DE2433890A1 - Extraction of heat from sources deep in the earth crust - previous method is improved so that one borehole now does the work of two - Google Patents

Abstract

The present improved method envisages a single borehole divided into two by a co-axial pipe, the water passing down the annulus between the pipe and the wall of the borehole and returning inside the pipe. It sees it as possibly worthwhile to abandon the lower section of the drill at the bottom of the borehole, rather than extract it and sink a lining in its place. The upper sections of the borehole lining and co-axial tube would be insulated against heat loss; the consequential narrowing of the water channel would accelerate the flow, reducing the time taken for the heated water to pass through the cold strata of the earth which lie above the hot spot.

Description

Translated fromGerman

Verfahren und Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Erdwärme in tiefenErdschichten. ( Zusatzzum Patent .... ; Patentanmeldung P 24 14 235.6 ) Die Erfindungbetrifft ein Verfahren zur Nutzbarmachung der Erdwärme in tiefen Erdschichten gemäßi atent( $ianme ldungP 24 14 235o6), nach dem Wasser in eine Tiefbohrung eingeleitet wird, das als Wärmeaustauschmittelbis in den Bereich der Bohrlochsohle geführt wird, in dem ein Wärmeaustausch stattfindet,worauf der Wasserstrom die Wärmeenergie zu Tage fördert, wo sie einer nutzbringendenVerwendung zugeführt wird.Method and device for utilizing geothermal energy in deep layers of the earth. (Addition to the patent ....; patent application P 24 14 235.6) The invention relates to a method for utilizing geothermal energy in deep layers of the earth i atent ($ ianme ldung P 24 14 235o6), after which water is introduced into a deep borehole, which is conducted as a heat exchange medium to the area of the bottom of the borehole where heat exchange takes place, whereupon the water flow promotes the thermal energy to the days where it is put to beneficial use.

Nach weiteren Verfahrensmerkmalen des Hauptpatents werden in den vomGebirge zwischen benachbarten Bohrlöchern gebildeten Trennwänden zusätzliche Wärmeaustauschflächenin Form von Rissen und Spalten durch im Bohrloch ausgelöste Sprengungen hergestellt.Das in eine Tiefbohrung eingeleitete Wasser strömt im Bereich der Bohrlochsohledurch die Risse und Spalten in ein benachbartes Bohrloch und steigt in diesem alsüberhitztes Wasser nach oben. Da im Bereich der oberen kalten Erdschichten großeWärmeverluste auftreten ist der Wirkungsgrad des Verfahrens nicht sehr groß In einemAufsatz in der "Neue Deliwa-Zeitschrift" (Gebrüder Jänecke Verlag, }hannover) ,Heft 9/i970 ist auf den Seiten 1-3 ein Tiefbohrverfahren mit Vorrichtungen beschrieben,deren Bohrgestänge hohl ausgebildet ist. Zur Kühlung des Bohrwerkzeuges und zumAbtransport des Bohrkleins wird in das hohle Bohrgestänge von oben Wasser eingeleitet,das im Bereich der Bohrlochsohle durch Öffnungen austritt und im Ringraum zwischender Bohrlochwand und dem Bohrgestänge nach oben steigt, wo es in einem Tank durchmechanische Klärung vom Bohrklein befreit wird. Im Umlauf wird das Spülwasser wiederin den Hohlraum des Bohrgestängeseingespeist. Nach Fertigstellungder Bohrung wird in bekannter Weise das Bohrgestänge gezogen, so daß im Falle einerfündigen Bohrung das Bohrloch als Förderstrecke für Erdöl oder Erdgas dienen kann.According to further procedural features of the main patent, in the datedRocks between adjacent boreholes formed partition walls additional heat exchange surfacesproduced in the form of cracks and crevices by explosions triggered in the borehole.The water introduced into a deep borehole flows in the area of the bottom of the boreholethrough the cracks and crevices into an adjacent borehole and rises in this assuperheated water to the top. Because in the area of the upper cold layers of the earth there are largeIf heat losses occur, the efficiency of the process is not very greatArticle in the "Neue Deliwa-Zeitschrift" (Gebrüder Jänecke Verlag,} hannover),Issue 9 / i970 describes a deep drilling method with devices on pages 1-3,whose drill pipe is hollow. For cooling the drilling tool and forRemoval of the cuttings is introduced into the hollow drill pipe from above water,which emerges through openings in the area of the borehole bottom and in the annular space betweenthe borehole wall and the drill pipe rises to the top where it passes through a tankmechanical clarification is freed from cuttings. The rinse water is circulating againinto the cavity of the drill pipefed in. After completionthe hole is pulled in a known manner, the drill pipe, so that in the event of afind a hole the borehole can serve as a production line for crude oil or natural gas.

In den DT-PS 1 153 698 und 1 205 474 wird auf höhere Temperaturenin Tiefbohrlöchern hingewiesen, die aber nur im Zusammenhang im ersten Fall mitder Temperaturbeständigkeit von Abdichtungsmitteln und im zweiten Fall mit dem Einflußhöherer Temperaturen auf den Trennungsvorgang innerhalb eines Ol-Wasser-Gemischeserwähnt werden. Der Gedanke, innerhalb einer Tiefbohrung die Wärmeenergie aus derGebirgswärme auf Wasser zu betragen, um die Wärmeenergie mit dem Wasser als Energieträgerzu Tage zu fördern und dort die Energie einer nutzbringenden Verwendung zuzuführen,ist den Veröffentlichungen aus der Tiefbohrtechnik nicht zu entnehmen.DT-PS 1 153 698 and 1 205 474 refer to higher temperaturespointed out in deep boreholes, but only in connection with the first casethe temperature resistance of sealing means and in the second case with the influencehigher temperatures on the separation process within an oil-water mixturebe mentioned. The thought of extracting the thermal energy from the inside a deep boreholeMountain heat on water to amount to the thermal energy with the water as an energy carrierto bring it to the surface and to put the energy to a beneficial use there,is not to be found in the publications from deep drilling technology.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, das Verfahren gemäß Hauptpatentso weiterzubilden, daß es wirtschaftlich ist, um an die Seite der bekannten Verfahrenzur Energiegewinnung treten zu können.It is therefore the object of the invention, the method according to the main patentfurther training in such a way that it is economical to go to the side of the known processesto be able to step to energy production.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das als Wärmeaustauschmittelbzw. Energieträger dienende Wasser in die obere Öffnung eines Ringraums zwischender Bohrlochwand und einem Innenrohr eingespeist wird, in dem Ringraum nach untengeleitet, durch Öffnungen im Innenrohr im Bereich der Bohrlochsohle in den Innenraumdes Innenrohres eingeleitet und im Innenrohr nach oben geführt wird, wobei es obenzum Zwecke nutzbarer Verwendung Kraftmaschinen, fleizkesseln oder anderen Wärmeaggregatenzugefiihrt und Kondensat im Kreislauf in den Ringraum zurückgespeist wird.According to the invention, this object is achieved in that it is used as a heat exchange mediumor energy carrier serving water in the upper opening of an annular space betweenthe borehole wall and an inner pipe is fed, in the annulus downwardsguided, through openings in the inner pipe in the area of the borehole bottom into the interiorof the inner tube is introduced and guided upwards in the inner tube, with it at the topfor the purpose of usable use power machines, meat boilers or other heating unitsand the condensate is fed back in the circuit into the annulus.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Arbeitsverfahren, das die Förderungvon Energie mittels eines Energieträgers zum Gegenstand hat. Der Energieträger fördertdie Energie von einem schwer zugänglichen Ort zu einem Ort, wo die Energie in einfacherWeise nutzbringend verwendet werden kann. Das Verfahren zeichnet sich durch einenhohenWirkungsgrad aus, da die sonst stark auftretenden Wärmeverlusteauf dem Weg des Energieträgers zur Erdoberfläche durch die erfindungsgemäße Führungdes Energie trägers im Innenrohr weitgehend vermieden werden. Hinzu kommt noch,daß zwecks weiterer Verminderung der Wärmeverluste durch den das Innenrohr umgebendenRingraum Kondensat mit seiner Restwärme im Gegenstrom nach unten geleitet wird.The inventive method is a working method that promotesof energy by means of an energy carrier. The energy source promotesthe energy from a hard-to-reach place to a place where the energy is in easierWise can be used usefully. The procedure is characterized by ahighEfficiency, since the otherwise strong heat losseson the way of the energy carrier to the earth's surface through the guide according to the inventionthe energy carrier in the inner tube can be largely avoided. Additionally,that for the purpose of further reducing the heat losses through the surrounding the inner tubeAnnular space condensate with its residual heat is passed down in countercurrent.

In vorteilhafter Weiterausbildung der Erfindung ist eine als Wärmeaustauscherdienende Vorrichtung vorgesehen, dessen einer Teil ein in einem fertiggestelltenBohrloch zurückgehaltenes hohles Bohrgestänge und dessen anderer Teil der Ringraumeinschließlich der Bohrlochwand ist, wobei das Bohrgestänge mit dem Bohrwerkzeugverbunden bleibt und die oberen Teile der Bohreinrichtung vom Gestänge abgetrenntsind.In an advantageous further development of the invention, one is used as a heat exchangerServing device provided, one part of which is a completedWell restrained hollow drill pipe and the other part of the annulusincluding the borehole wall, the drill string with the drilling toolremains connected and the upper parts of the drilling device separated from the rodare.

Der Verlust des Bohrgestänges wird mehrfach dadurch aufgewogen, daßein besonderes Innenrohr einschließlich der Arbeiten zum Ziehen des Bohrgestängesund Einbringen des Innenrohres eingespart wird, so daß sich die erfindungsgemäßeVerwendung des Bohrgestänges vorteilhaft auf den wirtschaftlichen Wirkungsgrad auswirkt.The loss of the drill string is offset several times by the fact thata special inner tube including the work to pull the drill stringand introducing the inner tube is saved, so that the inventionUse of the drill pipe has a beneficial effect on economic efficiency.

Die Erfindung sieht ferner Vorrichtungen des Wärme schutzes vor, dieaus einer Wärmeisolation mindestens am oberen Bereich der Futterrohre im Bohrlochund aus Aluminiumve eidungen am Außenmantel des Innenrohres bestehen.The invention also provides devices for the thermal protectiona thermal insulation at least at the top of the casing in the boreholeand consist of aluminum veins on the outer jacket of the inner tube.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Verminderung der Wärmeleitungund der Wärmeabstrahlung dienen in vorteilhafter Weise einem zusätzlichen Wärmeschutz.Unter Berücksichtigung dieser zusätzlichen Wärme schutzmaßnahmen wäre es auch möglich,die Fließrichtung des Wassers umzukehren, so daß das überhitzte Wasser im Ringraumnach oben steigt, Die Wärmeisolation an den Futterrohren bringt ejne Querschnittsverengungdes Ringraumes mit sich, so daß an den Stellen geringster Gebirgstemperaturen dieGeschwindigkeit des aufsteigenden Stroms erhöht ist, um die Verweilzeit in der Abkühlungszonezu verkleinern.The devices according to the invention for reducing heat conductionand the heat radiation serve in an advantageous manner for additional heat protection.Taking these additional heat protection measures into account, it would also be possiblereverse the direction of flow of the water so that the superheated water is in the annulusrises upwards, the thermal insulation on the wall sleeves brings about a narrowing of the cross-sectionof the annulus with it, so that at the points of lowest mountain temperaturesSpeed of the ascending stream is increased by the residence time in the cooling zoneto zoom out.

Claims (3)

Translated fromGerman

PatentansprücheClaimsVerfahren zur Nutzbarmachung der Erdwärme in tiefen Erdschichten gemäßb atent .... meldungP 24 14 235.6), nach dem Wasser in eine Tiefbohrung eingeleitet wird, das als Wärmeaustauschmittelbis in den Bereich der Bohrlochsohle geführt wird, in dem ein Wärmeaustausch stattfindet,worauf der Wasserstrom die Wärmeenergie zu Tage fördert, wo sie einer nutzbringendenVerwendung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das als Wärmeaustauschmittelbzw.Process for utilizing geothermal energy in deep layers of the earth in accordance with b atent .... message P 24 14 235.6), after which water is introduced into a deep borehole, which is carried as a heat exchange medium to the area of the bottom of the borehole where heat exchange takes place, whereupon the water flow promotes the thermal energy to days, where it is put to beneficial use, characterized in that the heat exchange medium or Energieträger dienende Wasser in die obere Öffnung eines Ringraumszwischen der Bohrlochwand und einem Innenrohr eingespeist wird, in dem Ringraumnach unten geleitet, durch Öffnungen im Innenrohr im Bereich der Bohrlochsohle inden Inneneaum des Innenrohres eingeleitet und im Innenrohr nach oben geführt wird,wobei es oben zum Zwecke nutzbarer Verwendung Kraftmaschinen, Heizkesseln oder anderenWärmeaggregaten zugeführt und Kondensat im Kreislauf in den Ringraum zurückgespeistwird. Energy carrier water into the upper opening of an annulusis fed between the borehole wall and an inner pipe, in the annulusdown, through openings in the inner pipe in the area of the bottom of the borehole inthe inner area of the inner pipe is introduced and guided upwards in the inner pipe,being above for the purpose of usable use power machines, boilers or otherHeating units are supplied and condensate is fed back into the annulus in the circuitwill.2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnetdurch einen Wärmeaustauher, dessen einer Teil ein in einem fertiggestellten Bohrlochzurückgehaltenes hohles Bohrgestänge und dessen anderer Teil der Ringraum einschließlichder Bohrlochwand ist, wobei das Bohrgestänge mit dem Bohrwerkzeug verbunden bleibtund die oberen Teile der Bohreinrichtung vom Gestänge abgetrennt sind.2. Device for performing the method according to claim 1, characterizedthrough a heat exchanger, one part of which is in a completed boreholeretained hollow drill pipe and its other portion including the annulusthe borehole wall, with the drill string remaining connected to the drilling tooland the upper parts of the drilling device are separated from the rod.3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eineWärmeisolation mindestens am oberen Bereich der Futterrohre im Bohrloch und durchAluminiumverkleidungen am Außenmantel des Innenrohre8.3. Device according to claims 1 and 2, characterized by aThermal insulation at least at the top of the casing in and through the boreholeAluminum cladding on the outer jacket of the inner pipe 8.