RU2535873C1

RU2535873C1 - Method for extraction and use of concentrated geothermal brines

Info

Publication number: RU2535873C1
Application number: RU2013123075/03A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Калинин; Валерий Иванович Горбачев; Владилен Аркадьевич Швецкий; Александр Владимирович Баранов
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-12-20
Also published as: RU2013123075A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: as per proposed method, a pressure brine-carrying formation is developed by means of a well; high-mineralised geothermal brine is removed from it along a production casing string. After that, along an annular space between production and intermediate casing strings, which is interconnected via the wellhead with ground reservoirs and delivery equipment, as well as with an absorption zone formed before development of the brine-carrying formation at the interval of a geological cross-section of the well below the unit of a regional water-tight stratum. Brine is removed during opening, development and further operation of the formation to the absorption zone and the ground reservoirs with a possibility of using a hydraulic mineral potential of the brine from the reservoirs. Protection of the production string against deposition of hard formations on its walls from the produced brine during its movement from the formation to the well mouth is performed by temperature control of the upper part of the string at the interval of probable temperature phase transition due to continuous or periodic pumping along the brine flow in the string with a possibility of heat transfer to it of a heat carrier with initial temperature exceeding expected brine temperatures without any temperature control at the interval of probable temperature phase transition. According to the invention, heat carrier pumping is performed inside the brine lifted along the production string by arranging in the same string of a closed circulation circuit with the heat carrier in the form of service water. This circuit is made in the form of a coaxial heat exchanger drawn in the string to the depth that is not less than the value of phase transition interval. It consists of a heat-conducting vertical cylindrical housing coaxial to the string, closed in the base and provided from above with holes for water supply to the housing. Inside the housing there is a central pipeline with an open lower end that does not touch the base and an upper end opened for water discharge above the well mouth. With that, water is pumped first via an annular space of the heat exchanger, which is formed with the housing and the pipeline, in the direction opposite to the direction of brine lifting via the production string; then, it is supplied via the central pipeline to the heat exchanger outlet. Use of hydraulic mineral potential of the brine is performed with discharge of a less concentrated fluid formed at use together with discharged excess brine from the formation and reservoirs to the absorption zone. Before the fluid is supplied to a common discharge line, it is filtered from mechanical impurities.

EFFECT: enhanced method's efficiency.

5 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Предлагаемое изобретение относится к скважинным способам добычи и последующего применения глубокозалегающих подземных пластовых рассолов, обладающих как гидроминеральным потенциалом, в особенности промышленными концентрациями полезных компонентов для прямого использования или последующей переработки в товарные продукты (бром, йод, кальций, магний, калий, литий, стронций и др., а также их производные), так и тепловым потенциалом, пригодным для использования по энергетическому назначению. Способ предусматривает защиту высокоминерализованных рассолов при их добыче от возможных фазовых температурных переходов, чреватых опасностью выпадения твердых осадков на элементах оборудования и скважины в результате охлаждения рассола при прохождении через низкотемпературные слои грунта в верхней части скважины. Особый интерес в этом отношении представляют широко распространенные по территории России так называемые среднетермальные (50-75°С) и слаботермальные (25-45°С) глубинные рассолы, которые охвачены вариантами предлагаемого способа.The present invention relates to borehole methods for the extraction and subsequent use of deep-lying underground formation brines having both hydromineral potential, especially industrial concentrations of useful components for direct use or subsequent processing into commercial products (bromine, iodine, calcium, magnesium, potassium, lithium, strontium and etc., as well as their derivatives), and thermal potential, suitable for use for energy purposes. The method provides for the protection of highly mineralized brines during their production from possible phase temperature transitions fraught with the danger of solid precipitation on the elements of the equipment and the well as a result of cooling of the brine when passing through the low-temperature soil layers in the upper part of the well. Of particular interest in this regard are the so-called medium-thermal (50-75 ° C) and weakly thermal (25-45 ° C) deep brines, which are covered by the variants of the proposed method, widespread throughout Russia.

Предлагаемый способ обеспечивает предупреждение кристаллизации солей за счет внутренних тепловых ресурсов рассола, а именно за счет передачи геотермальной энергии наиболее нагретой части потока рассола, в нижней части эксплуатационной колонны, в верхнюю часть колонны путем теплопереноса, осуществляемого от потока через теплопроводящую наружную поверхность проведенного внутрь колонны теплообменника к циркулирующему в нем теплоносителю, в качестве которого служит техническая вода.The proposed method provides for the prevention of salt crystallization due to the internal heat resources of the brine, namely, by transferring the geothermal energy of the most heated part of the brine stream, in the lower part of the production string, to the upper part of the column by heat transfer from the stream through the heat-conducting outer surface of the heat exchanger inside the column to the coolant circulating in it, in the quality of which technical water serves.

Согласно предлагаемым вариантам способ позволяет реализовать не только гидроминеральный ресурс подземных рассолов для получения из них единичной или комплексной минеральной продукции, но и предоставляет возможность совмещенного или периодически раздельного применения нескольких направлений использования ресурсов геотермального рассола, например одновременного получения на базе единичной скважины гидроминерального сырья (ГМС) и теплоснабжения близрасположенных объектов подогретой, с использованием теплоэнергетического потенциала рассолов технической водой, которую в отличие от рассола можно напрямую (без промежуточных теплообменников) задействовать в наземной сети теплоснабжения.According to the proposed options, the method allows to realize not only the hydromineral resource of underground brines to obtain a single or complex mineral product from them, but also provides the possibility of combined or periodically separate use of several directions of using geothermal brine resources, for example, the simultaneous production of hydromineral raw materials (HMS) on the basis of a single well and heat supply to nearby objects heated, using heat and power potential ala brines process water, which unlike the brine can be directly (without intermediate heat exchangers) engage in the ground heating network.

В случае реализации предлагаемого способа с дополнительным обессоливанием и фильтрацией части переработанного на ГМС и поступающего в отводную линию рассола используют еще и водный ресурс последнего путем применения этой части флюида после водоподготовки для самообеспечения (заполнения и подпитки) помещенного в эксплуатационную колонну теплообменника - подогревателя и наземной сети теплоснабжения технической водой, что исключает затраты на обустройство водоисточников, например мелких скважин на воду.In the case of the implementation of the proposed method with additional desalination and filtering of a part of the brine processed to the HMS and entering the by-pass line, the latter’s water resource is also used by applying this part of the fluid after water treatment for self-supply (filling and replenishment) of the heat exchanger placed in the production casing — the heater and the ground network heat supply with technical water, which eliminates the cost of arranging water sources, such as small water wells.

Уровень техники State of the art

К аналогам предлагаемого изобретения относится способ вскрытия с помощью скважины высоконапорного пласта и добычи из него крепкого рассола, при котором перед вскрытием пласта в интервале геологического разреза под региональной водоупорной толщей формируют, например, методом гидроразрыва зону поглощения, после чего крепят ствол скважины промежуточной обсадной колонной, сообщающейся с устанавливаемой затем эксплуатационной колонной для отвода рассола из пласта через межколонное пространство. При этом зону поглощения связывают также с наземными емкостями и насосным оборудованием. После вскрытия бурением напорного пласта осуществляют отвод природного рассола закачкой наземным насосным оборудованием или за счет пластового давления, при этом отвод рассола по межколонному пространству в зону поглощения происходит за счет предусмотренной специальной цементации колонн: с недоподъемом цементного раствора основной обсадной колонны до башмака промежуточной обсадной колонны, размещенного над зоной поглощения (пат. 2365735 РФ, опубл. 27.08.2009).The analogues of the present invention include a method for opening a high-pressure formation using a well and extracting a strong brine from it, in which, before opening the formation, an absorption zone is formed, for example, by hydraulic fracturing, in the interval of the geological section under the regional waterproof layer, after which the wellbore is fixed with an intermediate casing, communicating with the then installed production casing for the removal of brine from the reservoir through the annular space. Moreover, the absorption zone is also associated with ground tanks and pumping equipment. After drilling the pressure layer, the natural brine is discharged by injection by ground pumping equipment or by reservoir pressure, while the brine is diverted through the annulus into the absorption zone due to the provided special cementing of the columns: with a lack of cement slurry of the main casing string to the shoe of the intermediate casing string, located above the absorption zone (US Pat. 2365735 RF, publ. 08.27.2009).

Способ позволяет при наименее затратной по капиталовложениям односкважинной циркуляционной схеме для его реализации выполнить требования защиты окружающей среды путем обеспечения постоянного отвода высокоминерализованного рассола в предварительно подготовленную в пределах одного и того же геологического разреза поглощающую зону. За счет этого производят управляемое вскрытие даже высоконапорных пластов и защищенную от вредных выбросов утилизацию рассола, в т.ч. либо через сообщающуюся с устьевой развязкой скважины зону поглощения, либо через наземные емкости, рассол из которых в определенные периоды времени можно использовать по минерально-сырьевому назначению (производство ГМС, строительных смесей и т.п). Однако данный способ не предусматривает защиту от кристаллизации солей и выпадения твердых осадков в верхней части эксплуатационной колонны, где вследствие охлаждения, связанного с прохождением через низкотемпературные слои грунта, концентрированные рассолы подвергаются опасности температурного фазового перехода с выпадением твердых осадков.The method allows for the least costly investment one-well circulation scheme for its implementation to fulfill the requirements of environmental protection by ensuring the constant removal of highly mineralized brine in an absorption zone previously prepared within the same geological section. Due to this, a controlled opening of even high-pressure formations and brine protection protected from harmful emissions are made, including either through the absorption zone in communication with the wellhead junction of the well, or through land tanks, the brine of which can be used for certain periods of time for mineral resources (production of HMS, building mixtures, etc.). However, this method does not provide protection against crystallization of salts and solid precipitation in the upper part of the production casing, where, due to cooling associated with passage through low-temperature soil layers, concentrated brines are at risk of a temperature phase transition with solid precipitation.

Этот же фактор усложняет возможность одновременного освоения имеющегося, как правило, у таких рассолов теплоэнергетического потенциала, поскольку, например, в случае направления части потока рассола в энергетическую установку подобные отложения могут произойти и в наземном блоке, что потребует дополнительных затрат на обслуживание, обеспечение его надежности и коррозионной стойкости, включая необходимость монтажа промежуточных теплообменников, увеличивающих общие капитальные затраты.The same factor complicates the possibility of simultaneous development of the available, as a rule, heat energy potential of such brines, since, for example, in the case of a part of the brine flow being directed to a power plant, such deposits can also occur in the ground unit, which will require additional maintenance costs, ensuring its reliability and corrosion resistance, including the need to install intermediate heat exchangers that increase overall capital costs.

Известен способ скважинной добычи жидких полезных ископаемых, склонных к температурному фазовому переходу, к которым, в частности, относят высокоминерализованные геотермальные рассолы, включающий защиту эксплуатационной колонны добывающей скважины от твердых образований, оседающих на стенках колонны из добываемого ископаемого (например, промышленного литиево-бромного рассола), в процессе его перемещения от рассолоносного пласта к устью скважины, и отвод рассола из пласта по эксплуатационной колонне. При этом защиту осуществляют термостатированием колонны в интервале вероятного фазового перехода путем непрерывной или периодической прокачки горячего теплоносителя по замкнутой циркуляционной системе, сформированной посредством размещения дополнительной подвесной технической колонны, соединяющей по принципу «сообщающихся сосудов» через устьевую обвязку затрубное и внутреннее пространство подвесной технической колонны и наземное емкостное и насосное оборудование (пат. 2361067 РФ, опубл. 10.07.2009).A known method of downhole extraction of liquid minerals, prone to a temperature phase transition, which, in particular, include highly mineralized geothermal brines, including protecting the production casing of the production well from solid formations deposited on the walls of the column from the produced mineral (for example, industrial lithium-bromine brine ), in the process of moving it from the brine formation to the wellhead, and the removal of brine from the formation along the production string. The protection is carried out by thermostating of the column in the interval of a probable phase transition by continuously or periodically pumping hot coolant through a closed circulation system formed by placing an additional suspended technical column that connects the annular and internal space of the suspended technical column and the surface of the suspended technical column through the wellhead capacitive and pumping equipment (pat. 2361067 RF, publ. 10.07.2009).

Недостатком данного способа является то, что такая технология не предоставляет возможности утилизации потока рассола при вскрытии, освоении и эксплуатации пласта в пределах односкважинного циркуляционного контура, а также - отвода излишков рассола в случае переполнения наземных емкостей, что представляет угрозу окружающей среде и исключает применение высокодебитной скважины ввиду запредельного увеличения количества емкостей. В рамках способа также не предусмотрена возможность экологически безопасного сброса при переработке рассола до остаточного флюида с уменьшенной минерализацией. Эти обстоятельства приводят либо к необходимости строительства второй скважины (для сброса рассола), со значительно возрастающими при этом затратами на строительство подземной циркуляционной системы, либо ограничивают возможные объемы добычи и использования подземного рассола по данной технологии скважинами с умеренным дебетом, снижающими производительность системы.The disadvantage of this method is that this technology does not provide the possibility of utilizing the brine stream during the opening, development and operation of the reservoir within the single-well circulation circuit, as well as the removal of excess brine in case of overfilling of ground tanks, which poses a threat to the environment and excludes the use of a high-yield well due to the prohibitive increase in the number of tanks. The method also does not provide for the possibility of environmentally friendly discharge during the processing of brine to residual fluid with reduced mineralization. These circumstances either lead to the need to build a second well (for discharging brine), with significantly increasing costs for the construction of an underground circulation system, or limit the possible volumes of production and use of underground brine by this technology to wells with moderate debit, which reduce system performance.

Заложенный в данном способе нагрев теплоносителя предполагает наличие специальной наземной подогревательной емкости для выпуска теплоносителя в виде растворов хлорида натрия или хлоридов кальция и магния, что требует затрат на их приготовление (использование на эти цели части добываемого рассола не исключает выпадение осадков в сформированном циркуляционном межколонном пространстве). К тому же для подогрева требуются затраты на внешние энергоносители, что ведет к дальнейшему повышению эксплуатационных расходов (внутренние тепловые ресурсы добываемого рассола в этой технологии не задействованы).The heating medium laid down in this method assumes the presence of a special ground heating tank for discharging the heating medium in the form of solutions of sodium chloride or calcium and magnesium chlorides, which requires the cost of their preparation (using for this purpose part of the produced brine does not exclude precipitation in the formed circulation annular space) . In addition, the costs of external energy carriers are required for heating, which leads to a further increase in operating costs (the internal thermal resources of the extracted brine are not involved in this technology).

Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ, принятый в качестве прототипа, сочетающий экологически безопасную утилизацию концентрированных рассолов при вскрытии, освоении, эксплуатации рассолоносных глубоких горизонтов и защиту эксплуатационной колонны при подъеме по ней рассола от возможных твердых отложений с возможностью осуществления обеих защитных функций в рамках односкважинной циркуляционной системы (пат. 2229587 РФ, опубл. 27.05.2004).Closest to the proposed invention, the method adopted as a prototype, combining environmentally safe disposal of concentrated brines during opening, development, operation of brine-bearing deep horizons and protecting the production string when lifting the brine along it from possible solid deposits with the possibility of performing both protective functions within a single well circulation system (pat. 2229587 RF, publ. 27.05.2004).

В этом способе добычи и использования геотермальных рассолов с помощью скважины вскрывают напорный рассолоносный пласт, поднимают из него под давлением по эксплуатационной обсадной колонне высокоминерализованный геотермальный рассол, после чего по кольцевому пространству между эксплуатационной и промежуточной обсадными колоннами, сообщающемуся через устьевую обвязку скважины с наземными емкостями и нагнетательным оборудованием, а также - со сформированной до вскрытия рассолоносного пласта в интервале геологического разреза скважины ниже пачки регионального водоупора зоной поглощения, рассол отводят в процессе вскрытия, освоения и дальнейшей эксплуатации пласта в зону поглощения и наземные емкости с возможностью использования гидроминерального потенциала рассола из емкостей, при этом защиту эксплуатационной колонны от оседания твердых образований на ее стенках из добываемого рассола в процессе его подъема от пласта к устью скважины осуществляют путем термостатирования верхней части колонны в интервале вероятного температурного фазового перехода за счет непрерывной или периодической прокачки вдоль потока рассола в колонне с возможностью теплопереноса к нему теплоносителя с начальной температурой, превышающей ожидаемые без термостатирования температуры рассола в верхней части колонны.In this method of extracting and using geothermal brines, a pressure brine formation is opened using a well, a highly mineralized geothermal brine is lifted from it under pressure along the production casing, and then through the annular space between the production and intermediate casing strings communicating through the wellhead piping to the ground tanks and injection equipment, as well as with the brine formed before opening the brine in the interval of the geological section of the well below the pack of regional water confinement by the absorption zone, the brine is diverted during the opening, development and subsequent operation of the formation into the absorption zone and ground tanks with the possibility of using the hydro-mineral potential of the brine from the tanks, while protecting the production string from settling of solid formations on its walls from the produced brine into the process of its lifting from the formation to the wellhead is carried out by temperature control of the upper part of the column in the interval of the probable temperature phase transition due to n discontinuous or intermittent pumping of the brine flow along the column, with the heat transfer thereto from the primary coolant temperature exceeds the expected without thermostating brine temperature at the top of the column.

Одним из основных недостатков прототипа является то, что при реализации способа для термостатирования колонны используется схема безвозвратной закачки теплоносителя по сообщающемуся с наземным подогревающим устройством межколонному пространству в предварительно сформированную поглощающую зону или существующий природный коллектор (пласт). Кроме необходимости в данном случае в затратном воспроизводстве объемов теплоносителя, неизбежный в таком открытом цикле постоянный подогрев новых порций жидкости требует постоянных затрат на внешние энергоносители, что также увеличивает эксплуатационные расходы. К тому же в качестве прокачиваемого теплоносителя в способе приходится подбирать соответствующие растворы, не допускающие смешения в поглощающей зоне разных геохимических типов вод, создающего угрозу кальматации, снижения пропускной способности, а в перспективе ведущего к прекращению функционирования зоны. Например, применительно к добыче бромисто-литиевых рассолов в качестве теплоносителя в рассматриваемом известном способе предложены горячий рассол хлорида натрия или часть добываемого полезного ископаемого в виде хлоридов кальция и магния или отходов их переработки.One of the main disadvantages of the prototype is that when implementing the method for temperature control of the column, a scheme for the irrevocable injection of the coolant through the intercolumn space communicating with the ground heating device into a preformed absorption zone or an existing natural reservoir (reservoir) is used. In addition to the need in this case for costly reproduction of coolant volumes, the constant heating of new portions of liquid that is inevitable in such an open cycle requires constant costs for external energy carriers, which also increases operating costs. In addition, as a pumped coolant in the method, it is necessary to select appropriate solutions that do not allow mixing in the absorption zone of different geochemical types of water, which creates a threat of calcification, a decrease in throughput, and, in the future, leading to the termination of the zone. For example, in relation to the extraction of lithium bromide brines, the hot brine of sodium chloride or a part of the extracted minerals in the form of calcium and magnesium chlorides or waste products thereof is proposed as a coolant in the known method.

К другим существенным недостаткам можно отнести то обстоятельство, что способ не предусматривает возможность использования на термостатирование теплоэнергетической составляющей ресурсов добываемого рассола, обусловленной геотермальным градиентом окружающих скважину на большом протяжении (от так называемого интервала вероятного фазового перехода до рассолоносного пласта) горных пород. К тому же сформированная согласно прототипу схема прокачки теплоносителя вдоль наружной поверхности эксплуатационной колонны, также как и аналог этой схемы по предназначению, предлагающий подачу теплоносителя без утечек за счет замкнутого циркуляционного контура (пат. 2361067 РФ, опубл. 10.07.2009), не создает перспективы одновременного или периодически раздельного, требующего гибкости в зависимости от сезонного или рыночного спроса, меняющегося дебита, пластового давления в скважинах и др. факторов использования различных ресурсных составляющих геотермальных рассолов, особенно слаботермальных рассолов, широко распространенных, например, по территориям ЦФО, СЗФО и др. федеральных округов России. Применение единичных направлений использования имеющихся в распоряжении нескольких видов ресурсов (ГМС, тепловая энергия, водный потенциал) ограничивает ассортимент и объемы отпускаемой продукции, что в условиях рыночных отношений ведет в результате к значительному ухудшению экономических показателей, увеличивая срок окупаемости проектов. При этом надо иметь в виду, что применительно к односкважинной технологии возможный выход из ситуации путем деления общего объема добываемого рассола на несколько потоков, по отдельным направлениям использования, не всегда является эффективным решением, поскольку снижает выход продукции по каждому отдельному виду ресурсов.Other significant disadvantages include the fact that the method does not provide for the possibility of using the heat and energy component of the resources of the produced brine due to the geothermal gradient surrounding the well over a large length (from the so-called interval of the probable phase transition to the brine formation) of rocks. In addition, the scheme for pumping the coolant along the outer surface of the production string, formed according to the prototype, as well as the analogue of this circuit for its intended purpose, which offers the supply of coolant without leaks due to the closed circulation circuit (Pat. 2361067 of the Russian Federation, publ. 10.07.2009), does not create prospects simultaneous or periodically separate, requiring flexibility depending on seasonal or market demand, changing flow rate, reservoir pressure in wells, and other factors of using different resource components geothermal brines, especially weakly thermal brines, which are widespread, for example, in the territories of the Central Federal District, NWFD, and other federal districts of Russia. The use of single directions of use of several types of resources available (HMS, thermal energy, water potential) limits the range and volume of products sold, which in the conditions of market relations leads to a significant deterioration in economic indicators, increasing the payback period of projects. It should be borne in mind that in relation to single-well technology, a possible way out of the situation by dividing the total volume of brine produced by several streams in certain areas of use is not always an effective solution, since it reduces the output for each individual type of resources.

Цель настоящего изобретения - посредством изменения схемы прокачки и типа теплоносителя при защите эксплуатационной колонны от отложений использовать для прогрева рассола его теплоэнергетический потенциал, за счет этого снижая или полностью ликвидируя потребление на прогрев внешних энергоносителей. К тому же за счет предлагаемой многовариантной схемы, обращенной на возможность использования в рамках односкважинной циркуляционной технологии различных ресурсных составляющих добываемого геотермального рассола, реализовать комплексный подход к целостному освоению потенциала ресурсов, расширяющий территориальные и технологические возможности такого освоения, в т.ч. с перспективой перераспределения направлений добычи и использования под меняющиеся требования рынка.The purpose of the present invention is to use its heat and energy potential for heating the brine by changing its flow pattern and type of coolant when protecting the production casing from deposits, thereby reducing or completely eliminating the consumption of external energy carriers for heating. In addition, due to the proposed multivariate scheme, aimed at the possibility of using various resource components of the extracted geothermal brine as part of a single-well circulation technology, to implement a comprehensive approach to the holistic development of the resource potential, expanding the territorial and technological capabilities of such development, including with the prospect of redistributing production and use directions to changing market requirements.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе добычи и использования концентрированных геотермальных рассолов, при котором с помощью скважины вскрывают напорный рассолоносный пласт, поднимают из него по эксплуатационной обсадной колонне высокоминерализованный геотермальный рассол, после чего по кольцевому пространству между эксплуатационной и промежуточной обсадными колоннами, сообщающемуся через устьевую обвязку скважины с наземными емкостями и нагнетательным оборудованием, а также со сформированной до вскрытия рассолоносного пласта в интервале геологического разреза скважины ниже пачки регионального водоупора зоной поглощения, рассол отводят в процессе вскрытия, освоения и дальнейшей эксплуатации пласта в зону поглощения и наземные емкости с возможностью использования гидроминерального потенциала рассола из емкостей, при этом защиту эксплуатационной колонны от оседания твердых образований на ее стенках из добываемого рассола в процессе его подъема от пласта к устью скважины осуществляют путем термостатирования верхней части колонны в интервале вероятного температурного фазового перехода за счет непрерывной или периодической прокачки вдоль потока рассола в колонне с возможностью теплопереноса к нему теплоносителя с начальной температурой, превышающей ожидаемые без термостатирования температуры рассола в интервале вероятного температурного фазового перехода, согласно изобретению прокачку теплоносителя ведут внутри поднимаемого по эксплуатационной колонне рассола посредством размещения в этой колонне замкнутого контура циркуляции с теплоносителем в виде технической воды, выполненного путем крепления к устьевой обвязке скважины коаксиального теплообменника, протянутого в колонне до глубины не менее величины интервала фазового перехода и состоящего из соосного колонне теплопроводящего вертикального цилиндрического корпуса, закрытого в основании и имеющего сверху отверстия для подачи воды в корпус и для монтажа внутри корпуса центрального трубопровода с открытым недостающим до основания корпуса нижним концом и открытым для выпуска воды выше устья скважины верхним концом, при этом воду прокачивают сначала по образованному корпусом и трубопроводом кольцевому пространству теплообменника в направлении, противоположном направлению подъема рассола по эксплуатационной колонне, затем подают по центральному трубопроводу к выходу из теплообменника, а использование гидроминерального потенциала рассола проводят с отводом образующегося при использовании менее концентрированного флюида, вместе с отводимыми излишками рассола из пласта и емкостей, в зону поглощения, при этом перед подачей в общую отводную линию флюид фильтруют от механических примесей.This goal is achieved by the fact that in the known method for the production and use of concentrated geothermal brines, in which a pressure brine formation is opened using a well, a highly mineralized geothermal brine is lifted from it through a production casing, after which it communicates through an annular space between the production and intermediate casing strings through the wellhead piping of the well with ground tanks and injection equipment, as well as with the formation formed before opening in the interval of the geological section of the well below the pack of the regional water confinement by the absorption zone, the brine is diverted during the opening, development and further operation of the formation into the absorption zone and ground tanks with the possibility of using the hydromineral potential of the brine from the tanks, while protecting the production string from settling of solid formations on its walls from the produced brine during its ascent from the formation to the wellhead is carried out by temperature control of the upper part of the column in the interval In addition to the probable temperature phase transition due to continuous or periodic pumping along the brine stream in the column with the possibility of heat transfer to it of a coolant with an initial temperature exceeding the brine temperature expected without temperature control in the range of the probable temperature phase transition, according to the invention, the coolant is pumped inside the brine that is being raised along the production string by placing in this column a closed circulation circuit with a coolant in the form of a technical water made by attaching to the wellhead piping of the well a coaxial heat exchanger, stretched in the column to a depth of at least the size of the phase transition interval and consisting of a coaxial column of a heat-conducting vertical cylindrical body, closed at the base and having openings for supplying water into the body and for mounting inside the body a central pipeline with an open lower end missing to the base of the casing and an upper end open for water discharge above the wellhead, while pumping water first, along the annular space of the heat exchanger formed by the casing and the pipeline in the opposite direction to the brine lifting direction along the production string, then it is fed through the central pipeline to the outlet of the heat exchanger, and the brine’s hydromineral potential is used to discharge the less concentrated fluid formed using the together with the excess drained brine from the reservoir and tanks into the absorption zone, while before being fed into the common bypass line, the fluid is filtered from the mechanical impurities.

В рамках представленного выше определяющего пункта формулы изобретения предлагаются варианты способа, в одном из которых дополнительным отличием способа является то, что теплообменник протягивают в скважине до глубины не менее 0,6-0,8 расстояния от устья скважины до рассолоносного пласта, при этом в интервале от нижней границы зоны вероятного фазового перехода до основания корпуса теплообменника используют возрастающий с глубиной скважины, под воздействием геотермального градиента, теплоэнергетический потенциал рассола на компенсацию сопровождающего термостатирование колонны падения температуры технической воды вверху корпуса теплообменника и - на дальнейшее повышение температуры воды при ее движении к основанию корпуса с возможностью последующего применения накопленной водой на этом участке геотермальной энергии в располагаемой между выходом и входом теплообменника наземной сети на теплоснабжение расположенных рядом со скважиной объектов, а также непрерывного или посезонного совмещения использования теплоэнергетического потенциала с использованием гидроминерального потенциала рассола, отведенного при добыче либо в наземные емкости, либо, по дополнительной отводной линии, на комбинат переработки рассола в химическую продукцию.In the framework of the above defining claim, process variants are proposed, in one of which an additional difference of the method is that the heat exchanger is pulled in the well to a depth of not less than 0.6-0.8 of the distance from the wellhead to the brine formation, while in the range from the lower boundary of the zone of a probable phase transition to the base of the heat exchanger housing, an increase in the brine heat and energy potential for compensation that accompanies thermostating of the column of falling temperature of industrial water at the top of the heat exchanger casing and - to further increase the water temperature when it moves to the base of the casing with the possibility of subsequent use of geothermal energy stored in this section of the ground network located between the outlet and the inlet of the heat exchanger to heat the objects located near the well as well as continuous or seasonal combination of the use of heat and power potential using hydro ineralnogo potential brine allocated during production or in the ground tank, or at an additional branch line on the brine processing plant in chemical products.

Следующее дополнительное отличие, касающееся всех вышеперечисленных вариантов способа, заключается в том, что кроме гидроминерального и теплоэнергетического потенциалов используют водный ресурс добываемого рассола путем применения менее концентрированной части рассола в виде флюида, отводимого после использования гидроминерального потенциала рассола, при этом флюид периодически подают на заполнение и подпитку контуров циркуляции технической воды в теплообменнике и наземной сети теплоснабжения, предварительно доводя до кондиций технической воды путем прокачки через блок водоподготовки, устанавливаемый с возможностью подключения после участка фильтрации механических примесей, входом к отводной линии, а выходом - к линии заполнения водой теплообменника и сети теплоснабжения.The following additional difference, which concerns all of the above variants of the method, is that in addition to the hydromineral and heat power potentials, the water resource of the produced brine is used by applying a less concentrated part of the brine in the form of a fluid discharged after using the brine’s hydromineral potential, and the fluid is periodically fed to fill and replenishment of technical water circulation circuits in the heat exchanger and ground-based heat supply network, previously bringing to condition process water by pumping through a water treatment unit, installed with the possibility of connecting mechanical impurities after the filtration section, with an entrance to the bypass line, and an exit to the water filling line of the heat exchanger and heat supply network.

Другое отличие определяется вариантом способа, в котором в случае совпадения возможных перерывов в добыче рассола с продолжающимся сезоном теплоснабжения на теплоснабжение используют возрастающий с глубиной скважины теплоэнергетический потенциал устанавливающегося в данные периоды в эксплуатационной колонне в соответствии с давлением в пласте столба геотермального рассола, при этом для поддержания вверху центрального трубопровода температуры технической воды, нагретой перед этим в результате осуществления теплопереноса через стенку корпуса теплообменника в нижней более горячей части столба рассола, трубопровод применяют с выполненной не менее, чем на половину его общей длины, верхней частью из теплоизоляционного материала, например фибергласса.Another difference is determined by the variant of the method in which, in case of coincidence of possible interruptions in the production of brine with the ongoing heat supply season for heat supply, the heat and energy potential that increases with the depth of the well, which is established during these periods in the production string in accordance with the pressure in the reservoir column of the geothermal brine, is used to maintain at the top of the central pipeline of technical water temperature, heated before this as a result of heat transfer through enku heat exchanger housing at the lower hotter part of the brine column line applied with not formed on less than half of its total length, the upper part of a heat insulating material such as fiberglass.

Еще одно дополнительное отличие, реализуемое по отношению к вариантам способа, предусматривающим в составе своих технологических возможностей функцию теплоснабжения (пункты 2-4 формулы изобретения), связано с расширением территориальных возможностей применения способа за счет скважин, вскрывающих пласты со слаботермальными рассолами. Для этого применительно к слаботермальным рассолам температуру технической воды, охлаждаемой в результате теплосъема при использовании на теплоснабжение с применением устанавливаемого между выходом из теплообменника и наземной сетью термотрансформатора, регулируют перед возвращением в теплообменник в сторону повышения на величину перепада между выбранной по конкретным геологическим условиям температурой теплоносителя для термостатирования колонны и фактической, замеренной на выходе из термотрансформатора температурой возвращаемой воды, обеспечивая требуемый перепад, например, путем пропускания воды через устанавливаемую перед входом в теплообменник с возможностью подогрева от традиционного энергоносителя накопительную емкость.Another additional difference, implemented in relation to the process options, which include the heat supply function as part of their technological capabilities (claims 2-4), is associated with the expansion of the territorial possibilities of the method application due to wells opening formations with low-thermal brines. For this, in relation to low-thermal brines, the temperature of process water cooled as a result of heat removal when used for heat supply using a heat transformer installed between the outlet of the heat exchanger and the ground network of the heat transformer is controlled before returning to the heat exchanger to increase by the amount of the difference between the heat carrier temperature selected for specific geological conditions for temperature control of the column and the actual return temperature measured at the outlet of the thermotransformer supplied water to provide the desired difference, for example, by passing water through the established with the entrance to the heat exchanger, with heating from traditional energy storage capacitance.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 приведена схема реализации предлагаемого способа добычи и использования геотермальных рассолов, представляющая в общем виде три разных варианта осуществления способа:Figure 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method of extraction and use of geothermal brines, representing in General three different variants of the method:

- по первому варианту добычу обращают на использование только гидроминерального потенциала рассола, применяя при добыче рассолов, склонных к температурному фазовому переходу, новый метод термостатирования эксплуатационной колонны (по данному варианту схему рассматривают без блока теплоснабжения - БТС, условно изображенного на фиг.1 в правом верхнем углу);- according to the first embodiment, production is directed to using only the hydro-mineral potential of the brine, using in the production of brines prone to a temperature phase transition, a new method of temperature control of the production string (according to this option, the scheme is considered without a heat supply unit - BPS, conventionally shown in figure 1 in the upper right corner);

- второй вариант представляет комплексное использование гидроминерального и теплоэнергетического потенциалов при добыче геотермальных рассолов так называемого среднетермального уровня (температура на выходе из скважины в диапазоне 50-70°С) с возможностью совмещения при этом в рамках одной скважины минерально-сырьевого предназначения добычи с другой ее потребительской функцией - теплоснабжением близрасположенных объектов за счет внутренних тепловых ресурсов рассола, передаваемых технической воде (подключение БТС на фиг.1 условно показано пунктирной стрелкой, изображенная ниже узла БТС справа от скважины часть схемы относится, в основном, к блоку гидроминерального использования);- the second option is the integrated use of hydromineral and heat energy potentials in the production of geothermal brines of the so-called medium thermal level (temperature at the outlet of the well in the range of 50-70 ° C) with the possibility of combining the production of mineral and raw materials with one of its consumer within one well function - heat supply to nearby objects due to the internal heat resources of the brine transferred to industrial water (connecting the BPS in figure 1 conditionally Zano dotted arrow depicted below node BTS right of the wells of the circuit relates generally to the use of hydro unit);

- в связи с тем, что по третьему варианту способа к примененным выше двум ресурсным составляющим геотермального рассола добавляют еще использование его водного ресурса, возможность самообеспечения при этом технической водой циркуляционного контура внутриколонного теплообменника (ВКТО), а также узла БТС, с введением блока водоподготовки (БВП) в отводную линию, возвращаемого с переработки менее минерализованного рассола, условно отображена на фиг.1, указывающей на подключение БВП, вертикальной пунктирной стрелкой.- due to the fact that according to the third variant of the method, the use of its water resource is added to the two resource components of the geothermal brine, the possibility of self-supplying with this technical water of the circulation loop of the in-column heat exchanger (VKTO), as well as the BTS unit, with the introduction of a water treatment unit ( BVP) to the discharge line returned from processing of a less mineralized brine, is conventionally displayed in Fig. 1, indicating the connection of the BVP, by a vertical dotted arrow.

На фиг.2 изображен фрагмент схемы, предусматривающей, во-первых, вариант реализации способа при возможных остановках в добыче рассола (они условно отражены на схеме в виде установившегося в эксплуатационной колонне столба рассола), совпадающих с незавершившимся отопительным сезоном, когда с целью сохранения эффективного теплоснабжения акцентируют выбор трубопровода, используемого для выпуска теплоносителя - воды из скважинного теплообменника, применяя, например, верхний и нижний его участки из материалов с разными теплопроводящими свойствами. На фиг.2 также акцентированы особенности реализации способа по варианту добычи и использования слаботермальных рассолов (от 25 до 45°С - в рассолоносном пласте), когда температурный уровень воды на выходе теплообменника (в примере на фиг.2 составляет 25-35°С) не достаточен для прямой (фиг.1) подачи в отопительные приборы и требует, как показано на фиг.2, термотрансформации через тепловой насос.Figure 2 shows a fragment of a scheme that provides, firstly, an embodiment of the method at possible stops in the production of brine (they are conventionally shown on the scheme in the form of a brine column installed in the production casing), coinciding with the unfinished heating season, when, in order to maintain an effective heat supply emphasize the choice of the pipeline used to release the coolant - water from the downhole heat exchanger, using, for example, its upper and lower sections from materials with different heat-conducting ystvami. Figure 2 also emphasizes the implementation features of the method for the production and use of low-thermal brines (from 25 to 45 ° C in a brine-bearing formation) when the temperature level of the water at the outlet of the heat exchanger (in the example of figure 2 is 25-35 ° C) not sufficient for direct supply (Fig. 1) to heating devices and requires, as shown in Fig. 2, thermal transformation through a heat pump.

На фиг.3 показан использованный при сравнении и подтверждении некоторых из преимуществ предлагаемого способа пример расчетных графиков распределения температур Т воды по длине Н скважинного теплообменника, смоделированного на основе построенной в Ярославской области специальной глубокой скважины (Медягинской) для оценки возможностей одной из известных односкважинных циркуляционных технологий (Калинин М.И., Баранов А.В. Метод расчета глубинных теплообменников для геотермального теплоснабжения. Разведка и охрана недр, №6, 2003, С.53-60). Пример также использован авторами изобретения в качестве одной из предпосылок для выбора порога минимальных значений протяженности ВКТО относительно устья скважины в предлагаемом способе согласно пункту 2 приведенной ниже формулы изобретения.Figure 3 shows an example of calculated graphs of the distribution of temperatures T of water along the length H of a downhole heat exchanger, modeled on the basis of a special deep well (Medyaginskaya) built in the Yaroslavl region, used to compare and confirm some of the advantages of the proposed method to evaluate the capabilities of one of the well-known single-well circulation technologies (Kalinin M.I., Baranov A.V. Method for calculating deep heat exchangers for geothermal heat supply. Exploration and protection of mineral resources, No. 6, 2003, S.53-60). An example is also used by the inventors as one of the prerequisites for choosing a threshold for minimum values of the VKTO length relative to the wellhead in the proposed method according to paragraph 2 of the claims below.

Осуществление изобретения The implementation of the invention

В качестве одного из основных элементов при подготовке к работе схемы осуществления предлагаемого способа добычи и использования геотермальных рассолов согласно фиг.1 предусматривают строительство глубокой скважины 1, которую в интервале геологического разреза, выбранного из условия предварительного выявления в нем, по крайней мере, одного имеющего кровлю 2 продуктивного рассолоносного пласта 3, обустраивают по варианту конструкции « колонна в колонне», состоящему из размещенной в верхней части разреза обсадной колонны-кондуктора 4 и эксплуатационной обсадной колонны 5.As one of the main elements in preparing for operation, the implementation scheme of the proposed method for extracting and using geothermal brines according to Fig. 1, provides for the construction of a deep well 1, which in the interval of the geological section selected from the condition of preliminary detection in it of at least one having a roof 2 productive brine formation 3, equip according to the design of the "column in the column", consisting of placed in the upper part of the section of the casing conductor 4 and operation In the casing 5.

Такое исполнение скважины (с промежуточной колонной) позволяет далее, после спуска кондуктора 4, перед тем, как проходить бурением пласт 3, на основе расположенного выше природного или искусственно созданного (гидроразрывом) коллектора подготовить зону 6 для поглощения представляющего опасность для окружающей среды концентрированного рассола в периоды последующего бурения скважины 1 со вскрытием высоконапорного пласта 3, его освоением и выводом на режим эксплуатации. Для изоляции верхних пресных водоносных горизонтов кондуктор 4 спускают в подошву 7 регионального водоупора 8, цементируя заколонное пространство кондуктора до устья (показано штриховкой). Затем производят бурение под колонну 5, не доходя 100 м до пласта 3, производят спуск колонны 5 и цементирование ее известным методом, заключающимся в подъеме цемента за колонной до отметки на 50-100 м ниже башмака кондуктора, чтобы обеспечить возможность сообщения пласта 3 через межколонное пространство 9 с зоной поглощения 6, а через устьевую обвязку скважины 1 - с наземными емкостями 10. Последние соединяют с наземным насосным блоком 11 (НБ), предназначенным для отвода природного рассола по межколонному пространству 9 в зону поглощения 6 и емкости 10, наряду с возможным в определенных условиях (аномально напорный пласт) отводом рассола за счет собственной энергии высоконапорного пласта 3.This design of the well (with an intermediate casing) allows further, after lowering the jig 4, before drilling through formation 3, on the basis of a reservoir located above a natural or artificially created (hydraulic fracturing) zone 6 for absorption of concentrated brine hazardous to the environment periods of subsequent drilling of well 1 with opening of a high-pressure formation 3, its development and putting it into operation. To isolate the upper freshwater aquifers, the conductor 4 is lowered into the sole 7 of the regional confinement 8, cementing the annular space of the conductor to the mouth (shown by hatching). Then drill under the column 5, not reaching 100 m to the formation 3, make the descent of the column 5 and cement it by the known method, which consists in raising the cement behind the column to a mark 50-100 m below the shoe of the conductor, so that it is possible to communicate the formation 3 through the intercolumn space 9 with an absorption zone 6, and through the wellhead piping 1 - with ground tanks 10. The latter are connected to a ground pumping unit 11 (NB), designed to divert natural brine through annulus 9 to the absorption zone 6 and tank 10 , along with the possible removal of brine under certain conditions (abnormally pressure head formation) due to the self-energy of the high-pressure formation 3.

В схеме для осуществления способа (фиг.1) предусматривают защиту эксплуатационной колонны 5 применительно к добыче концентрированных рассолов, склонных к температурному фазовому переходу, посредством термостатирования верхней части колонны, охлаждаемой низкотемпературными слоями грунта, за счет прогрева этой части циркулирующим вдоль поверхности колонны подогретым теплоносителем. Для этого схема предусматривает размещение в колонне 5, вдоль ее оси, закрытого циркуляционного контура в виде прикрепленного к устьевой обвязке скважины 1 коаксиального внутриколонного теплообменника (ВКТО), вертикальный корпус 12 которого набирают из теплопроводящих цилиндрических блоков с общей протяженностью корпуса в скважине не менее ожидаемой длины интервала вероятного фазового перехода с соблюдением при сборке и спуске в скважину соосности корпуса 12 относительно колонны 5 (устанавливаемые при этом центраторы на схеме условно не показаны). Нижний блок корпуса 12 имеет закрытое основание, а вверху корпус снабжен двумя отверстиями для монтажа входного патрубка 13 и центрального трубопровода 14, смонтированного вдоль оси теплообменника с недостающим до основания корпуса 12 открытым нижним концом и заканчивающегося сверху выпускным патрубком 15.The scheme for implementing the method (Fig. 1) provides for the protection of production casing 5 in relation to the production of concentrated brines that are prone to a temperature phase transition by temperature control of the upper part of the column cooled by low-temperature soil layers due to the heating of this part by the heated coolant circulating along the surface of the column. For this, the scheme provides for the placement in the column 5, along its axis, of a closed circulation loop in the form of a coaxial in-line heat exchanger (VKTO) attached to the wellhead piping 1 of the well, the vertical casing 12 of which is drawn from heat-conducting cylindrical blocks with a total length of the casing in the well of at least the expected length the interval of the probable phase transition in compliance with the alignment of the housing 12 relative to the column 5 during assembly and descent into the well (the centralizers installed in this case are conventionally shown). The lower block of the housing 12 has a closed base, and at the top of the housing is equipped with two holes for mounting the inlet pipe 13 and the central pipe 14 mounted along the axis of the heat exchanger with the open lower end missing to the base of the housing 12 and ending with the outlet pipe 15.

В период сборки теплообменника, осуществляемой после операций по вскрытию пласта 3, сопряженных с отводом рассола в зону поглощения 6 и в наземные емкости 10, пласт 3 временно перекрывают известными методами (например, с применением тяжелых буровых растворов). При этом общую длина корпуса 12 набирают разной (H₁ или Н₂ на фиг.1), соответственно - длину трубопровода 14, в зависимости от выбранных под конкретные задачи и условия вариантов реализации способа.During the assembly of the heat exchanger, carried out after operations to open the reservoir 3, coupled with the removal of the brine into the absorption zone 6 and into the ground tanks 10, the reservoir 3 is temporarily blocked by known methods (for example, using heavy drilling fluids). In this case, the total length of the housing 12 is typed different (H ₁ or H ₂ in figure 1), respectively, the length of the pipeline 14, depending on the options for implementing the method selected for specific tasks and conditions.

Так при осуществлении способа по первому варианту, в рамках использования только гидроминерального потенциала добываемого рассола, когда для добычи рассолов, склонных к температурному фазовому переходу, необходимо, главным образом, обеспечить функцию термостатирования эксплуатационной колонны, длину теплообменника выбирают с превышением вероятной длины зоны температурного фазового перехода на величину, соответствующую при спуске теплообменника достижению интервала пород с приемлемыми для указанной функции температурами. С учетом осуществляемого теплопереноса через поток рассола, омывающий нижнюю часть корпуса теплообменника, в примере на фиг.1 в качестве параметров для решения задачи последующего термостатирования предложены температура пород Т_п в диапазоне 28-33°С и вариант длины теплообменника, соответствующий величине Hi его заглубления в скважину (уровень размещения основания корпуса 12 для укороченного варианта теплообменника на фиг.1 условно показан пунктирной линией).So when implementing the method according to the first embodiment, within the framework of using only the hydro-mineral potential of the produced brine, when for the production of brines that are prone to a temperature phase transition, it is mainly necessary to provide the temperature control function of the production string, the length of the heat exchanger is selected with the excess of the probable length of the temperature phase transition zone by the amount corresponding to the descent of the heat exchanger when reaching the rock interval with temperatures acceptable for the indicated function. Taking into account the heat transfer through the brine stream washing the lower part of the heat exchanger body, in the example in Fig. 1, rock temperature Т _p in the range of 28-33 ° С and a variant of the heat exchanger length corresponding to the value of its deepening Hi are proposed as parameters for solving the problem of subsequent temperature control into the well (the placement level of the base of the housing 12 for a shortened version of the heat exchanger in figure 1 is conventionally shown by a dashed line).

По первому варианту способа после сборки скважинного теплообменника замкнутый контур циркуляции теплоносителя получают напрямую соединением входа 13 и выхода 15 теплообменника через циркуляционный насос 16 (фиг.1). При этом возможны начальное заполнение и подпитки теплообменника технической водой от источника водоснабжения, условно обозначенного на схеме позицией 17 (включая водоем, мелкую скважину на воду и др.), с помощью насоса 16 через трубопровод с открытыми перемычками 18 и 19. После заполнения теплообменника он считается подготовленным к переходу в рабочий режим циркуляции воды через перемычки 19 и 20 (при закрытой перемычке 18), осуществляемый для рассматриваемого варианта, как будет показано ниже, тем же насосом 16 с обеспечением в установившемся режиме на входе и выходе теплообменника одинаковой температуры воды, достаточной для осуществления функции термостатирования колонны 5 в требуемом интервале пород (в приведенном на фиг.1 примере температуру воды поддерживают на уровне 25-30°С).According to the first variant of the method, after assembling the downhole heat exchanger, a closed coolant circulation loop is obtained directly by connecting the inlet 13 and the outlet 15 of the heat exchanger through a circulation pump 16 (Fig. 1). In this case, initial filling and replenishment of the heat exchanger with technical water from the water supply source, conventionally indicated on the diagram by 17 (including a reservoir, a shallow well for water, etc.), is possible using pump 16 through a pipeline with open jumpers 18 and 19. After filling the heat exchanger, it is considered prepared for the transition to the operating mode of water circulation through jumpers 19 and 20 (with the jumper 18 closed), carried out for the considered option, as will be shown below, by the same pump 16 with provision in a steady p bench inlet and outlet of the heat exchanger of the same water temperature sufficient to effect thermostating column 5 functions in a desired range of species (in this example 1 of water maintained at 25-30 ° C).

Для осуществления другой основной функции предлагаемого способа, заключающейся в использовании гидроминерального потенциала добываемого рассола (или его части), в схеме на фиг.1 предусмотрен узел с элементами, показанными справа от скважины, ниже БТС. В этом блоке, кроме трубопроводной ветви подачи рассола из скважины (с условно показанным на фиг.1 обратным клапаном 21) в наземные емкости 10 через перемычку 22 и ветви отвода рассола обратно - в межколонное пространство 9 и далее в зону поглощения 6 либо напрямую, минуя емкости 10, через перемычку 23 в зону 6, имеется ветвь отвода рассола из емкостей 10 через перемычки 24 и 25, с помощью насосного блока 11. Предусмотрена также дополнительная ветвь для подачи рассола через перемычку 26 непосредственно на комбинат 27 по переработке рассола на гидроминеральное сырье (КГМС).To implement another main function of the proposed method, which consists in using the hydro-mineral potential of the produced brine (or part of it), the circuit in figure 1 provides a unit with the elements shown to the right of the well, below the BPS. In this block, in addition to the pipeline branch of brine supply from the well (with the check valve 21 shown in FIG. 1) to ground tanks 10 through the jumper 22 and brine branch branches back to the annular space 9 and then to the absorption zone 6 or directly, bypassing tanks 10, through jumper 23 to zone 6, there is a branch for removing brine from tanks 10 through jumpers 24 and 25, using the pump unit 11. An additional branch is also provided for supplying brine through jumper 26 directly to the brine processing plant 27 for hydromineral Noe feedstock (CGMS).

С целью обеспечения отвода в зону поглощения 6 флюида, образующегося при уменьшении концентрации рассола в процессе получения из него товарных продуктов - ТП (ТП из емкостей могут служить, например, антигололедные, строительные или специальные буровые смеси; ТП от КГМС - химическая продукция на основе кальция, магния, брома, йода и др.), при подготовке схемы на фиг.1 вводят ветви с перемычками 28 и 29, объединяемые в общий контур подачи флюида через циркуляционный насос 30. С целью защиты зоны поглощения 6 от кольматажа для очистки отводимого флюида от возможных в нем твердых частиц в подготавливаемую схему на участке подачи флюида в общую (с рассолом) отводную линию устанавливают фильтр 31 механических примесей.In order to ensure the diversion of 6 fluids into the absorption zone, resulting from a decrease in the concentration of brine in the process of obtaining marketable products from it - TP (TP from tanks can serve, for example, anti-ice, construction or special drilling mixes; TP from CGMS - chemical products based on calcium , magnesium, bromine, iodine, etc.), when preparing the circuit in Fig. 1, branches with jumpers 28 and 29 are introduced, combined into a common fluid supply circuit through the circulation pump 30. In order to protect the absorption zone 6 from clogging to clean the fluid being discharged and the filter 31 of mechanical impurities is installed from the possible solid particles into the prepared circuit at the section of fluid supply into the common (with brine) discharge line.

В отличие от рассмотренного варианта способа при подготовке схемы добычи геотермального рассола, обращенной на его комплексное использование по гидроминеральному и теплоэнергетическому назначениям, с целью обеспечения дополнительной ступени теплосъема при выходе рассола из скважины (на теплоснабжение) для спуска в эксплуатационную колонну набирают более длинный ВКТО, обеспечивающий величину заглубления нижней его части в интервал геологического разреза с более горячими породами, чем в первом варианте способа. В примере на фиг.1 это соответствует заглублению Н₂ в интервал с температурами пород 55-65°С (меньшими, чем температуры для пласта, где 60-70°С), выбранный из соображений гарантированного обеспечения на выходе из патрубка 15 воды с традиционными параметрами подачи в отопительные приборы БТС (например, 50-60°С), соответствующими температурам обратной воды 35-40°С. Последние, как видно из представленного примера, будут удовлетворять эффективным параметрам термостатирования колонны 5 при закачке воды в ВКТО через патрубок 13 (вторая ступень теплосъема, на фиг.1 температуры циркулирующей в БТС воды, соответственно - на выходе и входе ВКТО, ввиду изображения БТС в отключенном положении, чтобы выделить второй вариант способа, условно показаны в скобках).In contrast to the considered variant of the method, when preparing a geothermal brine production scheme aimed at its integrated use in hydromineral and heat power purposes, in order to provide an additional heat removal stage when the brine leaves the well (for heat supply), a longer VKTO is drawn up for descent into the production casing, providing the depth of its lower part in the interval of the geological section with hotter rocks than in the first embodiment of the method. In the example in FIG. 1, this corresponds to a burial of H ₂ in the interval with rock temperatures of 55-65 ° C (lower than the temperature for the formation, where 60-70 ° C), selected for reasons of guaranteed provision of water with traditional water at the outlet of pipe 15 supply parameters to BTS heating devices (for example, 50-60 ° С), corresponding to return water temperatures of 35-40 ° С. The latter, as can be seen from the presented example, will satisfy the effective thermostating parameters of column 5 when water is pumped into the BHC through the pipe 13 (the second stage of heat removal, in Fig. 1, the temperature of the water circulating in the BTS, respectively, at the outlet and inlet of the BHC, due to the image of the BPS in off position to highlight the second variant of the method, conditionally shown in brackets).

Например, на основе подтвержденных бурением глубоких скважин в ЦФО, геологических разрезов с температурами осадочных пород и глубинных пластовых вод на глубине 2-3 км в диапазоне 55-70°С длину Hi спуска теплообменника в эксплуатационную колонну 5 выбирают по второму варианту способа из условия заглубления его основания на величину не менее 0,6-0,8 расстояния от устья скважины до рассолоносного пласта 3. Выбор такого ограничения обусловлен проведенной аналогией, в т.ч. - с расчетными графиками на фиг.3, отражающими зависимость температуры Т циркулирующей воды от длины Н скважинного теплообменника, смоделированного, как уже отмечалось, применительно к использованию по тепловому назначению Медягинской скважины, пробуренной до глубины 2250 м в Ярославской области (Калинин М.И., Баранов А.В. Метод расчета глубинных теплообменников для геотермального теплоснабжения. Разведка и охрана недр, №6, 2003, с.53-60). Из графиков следует, что основной рост температуры теплоносителя происходит до указанного выше порога, с дальнейшим увеличением проходимой длины теплообменника рост Т в пределах заданного Н заметно затухает и сводится к незначительной величине.For example, based on deep wells confirmed by drilling in the Central Federal District, geological sections with temperatures of sedimentary rocks and deep formation water at a depth of 2-3 km in the range of 55-70 ° C, the length Hi of lowering the heat exchanger into production casing 5 is selected according to the second variant of the method from the deepening condition of its foundation by a value of at least 0.6-0.8 of the distance from the wellhead to the brine-bearing formation 3. The choice of this restriction is due to an analogy, including - with the calculated graphs in figure 3, reflecting the dependence of the temperature T of the circulating water on the length N of the downhole heat exchanger, modeled, as already noted, in relation to the use for thermal purposes of the Medyaginskoye well drilled to a depth of 2250 m in the Yaroslavl region (Kalinin M.I. , Baranov AV The method of calculating deep heat exchangers for geothermal heat supply. Exploration and protection of mineral resources, No. 6, 2003, p. 53-60). From the graphs it follows that the main increase in the temperature of the coolant occurs up to the threshold indicated above, with a further increase in the passable length of the heat exchanger, the increase in T within the specified H noticeably attenuates and reduces to a small value.

Подготовку схемы на фиг.1 к комплексному использованию добываемого геотермального рассола (получение ГМС и теплоснабжение) проводят путем присоединения к патрубкам 13 и 15 (вход и выход ВКТО) с помощью перемычек 35 и 36, прямой и обратной ветвей блока теплоснабжения 37, в который, как правило, входят традиционные теплообменники, распределительная сеть и отопительные приборы (условно не показаны) и который функционирует за счет циркуляционного насоса 38 (горизонтальной пунктирной стрелкой условно показано подключение БТС к ВКТО).The preparation of the scheme in figure 1 for the integrated use of the extracted geothermal brine (obtaining HMS and heat supply) is carried out by connecting to the nozzles 13 and 15 (input and output of the HVAC) using jumpers 35 and 36, direct and reverse branches of the heat supply unit 37, in which as a rule, traditional heat exchangers, a distribution network and heating devices (not shown conditionally) are included, and which operates due to the circulation pump 38 (the connection of the BPS to the VKTO is conventionally shown by a horizontal dotted arrow).

Применительно к осуществлению предлагаемого способа по третьему варианту (п.3 формулы изобретения), связанному с использованием части водного ресурса рассола, при подготовке рабочей схемы (фиг.1) в ней применяют блок водоподготовки 32 (БВП), подключаемый на участке после фильтра 31 своим входом через перемычку 33 к отводной линии флюида, функционирующей от насоса 30, а выходом - через перемычку 34 к трубопроводу 17, служащему для заполнения ВКТО технической водой (на фиг.1 подключение БВП условно показано вертикальной пунктирной стрелкой).With regard to the implementation of the proposed method according to the third embodiment (claim 3 of the claims) associated with the use of part of the brine water resource, in preparing the working scheme (Fig. 1), it uses a water treatment unit 32 (BWP), connected to the section after the filter 31 by the entrance through the jumper 33 to the fluid outlet line operating from the pump 30, and the output through the jumper 34 to the pipe 17, which serves to fill the BHC with process water (in Fig. 1, the BWP connection is conventionally shown by a vertical dashed arrow).

При подготовке схем к другим вариантам осуществления способа учитывают возможность преодоления сопровождающих рабочий процесс факторов и условий, снижающих эффективность теплопереноса. Например, если схему подготавливают под циклограмму рабочего процесса, которая содержит возможные перерывы в добыче рассола, совпадающие с продолжающимся сезоном теплоснабжения (отопления), то при сборке ВКТО применяют центральный трубопровод 14 особого исполнения. Поскольку в указанные перерывы движение потока рассола по эксплуатационной колонне прекращается, и это сопровождается образованием в пространстве между корпусом 12 теплообменника и эксплуатационной колонной 5 неподвижного столба 42 (фиг.2) пластового рассола, имеющего статический уровень в соответствии с давлением в пласте 3, для поддержания температуры теплоносителя-воды, достигнутой в нижней, самом нагретой (за счет геотермальной энергии) части ВКТО, верхнюю часть трубопровода 14 собирают не менее, чем на половину общей его длины из элементов, выполненных из теплоизолирующего материала, например фибергласса. В ранее рассмотренных вариантах способа это условие является предпочтительным, но в некоторых случаях не обязательным (например, при повышенных температурах рассола, связанных с движением потока по варианту спуска ВКТО на глубину Н₂, как в примере на фиг.1, а также высоких скоростях подъема воды по трубопроводу 14).In preparing schemes for other variants of the method, the possibility of overcoming the factors and conditions that accompany the workflow that reduce the efficiency of heat transfer is taken into account. For example, if a scheme is prepared for a cyclogram of a workflow that contains possible interruptions in the extraction of brine, which coincide with the ongoing heat supply (heating) season, then when assembling the VKTO, a central pipeline 14 of special design is used. Since during these breaks the movement of the brine flow along the production string is stopped, and this is accompanied by the formation in the space between the heat exchanger body 12 and the production string 5 of the fixed column 42 (Fig. 2) of the formation brine having a static level in accordance with the pressure in the formation 3, to maintain the temperature of the coolant-water reached in the lower, most heated (due to geothermal energy) part of the VKTO, the upper part of the pipeline 14 is collected at least half its total length from eleme nt made of heat-insulating material, such as fiberglass. In the previously considered variants of the method, this condition is preferable, but in some cases not mandatory (for example, at elevated brine temperatures associated with the movement of the flow according to the option of lowering the VKTO to a depth of H ₂ , as in the example of FIG. 1, as well as high lifting speeds water through the pipeline 14).

Другим фактором изменения рабочей схемы еще по одному варианту способа является расширение территориальных и технологических возможностей комплексного использования гидроминерального и теплоэнергетического потенциалов пластовых вод с распространением в рамках совмещенного производства эффективности теплоснабжения на широко распространенные слаботермальные (но высокоминерализованные) рассолы (территории ЦФО, СЗФО и др. федеральных округов России).Another factor in changing the working scheme according to another variant of the method is the expansion of territorial and technological capabilities for the integrated use of hydromineral and heat energy potentials of formation water with the spread, within the framework of combined production of heat supply efficiency, to widespread low-thermal (but highly mineralized) brines (territories of the Central Federal District, NWFD, and other federal districts of Russia).

Для этого в подготавливаемую схему (на фиг.2 условно показан рассолоносный пласт 3 с характерными по данному варианту способа температурами рассола) к линии подачи технической воды перед входным патрубком 13 добавляют подключаемый через перемычки 39б и 39в блок регулирования температуры (БРТ, позиция 40) для периодического или непрерывного догрева воды перед подачей в межтрубное пространство ВКТО. Блок предназначен для подъема температуры, охлаждаемой в испарителе теплового насоса 41 воды (в примере на фиг.2 - с 25-35°С на входе до 15-20°С на выходе), до как минимум первоначальных значений на выходе из ВКТО (на входе в тепловой насос) или выше (30-35°С на фиг.2), например, путем подмешивания к воде при закрытой перемычке 39а и открытых 39б, 39в горячей воды из входящей в состав БРТ емкости, подогреваемой за счет внешнего энергоносителя, например электроэнергии. Для экономии затрат на энергоносители в состав БРТ закладывают элементы регулирования процесса смешения в соответствии с поступающим сигналом о величине перепада между заданной (по конкретным геологическим условиям) температурой теплоносителя - воды для термостатирования колонны и замеряемой температурой воды на выходе из испарителя теплового насоса.To do this, in the prepared circuit (in Fig. 2, the brine formation 3 with the brine temperatures characteristic for this embodiment of the method is conventionally shown), the temperature control unit connected via jumpers 39b and 39c is added to the process water supply line in front of the inlet 13 (BRT, position 40) for periodic or continuous heating of water before feeding into the annular space VKTO. The unit is designed to raise the temperature cooled in the evaporator of the heat pump 41 of water (in the example in figure 2 - from 25-35 ° C at the inlet to 15-20 ° C at the outlet), to at least the initial values at the exit of the VKTO (at inlet to the heat pump) or higher (30-35 ° C in FIG. 2), for example, by mixing hot water from the container included in the BRT, heated by an external energy source, by mixing with water with a closed jumper 39a and open 39b, 39c electricity. To save energy costs, the BRT includes elements for regulating the mixing process in accordance with the incoming signal about the difference between the set temperature (for specific geological conditions) of the coolant - water for thermostatting of the column and the measured water temperature at the outlet of the heat pump evaporator.

После проведения подготовительных работ по вскрытию бурением продуктивного пласта 3 и его освоению, сопровождаемых в этот период сбросом рассола в поглощающую зону 6 или наземные емкости 10, удаляют скопившиеся в емкостях отходы рассола, смешанного с буровой жидкостью (шлам), используя часть из них при подготовке строительных материалов и по другому назначению и отводя остатки в резервную емкость (или вырытый котлован). Далее согласно общей схеме на фиг.1 предлагаемый способ добычи и использования геотермального рассола осуществляют в следующей последовательности.After preparatory work on drilling the productive formation 3 and its development, accompanied by the discharge of brine into the absorption zone 6 or ground tanks 10 during this period, the waste brine mixed with drilling fluid (sludge) accumulated in the tanks is removed, using some of them in the preparation building materials and for other purposes and diverting the remains to a reserve tank (or dug a foundation pit). Further, according to the general scheme in figure 1, the proposed method for the extraction and use of geothermal brine is carried out in the following sequence.

В начале рабочего периода размещенный внутри колонны 5 теплообменник (ВКТО) с помощью насоса 16 заполняют водой от источника 17 (например, от водоаккумулятора или мелкой скважины на воду) при открытых перемычках 18, 19 и закрытой перемычке 20. После заполнения перемычку 18 закрывают и при открытых перемычках 19 и 20 насосом 16 воду многократно перемещают по замкнутому таким образом циркуляционному контуру ВКТО, сначала подавая через патрубок 13 в межтрубное пространство в направлении, обратном движению рассола по колонне 5, а затем за счет давления, создаваемого насосом 16, меняют направление, поднимая по центральному трубопроводу 14 на выход из ВКТО через патрубок 15 (направления движения воды и рассола обозначены стрелками на фиг.1).At the beginning of the working period, the heat exchanger placed inside the column 5 (VKTO) is filled with water 16 from a source 17 (for example, from a water accumulator or a shallow well into water) with a pump 16 with open jumpers 18, 19 and a closed jumper 20. After filling, the jumper 18 is closed and open jumpers 19 and 20 with pump 16 repeatedly move water along the closed circuit of the VKTO, thus first supplying through pipe 13 to the annular space in the direction opposite to the movement of the brine along the column 5, and then due to pressure, with created by the pump 16, change direction by lifting through the central pipeline 14 to exit the VKTO through the pipe 15 (the directions of movement of water and brine are indicated by arrows in figure 1).

Поднимаемый за счет энергии высоконапорного пласта 3 или в результате нагнетания насосным блоком 11 концентрированный геотермальный рассол (фиг.1) в контролируемом в соответствии с дебитом скважины и объемом использования количестве (расходомеры условно не показаны, позицией 21 условно показан обратный клапан) отводят по межколонному пространству 9 в наземные емкости 10 (при открытой перемычке 22 и закрытых 23 и 26, фиг.1) либо, меняя положение перемычек, направляют по другим веткам: через перемычку 26 - непосредственно на комбинат 27 по переработке рассола на ГМС, сбрасывая излишки добываемого рассола через перемычку 23 с обратным клапаном, с помощью насосного блока 11 в поглощающую зону 6. Туда же с помощью насосного блока 11 отводят возможные излишки рассола при заполнении емкостей (через перемычки 24 и 25), а также с помощью циркуляционного насоса 30 частично обессоленный в результате переработки в товарные продукты (ТП) флюид, направляя его вместе с избыточным потоком рассола из скважины через перемычки 28, 29 и фильтр 31 очистки от механических примесей в общую линию отвода и поглощающую зону 6 (фильтр используют для защиты зоны 6 от кальматации).Raised due to the energy of the high-pressure formation 3 or as a result of pumping by the pump unit 11, a concentrated geothermal brine (Fig. 1) in a quantity controlled in accordance with the flow rate and volume of use (flow meters are not shown conventionally, the check valve is conventionally shown at 21) is diverted into the annular space 9 to ground tanks 10 (with the open jumper 22 and closed 23 and 26, Fig. 1) or, changing the position of the jumpers, sent along other branches: through the jumper 26 - directly to the processing plant 27 brine at the HMS, dumping excess brine mined through a jumper 23 with a check valve, using the pump unit 11 to the absorption zone 6. There, using the pump unit 11, possible excess brine excess is removed when filling the tanks (through jumpers 24 and 25), as well as using the circulation pump 30, partially desalted as a result of processing into marketable products (TP), the fluid, directing it along with the excess brine stream from the well through jumpers 28, 29 and filter 31 for cleaning mechanical impurities into a common drain line and absorbing ONU 6 (filter used to protect areas from clogged after 6).

Когда геотермальный рассол добывают в рамках описанной выше схемы, то есть с целевой установкой на реализацию только гидроминерального потенциала, функцию термостатирования верхней части колонны 5 осуществляют за счет подогрева циркулирующей воды в зоне расположения нижних участков корпуса 12, близких к основанию ВКТО, то есть для данного варианта способа (с одной ступенью теплосъема) для решения задачи термостатирования достаточному уровню спуска ВКТО в зону воздействия геотермального градиента пород удовлетворяет Hi. В результате происходит перенос тепла от постоянно движущегося вверх нагретого потока рассола к движущейся вниз технической воде через теплопроводящую стенку корпуса. Для применяемого по данному варианту способа и показанного в примере на фиг.1 укороченного варианта ВКТО (с обозначенным пунктирной линией положением основания) уровень заглубления H₁ должен соответствовать интервалу пород с Т_п не менее 28-33°С. Последний диапазон выбран из расчета, что после подъема воды по центральному трубопроводу 14, с учетом допускаемых теплопотерь при подъеме, на выходе и входе ВКТО будет обеспечена температура циркулирующей воды в диапазоне, достаточном для термостатирования верхней части колонны 5 (в примере на фиг.1 он принят равным 25-30°С).When the geothermal brine is mined within the framework of the scheme described above, that is, with a target setting to realize only the hydromineral potential, the thermostating function of the upper part of the column 5 is carried out by heating the circulating water in the zone of location of the lower sections of the housing 12 close to the base of the VKTO, that is, for this a variant of the method (with one step of heat removal) to solve the problem of thermostating, a sufficient level of descent of the HVAC into the zone of influence of the geothermal gradient of the rocks satisfies Hi. As a result, heat is transferred from the constantly moving upward heated brine stream to the process water moving downward through the heat-conducting wall of the housing. For the shortened variant of the VKTO (with the position of the base indicated by the dashed line in the example used in this embodiment of the method and shown in the example in FIG. 1), the depth level H ₁ should correspond to the rock interval with T _{p of} at least 28-33 ° С. The last range is selected based on the calculation that after the water rises through the central pipeline 14, taking into account the allowed heat losses during the rise, the temperature of the circulating water will be provided at the outlet and inlet of the VKTO in a range sufficient to thermostat the upper part of the column 5 (in the example in figure 1 it taken equal to 25-30 ° C).

Термостатирование осуществляют, неоднократно прокачивая воду насосом 16 по замкнутому контуру ВКТО, в результате чего происходит теплоперенос через теплопроводящую стенку корпуса 12 к окружающей прослойке рассола, имеющей первоначально на всем протяжении зоны вероятного фазового температурного перехода более низкую температуру, чем у подаваемой нагретой воды. В результате подаваемая вода сначала охлаждается, затем падение температуры воды компенсируют с глубиной подачи за счет постепенного выравнивания температур пород и рассола в соответствии с геотермальным градиентом пород и выбранной протяженностью теплообменника, а на верхнем участке движения потока рассола, в интервале вероятного температурного фазового перехода, вплоть до выхода из скважины, получают примерно усредненную между рассолом и водой температуру. За счет описанного теплообмена в данном варианте способа обеспечивают защиту верхней части эксплуатационной колонны от выпадения твердых отложений, связанных с неустойчивостью рассолов при понижении их температуры за критические для фазовых переходов значения, ввиду прохождения через приповерхностные, наименее нагретые слои грунта.Thermostating is carried out by repeatedly pumping water with a pump 16 along a closed VKTO loop, which results in heat transfer through the heat-conducting wall of the housing 12 to the surrounding brine layer, which initially has a lower temperature throughout the zone of the probable phase temperature transition than that of the supplied heated water. As a result, the feed water is first cooled, then the drop in water temperature is compensated with the feed depth due to the gradual equalization of rock and brine temperatures in accordance with the geothermal gradient of the rocks and the selected heat exchanger length, and in the upper section of the brine flow, in the range of the probable temperature phase transition, up to before exiting the well, an average temperature between brine and water is obtained. Due to the heat exchange described in this embodiment of the method, the upper part of the production string is protected from precipitation of solid deposits associated with the instability of the brines when their temperature decreases beyond the critical values for phase transitions, due to passage through the near-surface, least heated soil layers.

Таким образом, на подогрев теплоносителя, предназначенного для термостатирования определенного участка колонны, в предложенном способе используют внутренний тепловой ресурс рассола, обусловленный наличием геотермального градиента в залегающих ниже указанного участка породах, что позволяет в отличие от прототипа избавиться от затрат на внешние энергоносители для подогрева теплоносителя.Thus, for heating the coolant intended for thermostating of a certain section of the column, the proposed method uses the internal thermal resource of the brine due to the presence of a geothermal gradient in the rocks lying below the specified section, which allows, unlike the prototype, to get rid of the costs of external energy carriers for heating the coolant.

При осуществлении предлагаемого способа по второму варианту использование гидроминерального потенциала добываемого геотермального рассола совмещают в рамках той же односкважинного системы с использованием его теплоэнергетических ресурсов на теплоснабжение объектов, находящихся рядом со скважиной (с учетом допускаемых теплопотерь в трубопроводах, как правило, имеется ввиду расстояние от нее не более 1,0-1,5 км). В качестве примера такого комплексного использования ресурсов геотермального рассола на фиг.1 рассмотрен вариант совмещения гидроминерального производства и отопления производственных площадей химического комбината (позиция 27 на фиг.1).When implementing the proposed method according to the second embodiment, the use of the hydromineral potential of the produced geothermal brine is combined within the same single well system using its heat energy resources for heat supply to objects located near the well (taking into account the allowed heat losses in pipelines, as a rule, the distance from it is not more than 1.0-1.5 km). As an example of such integrated use of the resources of the geothermal brine in figure 1, the option of combining hydro-mineral production and heating of the production facilities of a chemical plant is considered (position 27 in figure 1).

Как уже отмечалось выше, по второму варианту предлагаемого способа применяют более длинный ВКТО, достигающий при спуске в скважину своим основанием глубины H₂ (фиг.1), которая соответствует интервалу геологического разреза с повышенными относительно условий в первом варианте температурами пород (Н₂ в примере на фиг.1 соответствует Т_п в диапазоне 55-65°С). Например, применительно к параметрам Медягинской скважины (подтвержденная бурением глубина залегания кровли средне-верхнекембрийского рассолоносного комплекса около 2080 м) с учетом принятых ограничений (пункт 2 формулы изобретения), вытекающих из проведенных аналогий с графиками на фиг.3, для работы по второму варианту способа подойдет ВКТО, длина Н₂ спускаемой в скважину части которого равна примерно 1500 м.As already noted above, according to the second variant of the proposed method, a longer VKTO is used, which, when lowering into the well with its base, reaches a depth of H ₂ (Fig. 1), which corresponds to the interval of the geological section with elevated rock temperatures (H ₂ in the example figure 1 corresponds to T _p in the range 55-65 ° C). For example, in relation to the parameters of the Medyaginskoye well (confirmed by drilling the depth of the roof of the Middle Upper Cambrian brine-bearing complex of about 2080 m), taking into account the accepted restrictions (paragraph 2 of the claims) arising from the performed analogies with the graphs in figure 3, for work according to the second variant of the method VKTO is suitable, the length of H _{2 of the} part of which is lowered into the well is approximately 1500 m.

После заполнения ВКТО водой с использованием водоисточника 17 и циркуляционного насоса 16 при замкнутой схеме прокачки воды через теплообменник, описанной выше при рассмотрении первого варианта способа, начинают рабочие операции в установившемся эксплуатационном режиме добычи рассола и использования его гидроминеральных ресурсов с подключением необходимых для этого элементов схемы на фиг.1 (БТС в этот период условно показан отключенным).After filling the VKTO with water using a water source 17 and a circulation pump 16 with a closed scheme for pumping water through a heat exchanger described above when considering the first variant of the method, work operations begin in the steady-state operating mode of brine extraction and use of its hydromineral resources with connecting the necessary circuit elements to this figure 1 (BPS in this period is conditionally shown as disabled).

С наступлением отопительного сезона способ осуществляют с дополнительными функциями, связанными с теплоснабжением, которые реализуют следующим образом.With the onset of the heating season, the method is carried out with additional functions related to heat supply, which are implemented as follows.

Подключая к патрубкам 13 и 15 теплообменника блок теплоснабжения 37 (БТС, на фиг.1 направление подключения обозначено пунктирной стрелкой), насос 16 выключают, прерывая одновременно линию подачи воды через него и увеличивая контур циркуляции воды за счет трубной разводки БТС при открытых перемычках 35 и 36. Включая в работу циркуляционный насос 38, при открытых перемычках 19, 20, 35, 36 (перемычка 18 закрыта) поток выходящей из ВКТО воды с температурами, достигнутыми за счет геотермальной энергии более глубоко залегающих пород (протяженность ВКТО в отличие от первого варианта способа при глубине расположения основания Hz соответствует температурам воды на выходе ВКТО 50-60°С, условно показанным на фиг.1 для второго варианта в скобках), направляют в БТС через прямую линию с открытой перемычкой 35. В теплообменниках, распределительной сети и отопительных приборах БТС (условно не показаны) осуществляют необходимый для теплоснабжения первый этап теплосъема. После этого через обратную линию с открытой перемычкой 36 воду, охлажденную после теплосъема в БТС до 35-40°С, возвращают через патрубок 13 в межтрубное пространство ВКТО, в верхней части которого реализуют вторую ступень теплосъема, нагревая при этом через теплопроводящую стенку корпуса 12 более холодную на этом участке прослойку рассола внутри колонны 5. Таким образом, по второму варианту способа функцию термостатирования колонны осуществляют, пользуясь тем обстоятельством, что температурный уровень оборотной воды из систем отопления удовлетворяет необходимому уровню температур теплоносителя для термостатирования (как правило, не ниже, в примере на фиг.1 он находится в диапазоне 35-40°С).Connecting the heat supply unit 37 to the heat exchanger pipes 13 and 15 (BPS, the connection direction is indicated by a dashed arrow in Fig. 1), the pump 16 is turned off, simultaneously interrupting the water supply line through it and increasing the water circulation circuit due to the BPS pipe wiring with open jumpers 35 and 36. Including the circulation pump 38, with the open jumpers 19, 20, 35, 36 (the jumper 18 is closed), the flow of water leaving the VKTO with the temperatures reached due to the geothermal energy of more deep-seated rocks (the length of the VKTO in from the first variant of the method at a base location depth Hz corresponds to the water temperatures at the VKTO outlet 50-60 ° C, conventionally shown in Fig. 1 for the second variant in brackets), they are sent to the BPS through a straight line with an open jumper 35. In heat exchangers, distribution BTS network and heating appliances (not shown conditionally) carry out the first stage of heat removal necessary for heat supply. After that, through a return line with an open jumper 36, water cooled to 35-40 ° C after heat removal in the BPS is returned through the pipe 13 to the VKTO annulus, in the upper part of which the second heat removal stage is realized, while heating through the heat-conducting wall of the housing 12 more the brine layer cold inside this column inside the column 5. Thus, according to the second variant of the method, the temperature control function of the column is carried out taking advantage of the fact that the temperature level of the circulating water from the heating systems satisfies sets the required level of coolant temperature for temperature control (usually not lower, in the example in figure 1 it is in the range of 35-40 ° C).

При дальнейшем движении к основанию теплообменника затраченное водой на термостатирование тепло постепенно компенсируют, а затем температуру воды наращивают за счет движущегося с глубины потока горячего рассола. Нагретую таким образом воду прокачивают насосом 38 наверх через центральный трубопровод 14, в результате чего через патрубок 15 в БТС снова подают при открытых перемычках 20 и 35 воду с температурой, восстановленной до первоначального значения (50-60°С на фиг.1). Далее рабочие процессы в циркуляционном контуре, составленном путем присоединения ВКТО к БТС, повторяют посезонно в приведенной последовательности, с отключением БТС в межотопительные периоды, согласно ситуации, показанной на фиг.1.With further movement to the base of the heat exchanger, the heat expended by the water for temperature control is gradually compensated, and then the water temperature is increased due to the moving hot brine from the depth of the stream. The water heated in this way is pumped upward through the central pipe 14 by the pump 38, as a result of which water is returned to the BTS with open jumpers 20 and 35 at a temperature restored to its original value (50-60 ° C in FIG. 1) through the pipe 15. Next, the working processes in the circulation circuit, compiled by connecting VKTO to the BPS, are repeated seasonally in the sequence shown, with the BTS turned off during the inter-heating periods, according to the situation shown in Fig. 1.

Для продолжения использования в эти периоды гидроминерального потенциала рассола ВКТО снова переключают в режим циркуляции воды по замкнутому контуру через перемычки 19 и 20, включая в работу насос 16. Параллельно, для экологически безопасного целевого потребления гидроминеральных ресурсов рассола, в зависимости от заданной циклограммы рабочих процессов, производят отбор рассола из скважины 1 либо через трубопроводную ветку с перемычкой 22 (подача в наземные емкости 10, с отпуском ТП в виде шлама, специальных буровых, строительных и др. смесей), либо - ветку с перемычкой 26 (подача на комбинат 27 с отпуском ТП в виде химических компонентов), либо - ветку с перемычкой 23, с подключением через перемычки 24 и 25 насосного блока 11, который осуществляет одновременный отвод рассола из емкостей 10 и пласта 3 в межколонное пространство 9 и далее в зону поглощения 6 (фиг.1).To continue using the brine’s hydromineral potential during these periods, the VKTO again switches to closed loop water circulation via jumpers 19 and 20, including pump 16. In parallel, for environmentally friendly target consumption of brine hydromineral resources, depending on a given sequence of work processes, make a selection of brine from the well 1 or through a pipe branch with a jumper 22 (supply to ground tanks 10, with the release of TP in the form of sludge, special drilling, construction and other mixtures j), either a branch with a jumper 26 (supply to the plant 27 with the release of TP in the form of chemical components), or a branch with a jumper 23, with the pump unit 11 connected through jumpers 24 and 25, which simultaneously carries out the brine from the tanks 10 and formation 3 into the annular space 9 and further into the absorption zone 6 (figure 1).

Одновременно с использованием дополнительной отводной линии, содержащей перемычки 28, 29, насос 30 и фильтр 31 осуществляют защиту окружающей среды от выбросов и излишков рассола путем отвода приемлемой (с позиции дальнейшего смешивания и безопасной закачки в скважину) части флюида, которая образуется из рассола в наземных емкостях 10 при выгрузке смесей и на комбинате 27 после выделения из рассола химических соединений.At the same time, using an additional outlet line containing jumpers 28, 29, pump 30 and filter 31 protect the environment from emissions and excess brine by diverting an acceptable (from the position of further mixing and safe injection into the well) part of the fluid that is formed from brine in ground tanks 10 when unloading mixtures and at the plant 27 after the allocation of brine chemical compounds.

При осуществлении способа по третьему варианту, кроме использования гидроминерального и теплоэнергетического потенциалов рассола, реализуют возможность самообеспечения схемы на фиг.1, необходимой для ее функционирования технической водой. Вместо традиционных водоисточников (условно обозначенных на фиг.1 позицией 17), создание которых связано с дополнительными затратами (строительство скважин на воду и др.), используют водный ресурс рассола в виде части флюида, отводимого после использования гидроминерального потенциала рассола, выбирая объем этой части из условия достаточного заполнения и требуемой периодической подпитки элементов схемы, в т.ч. - циркуляционных контуров ВКТО и БТС.When implementing the method according to the third embodiment, in addition to using the hydromineral and heat energy potentials of the brine, they realize the possibility of self-sufficiency of the circuit in Fig. 1, which is necessary for its functioning with technical water. Instead of traditional water sources (conditionally indicated in figure 1 by number 17), the creation of which is associated with additional costs (construction of wells for water, etc.), use the brine water resource as part of the fluid discharged after using the brine potential, choosing the volume of this part from the condition of sufficient filling and the required periodic recharge of circuit elements, including - circulation circuits VKTO and BTS.

Для этого флюид, представляющий рассол с уменьшенной в результате переработки концентрацией, предварительно доводят до кондиций технической воды, для чего в отводную линию, функционирующую от насоса 30, на участке после фильтра 31 механических примесей периодически подключают блок водоподготовки 32 (БВП), присоединяя его к линии входом, через перемычку 33 (на фиг.1 условно показано вертикальной пунктирной стрелкой), а выходом через перемычку 34 - к трубопроводу заполнения ВКТО водой (для удобства обозначен той же позицией 17).For this, a fluid representing a brine with a reduced concentration as a result of processing is preliminarily adjusted to the condition of the process water, for which a water treatment unit 32 (BWP) is periodically connected to the discharge line functioning from the pump 30 in the section after the filter 31 of mechanical impurities, connecting it to lines through the entrance, through jumper 33 (Fig. 1 is conventionally shown by a vertical dashed arrow), and by the exit through jumper 34 - to the VKTO filling pipeline with water (indicated for convenience by the same position 17).

После заполнения контуров ВКТО и БТС определенным объемом подготовленной в БВП воды в остальном операции по осуществлению данного варианта способа проводят аналогично рассмотренной выше последовательности, периодически контролируя количество воды в контурах и заранее готовя в БВП очередную порцию воды для их подпитки.After filling the BHC and BPS circuits with a certain amount of water prepared in the BWP, the rest of the operation for the implementation of this variant of the method is carried out similarly to the above sequence, periodically monitoring the amount of water in the circuits and pre-preparing the next portion of water in the BWP to feed them.

Следующий вариант предлагаемого способа учитывает возможные в процессе проведения работ или предусмотренные циклограммой рабочего процесса периодические остановки в добыче рассола, например, связанные с временным перенасыщением пунктов для переработки рассола гидроминеральным сырьем или готовой товарной продукцией. Эти остановки, как правило, ухудшают рабочую ситуацию с позиции эффективности теплообмена, поскольку в отличие от рассмотренных выше вариантов способа позитивное влияние на теплообмен постоянно поступающего с глубины подогретого потока рассола (на фиг.1 движение рассола в кольцевом зазоре между ВКТО и колонной 5 обозначено стрелками) в эти периоды сменяется теплообменом через неподвижную прослойку установившегося в указанном зазоре столба жидкости (условно отмечен позицией 42 на фиг.2).The next variant of the proposed method takes into account periodic stops in brine production that are possible in the process of work or provided in the cyclogram of the work process, for example, associated with temporary oversaturation of items for brine processing with hydromineral raw materials or finished commercial products. These stops, as a rule, worsen the working situation from the standpoint of heat transfer efficiency, since, in contrast to the above variants of the method, the positive effect on the heat transfer of the brine constantly coming from the depth of the heated stream (in Fig. 1, the movement of the brine in the annular gap between the VKTO and column 5 is indicated by arrows ) during these periods is replaced by heat exchange through a fixed layer of a liquid column established in the specified gap (conditionally marked with a position 42 in figure 2).

Предлагаемым усовершенствованием по данному варианту способа (п.4 формулы изобретения), направленным на сохранение возможности эффективного теплоснабжения при работе с перерывами в добыче рассола, является то, что при реализации теплоснабжения по ранее рассмотренной схеме с использованием ВКТО большей длины (соответствует Н₂ на фиг.1), центральный трубопровод 14 применяют с выполненной, по крайней мере на половину его длины, верхней частью из теплоизоляционного материала, например фибергласса. Таким приемом удерживают на данном участке трубопровода температуру поступающей наверх технической воды, подогретой перед этим в результате теплопереноса, осуществленного через стенку корпуса ВКТО в интервале расположения нижней части столба рассола, самой нагретой от глубокозалегающих горных пород. В зависимости от геотермических и других параметров геологического разреза выбор длины ВКТО связывают с выбором разных исполнений трубопровода 14: от составной конструкции (например, нижняя часть - из теплопроводящего материала, верхняя - из теплоизолирующего) до полностью выполненного трубопровода 14 из теплоизолирующего материала.The proposed improvement according to this variant of the method (claim 4 of the claims), aimed at maintaining the possibility of efficient heat supply when working with interruptions in the extraction of brine, is that when realizing heat supply according to the previously considered scheme using a larger VKTO (corresponds to H ₂ in FIG. .1), the central pipeline 14 is used with at least half its length made of the upper part of a heat-insulating material, for example fiberglass. This technique holds in this section of the pipeline the temperature of the technical water coming up, heated before that as a result of heat transfer carried out through the wall of the VKTO housing in the range of the location of the lower part of the brine column, the most heated from deep-lying rocks. Depending on the geothermal and other parameters of the geological section, the selection of the VKTO length is associated with the choice of different versions of pipeline 14: from a composite structure (for example, the lower part is made of heat-conducting material, the upper part is made of heat-insulating material) to the completely made pipeline 14 made of heat-insulating material.

При таком варианте способа не только решают задачу непрерывающегося эффективного теплоснабжения в периоды совпадения перерывов в добыче рассола с незавершенным отопительным сезоном, но и сохраняют возможность использования гидроминерального потенциала рассола (согласно ограничительной части формулы изобретения - п.1 формулы) путем переработки в указанные технологические перерывы созданного задела из добытого перед этим рассола, например, накопленного в наземных емкостях 10. Поскольку прекращение добычи связано с отключением насосного блока 11, образовавшийся после переработки флюид отводят в этот период в зону поглощения 6 с помощью насоса 30, по аналогии со схемой на фиг.1. При возвращении к добыче рассола включают в работу насосный блок 11, восстанавливают функции подъема рассола из пласта 3 и отвода его излишков в ту же зону по межколонному пространству 9.With this variant of the method, they not only solve the problem of continuous efficient heat supply during periods of coincidence of breaks in the extraction of brine with the incomplete heating season, but also retain the possibility of using the hydromineral potential of the brine (according to the restrictive part of the claims - formula 1) by processing the created backlog from the brine mined before, for example, accumulated in ground tanks 10. Since the cessation of production is connected with the shutdown of the pump of the first block 11, the fluid formed after processing is diverted during this period to the absorption zone 6 by means of a pump 30, by analogy with the scheme in Fig. 1. Upon returning to the extraction of brine, the pump unit 11 is turned on, the functions of raising the brine from the reservoir 3 and removing its surplus to the same zone along the annular space 9 are restored.

Фрагмент на фиг.2 отражает особенности еще одного варианта способа, распространяющего возможность эффективной добычи и комплексного использования концентрированного геотермального рассола на слаботермальные рассолы.The fragment in figure 2 reflects the features of another variant of the method, extending the possibility of efficient production and integrated use of concentrated geothermal brine to low thermal brines.

При осуществлении способа по этому варианту решают проблему обеспечения двух необходимых ступеней теплосъема (на теплоснабжение объектов и термостатирование колонны) в условиях заниженных температурных параметров рассолоносного пласта. Так в примере, фрагментарно изображенном на фиг.2, реально ожидаемый при характерных для данного случая температурах в пласте (35-40°С) температурный уровень рассола на выходе ВСКО, даже с учетом сниженных за счет исполнения трубопровода 14 теплопотерь, не превысит 25-35°С. Поскольку применение теплоносителя такого низкопотенциального уровня на теплоснабжение связано с необходимостью термотрансформации передаваемого тепла до потребительского уровня, осуществляемой, например, с помощью устанавливаемого перед БТС теплового насоса с электроприводом (ТН - позиция 41 на фиг.2), то при реализации теплоснабжения по предложенной на фиг.2 схеме на выходе из испарителя ТН получают воду с температурами 15-20°С, не удовлетворяющими ранее рассмотренным температурным параметрам теплоносителя для термостатирования колонны.When implementing the method according to this option, they solve the problem of providing the two necessary stages of heat removal (for heat supply of objects and column temperature control) under conditions of low temperature parameters of the brine formation. So in the example fragmented in Fig. 2, the temperature level of brine at the VSCO outlet, which is actually expected at typical reservoir temperatures (35–40 ° C), even if heat losses are reduced due to the execution of the pipeline 14, will not exceed 25– 35 ° C. Since the use of a coolant of such a low potential level for heat supply is associated with the need for thermal transformation of the transferred heat to a consumer level, carried out, for example, by means of a heat pump with electric drive installed in front of the BTS (ТН - position 41 in Fig. 2), when implementing heat supply as proposed in FIG. .2 the circuit at the outlet of the VT evaporator receives water with temperatures of 15-20 ° C that do not satisfy the previously considered temperature parameters of the coolant for temperature control us.

Поэтому в следующем предлагаемом варианте способа (п.5 формулы изобретения) для решения указанной проблемы температуру технической воды, охлаждаемой в результате теплосъема при использовании на теплоснабжение с применением устанавливаемого между выходом из скважинного теплообменника и наземной сетью теплоснабжения термотрансформатора, регулируют перед возвращением в теплообменник, в сторону повышения на величину перепада между выбранной по конкретным геологическим условиям температурой теплоносителя для термостатирования колонны и фактической, замеренной на выходе из термотрансформатора температурой возвращаемой воды. Способ по данному варианту осуществляют в следующей последовательности.Therefore, in the next proposed variant of the method (claim 5 of the claims), to solve this problem, the temperature of process water cooled as a result of heat removal when used for heat supply using a heat transformer installed between the outlet of the borehole heat exchanger and the ground heat supply network is controlled before returning to the heat exchanger, in the increase side by the value of the difference between the heat carrier temperature selected for specific geological conditions for column temperature control s actual and as measured at the exit of thermotransformers temperature return water. The method according to this option is carried out in the following sequence.

После нескольких циклов прокачки по замкнутому контуру заполненного водой ВКТО насос 16 выключают и, включая в работу насос 38, при закрытых перемычках 18, 19, 39а и открытых перемычках 20, 35, 36, 39б, 39в воду подают через испаритель теплового насоса 41, другая сторона которого (конденсатор) связана с контуром отопления БТС, затем - в блок регулирования температуры БРТ, представляющий емкость 40, заполненную водой, нагреваемой от традиционного энергоносителя, например электроэнергии. В соответствии с сигналом, поступающим от измерителя температуры воды, установленного на выходе испарителя (условно не показан) о величине указанного температурного перепада, меняют уровень догрева воды в БРТ, регулируя таким образом температуру воды перед подачей через перемычку 39в во входной патрубок 13 в сторону повышения до заданной температуры, выбранной для осуществления функции термостатирования верхней части колонны 5. Термостатирование сопровождается следующими процессами теплообмена.After several cycles of pumping in a closed circuit of water filled with VKTO, pump 16 is turned off and, when pump 38 is in operation, with closed jumpers 18, 19, 39a and open jumpers 20, 35, 36, 39b, 39v, water is supplied through the heat pump evaporator 41, the other the side of which (the condenser) is connected to the heating circuit of the BPS, then to the BRT temperature control unit, representing a tank 40 filled with water heated from a traditional energy source, such as electricity. In accordance with the signal received from the water temperature meter installed at the outlet of the evaporator (not shown conditionally) on the value of the indicated temperature difference, the level of water heating in the BRT is changed, thereby regulating the water temperature before flowing through the jumper 39c into the inlet pipe 13 upward to a predetermined temperature selected to perform the thermostating function of the upper part of the column 5. Thermostating is accompanied by the following heat exchange processes.

Подогретая вода после входа в ВКТО в зависимости от периодичности добычи сначала отдает тепло через стенку корпуса 12 охлажденному в интервале верхних слоев грунта движущемуся потоку концентрированного рассола (фиг.1) или неподвижной прослойке рассола 42 (фиг.2), имеющей низкую температуру в верхней части эксплуатационной колонны 5, предохраняя таким образом поверхность последней от выпадения твердых осадков из рассола, склонного к температурному фазовому переходу. При этом нагретая с помощью БРТ вода сначала охлаждается (например, с температур 30-35°С на входе в ВКТО до некоторого уровня: 20-25°С на фиг.2) в верхней части столба жидкости 42, а затем начинает набирать температуру с глубиной. Осуществляя дальнейшее движение в направлении основания ВКТО, температуру воды повышают за счет воздействия геотермального градиента (при температурах пласта в примере на фиг.2 - примерно на 15°С), и в результате, на выходе из патрубка 15, с учетом рассмотренного выше исполнения трубопровода 14, минимизирующего теплопотери при подъеме, получают температуру воды в диапазоне 25-35 С, соответствующем рекомендациям по достижению высоких коэффициентов преобразования в тепловом насосе. При параметрах отопления, принятых в примере на фиг.2 (максимальная температура нагрева воды 60°С), коэффициенты составят около 6-7 ед. (Петин Ю.М., Накоряков В.Е. Тепловые насосы // Российский химический журнал. - 1997. - Т. 41, №6. - С.107-111).Heated water after entering the VKTO, depending on the frequency of production, first gives off heat through the wall of the housing 12 to the cooled in the interval of the upper layers of the soil moving stream of concentrated brine (Fig. 1) or a stationary layer of brine 42 (Fig. 2) having a low temperature in the upper part production casing 5, thus protecting the surface of the latter from solid precipitation from brine, prone to a temperature phase transition. In this case, the water heated with the help of the BRT is first cooled (for example, from temperatures of 30-35 ° С at the inlet of the VKTO to a certain level: 20-25 ° С in Fig. 2) in the upper part of the liquid column 42, and then begins to gain temperature with depth. Carrying out further movement in the direction of the VKTO base, the water temperature is increased due to the influence of a geothermal gradient (at the formation temperatures in the example in Fig. 2, by about 15 ° C), and as a result, at the outlet of the pipe 15, taking into account the above-described pipeline design 14, minimizing heat loss during lifting, get a water temperature in the range of 25-35 C, corresponding to the recommendations for achieving high conversion coefficients in the heat pump. When the heating parameters adopted in the example of figure 2 (maximum temperature of water heating 60 ° C), the coefficients will be about 6-7 units. (Petin Yu.M., Nakoryakov V.E. Heat pumps // Russian Chemical Journal. - 1997. - T. 41, No. 6. - P.107-111).

Далее указанные операции по теплоснабжению расположенных рядом со скважиной объектов и термостатированию колонны повторяют в приведенной последовательности, в соответствии со схемой на фиг.2, совмещая их в заданные рабочей циклограммой промежутки времени с использованием гидроминерального и водного потенциалов рассола рассмотренными выше методами (фиг.1).Further, the indicated operations for the heat supply of objects located near the well and thermostating of the column are repeated in the above sequence, in accordance with the diagram in Fig. 2, combining them at the time intervals specified by the working cyclogram using the hydromineral and water brine potentials described above (Fig. 1) .

Таким образом, в отличие от прототипа при предложенной схеме движения теплоносителя ниже термостатируемого участка эксплуатационной колонны, то есть - к основанию ВКТО, остаточный тепловой ресурс от догрева воды за счет внешнего энергоносителя присоединяют к теплоэнергетическому потенциалу глубокозалегающих пород и пластовых рассолов, что приводит к восстановлению температурных параметров технической воды, эффективных с позиции последующего осуществления функции теплоснабжения ввиду поддержания в годовом разрезе и от сезона к сезону стабильно высоких коэффициентов термотрансформации извлекаемой низкопотенциальной геотермальной энергии.Thus, in contrast to the prototype, with the proposed flow diagram of the coolant below the thermostatically controlled section of the production casing, that is, to the VKTO base, the residual heat resource from water heating due to the external energy carrier is connected to the heat energy potential of deep-seated rocks and formation brines, which leads to the restoration of temperature parameters of process water effective from the position of the subsequent implementation of the heat supply function due to maintenance in annual terms and from season to season Well stable high coefficients thermotransformation extracted low potential geothermal energy.

Пример возможного применения. В качестве возможного объекта применения предлагаемого способа были оценены потенциальные условия для его реализации, выявленные при строительстве глубоких скважин в ЦФО, в т.ч. - Медягинской специальной скважины в Ярославской области, вскрывшей на глубине 2067-2194 м перспективный для использования, по крайней мере, в восьми регионах ЦФО (Певзнер Л.А. и др. Геотермальная технология использования пластовых вод // Разведка и охрана недр. - 1994, №1. - с.34-36) водоносный средне - верхнекембрийский комплекс с концентрированным геотермальным рассолом. Рассол имеет на забое скважины температуру 56°С, минерализацию около 270 г/л, набор полезных компонентов в промышленных кондициях (Хахаев Б.Н. и др. Инновационные конкурентоспособные технологии на основе геотермальных и других возобновляемых источников для развития регионов ЦФО // Энергообеспечение и энергосбережение - региональный аспект. Материалы междунар. научно-практич. конф. 25 марта 2008 г., Ярославль. - С.56-62).An example of a possible application. As a possible object of application of the proposed method, the potential conditions for its implementation, identified during the construction of deep wells in the Central Federal District, were evaluated, including - Medyaginskoye special well in the Yaroslavl region, discovered at a depth of 2067-2194 m, promising for use in at least eight regions of the Central Federal District (Pevzner L.A. et al. Geothermal technology for the use of produced water // Exploration and Mineral Protection - 1994 , No. 1. - p. 34-36) aquiferous medium - Upper Cambrian complex with concentrated geothermal brine. The brine has a temperature of 56 ° С at the bottom of the well, mineralization of about 270 g / l, a set of useful components in industrial conditions (Khakhaev B.N. et al. Innovative competitive technologies based on geothermal and other renewable sources for the development of the Central Federal District regions // Energy supply and energy conservation - a regional aspect. Materials of the international scientific and practical conference. March 25, 2008, Yaroslavl. - P.56-62).

Сравнительная оценка тепловых процессов, характерных для предложенного способа, с расчетными графиками распределения температур Т воды по длине Н скважинного теплообменника, смоделированного на базе Медягинской скважины (фиг.3), показала следующее. Поскольку в качестве корпуса этого теплообменника, если провести аналогию с предложенным ВКТО, можно принять саму скважину, то в ней теплоперенос от окружающих горных пород к циркулирующему теплоносителю - воде осуществляется непосредственно через неподвижную стенку скважины, а значит, тепловое влияние пересекаемых скважиной водоносных горизонтов в данном случае будет вторичным по участию в процессе теплопередачи относительно теплопроводности. Вид графиков на фиг.3 указывает на несбалансированный при таких условиях теплообмена характер температур теплоносителя при длительных сроках циркуляции (стрелки на графиках обозначают направление движения теплоносителя - воды). Падение температуры воды на выходе из теплообменника относительно первого года эксплуатации: через 10 лет - 28%, через срок службы 30 лет - 40%, что по расчетам составит среднесезонный коэффициент термотрансформации (отвечающий в обратно пропорциональной зависимости за количество потребляемой приводом ТН электроэнергии) 4 ед. (Калинин М.И., Баранов А.В. Метод расчета глубинных теплообменников для геотермального теплоснабжения. Разведка и охрана недр, №6, 2003, с.53-60).A comparative assessment of the thermal processes characteristic of the proposed method, with calculated graphs of the temperature distribution T of water along the length H of the downhole heat exchanger modeled on the basis of the Medyaginskoye well (Fig. 3), showed the following. Since the well itself can be taken as the body of this heat exchanger, if we draw an analogy with the proposed VKTO, then heat transfer from the surrounding rocks to the circulating heat carrier - water is carried out directly through the fixed wall of the well, and therefore, the thermal effect of the aquifers crossed by the well in this the case will be secondary in terms of participation in the heat transfer process relative to thermal conductivity. The type of graphs in figure 3 indicates the unbalanced under these conditions of heat transfer nature of the temperature of the coolant for long periods of circulation (arrows on the graphs indicate the direction of movement of the coolant - water). The temperature drop at the outlet of the heat exchanger relative to the first year of operation: after 10 years - 28%, after a service life of 30 years - 40%, which is estimated to be the average seasonal thermal transformation coefficient (corresponding inversely proportional to the amount of electricity consumed by the TN drive) 4 units . (Kalinin M.I., Baranov A.V. Method for calculating deep heat exchangers for geothermal heat supply. Exploration and protection of mineral resources, No. 6, 2003, p. 53-60).

Относительно этой, реализованной в ряде стран и выбранной для сравнения технологии глубинного скважинного теплообменника предлагаемый способ, на примере варианта рабочей схемы согласно фиг.1, получает преимущество за счет размещения теплообменника с циркулирующим в нем подогретым теплоносителем - водой в потоке нагретого рассола. При этом в процессе теплопереноса, кроме окружающих горных пород, участвует природный коллектор - рассолоносный пласт, постоянно восполняющий прослойку геотермального теплоносителя между ВКТО и эксплуатационной колонной. Такие условия способствуют стабилизации температур циркулирующей в ВКТО воды по сезонам, что обеспечивает наряду с осуществляемой функцией защиты колонны от твердых отложений возможность совмещения и рационального перераспределения с учетом меняющихся требований рынка, гидроминерального производства товарной продукции и эффективного теплоснабжения объектов на базе одной скважины.Relative to this, the downhole heat exchanger technology implemented in a number of countries and selected for comparison, the proposed method, using the example of the working scheme of FIG. 1 as an example, takes advantage of placing a heat exchanger with heated coolant circulating in it — water in a stream of heated brine. At the same time, in the process of heat transfer, in addition to the surrounding rocks, a natural reservoir is involved - a brine bed, constantly replenishing the layer of geothermal coolant between the VKTO and the production string. Such conditions help to stabilize the temperatures of the water circulating in the VKTO by seasons, which, along with the function of protecting the column from solid deposits, provides the possibility of combining and rational redistribution taking into account the changing requirements of the market, hydromineral production of commercial products and efficient heat supply of facilities based on one well.

Даже в менее благоприятных геологических условиях, а именно меньших температурах пластовых вод, характерных, например, для СЗФО, за счет стабилизации температур на выходе ВКТО в диапазоне, показанном в примере на фиг.2, рабочие коэффициенты ТН составят существенно увеличенные значения (около 6-7 ед.). Часть сэкономленного при этом потребления электроэнергии на привод ТН (относительно указанных выше 4 ед. - примерно в 1,5 раза) перераспределяют в схеме на фиг.2 на нагрев теплоносителя в БРТ.Even in less favorable geological conditions, namely lower temperatures of formation water, typical, for example, for the Northwestern Federal District, due to stabilization of temperatures at the VCWO outlet in the range shown in the example in Fig. 2, the operating TN coefficients will be significantly increased values (about 6- 7 units). Part of the energy consumption saved at the same time on the VT drive (relative to the above 4 units — about 1.5 times) is redistributed in the circuit of FIG. 2 to heat the coolant in the BRT.

Таким образом, даже в условиях умеренных геотермальных градиентов и невысоких дебитов скважин (десятки куб. метров в час) создается возможность достижения рентабельности проектов в рамках наименее затратной (односкважинной) технологии при обращении ее на комплексные варианты использования различных ресурсных составляющих геотермального рассола. Так, применительно к гидрогеологическим условиям, подобным параметрам Медягинской скважины, благоприятствующим экологическим требованиям создания необходимых зон поглощения сбросов рассола, по приближенным оценкам, за счет совмещенного производства востребованной гидроминеральной (переклазовые порошки, карбонат кальция, поваренная соль, жидкий бром, хлористый калий и др.) и энергетической продукции (с получением от одной скважины тепловой мощности до 0,5 МВт) можно снизить срок окупаемости относительно только гидроминерального производства - не менее, чем в 1,5 раза.Thus, even in conditions of moderate geothermal gradients and low well flow rates (tens of cubic meters per hour), it is possible to achieve profitability of projects within the least expensive (single well) technology when it is addressed to complex options for using various resource components of geothermal brine. So, in relation to hydrogeological conditions, similar to the parameters of the Medyaginskoye well, which favor the environmental requirements for creating the necessary absorption zones for brine discharges, according to rough estimates, due to the combined production of the demanded hydro-mineral (cross-bed powders, calcium carbonate, sodium chloride, liquid bromine, potassium chloride, etc. ) and energy products (with heat output from one well up to 0.5 MW), the payback period can be reduced relative to only hydro-mineral production leadership - not less than 1.5 times.

Следовательно, за счет размещения контура циркуляции подогревающего теплоносителя внутри эксплуатационной колонны, в условиях движущейся или неподвижной прослойки геотермального рассола, охватывающей контур с теплоносителем в виде технической воды, в предлагаемом способе, в основном, за счет внутреннего теплового ресурса добываемого рассола обеспечивается возможность не только более эффективной защиты от выпадения осадков, связанных со склонностью концентрированных рассолов к температурному фазовому переходу, но и создания рациональных технологических комбинаций добычи и использования ресурсов. Это имеет особое значение, поскольку геологические площадки с умеренными градиентами температур горных пород, часто сопровождаемыми невысокими дебитами скважин, но высокой минерализацией пластовых вод, широко распространены, в т.ч. - в большинстве регионов России, что и потребовало, наряду с проблемой интенсивного роста затрат на глубинное бурение, разработки вариантов способа, рассчитанных на экологически защищенное и эффективное функционирование в разных условиях, с применением наименее затратного по инвестициям (односкважинного) подземного контура.Therefore, due to the placement of the circulation loop of the heating fluid inside the production string, in the conditions of a moving or fixed layer of geothermal brine, covering the circuit with the coolant in the form of process water, in the proposed method, mainly due to the internal thermal resource of the produced brine, it is possible not only more effective protection against precipitation associated with the tendency of concentrated brines to a temperature phase transition, but also the creation of cial technological combinations of resource extraction and use. This is of particular importance, since geological sites with moderate rock temperature gradients, often accompanied by low well flow rates, but high mineralization of formation water, are widespread, including - in most regions of Russia, which required, along with the problem of intensive growth in the costs of deep drilling, the development of method options designed for environmentally friendly and efficient operation in different conditions, using the least costly investment (single well) underground circuit.

Claims

1. A method for the production and use of concentrated geothermal brines, in which a pressure brine formation is opened using a well, a highly mineralized geothermal brine is lifted from it through a production casing, and then through the annular space between the production and intermediate casing strings communicating through the wellhead piping to the ground tanks and injection equipment, as well as with the brine formation formed before opening in the interval of the geological if the well is below the pack of the regional water confinement by the absorption zone, the brine is diverted during the opening, development and subsequent operation of the formation into the absorption zone and ground tanks with the possibility of using the hydro-mineral potential of the brine from the tanks, while protecting the production string from settling of solid formations on its walls from the produced brine in the process of moving it from the formation to the wellhead, it is carried out by thermostating the upper part of the column in the range of the probable temperature phase transition travel due to continuous or periodic pumping along the brine stream in the column with the possibility of heat transfer to it of a coolant with an initial temperature exceeding the brine temperature expected without temperature control in the interval of a probable temperature phase transition, characterized in that the coolant is pumped inside the brine that is raised along the production string by placing in this column of a closed circuit with a coolant in the form of industrial water, made by attaching to the mouth tying the well of a coaxial heat exchanger, extended in the column to a depth not less than the phase transition interval and consisting of a coaxial column of a heat-conducting vertical cylindrical casing, closed at the base and having openings for supplying water to the casing and for mounting a central pipeline inside the casing with an open missing the base of the body with the lower end and open for the release of water above the wellhead with the upper end, while the water is pumped first along the body formed and the pipe a wire to the annular space of the heat exchanger in the opposite direction to the brine lifting direction along the production casing, then it is fed through a central pipeline to the outlet of the heat exchanger, and the brine hydromineral potential is used to divert the less concentrated fluid that is formed when using the excess brine from the reservoir and tanks to the zone absorption, while before being fed into a common bypass line, the fluid is filtered from mechanical impurities.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is pulled in the well to a depth of at least 0.6-0.8 distances from the wellhead to the brine formation, while in the interval from the lower boundary of the zone of probable phase transition to the base of the heat exchanger body use an increasing with the depth of the well, under the influence of a geothermal gradient, heat energy potential of the brine to compensate for the temperature drop accompanying thermostatting of the temperature drop of industrial water at the top of the heat exchanger body and - for further increase the temperature of the water when it moves to the base of the body with the possibility of subsequent use of the accumulated water in this area of geothermal energy located between the outlet and the heat exchanger of the ground network to heat the objects located near the well, as well as continuous or seasonal combination of the use of the heat and power potential using hydromineral the potential of brine diverted during production either to ground tanks or, via an additional bypass line, to the plant processing brine into chemical products.

3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that in addition to the hydromineral and heat energy potentials, the water resource of the produced brine is used by using a less concentrated portion of the brine in the form of a fluid discharged after using the brine’s hydromineral potential, while the fluid is periodically filled and replenishment of technical water circulation circuits in the heat exchanger and ground-based heat supply network, previously adjusting the technical water quality by pumping through the water treatment unit, reducible with the possibility of connecting after the filtration section of mechanical impurities, an entrance to the bypass line, and an exit to the water filling line of the heat exchanger and heat supply network.

4. The method according to any one of claims 2 to 3, characterized in that in case of coincidence of possible interruptions in brine extraction with the ongoing heat supply season, the heat energy potential increasing at the depth of the well that is installed during these periods in the production casing in accordance with the pressure in the stratum column of the geothermal brine, while maintaining the temperature of the process water at the top of the central pipeline heated before that as a result of heat transfer through the core wall of the heat exchanger in the lower hotter part of the brine column, the pipeline is used with at least half of its total length, the upper part made of heat-insulating material, for example fiberglass.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that, with respect to low-thermal brines, the temperature of the process water cooled as a result of heat removal when used for heat supply using a heat transformer installed between the outlet of the heat exchanger and the ground network is controlled before returning to the heat exchanger in the increase side by the difference between the heat carrier temperature selected for specific geological conditions for temperature control of the column and the actual temperature measured at the exit from the therm from the transformer with the temperature of the returned water, providing the required difference, for example, by passing water through the storage tank installed in front of the heat exchanger with the possibility of heating from a traditional energy carrier.