primo, rispetto alla soluzione più ovvia costituita solo da pozzi verticali con un breve tratto dentro la roccia calda, raggiunge due scopi: limitare il costo della parte "passiva" verticale del pozzo rispetto a quella "utile" orizzontale, e limitare il numero di pozzi verticali e quindi l'area dell'installazione in superficie da cui partono i vari pozzi.

Scopo della presente invenzione è quello di limitare ulteriormente ed in maniera notevole i costi di installazione di questa seconda soluzione.

Altro scopo dell'invenzione è di consentire di realizzare lo scambio termico anche in casi sfavorevoli, quali quelli in cui la fatturazione naturale delle rocce è molto estesa, al punto che il fluido introdotto può disperdersi senza possibilità di recupero.

Per raggiungere i suddetti scopi l'invenzione propone un sistema di perforazione del terreno per realizzare la circolazione di fluido in un impianto per lo sfruttamento dell'energia geotermica secondo la rivendicazione 1 in cui, per realizzare una circolazione di fluido si utilizzi una sola perforazione .

All'interno di essa occorre introdurre una tubazione per la immissione del fluido fresco, mentre la corona anulare fra la tubazione interna e la parete del foro viene utilizzata per l'estrazione del fluido riscaldato, in controcorrente. Al fine di minimizzare lo scambio termico fra i due fluidi, il tubo interno sarà opportunamente coibentato.

Verrà ora descritta l'invenzione in due sue forme realizzativa facendo riferimento ai disegni allegati in cui:

La Fig.l rappresenta una vista di profilo della perforazione-tipo per rocce eccessivamente fratturate ;

La Fig.2 rappresenta una vista in pianta della stessa perforazione;

La Fig.3 rappresenta una vista di profilo della perforazione-tipo per rocce con dispersione modesta.

La Fig.4 rappresenta una vista in pianta di quest'ultima perforazione.

Nelle Fig.l e 3 è indicata con 1 la coltre di terreno e roccia da attraversare per raggiungere il banco di roccia calda 2.

Nei terreni eccessivamente fratturati (vedi Fig.

1 e 2), si esegue una perforazione di grande diametro all'interno della quale è inserita una tubazione costituita da due tubi coassiali; con 3, in Fig. 1, è indicata la tubazione interna, coibentata destinata alla immissione di fluido fresco nella roccia; con 4 è indicata la tubazione esterna, cementata e rivestita di estrazione del fluido caldo.

Il foro di risalita del fluido 10 verso l'esterno porta all'interno il tratto di tubo coibentato 9.

Complessivamente si identifica con 7 la zona attiva e con 8 quella passiva.

Secondo l'invenzione il tubo di rivestimento esterno 4 deve essere chiuso al fondo ed esteso per tutta la lunghezza della tubazione. Il tubo interno 3 di immissione termina a poca distanza dal fondo del tubo esterno, come si osserva sempre in Fig.l.

Le frecce della Fig. 1 indicano la direzione di avanzamento del fluido dapprima freddo e successivamente caldo.

In questo modo la parete esterna del tubo esterno 4 funge da superficie di scambio termico, direttamente a contatto con le rocce calde. La sua lunghezza in zona calda dovrà essere estesa il più possibile. Con il costo di una sola perforazione sarà quindi possibile realizzare un circuito chiuso e completo di immissione, riscaldamento ed estrazione del fluido, evitando la dispersione nella roccia eccessivamente fratturata.

Nei terreni la cui fratturazione, naturale o indotta, non è tale da indurre dispersione di fluido, nella zona attiva lo scambio termico con la roccia viene ottimizzato con i seguenti accorgimenti illustrati nella forma realizzativa delle Fig. 3 e 4.

La perforazione principale, di diametro maggiore, viene eseguita dentro la roccia calda e dotata di rivestimento 6 per il primo tratto, mentre rimane senza rivestimento per un secondo tratto 5. Dentro tale perforazione viene introdotta una batteria di aste 11 di diametro minore che realizza il foro destinato all'immissione del fluido.

L'impianto completo prevede un tratto terminale 13 che si estende dall'estremità libera delle aste 11, che non è rivestito e che serve alla diffusione del fluido fresco nella roccia, utilizzando una grande area di contatto (vedi frecce in Fig. 3 e 4).

Il tratto di aste 11 rivestito è anche coibentato e cementato nel foro. La lunghezza di tale tratto aumenta il percorso che il fluido, introdotto dal fondo, deve fare per raggiungere il foro di risalita. La cementazione chiude la via più diretta di ritorno, quella immediatamente circostante il tubo interno, che è la meno efficiente per lo scambio termico non essendo estesa alle fratture e porosità.

Il tratto di foro 5, a diametro maggiore, invece non è rivestito ed il suo scopo è offrire una vasta area di raccolta del fluido riscaldato.

Il resto della perforazione 6 fino all'uscita dal terreno è preferibilmente rivestita per evitare dispersioni di fluido ed alloggia al suo interno la tubazione coibentata 9 di immissione del fluido fresco. Tale tratto arriva dal banco di roccia calda 2 alla superficie, così come si è visto nel caso della prima forma realizzativi delle Fig. 1 e 2.

Nelle Fig. 3 e 4 è illustrato con le frecce il verso preferito di circolazione del fluido, ma si intende che tale verso di circolazione del fluido può essere opposto a quello descritto in forma esemplificativa, senza per questo alterare le caratteristiche ed i vantaggi del dispositivo.

In Fig. 4 si osserva che la tubazione interna 13 può suddividersi in alcune ramificazioni per aumentare la superficie di infiltrazione del fluido nella roccia.

Infine, è vantaggioso che il tratto a contatto con la roccia calda sia deviato in direzione quasi orizzontale per aumentare la lunghezza di percorso utile allo scambio termico nel caso di scarsa profondità dello strato caldo.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di perforazione del terreno ad alta profondità intesa al raggiungimento di rocce calde per la estrazione dell'energia geotermica tramite la immissione di un fluido di trasporto del calore e la sua estrazione dopo un adeguato riscaldamento, caratterizzato dal fatto di utilizzare una sola perforazione, contenente due tubi coassiali: un tubo interno (3,11,13) in cui avviene l'immissione del fluido freddo ed un tubo esterno o di rivestimento (4,6) lungo il quale risale detto fluido dopo essere stato riscaldato dalle rocce calde, direttamente od attraverso detto tubo di rivestimento.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il tubo interno (3) è coibentato per minimizzare il passaggio di calore fra il fluido discendente e quello che risale.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il tubo esterno di rivestimento (4) è coibentato (9) ad eccezione del tratto a contatto con roccia calda.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il tubo di rivestimento esterno (4) è chiuso al fondo ed esteso per tutta la lunghezza della tubazione, mentre il tubo interno (3) di immissione termina a poca distanza dal fondo del tubo esterno (4).
5. 5. Sistema secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che il fluido risale all'interno del tubo esterno (4) di rivestimento dopo essere stato riscaldato dalle rocce calde attraverso detto tubo di rivestimento che si trova a diretto contatto con dette rocce calde.
6. 6. Sistema secondo la rivendicazione 1 eseguita in rocce fratturate ma in cui la dispersione di fluido è ridotta, caratterizzato dal fatto che il tubo interno (13,11) si estende oltre l'estremità del tubo di rivestimento (6) con un primo tratto (11) rivestito e con un secondo tratto (13), non rivestito, per introdurre il fluido nella roccia fratturata attraverso detto secondo tratto (13) e recuperarlo in corrispondenza della bocca finale del tubo di rivestimento (6).
7. 7. Sistema secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che la perforazione principale viene eseguita dentro la roccia calda senza rivestimento (6) per un certo tratto (5) oltre cui si estende il tubo interno (13,11).
8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che il tratto di tubo interno rivestito (11) è cementato alla roccia, da dove termina il tratto (5) non rivestito della perforazione principale fino a dove inizia il secondo tratto (13) di tubo interno, per provocare il ritorno del fluido riscaldato, solo attraverso le fessurazioni della roccia fino al suddetto tratto (5) non rivestito della perforazione principale.
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che il tubo interno (13,11) è coibentato.
10. 10. Sistema secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che il tubo esterno (6) è coibentato.
11. 11. Sistema secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che il tubo interno (13) si suddivide in alcune ramificazioni per aumentare la superficie di infiltrazione del fluido nella roccia.
12. 12. Sistema secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che il tratto di tubazioni a contatto con la roccia calda è deviato in direzione quasi orizzontale per aumentare la lunghezza di percorso utile allo scambio termico nel caso di scarsa profondità dello strato caldo.