197063. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és mélyfúrású kút geotermikus energia kitermelésére
1 197 063 2 A találmány tárgya eljárás és mélyfúrású kút geotermikus energia kitermelésére, amelynek során egy mélyfúrású kútból alkalmas hőhordozó közeg segítségével a geotermikus hőenergiát a felszínre hozzák, és hőelvonás után a hőhordozó közeget környezetvédelmi okokból ugyancsak mélyfúrású kúton keresztül a föld mélyébe visszasajtolják. Ismeretes, hogy a Föld hőtartalmának, vagyis a geotermikus energiának a felszínre hozatalához hőhordozó közegre van szükség. Ez a közeg lehet például víz, olaj, vagy akár valamely erre alkalmas gáznemű anyag is. Ezek a hőhordozó közegek a föld mélyében felveszik a környező földtömeg hőmérsékletét, és az esetek egy részében természetes úton, mint források vagy gejzírek törnek a felszínre, ugyanakkor az utóbbi évtizedekben kitermelésük egyre inkább mélyfúrású kutak telepítése útján történik. A geotermikus energiának ilyen formában történő kitermelése két alapvető problémát vet fel. Egyrészt a felszínre kerülő hőhordozó közeg, főként termálvíz, a hőhasznosftást követőleg magas ásványisó-tartalma miatt környezetvédelmi okokból a legtöbb esetben nem vezethető be a felszíni vízbefogadókba, másrészt pedig az állandó kitermelés következtében mind a rétegnyomás, mind a vízkészletek, és ennek folytán a kutak vízhozama 5—15 éven belül általában a töredékére csökken. A vízelhelyezési problémák nemzetközileg elfogadott megoldását a víznek a földbe történő visszasajtolása jelenti. Ennek lényege az, hogy két kutat létesítenek, amelyek közül egyik a termelőkút, a másik pedig a besajtolókút. Mindkét kutat azonos mélységre, illetve rétegsorra telepítik, így a besajtolás egyúttal a rétegnyomást is megemeli, növelve ezzel a kút élettartamát. Az interferencia kiküszöbölése érdekében a kutakat egymástól legalább 1—1,5 km távolságra telepítik, vagy egy pontból kiinduló ferde fúrású kutak esetén a talppontokon biztosítják ezt a távolságot. Ez utóbbi megoldás annyiból kedvezőbb, hogy a földfelszínen nincs szükség a két kút közötti összekötő vezetékekre, illetve külön szivattyútelepekre. A két külön kút fúrása azonban itt is nagyon magas költségekkel jár. A geotermikus energia kitermelésére ismeretes még az úgynevezett „meleg száraz kőzetek” (hot dry stone) hőkitermelési technológiája. Itt is két kutat telepítenek és ezeket a nagy hőmérsékletű szakaszon rétegrepesztés útján egymással összekapcsolják, ily módon az egyik kútba benyomott víz a száraz meleg kőzetben felmelegedve jut a másik kúton keresztül a felszínre. Innen a hőtartalom elvonása után a vizet visszasajtolják az első kútba, és a körfolyamat elölről ismétlődik. Ezt a megoldást egyrészt itt is a két kút telepítési költségei teszik drágává, másrészt pedig az ugyancsak nagy költségigényű (általában függőleges síkban végzett) rétegrepesztés. A találmány által megoldandó feladat olyan eljárás és mélyfúrású kút létrehozása geotermikus energia kitermelésére, amelyek ezen energia kinyerését lényegesen alacsonyabb beruházási költségek mellett teszik lehetővé, mint az eddig ismert megoldások, ugyanakkor környezetkímélő kitermelési technológiát valósítanak meg, és a folyadékadó rétegsorok vízkészleteit csak kis mértékben veszik igénybe. A kitűzött feladatot a találmány értelmében azáltal oldottuk meg, hogy a geotermikus energia kinyerésére alkalmas hőhordozó közeget egy ugyanazon mélyfúrású kútban kialakított rendszerben hozzuk a felszínre és sajtoljuk vissza a föld mélyébe, miközben a felfelé áramló kitermelt és a lefelé áramló visszasajtolt hőhordozó közegáramot egymástól hőszigetcltcn elválasztva vezetjük, és a hőhordozó közeget olyan rétegsorba sajtoljuk vissza, amely a termelőrétegsortól a két rétegsor közvetlen függőleges irányú kapcsolatát a mélyfúrású kút környezetében megakadályozó, de nagyobb vízszintes irányú távolságban hidraulikus érintkezésüket adott esetben megengedő záróréteggel van elválasztva. A találmány értelmében célszerű, ha a mélyfúrású kútban a hőhordozó közeg áramlási irányát periodikusan megváltoztatjuk, és a korábbi besajtold rétegsort termelő rétegsorként, míg a termelő rétegsort besajtoló rétegsorként használjuk. A találmány értelmében hőhordozó közegként különféle erre alkalmas közegek alkalmazhatók, előnyösen víz, gőz, gáz vagy olaj. A találmány értelmében az is lehetséges, hogy a hőhordozó közeg egyidejű vagy soros ki-, illetve betárolása során egy föld alatti hőtároló rendszert működtetünk. A találmány szerinti eljárás megvalósítására alkalmas mélyfúrású kút teleszkópszerűen egymásba illeszkedő csőrakatokból áll, ahol az egyre hosszabb csőrakatok egyre kisebb átmérővel rendelkeznek, és ahol a leghosszabb és legbelső csőrakat alsó szakasza legalább egy a hőhordozó közeg csőrakatba való belépését vagy onnan való kilépését megengedő nyílással van ellátva. Ezen mélyfúrású kútra a találmány értelmében az jellemző, hogy a legbelső csőrakatot körülvevő és azzal egy gyűrűsteret képező csőrakat egy, a visszavetett hőhordozó közeg besajtolására alkalmas rétegsorig van kiépítve, és alsó szakasza szintén legalább egy, a hőhordozó közeg kilépését vagy acsőrakatba való belépését megengedő nyílással van ellátva, miközben a legbelső csőrakat az őt körülvevő csőrakat hossza mentén hőszigeteléssel van ellátva. A találmányt részletesebben kiviteli példa kapcsán, a csatolt rajz alapján ismertetjük. A rajz egyetlen ábráján egy, a geotermikus energia kinyerésére alkalmas, találmány szerinti mélyfúrású kút látható, vázlatos hosszmetszetben. Amint az a rajzon látható, a találmány szerinti megoldás egy önmagában ismert kútkiaíakításból indul ki, amely az adott kiviteli példa esetében három egymásban elrendezett 1, 2, 3 csőrakatból áll, ahol az egyre kisebb átmérőjű csőrakatok hossza egyre nagyobb. Az egyes csőrakatok közötti gyűrűsterek az 1 és 2 csőrakatok alsó végein végein egy-egy 4, ill. 5 tömszelencével vannak lezárva. A csőrakatok közül a legbelső és egyben leghosszabb 3 csőrakat olyan mélységig, vagyis olyan 6 rétegsorig nyúlik le, ahonnan a hőhordozó közeget, adott esetben a termálvizet ki akarjuk termelni. A 3 csőrakat alsó szakasza legalább egy nyílással van ellátva, amely lehetővé teszi a hőhordozó közeg belépését a 3 csőrakat belsejébe (vagy fordítva). Ez a nyílás lehet egy rés vagy perforáció vagy akár a 3 csőrakat alsó csővége. A 3 csőrakatban egy 7 búvárszivattyú van elrendezve, amely 8 cső5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
