本實(shí)用新型涉及從深處地質(zhì)地層開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿脑O(shè)備。

背景技術(shù)：

WO96/23181披露了利用廢棄離岸油井來(lái)抽取地?zé)崮艿淖龇?，抽取的地?zé)崮苡挚杀晦D(zhuǎn)化為電能而供應(yīng)給用戶。這里，兩個(gè)3000m深的井被分別用作供應(yīng)井孔和返回井孔，兩個(gè)深井在其下端處由大致水平鉆出的環(huán)路互連，該環(huán)路長(zhǎng)度為1000m，直徑為21.5cm。700m³/h的水量循環(huán)通過(guò)該環(huán)路，其入口溫度為20℃。該出版物簡(jiǎn)單地假定水將以90℃的溫度返回，該溫度是連接環(huán)路所在地層的溫度，因此可提供40MW的熱能。該假定被認(rèn)為是不夠精確的。使用以上披露的方法，業(yè)已發(fā)現(xiàn)返回水的溫度只剛好高于供應(yīng)水溫度幾度，而為了提供40MW的地?zé)?，該環(huán)路必須比上述長(zhǎng)度大60倍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面，本實(shí)用新型涉及通過(guò)將流體循環(huán)通過(guò)地質(zhì)地層來(lái)開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿脑O(shè)備，包括：

至少一個(gè)能夠從地面向下引向所述地質(zhì)地層傳輸流體的供應(yīng)管道、至少一個(gè)將加熱流體從所述地質(zhì)地層傳輸?shù)降孛娴姆祷毓艿馈⒁约斑B接供應(yīng)管道和返回管道的吸熱結(jié)構(gòu)，所述吸熱結(jié)構(gòu)包括被布置在地質(zhì)地層內(nèi)的一系列液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面，橫貫這些傳熱表面，熱量從所述地質(zhì)地層傳輸?shù)剿隽黧w，還包括：

從供應(yīng)管道的底部出發(fā)的第一底部管道，其延伸遠(yuǎn)離供應(yīng)管道；

從返回管道的底部出發(fā)的第二底部管道，其延伸遠(yuǎn)離返回管道，并在水平和垂直方向(X、Y、Z)上與第一底部管道分開(kāi)一定距離，所述液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面流體地連接到第一和第二底部管道。

由于以下優(yōu)點(diǎn)中的任意一個(gè)或其組合，管道對(duì)于地層內(nèi)鉆出的井孔是較佳的：

管道防止流體在任何深度從巖石進(jìn)入管道中并稀釋在這些管道中流動(dòng)的諸如水之類的流體，由此，管道有助于防止流體和熱能在除裂紋區(qū)域以外的位置發(fā)生交換；

管道減少由巖石掉落對(duì)管道造成堵塞的可能性，從而延長(zhǎng)設(shè)備的壽命；

管道增加設(shè)備保持操作的能力，而不必考慮地震活動(dòng)；

管道允許使用較高的壓力，同時(shí)減少裂紋區(qū)域中向著巖石的泄漏。

該裝置可適用于使諸如水之類的流體循環(huán)通過(guò)至少地面之下至少700m，或者1000、3000或4000m深的地質(zhì)地層。供應(yīng)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諸如鹽水之類的含鹽流體的鋁或諸如船用鋁合金的鋁合金制成。供應(yīng)和返回管道較佳的是可伸縮的管道?？蛇x地，第一和 /或第二底部管道可以是可伸縮的管道。

管道可定位在鉆出的井孔中。

在另一方面，本實(shí)用新型涉及制備用來(lái)開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿脑O(shè)備，該設(shè)備適于使諸如水那樣的流體循環(huán)通過(guò)地面之下至少700m，或者1000、3000或4000m 深的地質(zhì)地層，所述設(shè)備包括至少一個(gè)從地面向下引向所述地質(zhì)地層的供應(yīng)井孔、至少一個(gè)將諸如水那樣的加熱流體從所述地質(zhì)地層傳輸?shù)降孛娴姆祷鼐?，以及連接供應(yīng)井孔和返回井孔的吸熱結(jié)構(gòu)，所述吸熱結(jié)構(gòu)包括一系列位于地質(zhì)地層內(nèi)液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面，熱量橫貫這些傳熱表面而從所述地質(zhì)地層傳輸?shù)街T如水那樣的所述流體。

如此的地?zé)嵩O(shè)備總體上在巖石上產(chǎn)生裂紋以獲得通向地下熱源的通路，如此的地?zé)嵩O(shè)備通?？赡苷T發(fā)地震，因此，本實(shí)用新型的實(shí)施例設(shè)計(jì)成限制地震的風(fēng)險(xiǎn)。此外，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的地?zé)嵩O(shè)備限制如下的風(fēng)險(xiǎn)：不能夠在供應(yīng)井孔和返回井孔之間形成通過(guò)熱巖石質(zhì)量的水力連通。

本實(shí)用新型包括帶有用于開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿脑O(shè)備的帶裂紋的地質(zhì)地層，該設(shè)備適于使諸如水那樣的流體循環(huán)通過(guò)地面之下至少700m或者1000、3000或 4000m深的開(kāi)裂的地質(zhì)地層。

該設(shè)備包括：至少一個(gè)從地面向下引向所述地質(zhì)地層的供應(yīng)井孔或管道，從供應(yīng)井孔底部延伸而出的第一井孔或管道(第一底部管道)，該第一井孔或管道相對(duì)于供應(yīng)井孔或管道成一定角度，可選地為大致的水平方向；

至少一個(gè)返回井孔或管道，其用來(lái)將諸如水那樣的被加熱流體從所述地質(zhì)地層傳輸?shù)降孛妫摲祷鼐谆蚬艿揽蛇x地是其深度比供應(yīng)井孔或管道淺；

從返回井孔底部延伸而出的第二井孔(第二底部管道)，該第二井孔相對(duì)于供應(yīng)鉆孔成一定角度，可選地為大致的水平方向，且其在水平方向和垂直方向上與第一井孔分開(kāi)一定距離；以及

在第一和第二井孔之間的所述地質(zhì)地層內(nèi)的裂紋區(qū)域，該裂紋區(qū)域?yàn)橐幌盗幸毫ζ叫谢驕?zhǔn)平行的傳熱表面，這些傳熱表面允許熱量從所述裂紋地質(zhì)地層傳輸?shù)皆诠?yīng)井孔和返回井孔之間的諸如水那樣的所述流體。

本實(shí)用新型例如適用于從干熱的巖石(HDR)地層開(kāi)發(fā)地?zé)崮?。為了補(bǔ)償如此地層的低熱傳導(dǎo)率，本實(shí)用新型通過(guò)非常大的傳熱表面來(lái)抽取熱能，所述傳熱表面可由地質(zhì)地層提供并涉及到一系列許多液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，這樣的非常大的傳熱表面面積為供應(yīng)井孔或管道和返回井孔或管道的成角度的、最好是水平的區(qū)段之間的裂紋區(qū)域，供應(yīng)井孔或管道和返回井孔或管道的區(qū)段在水平方向和垂直方向上彼此分開(kāi)一定距離，例如，200至1000m，或250至800m，或300至750m。裂紋區(qū)域可以是膨脹開(kāi)的已存在的裂紋，例如，裂紋區(qū)域包括使用炸藥炸開(kāi)成角度的、例如水平的第一和第二井孔或管道之間的巖石，或者是在供應(yīng)井孔或管道和返回井孔或管道的成角度的或水平的區(qū)段之間建立起的裂紋，供應(yīng)井孔或管道和返回井孔或管道的區(qū)段在水平方向和垂直方向上彼此分開(kāi)一定距離，例如，200至1000m，或250至800m，或300至750m。該裝置適于冷卻和加熱和/或利用作用在巖石上的液壓力來(lái)形成裂紋，后一方法是首選的方法。為了避免由于液力平行的傳熱表面之間液力阻力的差異引起循環(huán)流體不可預(yù)見(jiàn)的流動(dòng)狀況，本實(shí)用新型的裂紋區(qū)域包括液力平行的傳熱表面。此外，可設(shè)置流量計(jì)來(lái)確定與井孔或管道的不同區(qū)段相交的諸裂紋中的流動(dòng)阻力。

在根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的地?zé)嵩O(shè)備中，大量的熱巖石位于緊靠傳熱表面的附近。例如，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例為加熱諸如水那樣流體并產(chǎn)生熱水而設(shè)計(jì)的地?zé)嵩O(shè)備，對(duì)于該設(shè)備要提供的每kW熱能，較佳地具有至少20,000m³的位于每個(gè)傳熱表面10米之內(nèi)的巖石。

因此，在本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種如以上引言段落內(nèi)所定義種類的用來(lái)開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿脑O(shè)備，所述設(shè)備的特征在于，它具有給定的名義功率，單位為MW，該名義功率定義為每秒由所述結(jié)構(gòu)從裂紋地層中吸收的熱量，其特征還在于，所述多個(gè)和液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面包括至少一個(gè)鉆出的吸熱孔或管道，以及其特征還在于，所述地層的巖石體積至少約為15,000,000m³，較佳地至少為20,000,000m³，并乘上所述名義功率。

這些數(shù)字代表了比任何現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)濟(jì)上可行的輸出的設(shè)備所考慮的遠(yuǎn)大得多的巖石質(zhì)量。

本發(fā)明人業(yè)已發(fā)現(xiàn)，從足夠大體積的巖石中形成熱量抽取的最有效方式是具有在熱巖石的深處一系列液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面的設(shè)備。術(shù)語(yǔ)“液力平行”意味著流體的流動(dòng)以平行方式存在，但這些界面的幾何形狀不一定在數(shù)學(xué)上是平行的。

本實(shí)用新型部分地基于如下的認(rèn)識(shí)：由于巖石的熱傳導(dǎo)率很低，所以離傳熱表面幾十米的巖石將不會(huì)貢獻(xiàn)很多的熱能。因此，從傳熱的觀點(diǎn)來(lái)看，大量相對(duì)地緊密間距開(kāi)的液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱接口是更加有效。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，流體的供應(yīng)井孔或管道和返回井孔或管道的深度通常超過(guò)3km，較佳地超過(guò)5km，最為較佳地是大于6km。此外，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，多個(gè)準(zhǔn)平行的或液力平行的傳熱界面在該深度處位于干的巖石上，以便提供足夠體積的熱巖石而通過(guò)所要求的設(shè)備壽命來(lái)供應(yīng)所需要的熱量。

因此，根據(jù)第二方面，本實(shí)用新型提供用來(lái)開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿脑O(shè)備，該設(shè)備通過(guò)使諸如水那樣的流體循環(huán)通過(guò)地面以下至少700m，或者大于1000m、3000m、 4000m深度的地質(zhì)地層，其包括帶有如上所述的裂紋區(qū)域的地質(zhì)地層。最小深度范圍由以下事實(shí)限定：本實(shí)用新型立足于使用液力學(xué)技術(shù)的一系列液力平行、接近垂直的裂紋。用液力學(xué)方式形成的裂紋是沿著垂直于最小應(yīng)力的方向設(shè)置的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，水平裂紋將出現(xiàn)在大約小于600至700m的深度處，因?yàn)檫@些深度處的地球的過(guò)度負(fù)載提供了最小主應(yīng)力。在這些相對(duì)淺的條件下，裂紋最大可能是沿著水平平面，因?yàn)閹r石在該方向上比任何其他方向更容易分開(kāi)。隨著深度增加超過(guò)700m，過(guò)載的應(yīng)力趨于變成主導(dǎo)的應(yīng)力。由于液力學(xué)方式形成的裂紋是沿著垂直于最小應(yīng)力的方向的，所以，大于700m深度處生成的裂紋趨于在垂直方向上定向。

根據(jù)本實(shí)用新型另一方面，上述類型的用于開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿脑O(shè)備的特征在于，所述吸熱結(jié)構(gòu)包括多個(gè)液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱界面，它們從供應(yīng)井孔或管道的成角度或水平區(qū)段到返回井孔或管道的成角度或水平區(qū)段以平行流動(dòng)關(guān)系布置，并位于深處。

由于巖石溫度隨著深度增大而增大，具有在最大深度處流過(guò)液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面的流體，這將允許用來(lái)從熱巖石中抽取熱量的諸如水那樣的流體中的最高溫度上升，因此最大程度地取出熱能。

較佳地，提供液力平行流動(dòng)的相鄰傳熱層之間的距離約為15m，例如，5 至25m，最好至少為10m。另一方面，該間距應(yīng)小于約50m，以限制該設(shè)備的實(shí)體范圍。根據(jù)本實(shí)用新型的設(shè)備可只具有單個(gè)供應(yīng)井孔或管道和單個(gè)返回井孔或管道。然而，該設(shè)備可布置有多個(gè)供應(yīng)井孔或管道，它們最好圍繞公共的返回井孔或管道沿圓周等距離間距開(kāi)。例如，在一個(gè)特定實(shí)施例中，三個(gè)供應(yīng)井孔或管道可圍繞單個(gè)返回井孔或管道布置。應(yīng)該指出的是，返回井孔或管道可以是單個(gè)鉆出的孔或管道，或是緊密間距開(kāi)的直徑較小的孔簇或管道簇，它們顯現(xiàn)出基本上與較大直徑的單個(gè)井孔或較大直徑的單個(gè)管道相同的熱量和壓力損失。

較佳地，供應(yīng)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，可選地讓諸孔偏轉(zhuǎn)向下，以便引入介于供應(yīng)井孔或管道和返回井孔或管道的端部之間的很大間距。較佳地，該間距約為500至1000m。如此的設(shè)備結(jié)構(gòu)允許設(shè)備在地面上有緊湊的結(jié)構(gòu)，但同時(shí)允許傳熱接口在深處有必要的尺寸大小。

鉆出的孔或管道垂直地延伸到地質(zhì)地層內(nèi)。地質(zhì)地層中的堅(jiān)硬巖石層允許相較于鉆探方向偏轉(zhuǎn)的孔或管道。較佳地，偏轉(zhuǎn)在底部井孔或管道的(半)水平區(qū)段的所期望的深度上方至少100m處起始，更加較佳地，至少500m處起始，實(shí)際的起始點(diǎn)由技術(shù)上可達(dá)到的、在就地的地質(zhì)條件下所用鉆探技術(shù)的累積角度來(lái)確定。最終將用作為供應(yīng)井孔或管道的孔或管道垂直地延伸例如500 至2000m的額外距離。一般地，在大部分HDR地層所存在的幾公里的深度處，如此地層裂紋所沿著的平面方向性地定向和對(duì)齊在大致垂直的平面內(nèi)。對(duì)某些如此的地層研究已經(jīng)達(dá)到這樣的程度：地層最可能裂開(kāi)所沿著的垂直平面的羅經(jīng)方向是已知的。如果羅經(jīng)方向不知，或羅經(jīng)方向是作為附加的測(cè)量，則從至少一個(gè)垂直井(其既可以是供應(yīng)井孔或管道也可以是返回井孔或管道)的底部采取羅經(jīng)定向的內(nèi)芯采樣，對(duì)顆粒定向和地殼構(gòu)造應(yīng)力，可分析該內(nèi)芯及其騰出的地室，結(jié)合地層上可供的地球物理數(shù)據(jù)進(jìn)行該分析，可提供最大可能發(fā)生垂直裂紋所沿著的平面的方向。也可采用其他替代方案來(lái)確定裂紋平面的方向，諸如地球物理測(cè)程，安裝光纖來(lái)測(cè)量筒殼或管道的變形，用于壓力泄露測(cè)試的裝置或用于形成試驗(yàn)裂紋的裝置以及用于確定注入放射性示蹤劑的方向的裝置。

參照地層最可能發(fā)生裂紋的平面的羅經(jīng)方向，沿大致垂直于此平面的羅經(jīng)方向的方向布置有一個(gè)或多個(gè)另外的孔或管道。盡管較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紋平面之間達(dá)到垂直，但絕對(duì)的垂直不是關(guān)鍵。即，在本實(shí)用新型中，第一和第二底部管道沿與地質(zhì)地層的斷裂平面的羅經(jīng)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與期望的裂紋平面相交，所述角度偏離垂直線高達(dá)約45度。術(shù)語(yǔ)“近似垂直”是要包括如此的變體。與裂紋垂直線的偏離角范圍可從小至 0度到大至60度，諸如是30度至約45度。孔或管道的準(zhǔn)確布置是由地層的溫度梯度和鉆探以及管道的操作成本所確定的權(quán)衡。一般地，由于較佳地是第一和第二成角度的或大致水平的孔或管道在HDR地層中，由此在用于接觸的裂紋區(qū)域中運(yùn)行的循環(huán)流體的溫度為至少約125℃，附加的鉆孔或所安裝的管道的量會(huì)是地層溫度梯度的函數(shù)。第一和第二成角度的或大致水平的孔延伸通過(guò)HDR地層的最小距離必須足以容納多個(gè)液力平行的傳熱表面，其后這些傳熱表面將沿著第一和第二傾斜的或大致水平的孔或管道形成。該最小距離是所需傳熱表面的數(shù)量乘以傳熱表面之間的間距之積的函數(shù)。

密封件可位于第一或第二底部孔或管道的一個(gè)或多個(gè)部分內(nèi)，即，與傳熱表面相交。倘若傳熱表面的流動(dòng)阻力小于其他傳熱接口，這些密封件則布置成密封隔斷。

該供應(yīng)管道和/或返回管道可由抵抗諸如鹽水之類的含鹽流體的鋁或諸如船用鋁合金的鋁合金制成。

為使管道處于正確位置，鉆探得到的孔可用于容納管道。由于以下優(yōu)點(diǎn)中的任意一個(gè)或其組合，管道對(duì)于地層內(nèi)鉆出的井孔是較佳的：

管道防止流體在任何深度從巖石進(jìn)入管道中并稀釋在這些管道中流動(dòng)的諸如水之類的流體，由此，管道有助于防止流體和熱能在除裂紋區(qū)域以外的位置發(fā)生交換；

管道與單純的鉆探井孔比較而言，流體泄漏到周圍巖石的可能性?。?/p>

管道減少由巖石掉落對(duì)管道造成堵塞的可能性，從而延長(zhǎng)設(shè)備的壽命；

管道增加設(shè)備保持操作的能力，而不必考慮地震活動(dòng)；

管道允許使用較高的壓力，同時(shí)減少裂紋區(qū)域中向著巖石的泄漏。

在設(shè)備中，運(yùn)行時(shí)，第一和第二底部區(qū)段、例如管道內(nèi)的流體可以是相同的絕對(duì)方向流動(dòng)。這意味著：例如，在一個(gè)底部區(qū)段或管道內(nèi)，流動(dòng)朝向該區(qū)段或管道的端部，而在另一底部區(qū)段或管道內(nèi)，流體遠(yuǎn)離該區(qū)段或管道的端部流動(dòng)。任何液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面的液力回路包括一段供應(yīng)孔或管道長(zhǎng)度、相對(duì)的界面和一段返回孔或管道長(zhǎng)度。如果將界面選擇為更靠近返回孔或管道，那么，返回孔或管道的長(zhǎng)度減小，但供應(yīng)孔或管道的長(zhǎng)度增大同樣的數(shù)量。因此，所有的液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面的液力回路是相同的。這允許液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面內(nèi)的流動(dòng)散布開(kāi)去。

該裝置可包括用于在巖石質(zhì)量中產(chǎn)生裂紋區(qū)域的裝置：

用于使第一和第二孔或管道的部分密封隔開(kāi)的密封件，

用于增大密封區(qū)段內(nèi)的壓力的裝置，其包括用于通過(guò)泵送密封區(qū)段內(nèi)的流體、直到達(dá)到打開(kāi)或斷裂壓力且?guī)r石發(fā)生泄漏的泵，

用于連同流體一起注入壓裂支撐劑的裝置，以便一旦壓力已經(jīng)減小使形成的裂紋保持打開(kāi)，

用于通過(guò)讓流體流出來(lái)減小密封區(qū)段內(nèi)的壓力的裝置。水平的第一和第二孔或管道的全部長(zhǎng)度為，使得裂紋區(qū)域形成有至少為15,000,000m³的開(kāi)裂巖石質(zhì)量的熱交換面積。

附圖說(shuō)明

為了更好地理解本實(shí)用新型，現(xiàn)將參照附圖中所示的示范實(shí)施例來(lái)描述本實(shí)用新型，附圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的地?zé)嵩O(shè)備的示意性側(cè)視圖，

圖2是地質(zhì)地層與圖1設(shè)備的傳熱接口的示意性平面圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型將參照特殊的實(shí)施例并參照某些附圖進(jìn)行描述，但本實(shí)用新型不局限于此，本實(shí)用新型卻僅由權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定。所描述的附圖僅是示意性的沒(méi)有限制性。在附圖中，某些元件的尺寸可以夸大，為圖示的目的不按比例繪出。如果在本描述和權(quán)利要求書(shū)中使用了術(shù)語(yǔ)“包括”，那么它不排除其它的元件或步驟。如果在涉及單數(shù)名詞時(shí)使用了不定冠詞或定冠詞，例如，“一”或“一個(gè)”、“該”，那么，除非某些情形特殊地陳述之外，它應(yīng)包括該名詞的復(fù)數(shù)。

此外，本描述和權(quán)利要求書(shū)中出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等是用來(lái)在類似元件之間加以區(qū)分，并不一定描述順序的次序或按年月順序的次序。應(yīng)該理解到，在合適的情況下，如此使用的術(shù)語(yǔ)可以互換，這里描述的本實(shí)用新型的實(shí)施例也能夠以不同于這里所描述或圖示的其他順序進(jìn)行操作。

圖1和2是示意圖，示出不同深度處的各元件，就好似其間的巖石是透明的。圖1和2中所示的地?zé)嵩O(shè)備具有一系列位于地面之下的地質(zhì)地層內(nèi)的液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面10。傳熱表面位于水平底部區(qū)段或管道6、8之間，它們分別被描述為供應(yīng)孔和返回孔或管道2、4的第一和第二水平底部區(qū)段，供應(yīng)孔和返回孔或管道2、4的水平底部區(qū)段或管道6、8沿著水平方向(“X”和“Z”)和垂直方向(“Y”)彼此分離一定距離，該距離諸如是200至1000m，或250至800m，或300至750m。因此，傳熱表面10是沿所有三個(gè)正交方向 X、Y、Z延伸的結(jié)構(gòu)。傳熱表面10示意性地顯示為平行的板片，然而，在實(shí)踐中，這些表面的準(zhǔn)確形狀將由巖石如何裂開(kāi)方式來(lái)確定。選擇裂紋區(qū)域，以使平行流路徑改進(jìn)傳熱。

該設(shè)備包括供應(yīng)孔或管道2和返回孔或管道4，供應(yīng)孔或管道2的內(nèi)直徑至少為15.0cm，例如，15.0cm或19.0cm或21.2cm或31.3cm，其從注入井頭 16延伸，返回孔4的內(nèi)直徑為15.0cm，例如，15.0cm或19.0cm或21.2cm或 31.3cm，其從生產(chǎn)井頭18延伸。供應(yīng)孔或管道2的深度比返回孔或管道4的深度大一定距離，例如，該距離為250m，例如為250至500m。然而，返回孔或管道也可比供應(yīng)孔深。大致水平的底部區(qū)段或管道6、8分別形成在供應(yīng)孔和返回孔或管道2、4的底部處。供應(yīng)孔和返回孔或管道2、4的底部區(qū)段或管道6、8通過(guò)一系列液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面10互連，這些表面的間距由關(guān)閉巖石裂紋的方式確定。較佳地，裂紋區(qū)域建立在該區(qū)域內(nèi)以提供供應(yīng)孔或管道和返回孔或管道之間的流動(dòng)連通。如圖2所示，井頭16、18位于橫跨具有液力平行的傳熱接口10的開(kāi)裂區(qū)域?qū)蔷€的角上。

鉆孔或管道2、4基本上垂直地鉆入到地質(zhì)地層內(nèi)，并較佳地遇到所想的堅(jiān)硬巖石地層，其允許安全地形成與底部區(qū)段或管道的垂直線的偏離，最好在 (半)水平底部區(qū)段的期望的深度之上的100m，更佳地為500m：偏離的實(shí)際起始點(diǎn)由就地的地質(zhì)條件下所用鉆探技術(shù)的技術(shù)上可達(dá)到的累積角度確定。最終將用作為供應(yīng)孔或管道之用的孔或管道垂直地延伸一附加的距離D，該距離諸如是200至1500m，或250至2000m，或300至3000m，視需要達(dá)到期望名義功率的巖石體積而定。一般地說(shuō)，在存在大部分HDR地層的幾公里深度處，如此地層裂紋所沿著的平面方向性地定向并對(duì)齊在大致垂直的平面內(nèi)。盡管對(duì)某些此類地層已經(jīng)研究到如下程度，即地層最可能開(kāi)裂所沿著的垂直平面的羅經(jīng)方向已經(jīng)知道，但如果這是未知的或要作為要添加的測(cè)量，則可從至少一個(gè)垂直井或管道的底部采取羅經(jīng)定向的內(nèi)芯采樣，就顆粒定向和地殼構(gòu)造應(yīng)力，分析該內(nèi)芯及其騰出的地室，結(jié)合地層上可得的其他地球物理數(shù)據(jù)進(jìn)行該分析，可允許確定最大可能發(fā)生垂直裂紋所沿著的平面的方向。也可提供其他替代的方案來(lái)確定裂紋平面的方向，諸如地球物理測(cè)程，所安裝的光纖用于測(cè)量筒殼的變形，用于壓力泄露試驗(yàn)的裝置或形成其方向可由注入放射性示蹤劑而確定的試驗(yàn)裂紋的裝置。

羅經(jīng)方向是對(duì)地層最可能發(fā)生裂紋的平面，可沿大致垂直于此類平面的羅經(jīng)方向的方向布置一個(gè)或多個(gè)另外的孔或管道。盡管較佳地是在偏轉(zhuǎn)的鉆孔或管道和期望的開(kāi)裂平面之間達(dá)到垂直度，但絕對(duì)的垂直度不是關(guān)鍵。偏轉(zhuǎn)的井或管道可以一定的角度與期望的裂紋平面相交，所述角度偏離垂直線高達(dá)約 45度。術(shù)語(yǔ)“近似垂直”是要包括如此的變型。偏離的第一和第二底部區(qū)段或管道6、8延伸通過(guò)HDR地層的最小距離應(yīng)該足以容納多個(gè)準(zhǔn)平行的傳熱表面，其后這些傳熱表面將沿著第一和第二底部區(qū)段或管道6、8形成。該最小距離是所需傳熱表面的數(shù)量乘以傳熱表面之間的間距之積的函數(shù)。

運(yùn)行中的設(shè)備適于在第一和第二底部區(qū)段或管道6、8內(nèi)提供相同的絕對(duì)方向的流體流動(dòng)。這意味著：例如，在底部區(qū)段或管道8內(nèi)，流動(dòng)朝向該區(qū)段或管道的端部，而在底部區(qū)段或管道6內(nèi)，流體遠(yuǎn)離該區(qū)段或管道的端部流動(dòng)，如圖1中所示。任何液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面10的液力回路包括一段鉆孔或管道2的長(zhǎng)度、相對(duì)的界面10和一段鉆孔或管道4的長(zhǎng)度。如果將界面 10選擇為緊靠鉆孔或管道4，那么，鉆孔或管道4的長(zhǎng)度減小，但鉆孔或管道 2的長(zhǎng)度增大同樣的數(shù)量。因此，所有的液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面10的液力回路是相同的。這允許液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面10內(nèi)的流動(dòng)以有控制的方式散布開(kāi)去。

供應(yīng)孔和返回孔的上部可設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)盲筒殼，用來(lái)使鉆孔與該區(qū)域內(nèi)周圍的地下水層密封開(kāi)來(lái)。較佳地，供應(yīng)和返回管道2、4被設(shè)置為，其壁將這些管道相對(duì)于該區(qū)域中的周圍地下水層密封。對(duì)筒殼區(qū)段或管道的深度、尺寸和強(qiáng)度的選擇應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、孔或管道的完整性以及法規(guī)來(lái)進(jìn)行。每個(gè)孔或管道可具有不同直徑的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段。特別地，管道可以是可伸縮的。除了最后一個(gè)區(qū)段之外的所有區(qū)段具有盲筒殼和灌注水泥，以提供與周圍地層合適地密封的穩(wěn)定鉆孔。每個(gè)區(qū)段或一些區(qū)段可具有筒殼。當(dāng)使用管道時(shí)，則這些管道中除了最后一個(gè)管道之外的其它管道提供穩(wěn)定的導(dǎo)管，其相對(duì)于周圍地層合適地密封。并且，這些管道可以是可伸縮的，由此，連續(xù)管道或區(qū)段的直徑逐漸地減小。這樣，當(dāng)選擇其他鉆孔區(qū)段或管道的直徑時(shí)，就應(yīng)考慮最后區(qū)段或管道的最小內(nèi)直徑。每個(gè)區(qū)段或管道的長(zhǎng)度由深度范圍來(lái)確定，其可以考慮到就地的地質(zhì)條件、鉆孔或管道的完整性和法規(guī)的安全和環(huán)境友好的方式進(jìn)行鉆探。

在地面上，供應(yīng)孔和返回孔或管道2、4通過(guò)管線12連接到具有單獨(dú)的熱交換器的外殼14的一側(cè)。諸如潛水電動(dòng)泵或直線軸泵的生產(chǎn)泵安裝在返回孔或管道4的垂直部分內(nèi)。輔助循環(huán)泵可位于(未示出)單獨(dú)的熱交換器和供應(yīng)孔或管道16的井頭之間。

較佳地，單獨(dú)熱交換器的另一側(cè)適于與與各種熱消耗器具流體連通，熱消耗器具例如是散熱器、熱空氣加熱器和熱水箱、地區(qū)采暖系統(tǒng)和/或發(fā)電系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于帶有一系列液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱接口的地?zé)嵩O(shè)備，這樣的傳熱界面位于地面之下的地質(zhì)地層內(nèi)，例如，深度高達(dá)6km的深處。該設(shè)備設(shè)計(jì)成減小發(fā)生地震事件時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。該設(shè)備具有鉆孔的水平的鉆探底部區(qū)段或底部管道。設(shè)置有地球物理工具，以限定水平區(qū)段的形狀、定位任何預(yù)先存在的裂紋以及識(shí)別地層的強(qiáng)度。該設(shè)備具有用于應(yīng)力測(cè)量的裝置，以對(duì)多級(jí)設(shè)備確定運(yùn)行參數(shù)，從而加強(qiáng)人工造成的裂紋，且該設(shè)備適于提供打開(kāi)或裂開(kāi)壓力和壓力形成，并適于供應(yīng)為打開(kāi)或形成裂紋并使它們保持打開(kāi)所需而向下泵送的流體和壓裂支撐劑量。例如通過(guò)敞開(kāi)孔填實(shí)器或水泥來(lái)密封水平底部區(qū)段的部分，并且該設(shè)備適于增加密封區(qū)段或管道內(nèi)的壓力，以及用于泵送密封區(qū)段內(nèi)諸如水那樣的流體，直到達(dá)到打開(kāi)或碎裂壓力和巖石發(fā)生泄漏為止。該設(shè)備還適于連同流體一起將諸如級(jí)配砂石或人造陶瓷材料的壓裂支撐劑注入，以便一旦壓力已經(jīng)減小，使已形成的裂紋保持打開(kāi)。最后，該設(shè)備適于通過(guò)讓流體流出，來(lái)減小密封區(qū)段內(nèi)的壓力。水平底部區(qū)段或管道的全部長(zhǎng)度為，可獲得開(kāi)裂巖石區(qū)域內(nèi)足夠大的熱交換面積，開(kāi)裂巖石質(zhì)量的最小尺寸至少為每MW的名義功率是15,000,000m³，較佳地是至少為20,000,000m³，較佳的裂紋間距約為15m，諸如5m至25m且小于50m。

該設(shè)備適于在供應(yīng)孔或管道和返回孔或管道中的液力平行或準(zhǔn)平行傳熱界面中進(jìn)行流動(dòng)試驗(yàn)。該設(shè)備適于通過(guò)在供應(yīng)孔或管道中注入諸如水那樣的流體并形成通過(guò)返回孔或管道的流體來(lái)進(jìn)行流動(dòng)試驗(yàn)。該設(shè)備可適用于測(cè)量至少沿著水平底部區(qū)段的流體速度。該設(shè)備可包括安裝好的流動(dòng)計(jì)量?jī)x或至少沿著鉆孔或管道的水平區(qū)段安裝的流動(dòng)計(jì)量?jī)x，以便確定與鉆孔或管道相交的液力平行或準(zhǔn)平行傳熱表面的流動(dòng)阻力。該設(shè)備可適用于在流動(dòng)阻力低的傳熱表面與鉆孔或管道相交的地方，檢測(cè)流體速度的急劇變化。為了避免由于短路而不理想地引起流體的冷卻，傳熱表面應(yīng)具有類似的流動(dòng)阻力：較佳地，具有最低流動(dòng)阻力的傳熱表面10的流動(dòng)阻力差異應(yīng)小于因子10，較佳地小于因子5，較佳地小于因子2。如果與其余部分相比，一個(gè)或多個(gè)傳熱表面的流動(dòng)阻力太低，例如，使得流體的主導(dǎo)流量流過(guò)該一個(gè)或多個(gè)傳熱表面，與傳熱表面相交的鉆孔或管道的部分包括密封件，該密封件比如為開(kāi)孔的填塞器或灌注水泥，或諸如水泥的堵塞劑、土丸或自固化的材料，以便堵塞傳熱表面。該設(shè)備適用于在包括了堵塞劑之后，且該設(shè)備適用于清潔鉆孔或管道，以便移去殘留在鉆孔或管道內(nèi)的任何堵塞劑。

該設(shè)備可包括用于在地質(zhì)地層中生成一系列液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面的裝置。

該設(shè)備可包括在所述第一和/或第二底部管道中執(zhí)行流動(dòng)試驗(yàn)的裝置。

該設(shè)備可包括用于鉆探出從地面向下引向所述地質(zhì)地層的至少一個(gè)供應(yīng)井孔以及用于插入所述供應(yīng)管道的裝置。

該設(shè)備可包括用于形成從所述供應(yīng)管道的底部出發(fā)的第一井孔以及用于插入所述返回管道的裝置，該第一井孔遠(yuǎn)離所述供應(yīng)管道延伸。

該設(shè)備可包括用于鉆探出至少一個(gè)返回井孔以及用于插入所述返回導(dǎo)管的裝置，該返回井孔用來(lái)將加熱的流體從所述地質(zhì)地層傳輸?shù)降孛妗?/p>

該設(shè)備可包括用于形成從所述返回管道的底部出發(fā)的第二井孔以及用于插入第二底部管道的裝置，該第二井孔遠(yuǎn)離返回管道延伸，并在水平和垂直方向 (X、Y、Z)上與所述供應(yīng)管道分開(kāi)一定距離。

該設(shè)備可包括用于在第一和第二底部管道之間的所述地質(zhì)地層內(nèi)產(chǎn)生斷裂區(qū)域以及用于生成一系列液力平行或準(zhǔn)平行的傳熱表面的裝置，當(dāng)所述流體在供應(yīng)管道和返回管道之間循環(huán)時(shí)，傳熱表面允許將熱量從所述地質(zhì)地層傳輸?shù)剿隽黧w。

該設(shè)備可包括：用于執(zhí)行流動(dòng)試驗(yàn)的裝置，該用于執(zhí)行流動(dòng)試驗(yàn)的裝置包括用于將流體注入所述供應(yīng)管道并使所述流體經(jīng)所述返回管道回流的裝置。

該設(shè)備可包括用于測(cè)量流體至少沿著第一和第二底部管道的流動(dòng)速度的裝置，以便確定與第一和第二底部管道相交的液力平行或準(zhǔn)平行傳熱表面的流動(dòng)阻力。

該設(shè)備可包括如果一個(gè)或多個(gè)傳熱表面的流動(dòng)阻力低于其他液力平行或準(zhǔn)平行傳熱表面的流動(dòng)阻力，則將該傳熱表面相交的第一或第二底部管道的部分密封隔斷的裝置。

該設(shè)備可包括用于生成斷裂區(qū)域的裝置，該用于生成斷裂區(qū)域的裝置包括：

用于將所述第一和第二底部管道密封隔斷的裝置；

用于利用泵來(lái)增加被密封隔斷的區(qū)段中的壓力的裝置，所述泵用于泵送所述密封隔斷的區(qū)段中的流體直到達(dá)到打開(kāi)或斷裂壓力且?guī)r石發(fā)生泄漏；

用于連同流體一起注入壓裂支撐劑的裝置，以便一旦壓力已經(jīng)減小使形成的裂紋保持打開(kāi)；

用于通過(guò)允許流體流出來(lái)減少所述密封隔斷的區(qū)段中的壓力的裝置。

本實(shí)用新型具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：不需要構(gòu)造通過(guò)大量鉆孔的地下熱交換器。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，采用巖石的開(kāi)裂是以經(jīng)濟(jì)和安全的方式來(lái)形成多個(gè)熱交換表面，即，減小地震的危險(xiǎn)。

應(yīng)該理解到，本實(shí)用新型不以任何方式被上述的示范實(shí)施例所限制，而是可以多種方式改變和修改，這不脫離本實(shí)用新型的精神和附后權(quán)利要求書(shū)的范圍。