SU1446438A1 - Способ извлечени геотермальной энергии из подземных коллекторов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горному делу и м.б. использовано дп  извлечени  тепла пород коллектора. Цель - повышение эффективности извлечени  геотермальной энергии путем снижени  затрат на бурение скважин и потерь тепла. При извлечении геотермальной энергии из подъемных коллекторов (к) последние вскрьшают бурением с поверхности по меньшей мере двух скважин (с). Первоначально бур т откачную С. В ней определ ют горногеологические и теплофизические свойства пород. Затем по падению К бур т нагнетательную С. Рассто ние ежду откачной и нагнетательной С определ ют по заданной формуле. Нагнетательную С размещают относительно откачной С ниже по падению К. Холодный теплоноситель по С нагнетают насосом в К. Двига сь по К за счет действи  свободной конвек- даи, теплоноситель принимает температуру пород К и поднимаетс  по С на поверхность. По трубопроводу теплоноситель поступает в теплообменник, |В последнем теплоноситель нагревает воду, циркулирующую между теплообменником и потребителем. Затем насосом вода вновь нагнетаетс  в К. 3 ил. i (Л 4 4 О) 4: 00 ас

Description

Иаобретение относитс  к области горного дела и может быть использо- в но дл  извлечени  тепла пород коллектора .

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности извлечени  геотермальной энергии из наклонных коллекторов путем снижени  затрат на бурение скважин и потерь тепла.

На фиг. 1 показана диаграмма распространени  теплоносител  в коллекторе; на фиг. 2 и 3 - извлечени  геотермальной энергии.

При извлечении геотермальной энер гии из наклонных коллекторов интенсив ность процессов тепломассопереноса в системе нагнетаемый теплоноситель - горные породы определ етс  совокупным действием вынужденной и свобод- ной конвекции. Соотношение между этими двум  составл 101цими фильтрационного зависит при прочих равных услови х (мощность, проницаемость, угол падени  коллектора, температура теплоносител ) от рассто ни  между нагнетательной и добычной скважинами . При максимальном рассто нии соответствующем приблизительно размерам пласта по падению между условны- ми границами (области с более низкой проницаемостью пород), превалирует вынужденна  конвекци  (фиг. 1а).0на же определ ет величину площади охвата потоком теплоносител  коллектора и обуславливает максимальное врем  его эксплуатации (фиг. 2). В то же врем  такое расположение скважин св зано с максимально возможными объемами буровых работ и значительными потер ми напора при движении теплоносител . При уменьшении рассто ни  между скважинами удельный вес вынужденной конвекции в формировании процесса фильтрационного течени  снижа- етс , а свободно-конвективный возрастает . Однако интенсивность роста свободно-конвективной составл ющей гораздо меньше, чем снижение вынужденной . Это приводит к уменьшению площади охвата коллектора (фиг. 1,б) и времени его эксплуатации (фиг. 2). Сокращение времени эксплуатации коллектора происходит лишь до определенной BejHi4HHU рассто ни  Ь после которой значительно возрастает вли ние свободной конвекции, что вновь приводит к повышению площади охвата коллектора (фиг. 1,в) и увеличению

0 5 0 Q г

5

0

времени его эксплуатации (фиг. 2). При равенстве рассто ни  между скважинами эксплуатации, при расположении скважин на рассто нии от друга (фиг. 2) дальнейшее уменьшение рассто ни  между скважинами (до ) снова обуславливает снижение площади охвата фильтрационным потоком коллектора (фиг. 1,г) и времени его эксплуатации (фиг. 2). Таким образом при извлечении геотермальной энергии из наклонных коллекторов всегда существует некоторое минимальное рассто пие между эксплуатационными скважинами , при котором врем  эксплуатации коллектора приблизительно соответствует времени эксплуатации при размещении скважин на максимально возможном рассто нии друг от друга ,- Причем случай равенства рассто ни  между скважинами Ь„;„ характеризуетс  максимальным объемом буровых работ и энергетическими затратами на прокачку теплоносител .

Анализ закономерностей извлечени  геотермальной энергии из наклонных коллекторов с помощью геотермальных циркул ционных систем свидетельствует о том, что процессы тепломассопереноса завис т от многих , факторов, среди которых наиболее значительное вли ние оказывают мощность коллектора h (м), угол его падени  Ср|(-град), проницаемость пород К (м), их пористость Гор (доли ед.), температура пород Т | (К), удельна  теплоемкость С-р (Дж/(кг К), плотность р (кг/м ), динамическа  в зкость |11(Па С), коэффициент объемного термического расширени  р(1/К) теплоносител , удельна  теплоемкость С„ (Дж/кг К), плотность р,, (кг/м ), температуропроводность а (), теплопроводность T iE-r/M-K пород коллектора, расход w () и температура t (к) закачиваемого теплоносител , рассто ние между эксплуатационными скважинами L (м),ускорение свободного падени  ,8 (м/с ), врем  г .(с).

Схема включает в себ  нагнетательную скважину 1, добычную скважину 2, геотермальный коллектор 3, теплоноситель А, нагнетательный насос 5, внутренний трубопровод 6, теплообменник 7, внешний трубопровод 8, потребитель 9.

Предлагаемьй способ осуществл етс  следующим образом.

Осуществл ют бурение добычной и нагнетательной скважин 2 и 1, Причем Определ ют между ними рассто ние , а нагнетательную скважину I размещают относительно скважины 2 ниже по падению коллектора. Холодный теплоноситель 4 по скважине 1 с помощью насоса 5 нагнетают в коллектор 3. Двига сь по нему за счет действи  свободной конвекции, теплоноситель 4 принимает температуру пород коллектора и по скважине 2 поднимаетс  на поверхность, где по трубопроводу 6 поступает в теплообменник 7. В теплоравной температуре пород коллектора, на поверхность по откачной скважине, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности извлечени  геотермальной энергии из rta- клонньгх коллекторов, снижени  затрат на бурение скважин и потерь тепла, первоначально бур т откачную. скважи1Q ну и определ ют в ней горногеологи- ческие и теплофизические свойства по род, после чего ниже по падению коллектора бур т нагнетательную скважину , при этом рассто ние Ъд,ц между от

15 качной и нагнетательной скважинами определ ют из вьфажени 

ступает в теилиоомеииик / . о теплотг «, п п (е

--F/V -п 1 )чт п|- п COS Ч ц

обменнике 7 теплоноситель 4, охлажда- иин

. «а-пловао Т rjnrrir ттмшглгтпхп хпттчпп.II пК

М,

 сь, нагревает воду, циркулирующую

IsinCfK

, nai pKBcieT мчду , диркули упдцум

ПО трубопроводу 8 между теплообменни- 20где v - расход теплоносител , м/с; ком 7 и потребителем 9, после чегоС, С|- - удельна  теплоемкость пород вновь насосом 5 нагнетаетс  в коллектор 3.рп р

и теплоносител , Дж/кг К; - плотность пород и теплоносител , кг/м ; динамическа  в зкость теплоносител . Па с;

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ извлечени  геотермальной энергии из подземных коллекторов, включающий их вскрытие бурением с поверхности по меньшей мере двух сква- жин определение в них горногеологи- чёских и теш1офизических Евойств пород коллектора, подачу в нагнетательную скважину теплоносител , осущеЪт- вление его циркул ции по коллектору и подъем теплоносител  с температурой

   равной температуре пород коллектора, на поверхность по откачной скважине, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности извлечени  геотермальной энергии из rta- клонньгх коллекторов, снижени  затрат на бурение скважин и потерь тепла, первоначально бур т откачную. скважину и определ ют в ней горногеологи- ческие и теплофизические свойства пород , после чего ниже по падению коллектора бур т нагнетательную скважину , при этом рассто ние Ъд,ц между откачной и нагнетательной скважинами определ ют из вьфажени 

   М,

   расход теплоносител , м/с; удельна  теплоемкость пород

   и теплоносител , Дж/кг К; плотность пород и теплоносител , кг/м ; динамическа  в зкость теплоносител . Па с;

   коэффициент объемного терми-- ческого расширени , 1/К;

   проницаемость пород, м ;

   угол падени  коллектора, град;

   мощность коллектора, м;

   температура пород коллекто- .Ра, К;

   температура нагнетаемого

   теплоносител , К.

   200 400 BOO 800 WOO 1200 /Ш Фид.2

   Фиг. 5