Гидрогеотермальная установка по извлечению тепла из гранитного слоя земли

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4946159/06 (22) 19.06.91 (46) 15.1 2.93 Бюл. Йв 45 — 46 (76) Албагачиева Валентина Андреевна; Корзун

Леонид Ярославович (54) ГИДРОГЕОТЕРМАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ПО

ИЗВЛЕЧЕНИЮ ТЕПЛА ИЗ ГРАНИТНОГО СЛОЯ

ЗЕМЛИ (57) Использование: в теплоэнергетике, дпя попучения тепла на верхней части гранитного слоя Земли. Сущность изобретения: гидрогеотермальная установка включает вертикальные скважины спуска и подъема, сообщенные между собой камерой, соединенной со скважиной спуска воды через на(в) RU (и) 2004889 Cl (51) 5 Г24ЛЗ 08 сосный агрегат, а со скважиной подъема теплоносителя через фильтровую дырчатую колонну приема теплоносителя, при этом над землей скважина спуска воды снабжена станцией очистных соору— жений и кнопочным щитом управления ГПУ, а скважина подъема теплоносителя оборудована утепленным кожухом и станцией сбора и перекачки теплоносителя с запасными резервуарами. В скважинах установлены с зацементированным зазором обсадные трубы, покрытые антикоррозийной оболочкой и выполненно из материалов с различной теплопроводностью, причем теплопроводность труб в спускной скважине выше теплопроводности труб в подъемной скважине. 1 ип.

2004889

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности, к получению тепла геотермического градиента иэ верхней части гранитного слоя.

Известна геотермальная установка в

Лос-Аламосе j1). В ней при нагнетании воды насосным агрегатом с напором воды около

12,5 МПа, в одной из скважин на глубине

2758 м был осуществлен гидравлический разрыв массива с образованием вертикальной трещины. Наклонная ветвь второй скважины прошла примерно в центр этой трещины на глубину 2673 м.

Недостатком данного устройства является утечка теплоносителя в окружающий массив, а также отложение продуктов выщелачивания в скважинах и кальматаж (закупорка) трещины гидравлического разрыва. что, в свою очередь, значительно уменьшает срок эксплуатации данной установки и делает ее малорентабельной.

Наиболее близким по техническому ре, шению к заявке является геоустановка Плоушерской программы США (2), содержащая насосный агрегат, подключенный к обсадным трубам, установленным с зазором в опускной и подъемной скважинах, соединенных с камерой, образованной в слое обвадненных пород вблизи потухших или действующих вулканов посредством ядерного взрыва, и теплообменник, подключенный к трубе, установленной в скважине подъема.

Недостатком прототипа является площадная ограниченность строительства установки заданными геологическими условиями, а также утечки тепла в окружающие породы и отложение продуктов выщелачивания в скважинах и камере, заполненной растрескавшейся породой, контактирующей с трещиноватыми окружающими породами, вследствие чего коэффициент полезного действия установки не превышает 50-60 .

Целью изобретения является обеспечение универсальности установки за счет использования тепла гранитного слоя Земли, развитого повсеместно под материками, а также увеличение эффективности установки за счет уменьшения химических контактов теплоносителя с окружающими породами и подземными водами, а также ликвидации утечек тепла в окружающие породы и отсутствие отложений продуктов выщелачивания в скважинах и гидрогеотермальной камере.

Указанная цель достигается тем, что установка снабжена специальными очистными сооружениями, подключенными к насосному агрегату и зазор между обсадными трубами и породой зацементирован. Тру5

55 бы в опускнай и подъемной скважинах покрыты антикоррозийной оболочкой и выполнены из материалов с различной теплопроводностью, причем теплопроводность труб в опускной скважине выше теплопроводности труб в подъемной скважине, а в последней дополнительно размещен перфорированный фильтр. Той же цели служит гидрогеотермальная камера, куда фильтруется тепло из окружающих пород.

На чертеже изображена схема устройства гидрогеотермальной установки по извлечению тепла из гранитного слоя Земли.

Установка содержит две вертикальные глубокие буровые скважины одного диаметра и глубины, Опускная скважина 1 и подьемная скважина 2 на глубине забоя соединены общей полостью сбора теплагидрогеотермальной камерой 3, представляющей замкнутую герметичную сферу— полость с оплавленными водонепроницаемыми стенками. Первой разбуривается опускная скважина 1, В ее забое на расчетной глубине 4 посредством ядерного взрыва формируется гидрогеотермальная камера 3 с радиусом и температурой, определяемыми расчетным путем для данных глубин. 8 результате ядерного взрыва, произведенного в монолитной породе и дальнейшего остывания пород до постоянной температуры окружающих пород, обеспечивается сохранность оплавленных стенок, герметичность камеры после взрыва (без подтока подземных вод). При дальнейшей эксплуатации камеры, т,е. пуске воды-теплоносителя в ее полость из опускной скважины, а в камере с инертными стеклавидными стенками не происходят какие-либо химические реакции, Бурение подьемной скважины 2 производится после образования камеры.

Подъемная скважина в нижней части, погруженной в камеру. имеет перфорированный фильтр 6 из нержавеющей стали, Опускная и подъемная скважины оборудованы обсадными трубами 9 с различной теплопроводностью, причем теплопроводность труб в. опускной скважине выше теплопроводности труб в подъемной скважине, покрыты антикоррозийной оболочкой 15. Зазор обсадных труб 5 цементируется. Кроме того, с целью санитарно-технической заделки устья скважин и изоляции подземных вод, скважины оборудуются направляющими трубами 7,13 и кондуктором 8 с зацементированными зазорами. Над землей скважины оборудованы оголовками 12,17, а скважина подьема — еще и утепленным кожухам 18. Очистные сооружения 10 подключены к насосному агрегату 11, который в свою очередь подключен к обсадным тру2004889

35

50

55 бам опускной скважины. Теплообменник 16 подсоединен к трубам, установленным в скважине подъема.

Устройство работает следующим образом. Пресная вода, механически и химически очищенная в локальных очистных сооружениях 10, через оголовок 12 опускной скважины 1 насосным агрегатом 5 подается в скважину 1 на глубину, определяемую специальными расчетами.

Из скважины 1 вода поступает в гидрогеотермальную камеру 3, в которой имеется теплота потребной промышленной температуры. Здесь вода превращается в перегретую пароводяную смесь — теплоноситель с заданной температурой. Теплоноситель через фильтровую дырчатую колонну 6 скважины 2 поднимается на земную поверхность за счет разностей плотности и температур поверхностной воды в скважине 1 и пара теплоносителя в гидрогеотермальной камере. Оптимальный режим теплосъема, определяемый в каждом отдельном случае специальным расчетом расхода теплоносителя, регулируется дросселем 17 скважины 2. Далее теплоноситель через станцию перекачки поступает в теплообменник к потребителю 16. В процессе использования потребителем теплоноситель, остывая, вновь превращается в воду. Охлажденная вода снова поступает на станцию очистных сооружений 10. после чего рабочий цикл системы вода — теплоноситель — вода повторяется снова. Пуск, регулировка и выключение установки при эксплуатации производится кнопочным управлением, находящимся на оголовке 12 скважины 1 и перекрытием дросселя íà оголовке 17 скважины подъема 2.

Технико-экономические преимущества.

Гидрогеотермэльная установка (ГГТУ) в отличие от геотермоустановок, существовавших до сих пор, представляет более совершенную конструкцию нового класса, учитывающую влияние на теплоотдачу Земли всей суммы гидрогеологических факторов; впервые и ромышленное тепло геотермического градиента Земли можно получать наиболее совершенной технологией — ГГТУ в районах. удаленных от вулканических и активно-тектонических областей; постоянство поступления природного дарового источника тепла Земли позволяет его круглогодичное использование установкой; при помощи ГГТУ тепло гранитного слоя Земли можно получать и использовать повсеместно на материалах; тепло, добываемое установкой ГГТУ, полностью изолируется от окружающих пород и подземных вод, от вредного выщелачивающего воздействия, чем сохраняется экология и естественный режим земных недр; установка ГГТУ вместе с гидрогеотермальной камерой сама защищена от внутреннего кальматажа (закупорки оборудования осадками выщелачивания), что обеспечивает длительность ее эксплуатации до 100 лет и более; ГГТУ вЂ” бестопливная установка, в результате чего до 100 4 экономятся традиционные виды топлива: уголь, нефть, газ и др„ГГТУ вЂ” безотходное, экологически чистое производство; ГГТУ вЂ” проста в устройстве, легка в управлении процессом эксплуатации и требует минимум обслуживающего персонала; изолированность работы одной установки на площади в 100 кв.км при народонаселении в 300,000 и более человек, позволяет рассматривать ее, как малую энергетическую базу страны в дополнение к мощным энергоносителям; при массовом повсеместном строительстве

ГГТУ ликвидируется энергетический кризис в народном хозяйстве; коэффициент полезного действия ГГТУ составляет 95 — 98;(>, строительство и эксплуатация ГГТУ приобретает особый полезный для народа эффект как в густонаселенных районах, так и в зонах распространения вечной мерзлоты .(в

России это — больше половины территории), в полярных районах, а также в районах, где ограничены возможности получения традиционных видов топлива или где имеет место большая загрязненность экологической среды; производительность ГГТУ не менее

8 — 10 M Вт/ч. увеличивается с габаритами установки и с углублением заложения гидрогеотермальной камеры, что должно учитываться в каждом конкретном проекте

ГГТУ: ГГТУ, заложенная на глубину 4,5 — 5,5 км может выдавать теплоноситель с температурой в 300 С и выше. Это тепло можно использовать для переработки в электроэнергию при помощи паровых турбин, с последующим использованием 100О-ного конденсата для теплоснабжения. (56) 1 Комплексное использование альтернативных источников энергии. Материалы

Советско-Итальянского симпозиума 1982, ч,l, М., ЗНИН, 1982.

2. Берман 3. Геотермальная энергия.

M., Мир, 1978.

2004889

Формула изобретения

Составитель Л.Корзун

Техред M. Моргентал

Корректор С.Юск, Редактор Г.Берсенева

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3394

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

ГИ,цРОГЕОТЕРМАЛЬНАЯ УСТАНОВКА; 5 .ПО ИЗВЛЕЧЕНИЮ ТЕПЛА ИЗ ГРАНИТНОГО СЛОЯ ЗЕМЛИ. содержащая насос-, ный агрегат, подключенный к обсадным трубам, установленным с зазором в опускной и подъемной скважинах, соединенных с камерой, образованной в слое Земли посредством ядерного взрыва, и теплообменник, подключенный к трубам, у становленным в подьемной скважине, от-;.

,личающаяся тем, что, с целью обеспечения 5

1 универсальности и увеличения эффектив, ности, она снабжена специальными очистными сооружениями, подключенными к насосному агрегату. упомянутый зазор зацементирован, а обсадные трубы в опускной и подъемной скважинах покрыты антикоррозийной оболочкой и выполнены из материалов с различной теплопроводностью, причем теплопроводность труб в опускной скважине выше теплопроводности труб в подъемной скважине, а в забое последней дополнительно размещен пер форированный фильтр,