Спосіб роботи геотермальної циркуляційної системи

Изобретение относится к геотермальной теплоэнергетике и может быть использовано в системах (ГЦС) теплоэнергоснабжения. Известны способы и системы для использования геотермального тепла путем добычи геотермального теплоносителя из подземного коллектора, подачи его в теплоиспользующий комплекс и возврата отработанного теплоносителя в подземный коллектор, причем режимы добычи и возврата осуществляются при помощи скважин (см.: Заявка Франции №8.519.445, патент ФРГ №3342273). Наиболее близким по технической сущности к заявляемому те хническому решению является способ и система использования геотермальной энергии (см.: Патент Великобритании №455457), выбранный в качестве прототипа, включающий извлечение теплоносителя из эксплуатационной скважины, обработку его и ввод в теплообменник, обор тепла и подачу теплоносителя (воды) в геотермальный коллектор через нагнетательную скважину посредством насосного агрегата. Недостатком прототипа является то, что при пропадании или перерывах в подаче электроэнергии, поступающий на привод насосов, происходит резкий перепад давления а контуре циркуляционной системы. Это вызывает турбулентные потоки теплоносителя, что приводит к разрушению призабойной зоны эксплуатационной скважины, к подъему со дна скважины повышенного содержания твердых и глинообразных частиц, которые из-за турбулентности приобретают различные направления перемещения, вызывает усиленную кольматацию стенок скважин и трещиноватопористый структуры подземного коллектора и, как следствие, уменьшение приемистости нагнетательной скважины и снижение эффективности работы всей геотермальной циркуляционной системы. Кроме того, твердые частицы в теплоносителе, обладая высокой абразивностью, приводят к преждевременному износу оборудования системы. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования "Способа работы геотермальной циркуляционной системы теплоснабжения", в котором путем заданного изменения расхода теплоносителя обеспечивается уменьшение кольматации нагнетательной скважины, износа оборудования, и за счет этого повышается эффективность работы всей геотермальной циркуляционной системы, повышается срок ее службы. Поставленная задача решается тем, что в способе работы геотермальной циркуляционной системы, включающем извлечение теплоносителя из эксплуатационной скважины, обработку его и ввод в теплообменник, отбор и подачу теплоносителя в геотермальный коллектор через нагнетательную скважину посредством насосного агрегата согласно изобретению предварительно рассчитывают коэффициент скорости подачи теплоносителя в нагнетательную скважину по максимально допустимому времени выходе теплоносителя на номинальный режим согласно формуле где - коэффициент скорости нарастания расхода теплоносителя; - расход теплоносителя, соответствующий дебиту нагнетательной скважины; - номинальное рабочее значение расхода теплоносителя; - максимально допустимое время выхода расхода теплоносителя на номинальный режим, а в процессе подачи теплоносителя в нагнетательную скважину обеспечивают сначала расход теплоносителя, соответствующий дебиту нагнетательной скважины, и постепенно изменяют подачу теплоносителя в нагнетательную скважину в соответствии с формулой где - расход теплоносителя; текущее время, до достижения номинального значения расхода теплоносителя. Поставленная задача решается тем, что согласно изобретению, увеличение расхода теплоносителя через нагнетательную скважину осуществляют дискретно путем параллельного соединения насосовс расходом включаемых в работу в заданные моменты времени. Снижение кольматации достигается следующими операциями в процессе работы ГЦС. Первоначально сразу устанавливают расход теплоносителя, соответствующий дебиту нагнетательной скважины, что не приводит к возникновению турбулентности потока, т.к. только уравновешивается поток теплоносителя, вызванный внутрипластовым давлением. Последующее повышение расхода производят в соответствии с формулой (2), что соответствует природным переходным процессам и также не вызывает турбулентности потока теплоносителя и обеспечивает ламинарный поток теплоносителя. Поэтому не происходит разрушения призабойной зоны эксплуатационной скважины и уменьшается кольматация нагнетательной скважины. На фиг.1 и 2 показаны процессы изменения расхода теплоносителя во времени при соответственно непрерывной и дискретной реализациях предложенною способа. ГЦС для реализации предлагаемого способа работы может быть выполнена как для непрерывной реализации предложенного способа, так и для дискретной реализации. Для примера конкретного выполнения в геотермальном пункте теплоснабжения в первом случае ГЦС состоит (фиг.3) из последовательно соединенных эксплуатационной скважины 1, блока 2 отбора и подготовки термальной воды, блока теплообменников 3, запорной арматуры 4, насосного агрегата 5, нагнетательной скважины 6, причем насосный агрегат соединен с блоком пуска и контроля 7 через ждущий генератор 8 функционального напряжения для реализации формулы (2) и преобразователь частоты 9. ГЦС (в этом случае) работает следующим образом. Термальная вода из скважины 1 под действием пластового давления поступает в блок 2 отбора и подготовки термальной воды, где происходит ее очистка от твердых и газообразных примесей. Затем термальную воду подают в блок теплообменников 3, где происходит отбор тепла. После этого термальную воду подают в насосный агрегат 5, для закачки в скважину 6. При этом управляющее напряжение от генератора 8, работающего в ждущем режиме и формирующем управляющее напряжение по закону, определяемому формулой (2) (см. также график на фиг.1) подают на преобразователь частоты 9. Последний, соответственно изменяет частоту вращения электродвигателя агрегата 5, а тот, в свою очередь, изменяет подачу насоса и соответственно расход термальной воды через нагнетательную скважину, При отключении электроэнергии генератор 8 устанавливается в исходное состояние и описанный процесс повторяется. При дискретной работе ГЦС по предлагаемому способу - система состоит (см. фиг.4) из последовательно соединенных эксплуатационной скважины 1, блока 2 отбора и подготовки термальной воды, блока теплообменников 3, запорной арматуры 4 и насосных агрегатов 5, подключенных к программно управляемому таймеру 7 через блок 8 пуска и контроля. Причем, насосный агрегат №1 (51) выбран по мощности таким, чтобы обеспечить начальный расход термальной воды соответствующий дебиту нагнетательной скважины 6. Мощность остальных насосных агрегатов соответствует максимально допустимому скачку подачи группы параллельно соединенных насосных агрегатов определяемому по формуле где расхода; - максимально допустимый перепад - соответственно, требуемый номинальный и начальный расход термальной воды для данной нагнетательной скважины; - количество насосных агрегатов. ГЦС в этом случае работает аналогична. Отличие состоит в том, что первоначально включают насосный агрегат 51, который обеспечивает расход определяемый дебитом нагнетательной скважины 6. Затем с помощью программно управляемого таймера 7 реализуется зависимость по формуле (2). При этом в соответствующие момент времени включаются посредством блока 8 пуска и контроля насосные агрегаты изменяя подачу в соответствии с графиком на фиг.2. Заявляемый способ работы ГЦС за счет снижения кольматации скважин и уменьшения износа оборудования позволяет в 2 - 3 раза увеличить межремонтный период работы ГЦС. При дискретной реализации предложенного способа кроме того, достигается уменьшение (почти в 2 раза) мощности установленного насосного оборудования за счет отказа от мощного резервного насосного агрегата с подачей Обеспечение же надежности посредством резервирования осуществляется за счет резервирования маломощного насосного агрегата с подачей что, в свою очередь, позволяет обойтись соответственно, менее мощным пусковым оборудованием в блоке пуска и контроля.