Геотермальний пристрій

1. Геотермальний пристрій, що містить розташовані в свердловині експлуатаційну колону і піднімальні труби для підведення й відведення теплоносія, який відрізняється тим, що в експлуатаційній колоні в перфораційній зоні продуктивного пласта встановлено цементний стакан, а між експлуатаційною колоною та піднімальними трубами концентрично встановлено проміжну колону й пакер, що утворюють із піднімальними трубами повітряний кільцевий простір. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що висота цементного стакана більше висоти перфораційної зони продуктивного пласта. (19) (21) a200815173 (22) 29.12.2008 (24) 25.08.2010 (46) 25.08.2010, Бюл.№ 16, 2010 р. (72) ЦЕНЦИПЕР АДОЛЬФ ІСААКОВИЧ, ГОЛОЩАПОВ ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, КОСТІКОВ АНДРІЙ ОЛЕГОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОБУДУВАННЯ ІМ. А.М. ПІДГОРНОГО НАН УКРАЇНИ (56) RU 2288413 C1, 27.11.2006 SU 1218264 A1, 15.03.1986 SU 800513 А1, 31.01.1981 SU 322084 А1, 27.03.1974 RU 2144975 C1, 27.01.2000 US 4912941 С1, 03.04.1990 3 Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення є геотермальний пристрій, призначений для реалізації способу - "Способ извлечения геотермального тепла" (патент РФ №2288413, F 24 J 3/08, опубл. 27.11.2006). Подана схема пристрою для витягу тепла земних надр містить у собі свердловину з обсадною трубою (експлуатаційною колоною), піднімальну трубу, тепловий насос і споживача тепла. Основним недоліком такого пристрою є непряме використання ним тепла глибинних порід, а опосередковане за допомогою системи теплового насоса. Необхідність використання системи теплового насоса викликана істотними втратами теплової енергії, які мають місце при зустрічній протитечії у свердловинах охолодженої води, що йде від споживача в міжтрубний простір свердловини, і нагрітої води, що надходить через неізольовані піднімальні труби зі свердловини на поверхню до споживача. Звідси й низька енергетична ефективність пристрою. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення геотермального пристрою, у якому утворений його елементами замкнутий повітряний простір служить ізолятором теплоносія і за рахунок цього підвищується енергетична ефективність пристрою. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в геотермальному пристрої, який містить розташовані в свердловині експлуатаційну колону й піднімальні труби для підведення та відведення теплоносія, відповідно до винаходу, в експлуатаційній колоні в перфораційній зоні продуктивного пласта встановлено цементний стакан, а між експлуатаційною колоною й піднімальними трубами концентрично встановлено проміжну колону й пакер, що утворюють із піднімальними трубами повітряний кільцевий простір, крім того, висота цементного стакана більше висоти перфораційної зони. Виконаний у перфораційній зоні продуктивного пласта цементний стакан дозволяє виключити будь-який контакт теплоносія з флюїдом продуктивного пласта, у якому після завершення експлуатації свердловини можуть знаходитися залишки нафтогазових сумішей і пластової мінералізованої води. Установка проміжної колони між експлуатаційною колоною і піднімальними трубами дає можливість створити кільцевий повітряний простір між низхідним потоком теплоносія з низькою температурою і висхідним потоком теплоносія з високою температурою, що приводить до істотного зниження теплових втрат висхідного потоку й одержання споживачем теплоносія з більш високою температурою, а значить підвищення ефективності пристрою в цілому. Установка пакера між піднімальними трубами і проміжною колоною дає можливість герметизувати утворений кільцевий повітряний простір, забезпечуючи постійну ізоляцію потоків, оскільки повітря є одним з найкращих теплоізоляторів. 91771 4 На фігурі зображено пропонований геотермальний пристрій. Геотермальний пристрій містить експлуатаційну (обсадну) колону 1, проміжну колону 2, піднімальні труби 3, пакер 4. Піднімальними трубами 3 і проміжною колоною 2 утворений кільцевий простір 5, заповнений повітрям. Піднімальні труби 3 і проміжна колона 2 концентрично підвішені в трубній голівці фонтанної арматури 6. В експлуатаційній колоні 1 установлюється цементний стакан 7 висотою, більше висоти перфорованої зону 8 продуктивного пласта 9 та яка гарантовано перекриває її. Наземна частина геотермального пристрою складається з регулюючого дроселя 10, циркуляційного насоса 11, засувки 12, споживача 13 і теплових комунікаційних ліній. Тзаб - температура на вибої свердловини, Ту - температура на усті пласта, grad T - температурний градієнт даної свердловини. Геотермальний пристрій працює таким чином. Для установки геотермального пристрою попередньо підготовлюють відпрацьовану свердловину. В експлуатаційній колоні 1 встановлюється цементний стакан 7 висотою, яка гарантовано перекриває перфоровану зону 8 продуктивного пласта 9. Після проведення штатної операції ОЗЦ (очікування затвердіння цементу), пов'язаної з установкою цементного стакану, у свердловину по черзі до вибою спускають концентричну проміжну колону 2 і піднімальні труби 3 з пакером 4, що після закріплення герметизує кільцевий простір 5 між піднімальними трубами 3 і проміжною колоною 2, заповнений повітрям. Далі комунікаційні лінії від споживача 13 до вибою свердловини заповнюються робочим агентом - технічною водою, що циркулює в пристрої (на фіг. показано стрілками) у такий спосіб. Від споживача 13 через засувку 12 конденсатна (зворотна) лінія води з температурою t через регулюючий дросель 10 самопливом поступає в кільцевий простір між експлуатаційною колоною 1 і проміжної 2. Нагріваючись від стінок експлуатаційної колони 1 від устя свердловини до її вибою відповідно до температурного градієнта grad T для даної свердловини на даній місцевості, гаряча вода надходить у піднімальні труби 3 і далі через фонтанну арматуру 6 у комунікаційну лінію до споживача 13. Наявність кільцевого простору 5, заповненого повітрям, служить гарним ізолятором для втримання тепла в піднімальних трубах при протитечії холодної й гарячої води (напрямок руху показаний стрілками) у свердловини. При віддаленому споживачі 13 у конденсатну лінію може бути включений циркуляційний насос 11. Підбирання d - діаметра піднімальних труб 3, d1 - діаметра проміжної колони 2 і s - величини повітряного кільцевого простору 5 при заданому D - діаметрі експлуатаційної колони 1 здійснюється розрахунковим шляхом, виходячи із заданого енергетичного теплового потенціалу свердловини. 5 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 91771 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601