Способ извлечения геотермальной энергии

 

Изобретение относится к извлечению геотермальной энергии и может быть использовано для извлечения энергии в виде термальных вод из подземных проницаемых слоев с помощью подъемных скважин (ПС) и нагнетательных скважин. Цель - снижение затрат на извлечение за счет использования давления смеси рабочего вещества и термальной воды (ТВ) при одновременном повышении безопасности работ. Для этого бурят подъемную геотермальную и нагнетательную скважины, в ПС опускают погружную трубку, приготавливают рабочее вещество (РВ) и закачивают его с помощью насоса в нагнетательную скважину через погружную трубку. Удельный вес РВ определяют из соотношения: ρ<SB POS="POST">ж</SB>≤ρ<SB POS="POST">в</SB>-1/2*98XL[G<SB POS="POST">в</SB>/ε<SB POS="POST">п</SB><SP POS="POST">.</SP>(1-*98X)+P<SB POS="POST">от</SB>-P<SB POS="POST">у</SB>], где ρ<SB POS="POST">ж</SB> - удельный вес РВ при температуре и давлении ТВ на забое скважины

ρ<SB POS="POST">в</SB> - удельный вес ТВ при пластовых значениях давления и температуры, ε<SB POS="POST">п</SB>-коэффициент продуктивности ПС, P<SB POS="POST">от</SB> - давление в отстойнике, P<SB POS="POST">у</SB> - статическое давление на устье скважины

L- длина погружной трубки

*98X - доля рабочей жидкости в смеси ее с ТВ. Удельный вес РВ меньше удельного веса ТВ. Образующуюся смесь РВ и ТВ откачивают на поверхность в отстойник и производят их резделение. При этом давление разделения в отстойнике устанавливают выше давления насыщения РВ при температуре смеси после ее откачки. После разделения из верхней части отстойника производят выпуск из него посредством срабатывания клапана РВ и его транспортировку по трубопроводу до ПС. Их нижней части отстойника отводят ТВ и транспортируют ее в нагнетательную скважину под давлением разделения. Закачку РВ и ТВ производят с помощью насоса или без него. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1495494 А1 (51) 4 Е 03 б 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCV (21) 4303157/23-03 (22) 31.08.87 (46) 23.07.89. Бюл. № 27 (71) Институт технической теплофизики

AH УССР (72) Ю. П. Морозов (53) 622.234.4 (088.8) (56) Патент США № 4189923, кл. F 03 G 7/00, опублик. 1980.

Патент США № 4079590, кл. F 03 G 7/00, опублик. 1978. (54) СПОСОБ ИЗВЛ ЕЧЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к извлечению геотермальной энергии и м. б. использовано для извлечения энергии в виде термальных вод из подземных проницаемых слоев с помощью подъемных скважин (ПС) и нагнетательных скважин. Цель — снижение затрат на извлечение за счет использования давления смеси рабочего вещества и термальной воды (ТВ) при одновременном повышении безопасности работ. Для этого бурят подъемную геотермальную и нагнетательную скважины, в ПС опускают погружную трубку, приготавливают рабочее вещество (PB) и закачивают его с помощью насоса в нагнетательную скважину через поИзобретение относится к способам извлечения ге )термальной энергии в в«<е термальных вод «з подземных проницаемых слоев с помощью подъемных и нагнетательных скважин.

Цель изобретения — снижение затрат на извлечение за счет использования давления < меси рабочего вегцеcтва и термальной воды l)p« одновременном повышении безопасности работ.

2 гружную трубку. Удельный вес РВ определяют из соотношения (ь — 1/2ХЦ 6)/е„(1 — Х)+Р, — РД, где 1)» — удельный вес РВ при температурере и давлении ТВ на забое скважины;

1)), — удельный вес ТВ при «ластовых значениях давления и температуры; v„ коэффициент продуктивности 11С; Роо давление в отстойнике; Є— статическое давление на устье скважины; L — длина погружной трубки; Х вЂ” доля рабочей ж«дкости в смеси ее с ТВ. Удельный вес РВ меньше удельного веса ТВ. Образующуюся смесь РВ и ТВ откачивают на поверхность в отстойник и производят «v разделение. При этом давление разделения в отстойнике устанавливают выше давления насыщения PB при температуре смеси после ее откачки. После разделения из верхней части отстойника производят выпуск из него посредством срабатывания клапана РВ и его транс«о))гпропкх !lo трхбопрово.)ъ до П(Из нижней части отстойника отводят ТВ и транспортируют се в нагнетательную скважину под давлек«см разделен«я. Закачку РВ и ТВ произво.l«l с помощью насоса «ли без него. 1 ил.

На чертеже представлена схема геотсрмального извлечения.

Способ осуществляют след) K)««I ) образом.

Рабочее вещество «з емкости 1, ()(«)ðóдованной смотровым окном 2 уровня :::,лкости, подают через регулирун)щ«й вентиль 3 на всасываюьций трубопровод нагнетательного насоса 4 рабочего вещества. Регул«руюгцие вентили 5 — 7 пр«этом закрыгы, ) 1495494

3 запорный вентиль 8 открыт. Объем емкости 1 рабочей жидкости V в 2 — 3 раза превышает объем проходного сечения трубопроводов, по которым движется рабочая жидкость, и объем проходного сечения погружной трубки.

Для глубины скважины 3000 м V 20 м .

С помощью насоса 4 рабочее вещество нагнетают через погружную трубку или насосно-компрессорную трубку 9 в межтрубное пространство 10 с термальной водой подьемной скважины 11. Заданный расход жид- 10 кости устанавливают с помощью вентиля 3, насоса 4 и регистрируют расходомером 12.

По мере поступления рабочей жидкости в подъемную скважину за счет уменьшения веса столба смеси и подъемной силы увели- 1 чивается поступление термальной воды из пласта 13.

Из подьемной скважины 11 смесь термальной воды с легкой жидкостью через регулирующий вентиль 14 поступает в отстойник 5 непрерывного действия для разделения смеси, представляющий собой горизонтальный резервуар, внутри которого против входного штуцера установлена перфорированная отбойная перегородка 16. служащая для предотвращения возмущений жидкости струей поступающей смеси. Поперечное сечение отстойника выбирают таким образом, чтобы движение жидкости в корпусе аппарата было ламинарным или близким к нему (скорость менее 10 м/с), что способствует ускорению отстаивания. Г1ри рас- 30 ходе смеси 50 кг/с диаметр отстойника должен составлять около 4 м. Возможна установка параллельно нескольких отстойников, тогда их диаметр соответственно уменьшается. Обьем отстойника V, îïðåäå Iÿþò исходя из объема емкости для рабочей жид- 35 кости V из соотношения V, = —. Для

Ык скважины с дебитом 50 кг/с и глубиной

3000 м Vo-70 м .

После наполнения отстойника 15 повышают, в нем давление, которое определяют манометром 17 до величины, большей величины насыщения рабочего вещества при температуре смеси после ее откачки из подъемной геотермальной скважины.

Производят разделение рабочего вещества и термальной воды путем их отстаивания.

Открывают вентили 7 и 18 при закрытом вентиле 6. После этого срабатывает обратный клапан 19, и рабочее вещество их верхней части отстойника 15 подают на всасы- 50 вающий трубопровод насоса 4 рабочего вещества, с помощью которого осуществляют транспортировку вещества под давлением разделения и закачку рабочего вещества в подъемную скважину через погружную трубку. 55

В нижней части отстойника 15, оборудованного сливным устройством 20 и предохранительным клапаном 21, термальная вода через регулирующий вентиль 18 поступает в теплообменник 22, где она отдает тепло сетевой или водопроводной воде, которую подают по трубопроводу 23, и с помощью нагнетательного насоса 24 поступает через нагнетательную скважину 25 в проницаемый пласт 13.

Таким образом, в установившемся режиме извлечения геотермальной энергии образуются два контура. Контур рабочей жидкости включает отстойник 15, всасывающий и нагнетательный трубопроводы насоса 4 рабочей жидкости, погружную насосно-компрессорную трубку 9, межтрубное пространство 10, заполненное смесью рабочей жидкости и термальной воды, трубопровод подачи смеси в отстойник через вентиль 14.

Контур термальной воды: проницаемый пласт

13, межтрубное пространство 10 подъемной скважины со смесью, трубопровод подачи смеси в отстойник через вентиль 14, отстойник 15, всасывающий и нагнетательный трубопроводы насоса 24 термальной воды, нагнетательная скважина 25.

Если давление в отстойнике 15 в процессе работы становится больше, чем давление нагнетания насоса 4 рабочей жидкости, которое определяют манометром 26, открывают запорный вентиль 27 и закрывают вентиль 8. Затем отключают насос 4 и рабочая жидкость под действием давления в отстойнике 15 поступает через погружную трубку 9 в под ьемную скважину 11. Далее работа продолжается аналогично описанному.

В случае, когда давление в отстойнике 15 станет выше давления нагнетания насоса 24, которое определяют манометром 28, открывают запорный вентиль 29 и закрывают вентиль 30. После этого выключают насос

24 и термальная вода под действием давления в отстойнике 15 поступает в нагнетательнуlo скважину 25.

В процессе работы можно проводить подпитку отстойника 5 рабочей жидкостью.

Для этого закрывают вентиль 3, открывают вентиль 5 и с помощью насоса 31 проводят закачку рабочего вещества в отстойник 15.

Расход рабочей жидкости определяют расходомером 32.

Можно также в процессе работы уменьшить количество рабочей жидкости в отстойнике 15 и, следовательно, в циркуляционном контуре рабочей жидкости. Для этого открывают регулирующие вентили 3 и 6, закрывают вентиль 5 и с помощью расходомера 33 регистрируют количество отбираемой рабочей жидкости.

Изменение количества рабочей жидкости в отстойнике и, следовательно, в циркуляционном контуре рабочей жидкости позволяет плавно регулировать дебит подъемнои скважины.

Удельный вес рабочего вещества, при температуре и давлении термальной волы на

1495494 забое скважины определяют по зависимости р„ар — — (— — + —" .

2xl е„(1 — х) где pb — удельный вес термальной воды при пластовых значениях давления и температуры;

e„— коэффициент продуктивности подъемной скважины;

P — давление в отстойнике;

Є— статическое давление на устье скважины;

L — длина погружной трубки; х — доля рабочей жидкости в смеси ее с термальной водой х— ба+6

6b 6 — соответственно расход термальной воды и рабочей жидкости.

Формула изобретения

Способ извлечения геотермальной энергии, включающий закачку в подъемную геотермальную скважину через погружную трубку нерастворимого в термальной воде рабочего вещества с удельным весом, меньшим удельного веса термальной воды, откачку смеси рабочего вещества с термальной водой, разделение рабочего вещества и термальной воды, транспортировку и повторную закачку в подъемную скважину рабочего вещества после разделения, охлаждение термальной воды и закачку ее в нагнетательную скважину, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на извлечение за счет использования давления смеси рабочего вещества и термальной воды и ри одновременном повышении безопасности работ, транспортировку рабочего вещества при его повторной закачке в подъемную скважину и термальной воды при закачке в нагнетательную скважину осуществляют после разделения рабочего вещества и термальной воды под давлением разделения, при этом разделение термальной воды и рабочего вещества производят путем их отстаивания при давлении, выше давления насыщения при температуре смеси после ее откачки, причем используют рабочее вещество с удельным весом

15 1 6

Р (Р— (7г — — - -Р» — Р„l, 2х1. е„, — х) где р„— удельный вес рабочего вещества при температуре и давлении термальной воды на забое скважины, кг/м ;

pb — удельный вес термальной воды при пластовых значениях давления и температуры, кг/м ; е„— коэффициент продуктивности подъемной скважины кг/с/Па;

L — длина погружной трубки, м;

P — давление в отстойние, Па;

Р„ — статическое давление на устье скважины, Па; х — доля рабочей жидкости в смеси ее с

30 термальной водой; х — — -" —

Gb+G

6„, 6 — соответственно расход рабочей жидкости и термальной воды.

1495494 (о(Tk) k) HTI. ()h М. (III v, IH)l

Рс ) ) кто() O. 1 <> но в 1 I (скред И. Верее Корректор М. Васильева

Заказ 4230/3! ираж 4!5 Г1оди и сиое

ВНИИ(IИ Г<>с) дарстнсllll()l() комитета II<> изобретениям и и гкрытиям ири ГКНТ СССР

I 3035, Мо< кя;), Ж 35, Рву шская нас>., д. 4/5

1(роизводствснно-их);пса<,(<.II(I комб ина г «(1()тент», г. Ужгород, )ë. Гаг3()II)l;I. I II!