开发地热能的设备
阅读：930发布：2021-11-15
专利汇可以提供开发地热能的设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种开发 地 热能 的设备，其通过将诸如 水 那样的 流体 循环通过地面之下至少700m、或者1000、3000或4000m的裂纹的地质 地层 来开发地热能，所述设备包括：至少一个从地面向下引向所述地质地层的供应井孔(2)、至少一个将诸如水那样的加热流体从所述地质地层传输到地面的返回井孔(4)、以及连接供应井孔和返回井孔(2、4)的吸热结构，所述吸热结构包括位于地质地层内的一系列液 力 平行或准平行 传热 表面，横贯这些传热表面，热量从所述地质地层传输到诸如水那样的所述流体。，下面是开发地热能的设备专利的具体信息内容。
1.一种开发地热能的设备，所述设备通过将流体循环通过地质地层来开发地热能，所述设备包括：
至少一个能够从地面向下引向所述地质地层传输流体的供应管道、至少一个将加热流体从所述地质地层传输到地面的返回管道、以及连接供应管道和返回管道的吸热结构，所述吸热结构包括被布置在地质地层内的一系列液力平行或准平行的传热表面，横贯这些传热表面，热量从所述地质地层传输到所述流体，还包括：
从供应管道的底部出发的第一底部管道，其延伸远离供应管道；
从返回管道的底部出发的第二底部管道，其延伸远离返回管道，并在水平和垂直方向上与第一底部管道分开一定距离，所述液力平行或准平行的传热表面流体地连接到第一和第二底部管道。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个密封件被放置成，倘若传热表面的流动阻力小于其他传热接口，在第一或第二底部管道的与传热表面相交的一个或多个部分被密封隔断。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述距离是200至1000m。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述地质地层是地面之下的至少700m的深度处。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述地质地层是地面之下至少4000m处。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流体是水。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一和第二底部管道沿与地质地层的断裂平面的罗经方向大致垂直的方向延伸。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一和第二底部管道沿水平方向延伸。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，提供液力平行流的相邻热界面层之间的距离是10至25m。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其适于供流体沿相同的绝对方向流过第一和第二底部管道。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述地质地层包括开裂岩石的量为至少15,
000,000m3的热交换区。
12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述地质地层包括开裂岩石的量为至少15,
000,000m3的热交换区。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备为发电设备、地区采暖计划中的热量分配设备、或向商用楼或私家楼供热的设备，或工业生产过程加热设备。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述供应管道和/或所述返回管道和/或所述第一底部管道和/或所述第二底部管道由铝或铝合金制成。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述铝合金为船用铝合金。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于在地质地层中生成所述一系列液力平行或准平行的传热表面的装置。
17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于在所述第一和/或第二底部管道中执行流动试验的装置。
18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于钻探出从地面向下引向所述地质地层的至少一个供应井孔以及用于插入所述供应管道的装置。
19.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于形成从所述供应管道的底部出发的第一井孔以及用于插入所述第一底部管道的装置，该第一井孔远离所述供应管道延伸。
20.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于钻探出至少一个返回井孔以及用于插入所述返回导管的装置，该返回井孔用来将加热的流体从所述地质地层传输到地面。
21.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于形成从所述返回管道的底部出发的第二井孔以及用于插入第二底部管道的装置，该第二井孔远离返回管道延伸，并在水平和垂直方向上与所述供应管道分开一定距离。
22.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于在第一和第二底部管道之间的所述地质地层内产生断裂区域以及用于生成一系列液力平行或准平行的传热表面的装置，当所述流体在供应管道和返回管道之间循环时，传热表面允许将热量从所述地质地层传输到所述流体。
23.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括：用于执行流动试验的装置，该用于执行流动试验的装置包括用于将流体注入所述供应管道并使所述流体经所述返回管道回流的装置；
用于测量流体至少沿着第一和第二底部管道的流动速度的装置，以便确定与第一和第二底部管道相交的液力平行或准平行传热表面的流动阻力。
24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，包括如果一个或多个传热表面的流动阻力低于其他液力平行或准平行传热表面的流动阻力，则将该传热表面相交的第一或第二底部管道的部分密封隔断的装置。
25.如权利要求22所述的设备，其特征在于，用于生成断裂区域的装置包括：
用于将所述第一和第二底部管道密封隔断的装置；
用于利用泵来增加被密封隔断的区段中的压力的装置，所述泵用于泵送所述密封隔断的区段中的流体直到达到打开或断裂压力且岩石发生泄漏；
用于连同流体一起注入压裂支撑剂的装置，以便一旦压力已经减小使形成的裂纹保持打开；
用于通过允许流体流出来减少所述密封隔断的区段中的压力的装置。
开发地热能的设备
技术领域
[0001] 本实用新型涉及从深处地质地层开发地热能的设备。
背景技术
[0002] WO96/23181披露了利用废弃离岸油井来抽取地热能的做法，抽取的地热能又可被转化为电能而供应给用户。这里，两个3000m深的井被分别用作供应井孔和返回井孔，两个深井在其下端处由大致水平钻出的环路互连，该环路长度为1000m，直径为21.5cm。700m3/h的水量循环通过该环路，其入口温度为20℃。该出版物简单地假定水将以90℃的温度返回，该温度是连接环路所在地层的温度，因此可提供40MW的热能。该假定被认为是不够精确的。使用以上披露的方法，业已发现返回水的温度只刚好高于供应水温度几度，而为了提供
40MW的地热，该环路必须比上述长度大60倍。
发明内容
40MW的地热，该环路必须比上述长度大60倍。
发明内容
[0003] 在一个方面，本实用新型涉及通过将流体循环通过地质地层来开发地热能的设备，包括：
[0004] 至少一个能够从地面向下引向所述地质地层传输流体的供应管道、至少一个将加热流体从所述地质地层传输到地面的返回管道、以及连接供应管道和返回管道的吸热结构，所述吸热结构包括被布置在地质地层内的一系列液力平行或准平行的传热表面，横贯这些传热表面，热量从所述地质地层传输到所述流体，还包括：
[0005] 从供应管道的底部出发的第一底部管道，其延伸远离供应管道；
[0006] 从返回管道的底部出发的第二底部管道，其延伸远离返回管道，并在水平和垂直方向(X、Y、Z)上与第一底部管道分开一定距离，所述液力平行或准平行的传热表面流体地连接到第一和第二底部管道。
[0007] 由于以下优点中的任意一个或其组合，管道对于地层内钻出的井孔是较佳的：
[0009] 管道减少由岩石掉落对管道造成堵塞的可能性，从而延长设备的寿命；
[0011] 管道允许使用较高的压力，同时减少裂纹区域中向着岩石的泄漏。
[0012] 该装置可适用于使诸如水之类的流体循环通过至少地面之下至少700m，或者1000、3000或4000m深的地质地层。供应管道和/或返回管道和/或第一底部管道和/或第二底部管道由抵抗诸如盐水之类的含盐流体的铝或诸如船用铝合金的铝合金制成。供应和返回管道较佳的是可伸缩的管道。可选地，第一和 /或第二底部管道可以是可伸缩的管道。
[0013] 管道可定位在钻出的井孔中。
[0014] 在另一方面，本实用新型涉及制备用来开发地热能的设备，该设备适于使诸如水那样的流体循环通过地面之下至少700m，或者1000、3000或4000m 深的地质地层，所述设备包括至少一个从地面向下引向所述地质地层的供应井孔、至少一个将诸如水那样的加热流体从所述地质地层传输到地面的返回井孔，以及连接供应井孔和返回井孔的吸热结构，所述吸热结构包括一系列位于地质地层内液力平行或准平行的传热表面，热量横贯这些传热表面而从所述地质地层传输到诸如水那样的所述流体。
[0015] 如此的地热设备总体上在岩石上产生裂纹以获得通向地下热源的通路，如此的地热设备通常可能诱发地震，因此，本实用新型的实施例设计成限制地震的风险。此外，根据本实用新型实施例的地热设备限制如下的风险：不能够在供应井孔和返回井孔之间形成通过热岩石质量的水力连通。
[0016] 本实用新型包括带有用于开发地热能的设备的带裂纹的地质地层，该设备适于使诸如水那样的流体循环通过地面之下至少700m或者1000、3000或 4000m深的开裂的地质地层。
[0017] 该设备包括：至少一个从地面向下引向所述地质地层的供应井孔或管道，从供应井孔底部延伸而出的第一井孔或管道(第一底部管道)，该第一井孔或管道相对于供应井孔或管道成一定角度，可选地为大致的水平方向；
[0018] 至少一个返回井孔或管道，其用来将诸如水那样的被加热流体从所述地质地层传输到地面，该返回井孔或管道可选地是其深度比供应井孔或管道浅；
[0019] 从返回井孔底部延伸而出的第二井孔(第二底部管道)，该第二井孔相对于供应钻孔成一定角度，可选地为大致的水平方向，且其在水平方向和垂直方向上与第一井孔分开一定距离；以及
[0020] 在第一和第二井孔之间的所述地质地层内的裂纹区域，该裂纹区域为一系列液力平行或准平行的传热表面，这些传热表面允许热量从所述裂纹地质地层传输到在供应井孔和返回井孔之间的诸如水那样的所述流体。
[0021] 本实用新型例如适用于从干热的岩石(HDR)地层开发地热能。为了补偿如此地层的低热传导率，本实用新型通过非常大的传热表面来抽取热能，所述传热表面可由地质地层提供并涉及到一系列许多液力平行或准平行的传热表面。
[0022] 根据本实用新型实施例，这样的非常大的传热表面面积为供应井孔或管道和返回井孔或管道的成角度的、最好是水平的区段之间的裂纹区域，供应井孔或管道和返回井孔或管道的区段在水平方向和垂直方向上彼此分开一定距离，例如，200至1000m，或250至800m，或300至750m。裂纹区域可以是膨胀开的已存在的裂纹，例如，裂纹区域包括使用炸药炸开成角度的、例如水平的第一和第二井孔或管道之间的岩石，或者是在供应井孔或管道和返回井孔或管道的成角度的或水平的区段之间建立起的裂纹，供应井孔或管道和返回井孔或管道的区段在水平方向和垂直方向上彼此分开一定距离，例如，200至1000m，或250至
800m，或300至750m。该装置适于冷却和加热和/或利用作用在岩石上的液压力来形成裂纹，后一方法是首选的方法。为了避免由于液力平行的传热表面之间液力阻力的差异引起循环流体不可预见的流动状况，本实用新型的裂纹区域包括液力平行的传热表面。此外，可设置流量计来确定与井孔或管道的不同区段相交的诸裂纹中的流动阻力。
800m，或300至750m。该装置适于冷却和加热和/或利用作用在岩石上的液压力来形成裂纹，后一方法是首选的方法。为了避免由于液力平行的传热表面之间液力阻力的差异引起循环流体不可预见的流动状况，本实用新型的裂纹区域包括液力平行的传热表面。此外，可设置流量计来确定与井孔或管道的不同区段相交的诸裂纹中的流动阻力。
[0023] 在根据本实用新型实施例的地热设备中，大量的热岩石位于紧靠传热表面的附近。例如，根据本实用新型实施例为加热诸如水那样流体并产生热水而设计的地热设备，对于该设备要提供的每kW热能，较佳地具有至少20,000m3的位于每个传热表面10米之内的岩石。
[0024] 因此，在本实用新型的一个方面，提供一种如以上引言段落内所定义种类的用来开发地热能的设备，所述设备的特征在于，它具有给定的名义功率，单位为MW，该名义功率定义为每秒由所述结构从裂纹地层中吸收的热量，其特征还在于，所述多个和液力平行或准平行的传热表面包括至少一个钻出的吸热孔或管道，以及其特征还在于，所述地层的岩石体积至少约为15,000,000m3，较佳地至少为20,000,000m3，并乘上所述名义功率。
[0025] 这些数字代表了比任何现有技术的经济上可行的输出的设备所考虑的远大得多的岩石质量。
[0026] 本发明人业已发现，从足够大体积的岩石中形成热量抽取的最有效方式是具有在热岩石的深处一系列液力平行或准平行的传热表面的设备。术语“液力平行”意味着流体的流动以平行方式存在，但这些界面的几何形状不一定在数学上是平行的。
[0027] 本实用新型部分地基于如下的认识：由于岩石的热传导率很低，所以离传热表面几十米的岩石将不会贡献很多的热能。因此，从传热的观点来看，大量相对地紧密间距开的液力平行或准平行的传热接口是更加有效。
[0028] 根据本实用新型的实施例，流体的供应井孔或管道和返回井孔或管道的深度通常超过3km，较佳地超过5km，最为较佳地是大于6km。此外，根据本实用新型的实施例，多个准平行的或液力平行的传热界面在该深度处位于干的岩石上，以便提供足够体积的热岩石而通过所要求的设备寿命来供应所需要的热量。
[0029] 因此，根据第二方面，本实用新型提供用来开发地热能的设备，该设备通过使诸如水那样的流体循环通过地面以下至少700m，或者大于1000m、3000m、 4000m深度的地质地层，其包括带有如上所述的裂纹区域的地质地层。最小深度范围由以下事实限定：本实用新型立足于使用液力学技术的一系列液力平行、接近垂直的裂纹。用液力学方式形成的裂纹是沿着垂直于最小应力的方向设置的。根据经验，水平裂纹将出现在大约小于600至700m的深度处，因为这些深度处的地球的过度负载提供了最小主应力。在这些相对浅的条件下，裂纹最大可能是沿着水平平面，因为岩石在该方向上比任何其他方向更容易分开。随着深度增加超过700m，过载的应力趋于变成主导的应力。由于液力学方式形成的裂纹是沿着垂直于最小应力的方向的，所以，大于700m深度处生成的裂纹趋于在垂直方向上定向。
[0030] 根据本实用新型另一方面，上述类型的用于开发地热能的设备的特征在于，所述吸热结构包括多个液力平行或准平行的传热界面，它们从供应井孔或管道的成角度或水平区段到返回井孔或管道的成角度或水平区段以平行流动关系布置，并位于深处。
[0031] 由于岩石温度随着深度增大而增大，具有在最大深度处流过液力平行或准平行的传热表面的流体，这将允许用来从热岩石中抽取热量的诸如水那样的流体中的最高温度上升，因此最大程度地取出热能。
[0032] 较佳地，提供液力平行流动的相邻传热层之间的距离约为15m，例如，5 至25m，最好至少为10m。另一方面，该间距应小于约50m，以限制该设备的实体范围。根据本实用新型的设备可只具有单个供应井孔或管道和单个返回井孔或管道。然而，该设备可布置有多个供应井孔或管道，它们最好围绕公共的返回井孔或管道沿圆周等距离间距开。例如，在一个特定实施例中，三个供应井孔或管道可围绕单个返回井孔或管道布置。应该指出的是，返回井孔或管道可以是单个钻出的孔或管道，或是紧密间距开的直径较小的孔簇或管道簇，它们显现出基本上与较大直径的单个井孔或较大直径的单个管道相同的热量和压力损失。
[0033] 较佳地，供应井孔或管道和返回井孔或管道的上端可以彼此靠近地布置，可选地让诸孔偏转向下，以便引入介于供应井孔或管道和返回井孔或管道的端部之间的很大间距。较佳地，该间距约为500至1000m。如此的设备结构允许设备在地面上有紧凑的结构，但同时允许传热接口在深处有必要的尺寸大小。
[0034] 钻出的孔或管道垂直地延伸到地质地层内。地质地层中的坚硬岩石层允许相较于钻探方向偏转的孔或管道。较佳地，偏转在底部井孔或管道的(半)水平区段的所期望的深度上方至少100m处起始，更加较佳地，至少500m处起始，实际的起始点由技术上可达到的、在就地的地质条件下所用钻探技术的累积角度来确定。最终将用作为供应井孔或管道的孔或管道垂直地延伸例如500 至2000m的额外距离。一般地，在大部分HDR地层所存在的几公里的深度处，如此地层裂纹所沿着的平面方向性地定向和对齐在大致垂直的平面内。对某些如此的地层研究已经达到这样的程度：地层最可能裂开所沿着的垂直平面的罗经方向是已知的。如果罗经方向不知，或罗经方向是作为附加的测量，则从至少一个垂直井(其既可以是供应井孔或管道也可以是返回井孔或管道)的底部采取罗经定向的内芯采样，对颗粒定向和地壳构造应力，可分析该内芯及其腾出的地室，结合地层上可供的地球物理数据进行该分析，可提供最大可能发生垂直裂纹所沿着的平面的方向。也可采用其他替代方案来确定裂纹平面的方向，诸如地球物理测程，安装光纤来测量筒壳或管道的变形，用于压力泄露测试的装置或用于形成试验裂纹的装置以及用于确定注入放射性示踪剂的方向的装置。
[0035] 参照地层最可能发生裂纹的平面的罗经方向，沿大致垂直于此平面的罗经方向的方向布置有一个或多个另外的孔或管道。尽管较佳地是在第一和第二成角度的或基本上水平的孔或管道和裂纹平面之间达到垂直，但绝对的垂直不是关键。即，在本实用新型中，第一和第二底部管道沿与地质地层的断裂平面的罗经方向大致垂直的方向延伸。第一和第二成角度的或基本上水平的孔或管道可以一定的角度与期望的裂纹平面相交，所述角度偏离垂直线高达约45度。术语“近似垂直”是要包括如此的变体。与裂纹垂直线的偏离角范围可从小至 0度到大至60度，诸如是30度至约45度。孔或管道的准确布置是由地层的温度梯度和钻探以及管道的操作成本所确定的权衡。一般地，由于较佳地是第一和第二成角度的或大致水平的孔或管道在HDR地层中，由此在用于接触的裂纹区域中运行的循环流体的温度为至少约125℃，附加的钻孔或所安装的管道的量会是地层温度梯度的函数。第一和第二成角度的或大致水平的孔延伸通过HDR地层的最小距离必须足以容纳多个液力平行的传热表面，其后这些传热表面将沿着第一和第二倾斜的或大致水平的孔或管道形成。该最小距离是所需传热表面的数量乘以传热表面之间的间距之积的函数。
[0036] 密封件可位于第一或第二底部孔或管道的一个或多个部分内，即，与传热表面相交。倘若传热表面的流动阻力小于其他传热接口，这些密封件则布置成密封隔断。
[0037] 该供应管道和/或返回管道可由抵抗诸如盐水之类的含盐流体的铝或诸如船用铝合金的铝合金制成。
[0038] 为使管道处于正确位置，钻探得到的孔可用于容纳管道。由于以下优点中的任意一个或其组合，管道对于地层内钻出的井孔是较佳的：
[0039] 管道防止流体在任何深度从岩石进入管道中并稀释在这些管道中流动的诸如水之类的流体，由此，管道有助于防止流体和热能在除裂纹区域以外的位置发生交换；
[0040] 管道与单纯的钻探井孔比较而言，流体泄漏到周围岩石的可能性小；
[0041] 管道减少由岩石掉落对管道造成堵塞的可能性，从而延长设备的寿命；
[0042] 管道增加设备保持操作的能力，而不必考虑地震活动；
[0043] 管道允许使用较高的压力，同时减少裂纹区域中向着岩石的泄漏。
[0044] 在设备中，运行时，第一和第二底部区段、例如管道内的流体可以是相同的绝对方向流动。这意味着：例如，在一个底部区段或管道内，流动朝向该区段或管道的端部，而在另一底部区段或管道内，流体远离该区段或管道的端部流动。任何液力平行或准平行的传热表面的液力回路包括一段供应孔或管道长度、相对的界面和一段返回孔或管道长度。如果将界面选择为更靠近返回孔或管道，那么，返回孔或管道的长度减小，但供应孔或管道的长度增大同样的数量。因此，所有的液力平行或准平行的传热表面的液力回路是相同的。这允许液力平行或准平行的传热表面内的流动散布开去。
[0045] 该装置可包括用于在岩石质量中产生裂纹区域的装置：
[0046] 用于使第一和第二孔或管道的部分密封隔开的密封件，
[0047] 用于增大密封区段内的压力的装置，其包括用于通过泵送密封区段内的流体、直到达到打开或断裂压力且岩石发生泄漏的泵，
[0048] 用于连同流体一起注入压裂支撑剂的装置，以便一旦压力已经减小使形成的裂纹保持打开，
[0050] 为了更好地理解本实用新型，现将参照附图中所示的示范实施例来描述本实用新型，附图中：
[0051] 图1是根据本实用新型实施例的地热设备的示意性侧视图，
[0052] 图2是地质地层与图1设备的传热接口的示意性平面图。
具体实施方式
[0053] 本实用新型将参照特殊的实施例并参照某些附图进行描述，但本实用新型不局限于此，本实用新型却仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性的没有限制性。在附图中，某些元件的尺寸可以夸大，为图示的目的不按比例绘出。如果在本描述和权利要求书中使用了术语“包括”，那么它不排除其它的元件或步骤。如果在涉及单数名词时使用了不定冠词或定冠词，例如，“一”或“一个”、“该”，那么，除非某些情形特殊地陈述之外，它应包括该名词的复数。
[0054] 此外，本描述和权利要求书中出现的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用来在类似元件之间加以区分，并不一定描述顺序的次序或按年月顺序的次序。应该理解到，在合适的情况下，如此使用的术语可以互换，这里描述的本实用新型的实施例也能够以不同于这里所描述或图示的其他顺序进行操作。
[0055] 图1和2是示意图，示出不同深度处的各元件，就好似其间的岩石是透明的。图1和2中所示的地热设备具有一系列位于地面之下的地质地层内的液力平行或准平行的传热表面10。传热表面位于水平底部区段或管道6、8之间，它们分别被描述为供应孔和返回孔或管道2、4的第一和第二水平底部区段，供应孔和返回孔或管道2、4的水平底部区段或管道6、8沿着水平方向(“X”和“Z”)和垂直方向(“Y”)彼此分离一定距离，该距离诸如是200至1000m，或250至800m，或300至750m。因此，传热表面10是沿所有三个正交方向 X、Y、Z延伸的结构。传热表面10示意性地显示为平行的板片，然而，在实践中，这些表面的准确形状将由岩石如何裂开方式来确定。选择裂纹区域，以使平行流路径改进传热。
[0056] 该设备包括供应孔或管道2和返回孔或管道4，供应孔或管道2的内直径至少为15.0cm，例如，15.0cm或19.0cm或21.2cm或31.3cm，其从注入井头 16延伸，返回孔4的内直径为15.0cm，例如，15.0cm或19.0cm或21.2cm或 31.3cm，其从生产井头18延伸。供应孔或管道2的深度比返回孔或管道4的深度大一定距离，例如，该距离为250m，例如为250至500m。然而，返回孔或管道也可比供应孔深。大致水平的底部区段或管道6、8分别形成在供应孔和返回孔或管道2、4的底部处。供应孔和返回孔或管道2、4的底部区段或管道6、8通过一系列液力平行或准平行的传热表面10互连，这些表面的间距由关闭岩石裂纹的方式确定。较佳地，裂纹区域建立在该区域内以提供供应孔或管道和返回孔或管道之间的流动连通。如图2所示，井头16、18位于横跨具有液力平行的传热接口10的开裂区域对角线的角上。
[0057] 钻孔或管道2、4基本上垂直地钻入到地质地层内，并较佳地遇到所想的坚硬岩石地层，其允许安全地形成与底部区段或管道的垂直线的偏离，最好在 (半)水平底部区段的期望的深度之上的100m，更佳地为500m：偏离的实际起始点由就地的地质条件下所用钻探技术的技术上可达到的累积角度确定。最终将用作为供应孔或管道之用的孔或管道垂直地延伸一附加的距离D，该距离诸如是200至1500m，或250至2000m，或300至3000m，视需要达到期望名义功率的岩石体积而定。一般地说，在存在大部分HDR地层的几公里深度处，如此地层裂纹所沿着的平面方向性地定向并对齐在大致垂直的平面内。尽管对某些此类地层已经研究到如下程度，即地层最可能开裂所沿着的垂直平面的罗经方向已经知道，但如果这是未知的或要作为要添加的测量，则可从至少一个垂直井或管道的底部采取罗经定向的内芯采样，就颗粒定向和地壳构造应力，分析该内芯及其腾出的地室，结合地层上可得的其他地球物理数据进行该分析，可允许确定最大可能发生垂直裂纹所沿着的平面的方向。也可提供其他替代的方案来确定裂纹平面的方向，诸如地球物理测程，所安装的光纤用于测量筒壳的变形，用于压力泄露试验的装置或形成其方向可由注入放射性示踪剂而确定的试验裂纹的装置。
[0058] 罗经方向是对地层最可能发生裂纹的平面，可沿大致垂直于此类平面的罗经方向的方向布置一个或多个另外的孔或管道。尽管较佳地是在偏转的钻孔或管道和期望的开裂平面之间达到垂直度，但绝对的垂直度不是关键。偏转的井或管道可以一定的角度与期望的裂纹平面相交，所述角度偏离垂直线高达约 45度。术语“近似垂直”是要包括如此的变型。偏离的第一和第二底部区段或管道6、8延伸通过HDR地层的最小距离应该足以容纳多个准平行的传热表面，其后这些传热表面将沿着第一和第二底部区段或管道6、8形成。该最小距离是所需传热表面的数量乘以传热表面之间的间距之积的函数。
[0059] 运行中的设备适于在第一和第二底部区段或管道6、8内提供相同的绝对方向的流体流动。这意味着：例如，在底部区段或管道8内，流动朝向该区段或管道的端部，而在底部区段或管道6内，流体远离该区段或管道的端部流动，如图1中所示。任何液力平行或准平行的传热表面10的液力回路包括一段钻孔或管道2的长度、相对的界面10和一段钻孔或管道4的长度。如果将界面 10选择为紧靠钻孔或管道4，那么，钻孔或管道4的长度减小，但钻孔或管道 2的长度增大同样的数量。因此，所有的液力平行或准平行的传热表面10的液力回路是相同的。这允许液力平行或准平行的传热表面10内的流动以有控制的方式散布开去。
[0060] 供应孔和返回孔的上部可设置有一个或多个盲筒壳，用来使钻孔与该区域内周围的地下水层密封开来。较佳地，供应和返回管道2、4被设置为，其壁将这些管道相对于该区域中的周围地下水层密封。对筒壳区段或管道的深度、尺寸和强度的选择应根据当地的地质条件、孔或管道的完整性以及法规来进行。每个孔或管道可具有不同直径的一个或多个区段。特别地，管道可以是可伸缩的。除了最后一个区段之外的所有区段具有盲筒壳和灌注水泥，以提供与周围地层合适地密封的稳定钻孔。每个区段或一些区段可具有筒壳。当使用管道时，则这些管道中除了最后一个管道之外的其它管道提供稳定的导管，其相对于周围地层合适地密封。并且，这些管道可以是可伸缩的，由此，连续管道或区段的直径逐渐地减小。这样，当选择其他钻孔区段或管道的直径时，就应考虑最后区段或管道的最小内直径。每个区段或管道的长度由深度范围来确定，其可以考虑到就地的地质条件、钻孔或管道的完整性和法规的安全和环境友好的方式进行钻探。
[0061] 在地面上，供应孔和返回孔或管道2、4通过管线12连接到具有单独的热交换器的外壳14的一侧。诸如潜水电动泵或直线轴泵的生产泵安装在返回孔或管道4的垂直部分内。辅助循环泵可位于(未示出)单独的热交换器和供应孔或管道16的井头之间。
[0062] 较佳地，单独热交换器的另一侧适于与与各种热消耗器具流体连通，热消耗器具例如是散热器、热空气加热器和热水箱、地区采暖系统和/或发电系统。
[0063] 本实用新型的优点在于带有一系列液力平行或准平行的传热接口的地热设备，这样的传热界面位于地面之下的地质地层内，例如，深度高达6km的深处。该设备设计成减小发生地震事件时的风险。该设备具有钻孔的水平的钻探底部区段或底部管道。设置有地球物理工具，以限定水平区段的形状、定位任何预先存在的裂纹以及识别地层的强度。该设备具有用于应力测量的装置，以对多级设备确定运行参数，从而加强人工造成的裂纹，且该设备适于提供打开或裂开压力和压力形成，并适于供应为打开或形成裂纹并使它们保持打开所需而向下泵送的流体和压裂支撑剂量。例如通过敞开孔填实器或水泥来密封水平底部区段的部分，并且该设备适于增加密封区段或管道内的压力，以及用于泵送密封区段内诸如水那样的流体，直到达到打开或碎裂压力和岩石发生泄漏为止。该设备还适于连同流体一起将诸如级配砂石或人造陶瓷材料的压裂支撑剂注入，以便一旦压力已经减小，使已形成的裂纹保持打开。最后，该设备适于通过让流体流出，来减小密封区段内的压力。水平底部区段或管道的全部长度为，可获得开裂岩石区域内足够大的热交换面积，开裂岩石质量的最小尺寸至少为每MW的名义功率是15,000,000m3，较佳地是至少为20,000,000m3，较佳的裂纹间距约为15m，诸如5m至25m且小于50m。
[0064] 该设备适于在供应孔或管道和返回孔或管道中的液力平行或准平行传热界面中进行流动试验。该设备适于通过在供应孔或管道中注入诸如水那样的流体并形成通过返回孔或管道的流体来进行流动试验。该设备可适用于测量至少沿着水平底部区段的流体速度。该设备可包括安装好的流动计量仪或至少沿着钻孔或管道的水平区段安装的流动计量仪，以便确定与钻孔或管道相交的液力平行或准平行传热表面的流动阻力。该设备可适用于在流动阻力低的传热表面与钻孔或管道相交的地方，检测流体速度的急剧变化。为了避免由于短路而不理想地引起流体的冷却，传热表面应具有类似的流动阻力：较佳地，具有最低流动阻力的传热表面10的流动阻力差异应小于因子10，较佳地小于因子5，较佳地小于因子2。如果与其余部分相比，一个或多个传热表面的流动阻力太低，例如，使得流体的主导流量流过该一个或多个传热表面，与传热表面相交的钻孔或管道的部分包括密封件，该密封件比如为开孔的填塞器或灌注水泥，或诸如水泥的堵塞剂、土丸或自固化的材料，以便堵塞传热表面。该设备适用于在包括了堵塞剂之后，且该设备适用于清洁钻孔或管道，以便移去残留在钻孔或管道内的任何堵塞剂。
[0065] 该设备可包括用于在地质地层中生成一系列液力平行或准平行的传热表面的装置。
[0066] 该设备可包括在所述第一和/或第二底部管道中执行流动试验的装置。
[0067] 该设备可包括用于钻探出从地面向下引向所述地质地层的至少一个供应井孔以及用于插入所述供应管道的装置。
[0068] 该设备可包括用于形成从所述供应管道的底部出发的第一井孔以及用于插入所述返回管道的装置，该第一井孔远离所述供应管道延伸。
[0069] 该设备可包括用于钻探出至少一个返回井孔以及用于插入所述返回导管的装置，该返回井孔用来将加热的流体从所述地质地层传输到地面。
[0070] 该设备可包括用于形成从所述返回管道的底部出发的第二井孔以及用于插入第二底部管道的装置，该第二井孔远离返回管道延伸，并在水平和垂直方向 (X、Y、Z)上与所述供应管道分开一定距离。
[0071] 该设备可包括用于在第一和第二底部管道之间的所述地质地层内产生断裂区域以及用于生成一系列液力平行或准平行的传热表面的装置，当所述流体在供应管道和返回管道之间循环时，传热表面允许将热量从所述地质地层传输到所述流体。
[0072] 该设备可包括：用于执行流动试验的装置，该用于执行流动试验的装置包括用于将流体注入所述供应管道并使所述流体经所述返回管道回流的装置。
[0073] 该设备可包括用于测量流体至少沿着第一和第二底部管道的流动速度的装置，以便确定与第一和第二底部管道相交的液力平行或准平行传热表面的流动阻力。
[0074] 该设备可包括如果一个或多个传热表面的流动阻力低于其他液力平行或准平行传热表面的流动阻力，则将该传热表面相交的第一或第二底部管道的部分密封隔断的装置。
[0075] 该设备可包括用于生成断裂区域的装置，该用于生成断裂区域的装置包括：
[0076] 用于将所述第一和第二底部管道密封隔断的装置；
[0077] 用于利用泵来增加被密封隔断的区段中的压力的装置，所述泵用于泵送所述密封隔断的区段中的流体直到达到打开或断裂压力且岩石发生泄漏；
[0078] 用于连同流体一起注入压裂支撑剂的装置，以便一旦压力已经减小使形成的裂纹保持打开；
[0079] 用于通过允许流体流出来减少所述密封隔断的区段中的压力的装置。
[0080] 本实用新型具有这样的优点：不需要构造通过大量钻孔的地下热交换器。根据本实用新型的实施例，采用岩石的开裂是以经济和安全的方式来形成多个热交换表面，即，减小地震的危险。
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