RU2288413C1 - Method of using geothermal heat - Google Patents

Method of using geothermal heat Download PDF

Info

Publication number
RU2288413C1
RU2288413C1 RU2005113114/06A RU2005113114A RU2288413C1 RU 2288413 C1 RU2288413 C1 RU 2288413C1 RU 2005113114/06 A RU2005113114/06 A RU 2005113114/06A RU 2005113114 A RU2005113114 A RU 2005113114A RU 2288413 C1 RU2288413 C1 RU 2288413C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
well
geothermal
temperature
casing
Prior art date
Application number
RU2005113114/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
нов Николай Иванович Сто (RU)
Николай Иванович Стоянов
Иоган Арестагесович Гейвандов (RU)
Иоган Арестагесович Гейвандов
Александр Ильич Воронин (RU)
Александр Ильич Воронин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет"
Priority to RU2005113114/06A priority Critical patent/RU2288413C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2288413C1 publication Critical patent/RU2288413C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

Landscapes

  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

FIELD: heat supply systems.
SUBSTANCE: method comprises supplying cooled heat-transfer agent to the casing pipe by means of the heat pump and rising the heated heat-transfer agent in the tube mounted concentrically in the casing pipe.
EFFECT: enhanced environmental protection and reduced cost.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам извлечения и использования геотермального тепла, в частности извлечения тепла сухих глубинных пород.The invention relates to methods for extracting and using geothermal heat, in particular, extracting heat from dry deep rocks.

Известен способ извлечения тепла земных недр путем использования геотермальных источников /Дворов И.М., Дворов В.И. Термальные воды и их использование. М., Просвещение, 1976. - 128 с., Натанов Х.Х. Подготовка геотермальных вод к использованию. М., Строийиздат, 1980. - 80 с./.A known method of extracting heat from the bowels of the earth by using geothermal sources / Dvorov I.M., Dvorov V.I. Thermal waters and their use. M., Enlightenment, 1976. - 128 p., Nathanov H.Kh. Preparation of geothermal water for use. M., Stroiizdat, 1980 .-- 80 p. /.

Недостатками известного способа являются: геотермальные источники расположены в местах повышенной геологической активности, в которых ограничено строительство, что затрудняет их использование; высокая минерализация геотермальных вод, что приводит к отложениям на поверхностях теплоиспользующего оборудования; экологическое загрязнение окружающей среды вокруг скважины минерализованными геотермальными водами; высокое давление в устье скважины, что удорожает стоимость оборудования.The disadvantages of this method are: geothermal sources are located in places of increased geological activity, in which construction is limited, which complicates their use; high salinity of geothermal waters, which leads to deposits on the surfaces of heat-using equipment; environmental pollution around the well with mineralized geothermal waters; high pressure at the wellhead, which increases the cost of equipment.

Известен также способ извлечения тепла земных недр путем создания теплового "котла", при котором бурят две скважины на некотором расстоянии друг от друга и при помощи ядерного взрыва создают искусственную полость между ними /Дворов И.М., Дворов В.И. Термальные воды и их использование. М., Просвещение, 1976. - 128 с./. В одну из скважин нагнетается холодная вода, а по другой выводят теплоноситель в виде пара или горячей воды к потребителю. При таком способе извлечения тепла скважина может быть расположена вблизи объекта теплопотребления.There is also a method of extracting heat from the bowels of the earth by creating a thermal "boiler", in which two wells are drilled at a certain distance from each other and using an nuclear explosion they create an artificial cavity between them / Dvorov I.M., Dvorov V.I. Thermal waters and their use. M., Enlightenment, 1976.- 128 p. /. Cold water is injected into one of the wells, and heat transfer in the form of steam or hot water to the consumer is discharged through the other. With this method of heat recovery, the well can be located near the heat consumption object.

Недостатками известного способа являются: возможность загрязнения теплоносителя и его потеря за счет утечек; высокая стоимость реализации способа.The disadvantages of this method are: the possibility of contamination of the coolant and its loss due to leaks; high cost of implementing the method.

Наиболее близким к предложенному является способ извлечения геотермального тепла, включающий бурение двух скважин, гидравлическая связь между которыми обеспечивается за счет сближения их боковых ветвей скважин для образования соединительных зон дробления и трещинообразования. При движении по скважинам и при фильтрации в соединительных зонах закачанная вода нагревается в результате контакта с высокотемпературным массивом горных пород и выводится по скважине на поверхность и поступает потребителю /Дворов И.М., Дворов В.И. Термальные воды и их использование. М., Просвещение, 1976. - 128 с., Натанов Х.Х. Подготовка геотермальных вод к использованию. М., Строийиздат, 1980. - 80 с., Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. 4.1. Отопление / В.Н.Богословский, Б.А.Крупнов, А.Н.Сканави и др.; Под ред. И.Г.Староверова и Ю.И.Шиллера. М., Стройиздат, 1990. - 344 с./.Closest to the proposed method is the extraction of geothermal heat, including the drilling of two wells, the hydraulic connection between which is ensured by the convergence of their lateral branches of the wells for the formation of connecting zones of crushing and cracking. When moving through wells and when filtering in the connecting zones, the injected water is heated as a result of contact with a high-temperature rock mass and is brought to the surface through the well and delivered to the consumer / Dvorov I.M., Dvorov V.I. Thermal waters and their use. M., Enlightenment, 1976. - 128 p., Nathanov H.Kh. Preparation of geothermal water for use. M., Stroiizdat, 1980. - 80 pp., Internal sanitary-engineering devices. At 3 h. 4.1. Heating / V.N.Bogoslovsky, B.A. Krupnov, A.N. Skanavi and others; Ed. I.G. Staroverova and Yu.I. Schiller. M., Stroyizdat, 1990 .-- 344 p. /.

Недостатками известного способа являются: возможность загрязнения теплоносителя и его потеря за счет утечек; высокая стоимость реализации способа.The disadvantages of this method are: the possibility of contamination of the coolant and its loss due to leaks; high cost of implementing the method.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение экологичности и снижение себестоимости извлечения геотермального тепла.The technical result of the claimed invention is to increase environmental friendliness and reduce the cost of extracting geothermal heat.

Указанный технический результат достигается в способе извлечения геотермального тепла из скважины с температурным градиентом по обсадной трубе при помощи теплоносителя, циркулирующего в контуре, и используемого для нужд теплоснабжения, тем, что охлажденный при помощи теплового насоса теплоноситель подается в обсадную трубу, а нагретый - поднимается по концентрично опущенной в обсадную трубу трубе и передает тепло потребителю.The specified technical result is achieved in a method of extracting geothermal heat from a well with a temperature gradient through the casing using a heat carrier circulating in the circuit and used for heat supply needs, in that the heat carrier cooled by means of a heat pump is supplied to the casing, and the heated one rises along concentrically lowered into the casing pipe and transfers heat to the consumer.

Тепло у потребителя в теплый период используется для нужд холодоснабжения.In the warm period, the consumer uses heat for the needs of cold supply.

На чертеже представлена схема устройства для извлечения тепла земных недр по предлагаемому способу. Схема включает в себя следующие элементы: скважину с обсадной трубой 1; подъемную трубу 2; тепловой насос 3; потребитель тепла 4; потребитель холода 5.The drawing shows a diagram of a device for extracting heat from the bowels of the earth by the proposed method. The scheme includes the following elements: well with casing 1; lifting pipe 2; heat pump 3; heat consumer 4; cold consumer 5.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Охлажденную воду от потребителя с температурой t2 подают по межтрубному пространству в скважину. Вода нагревается от стенок обсадной трубы, а затем нагретая до температуры t1 - подается потребителю. Так как температура нагретой воды t1 в зависимости от температурного градиента может быть недостаточно высокой для прямого использования в системе теплоснабжения, использование теплового насоса позволяет увеличить теплоотдачу скважины за счет понижения температуры обратной воды t2, закачиваемой в скважину. При этом исключается необходимость тепловой изоляции оголовка скважины (в прототипе осуществляется изоляция скважин на глубину до 300 м для предотвращения прогрева верхних слоев земной коры). Скважина предназначается для круглогодичного использования: в холодный период - на производственные нужды и коммунально-бытовые (отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение); в теплый период - на производственные нужды, коммунально-бытовые (горячее водоснабжение) и холодоснабжение. Т.к. контур для извлечения тепла является закрытым, то исключаются: загрязнение теплоносителя от грунтов; утечки теплоносителя в грунт. Не требуется создавать давление насосом для закачки теплоносителя в пласт; напор насоса используется только для преодоления гидравлических сопротивлений в системе, которые сравнимы с гидравлическими сопротивлениями в обычных тепловых сетях.Chilled water from the consumer with a temperature of t 2 is fed through the annulus to the well. Water is heated from the walls of the casing, and then heated to a temperature of t 1 - is supplied to the consumer. Since the temperature of the heated water t 1 , depending on the temperature gradient, may not be high enough for direct use in the heat supply system, the use of a heat pump can increase the heat transfer of the well by lowering the temperature of the return water t 2 pumped into the well. This eliminates the need for thermal insulation of the head of the well (in the prototype, the wells are insulated to a depth of 300 m to prevent heating of the upper layers of the earth's crust). The well is intended for year-round use: in the cold period - for production needs and household (heating, ventilation and hot water supply); in the warm period - for industrial needs, household (hot water) and cold supply. Because the circuit for extracting heat is closed, the following are excluded: pollution of the coolant from the soil; coolant leak into the ground. It is not necessary to create pressure with a pump for pumping coolant into the reservoir; The pump head is used only to overcome the hydraulic resistance in the system, which is comparable to the hydraulic resistance in conventional heating networks.

ПРИМЕР осуществления способа.An example implementation of the method.

Для примера осуществления способа разработана математическая модель и программа расчета. Расчет выполнен для скважины № 6 с. Прасковейское Ставропольского края.For an example of the method, a mathematical model and calculation program are developed. The calculation was made for well No. 6 s. Praskoveyskoe Stavropol Territory.

Математическая модель.Mathematical model.

Для разработки математической модели приняты допущения:To develop a mathematical model, the following assumptions are made:

- Земля рассматривается как шар с твердой оболочкой;- The earth is considered as a sphere with a hard shell;

- в пределах локальной геотермальной зоны имеет постоянные значения плотности теплового потока q и геотермического потенциала grad Т;- within the local geothermal zone has constant values of the heat flux density q and geothermal potential grad T;

- модель может рассматриваться без учета кривизны твердого тела.- the model can be considered without taking into account the curvature of the solid.

Уравнения теплопередачи и теплового баланса в частных производных:The equations of heat transfer and heat balance in partial derivatives:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где Q1 - количество тепла, получаемое теплоносителем, движущимся в межтрубном пространстве, от грунтов в единицу времени;where Q 1 is the amount of heat received by the coolant moving in the annulus from the soil per unit time;

Q2 - количество тепла, получаемое теплоносителем, движущимся в межтрубном пространстве, от теплоносителя, движущегося по внутренней трубе;Q 2 - the amount of heat received by the coolant moving in the annulus from the coolant moving along the inner pipe;

K1i, K2i - коэффициенты теплопередачи через стенки наружной и внутренней труб;K 1i , K 2i - heat transfer coefficients through the walls of the outer and inner pipes;

Θ1i, Θ2i - температурные напоры, определяемые по формулам:Θ 1i , Θ 2i - temperature head, determined by the formulas:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

tгрi - температура грунтов на границе соприкосновения с наружной трубой;t gri - soil temperature at the border of contact with the outer pipe;

t2i - температура теплоносителя в межтрубном пространстве;t 2i is the temperature of the coolant in the annulus;

t1i - температура теплоносителя во внутренней трубе;t 1i is the temperature of the coolant in the inner pipe;

m и Cp1, Ср2 - массовый расход и теплоемкость теплоносителя в межтрубном пространстве и во внутренней трубе;m and C p1 , C p2 - mass flow rate and heat capacity of the coolant in the annulus and in the inner pipe;

W1, W2 - водяные эквиваленты.W 1 , W 2 - water equivalents.

Согласно закону сохранения энергии при остывании элементарного объема грунтов с внутренним источником теплаAccording to the law of conservation of energy when cooling an elementary volume of soil with an internal heat source

Figure 00000008
Figure 00000008

где q - плотность геотермального теплового потока;where q is the density of the geothermal heat flux;

ρгрi, Cгрi - плотность грунта и его теплоемкость;ρ gri , C gri - soil density and its heat capacity;

r - текущая цилиндрическая координата зоны термического влияния скважины;r is the current cylindrical coordinate of the heat-affected zone of the well;

dτ - бесконечно малый отрезок времени, равныйdτ is an infinitesimal period of time equal to

Figure 00000009
Figure 00000009

f1, f2 - площади сечения межтрубного пространства и внутренней трубы;f 1 , f 2 - the cross-sectional area of the annular space and the inner pipe;

ρ1, ρ2 - плотность теплоносителя в межтрубном пространстве и во внутренней трубе;ρ 1 , ρ 2 is the density of the coolant in the annulus and in the inner pipe;

Figure 00000010
- изменение температуры грунта во времени, определяемое из дифференциального уравнения теплопроводности:
Figure 00000010
- change in soil temperature over time, determined from the differential heat equation:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
- коэффициент температуропроводности грунта;
Figure 00000012
- coefficient of thermal diffusivity of the soil;

λгрi - коэффициент теплопроводности грунта;λ gri is the thermal conductivity of the soil;

dr - элементарное увеличение зоны термического влияния скважины за время dτ.dr is the elementary increase in the heat-affected zone of the well during the time dτ.

Для решения уравнения необходимо установить граничные условия.To solve the equation, it is necessary to establish the boundary conditions.

Временными граничными условиями будут значения:The temporary boundary conditions are the values:

τ=0 и

Figure 00000013
τ = 0 and
Figure 00000013

При τ=0 начальные условия будут следующие:At τ = 0, the initial conditions will be as follows:

- температура обратной воды - t2;- return water temperature - t 2 ;

- начальное распределение температуры грунта по глубине скважины tгрi=(zi-Lн)·grad T+15°С;- the initial distribution of soil temperature along the depth of the well t gri = (z i -L n ) · grad T + 15 ° С;

при zi=L, t2i=t1i, a Θ2i=0;for z i = L, t 2i = t 1i , a Θ 2i = 0;

при t2i=tгрi, Θ1i=0.for t 2i = t gri , Θ 1i = 0.

При τn→∞, Q1=qπr2 и устанавливается стационарный режим теплопередачи от грунтов к скважине.At τ n → ∞, Q 1 = qπr 2 and the stationary mode of heat transfer from the soil to the well is established.

Результаты расчетаCalculation results

Глубина скважины L, мWell Depth L, m 36003600 Тепловая мощность скважины Q, кВтWell thermal power Q, kW 398,8398.8 Температура воды t1, °СWater temperature t 1 , ° С 5959

При применении теплового насоса с понижением температуры обратной воды до 15°С тепловая мощность скважины увеличивается до 3,2 МВт.When using a heat pump with lowering the temperature of the return water to 15 ° C, the thermal power of the well increases to 3.2 MW.

Для системы холодоснабжения применяются абсорбционные или пароэжекторные холодильные машины, осуществляющие "прямое" преобразование теплоты в холод.For the refrigeration system, absorption or steam-ejection refrigerators are used that carry out the “direct” conversion of heat into cold.

Claims (2)

1. Способ извлечения геотермального тепла из скважины с температурным градиентом по обсадной трубе при помощи теплоносителя, циркулирующего в контуре и используемого для нужд теплоснабжения, отличающийся тем, что охлажденный при помощи теплового насоса теплоноситель подается в обсадную трубу, а нагретый - поднимается по концентрично опущенной в обсадную трубу трубе и передает тепло потребителю.1. A method of extracting geothermal heat from a well with a temperature gradient through the casing using a heat carrier circulating in the circuit and used for heat supply needs, characterized in that the coolant cooled by means of a heat pump is supplied to the casing, and the heated one rises along a concentrically lowered into casing pipe and transfers heat to the consumer. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что геотермальное тепло используется в теплый период для нужд холодоснабжения.2. The method according to claim 1, characterized in that the geothermal heat is used in the warm period for cold supply needs.
RU2005113114/06A 2005-04-29 2005-04-29 Method of using geothermal heat RU2288413C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113114/06A RU2288413C1 (en) 2005-04-29 2005-04-29 Method of using geothermal heat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113114/06A RU2288413C1 (en) 2005-04-29 2005-04-29 Method of using geothermal heat

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2288413C1 true RU2288413C1 (en) 2006-11-27

Family

ID=37664481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005113114/06A RU2288413C1 (en) 2005-04-29 2005-04-29 Method of using geothermal heat

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2288413C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528213C2 (en) * 2011-10-04 2014-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method of complex use of geothermal heat by means of steam ejector heat pump
RU2529769C2 (en) * 2010-06-10 2014-09-27 Василий Григорьевич Найда Petrothermal power plant and mounting device for heat takeoff system of petrothermal power plant
RU2533527C1 (en) * 2013-08-07 2014-11-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method for energy accumulation by absorption heat pump
WO2015159188A2 (en) 2014-04-14 2015-10-22 Ozols Ojars A method of borehole arrangement for extraction of geothermal energy
RU2591362C1 (en) * 2015-06-11 2016-07-20 Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" Geothermal heat pump system
RU177203U1 (en) * 2017-06-22 2018-02-13 Расим Наилович Ахмадиев Device for operating a geothermal well
RU2701029C1 (en) * 2018-07-04 2019-09-24 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method of petrothermal heat extracting
RU2728615C2 (en) * 2016-05-09 2020-07-30 Веллтек Ойлфилд Солюшнс АГ Underground geothermal energy extraction system

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529769C2 (en) * 2010-06-10 2014-09-27 Василий Григорьевич Найда Petrothermal power plant and mounting device for heat takeoff system of petrothermal power plant
RU2528213C2 (en) * 2011-10-04 2014-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method of complex use of geothermal heat by means of steam ejector heat pump
RU2533527C1 (en) * 2013-08-07 2014-11-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method for energy accumulation by absorption heat pump
WO2015159188A2 (en) 2014-04-14 2015-10-22 Ozols Ojars A method of borehole arrangement for extraction of geothermal energy
RU2591362C1 (en) * 2015-06-11 2016-07-20 Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" Geothermal heat pump system
RU2728615C2 (en) * 2016-05-09 2020-07-30 Веллтек Ойлфилд Солюшнс АГ Underground geothermal energy extraction system
RU177203U1 (en) * 2017-06-22 2018-02-13 Расим Наилович Ахмадиев Device for operating a geothermal well
RU2701029C1 (en) * 2018-07-04 2019-09-24 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method of petrothermal heat extracting

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2288413C1 (en) Method of using geothermal heat
CN110318675B (en) Deep coal bed gas thermal co-production method
US11692530B2 (en) Method, system and apparatus for extracting heat energy from geothermal briny fluid
US20070245729A1 (en) Directional geothermal energy system and method
JP7260953B2 (en) Processes and methods for generating geothermal heat
US8991488B2 (en) System and method for extracting energy
CN207230982U (en) By abandoned oil/heat source system of the gas well transformation for water flood recovery
JP6833931B2 (en) Methods of thermal profile control and energy recovery in geothermal wells
CN101629485B (en) Exploitation method of communication well of geothermal energy bore well
CN108302833A (en) Closed deep geothermal heat energy acquisition system and method
US20120018120A1 (en) Geothermal energy extraction system and method
CN104713259A (en) Method and system for extracting heat energy of hot dry rocks
CN112780232B (en) Pressure-control heat-insulation exploitation system for hot dry rock
Gunn et al. Geothermal energy
LV14875A (en) Method for arrangement and sealing of borehole for production of geothermal heat
CN108868723A (en) Twin-well closed cycle underground thermoelectric heat generation system and method
CN105958870A (en) Composite cold-source hot dry rock thermoelectric power generation system and method
CN108775275B (en) Single-well closed circulation underground thermoelectric power generation system and method
US20230228461A1 (en) Creating convective thermal recharge in geothermal energy systems
CN215216745U (en) Middle-deep large-aperture concentric heat exchange structure
CN103114836B (en) A kind of Apparatus for () and method therefor of steam heavy oil heat production
CN108799024A (en) U-tube heat exchange closed cycle underground thermoelectric heat generation system and method
CN103644673A (en) Exploitation method for geothermal energy in salt mineral deposit
CN108253648B (en) It is a kind of to adopt the compensation device and its method for filling equilibrium principle based on heat storage
CN114151984B (en) Multi-branch single-well circulation heat exchange and water-heating type geothermal composite heat-taking system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070430