RU112366U1

RU112366U1 - UNDERGROUND HEATING ACCUMULATOR

Info

Publication number: RU112366U1
Application number: RU2011107364/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Дмитриевич Елисеев; Вячеслав Васильевич Нескоромных
Original assignee: Александр Дмитриевич Елисеев; Вячеслав Васильевич Нескоромных
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-01-10

Abstract

Полезная модель предназначена для создания систем сезонного аккумулирования тепла в подземных водоносных горизонтах и приемущественного использования его, в последующем, для целей теплоснабжения.The utility model is intended to create seasonal heat storage systems in underground aquifers and its primary use, subsequently, for heat supply purposes.

Технической задачей заявляемой полезной модели является создание подземного теплогидроаккумулятора сохраняющего свою работоспособность при высоких скоростях воды в подземных водоносных интервалах.The technical task of the claimed utility model is the creation of an underground thermal accumulator that maintains its operability at high speeds of water in underground aquifers.

Решена поставленная задача по созданию полезной модели тем, что в заявляемом подземном теплогидроаккумуляторе в отличие от известного сборного прототипа (известных подземного теплогидроаккумулятора и пртивофильтрационной завесы), включающих расположенный в подземном водоносном интервале экран-объем, сформированный с использованием пробуренного с поверхности или из горной выработки множества скважин тампонирования, причем, линия соединяющая точки заложения скважин на земной поверхности, является замкнутой, и, скважинами перебурен подземный водоносный интервал, а методами тампонирования или инъектирования они на протяженности водоносного интервала, а также частично включая его кровлю и подошву затампонированы, при этом, для создания герметичной поверхности теплогидроаккумулятора, расстояние между скважинами выбрано, с условием наложения затампонированных околоскважинных объемов при их тампонировании; скважину для зарядки его горячей водой пробуренную с поверхности или из горной выработки до подземного водоносного интервала и сообщающую его с теплоисточником и скважину сообщения его с теплопотребителем, а каналы скважин снабжены побудителями движения воды в них и водоносном интервале, например, насосами для обеспечения движения теплоносителя при его зарядке и теплоотборе горячей воды из него, в нем экран-объем снабжен каналом сообщения внутреннего объема экрана-объема с водоносным интервалом в нижней его части со стороны противоположной направлению направлению подземного водотока в нем, а пробуренные до водоносного интервала скважины зарядки теплогидроаккумулятора и сообщения его с теплопотребителем расположены в экране-объеме и разнесены между собой.The problem has been solved to create a useful model by the fact that in the inventive underground heat accumulator, in contrast to the well-known prefabricated prototype (known underground heat accumulator and anti-filter curtain), including a screen-volume located in the underground aquifer formed using a variety of drilled from the surface or from a mine well plugging, moreover, the line connecting the points of wells on the earth's surface is closed, and drilled by wells underground aquifer, and by tampon or injection methods, they are plugged over the length of the aquifer, and partially including its roof and sole, while the distance between the wells is selected to create a sealed surface of the heat accumulator, with the condition of overlapping plugged near-well volumes during plugging; a well for charging it with hot water drilled from the surface or from a mine working to the underground aquifer and communicating with the heat source and the well communicating with the heat consumer, and the channels of the wells are equipped with drivers for the movement of water in them and the aquifer, for example, pumps to provide heat carrier movement its charging and heat removal of hot water from it, the screen-volume in it is equipped with a channel for communicating the internal volume of the screen-volume with an aquifer in the lower part from the opposite side ozhnoy direction towards the underground watercourse therein, and drilled to the aquiferous charging wellbore teplogidroakkumulyatora and posts it to heat consumers located in the screen-screen and spaced from each other.

В заявляемом подземном теплогидроаккумуляторе:In the inventive underground thermal accumulator:

а) канал сообщения внутреннего объема экрана-объема с водоносным интервалом в нижней его части со стороны противоположной направлению подземного водотока в ней, для создания поверхности теплогидроаккумулятора, может быть сформирован не тампонированием соответствующих интервалов скважин тампонирования;a) the channel of communication of the internal volume of the screen-volume with an aquifer in its lower part from the side opposite to the direction of the underground water flow in it, to create the surface of the thermal accumulator, can be formed by not plugging the corresponding intervals of the plugging wells;

б) скважина сообщения его с теплопотребителем, с поверхности или из горной выработки может быть пробурена, например, к расположенной ниже горной выработке, так что ею перебурена и подошва экрана-объема, а ее интервал выше кровли экрана-объема перекрыт, например, затампонирован, часть скважины ниже подошвы экрана-объема обсажена теплоизолированной трубой и снабжена задвижкой;b) the well of its communication with the heat consumer, from the surface or from the mine working, can be drilled, for example, to a mine located below, so that the base of the screen-volume is drilled with it, and its interval above the roof of the screen-volume is closed, for example, is plugged, part of the well below the bottom of the screen-volume is cased with a thermally insulated pipe and equipped with a valve;

в) канал сообщения внутреннего объема экрана-объема с водоносным интервалом в нижней его части со стороны противоположной направлению подземного водотока в ней, может быть выполнен в виде участка направленно пробуренной скважины, которой перебурена боковая поверхность экрана-объема и установленного в ней обратного клапана с возможностью создания им направления водотока - из экрана-объема, при этом канал направленно пробуренной скважины выше сообщения водотока с экраном-объемом - перекрыт, например, затампонирован;c) the channel of communication of the internal volume of the screen-volume with an aquifer in its lower part from the side opposite to the direction of the underground water stream in it, can be made in the form of a section of a directionally drilled well, which drilled the side surface of the screen-volume and a non-return valve installed in it creating the direction of the watercourse from the screen-volume, while the channel of the directionally drilled well above the message of the watercourse with the screen-volume is blocked, for example, plugged;

г) его кровля может быть перебурена не совершенными тампонажными скважинами - не на всю мощность водоносного интервала, а методами тампонирования или инъектирования скважины затампонированы от их забоя до кровли водоносного интервала, образуя экран-объем с не загерметизированным его дном;d) its roof can be drilled not by perfect cement wells - not to the full capacity of the aquifer, but by plugging or injection methods, wells are plugged from their bottom to the roof of the aquifer, forming a volume screen with its bottom not sealed;

д) может быть произведена сбойка скважин в экране-объеме;d) wells may be disrupted in the screen-volume;

е) пробуренное с поверхности или из горной выработки множество скважин тампонирования может быть выполнено в виде групп многоствольных скважин, каждая из которых включает несколько, например, пять скважин - одну основную и четыре дополнительные, пробуренные так, что траектории их пересечения интервалов водоносного интервала совпадают с аналогичными пробуренными с поверхности или из горной выработки не многоствольными и имеется возможность тампонирования их участков на протяженности водоносного интервала.f) a plurality of plugging wells drilled from a surface or from a mine can be made in the form of groups of multilateral wells, each of which includes several, for example, five wells — one main and four additional ones, drilled so that the paths of their intersection of the intervals of the aquifer coincide with similar drilled from the surface or from a mine working not multi-stemmed and there is the possibility of plugging their sections along the length of the aquifer.

На фиг.1 схематично приведен разрез подземного теплогидроаккумулятора по плоскости совпадающей с осями скважин для зарядки и сообщения с теплопотребителем; на фиг.2 - вид сверху на подземный теплогидроаккумулятор; на фиг.3 - схематичный разрез подземного теплогидроаккумулятора по плоскости совпадающей с осями скважин для зарядки и сообщения с теплопотребителем пробуренной вниз; на фиг.4 - схематичный разрез подземного теплогидроаккумулятора с незагерметизированным его дном.Figure 1 schematically shows a section of an underground thermal accumulator along a plane coinciding with the axes of the wells for charging and communication with the heat consumer; figure 2 is a top view of an underground thermal accumulator; figure 3 is a schematic section of an underground heat accumulator along a plane coinciding with the axes of the wells for charging and communication with the heat consumer drilled down; figure 4 is a schematic section of an underground heat accumulator with its bottom not sealed.

Перспективным путем использования заявляемого ПТГА может быть использование его для создания энергоэффективных систем теплоснабжения, том числе при расположении его экрана-объема в водоносных интервалах с большими скоростями водотоков в них. Как показывает опыт (зарубежный, приемущественно западноевропейских стан), капитальные затраты на сооружение теплоисточников с использованием ПТГА и возобновляемых источников энергии в 2-4 раза ниже в сравнении с теплоисточниками предусматривающими для своей работы сжигание топлива или подвода энергии из вне. Кроме тог, такие энергоисточники экологичны.A promising way to use the inventive PTGA may be to use it to create energy-efficient heat supply systems, including when placing its screen-volume in aquifers with high speeds of water flows in them. As experience shows (foreign, mainly Western European countries), the capital costs for the construction of heat sources using PTAA and renewable energy sources are 2-4 times lower compared to heat sources that require burning fuel or supplying energy from outside. In addition, such energy sources are environmentally friendly.

Использование заявляемого ПТГА позволяет создавать указанные теплоисточники повсеместно. Using the inventive PTGA allows you to create these heat sources everywhere.

Description

Полезная модель предназначена для создания систем сезонного аккумулирования тепла в подземных водоносных горизонтах и приемущественного использования его в последующем для целей теплоснабжения.The utility model is intended to create systems of seasonal heat storage in underground aquifers and its primary use in the future for heat supply purposes.

В настоящее время системы сезонного аккумулирования тепла в подземных водоносных горизонтах нашли широкое применение (в больших объемах в странах Западной Европы) для создания систем теплоснабжения (Kabus Е., Bartels J. Подземное аккумулирование тепла и холода. «Теплоэнергетика» №6, 2004 г., стр.70-76; патент РФ №2371638. Система теплоснабжения с подземным теплогидроаккумулированием. F24D 15/04; F24H 4/02. Заявка №2008111776/03 от 27.03.2008 г. Опубл. 27.10.2009 г. в бюл. №30; патент РФ №2329435. Скважинный теплоисточник. F24D 3/08; F24J 3/08. Заявка №2006132584/03 от 11.09.2006 г., опубл. 20.07.2008 г.).Currently, seasonal heat storage systems in groundwater aquifers are widely used (in large volumes in Western Europe) for the creation of heat supply systems (Kabus E., Bartels J. Underground heat and cold storage. "Heat" No. 6, 2004 , pp. 70-76; RF patent No. 2371638. Heat supply system with underground heat accumulation. F24D 15/04; F24H 4/02. Application No. 2008111776/03 of 03/27/2008, Published on 10/27/2009 in bull. 30; RF patent No. 232,435. Downhole heat source. F24D 3/08; F24J 3/08. Application No. 2006132584/03 of September 11, 2006, published on July 20, 2008).

Первоначальная зарядка подземных теплогидроаккумуляторов (далее, ПТГА), как правило, осуществляется с использованием солнечных концентраторов в летнее время, либо с использованием гидродинамических теплогенераторов дискового типа (указанные патенты). При работе системы теплоснабжения с ТПГА для повывшения с каждым циклом циркуляции понижающейся температуры теплоносителя по мере циркуляции в ней, предполагается: 1) в известных зарубежных - путем включения в конце отопительного сезона традиционной котельной, предусматривающей потребление энергии; 2) по указанным патенетам - нагрев теплоносителя после очередного цикла отработки (потерь тепла) в системе теплоснабжения с использованием вихревого теплогенератора, перед поступлением в ПТГА. В первом случае экономится до 75% топлива, а во втором - 100%. Теплоисточники с ПТГА экологичны, капитальные затраты на их сооружение в 2-4 раза ниже, в сравнении с затратами на сооружение традиционных котельных, их можно отнести к возобновляемым. Перспективы систем теплоснабжения с ПТГА очевидны.The initial charging of underground heat accumulators (hereinafter referred to as PTGA) is usually carried out using solar concentrators in the summer, or using hydrodynamic disk-type heat generators (indicated patents). When a heat supply system with TPGA is used to increase with each cycle of circulation the decreasing temperature of the coolant as it circulates in it, it is assumed: 1) in well-known foreign ones - by switching on a traditional boiler house at the end of the heating season that provides for energy consumption; 2) for the indicated patents - heating of the heat carrier after the next cycle of mining (heat loss) in the heat supply system using a vortex heat generator, before entering the PTGA. In the first case, up to 75% of fuel is saved, and in the second - 100%. Heat sources with PTHA are environmentally friendly, capital costs for their construction are 2-4 times lower, in comparison with the costs of building traditional boiler houses, they can be attributed to renewable ones. The prospects for heat supply systems with PTHA are obvious.

Известный ПТГА включает скважину для зарядки его горячей водой пробуренную с поверхности или из горной выработки до подземного водоносного интервала и сообщающую его с теплоисточником и скважину сообщения его с теплопотребителем, а каналы скважин снабжены побудителями движения воды в них и водоносном интервале, например, насосами для обеспечения движения теплоносителя при его зарядке и теплоотборе горячей воды из него.The well-known PTGA includes a well for charging it with hot water drilled from the surface or from a mine working to an underground aquifer and communicating it with a heat source and a well communicating with a heat consumer, and the well channels are provided with motivators of water movement in them and the aquifer, for example, pumps to provide the movement of the coolant during its charging and heat removal of hot water from it.

Для сооружения ПТГА необходимо иметь информацию о гидрогеологических условиях его расположения. При этом важными являются следующие факторы: фильтрационные свойства водоносного интервала (они же определяют текучесть воды между нагнетательной и разборной скважинами); малопроницаемость кровли и подошвы водоносного интервала; однородность структуры водоносного интервала; скорость течения воды в водоносном интервале - она должна быть низкой (Kabus Е., Bartels J. Подземное аккумулирование тепла и холода. «Теплоэнергетика» №6, 2004 г., стр.71).For the construction of a PTGA, it is necessary to have information on the hydrogeological conditions of its location. The following factors are important: filtration properties of the aquifer (they also determine the fluidity of water between injection and collapsible wells); low permeability of the roof and sole of the aquifer; homogeneity of the structure of the aquifer; the water flow rate in the aquifer - it should be low (Kabus E., Bartels J. Underground accumulation of heat and cold. "Heat" No. 6, 2004, p. 71).

Недостатком известного ПТГА является то, что при высоких скоростях течения воды в водоносном интервале, как выяснено, которые составляют более 10 м/год, эффективность их работы может быть низкой или они могут быть не работоспособными. Объясняется это тем, что «тепловой пузырь» из теплой воды в водоносном интервале при высоких скоростях воды в нем может сместиться от нагнетательной и водоразборной скважин (его сообщения с теплоисточником и теплопотребителем), либо вообще разубожиться проточными водами интервала и растворить «тепловой пузырь». То есть, ни во всех подземных водоносных интервалах могут быть сформированы известные ПТГА, по этой причине не повсеместно могут быть использованы (ограничены условия применения) перспективные системы теплоснабжения, предусматривающие применение ПТГА в качестве теплоисточника.A disadvantage of the known PTGA is that at high speeds of water flow in the aquifer, as it turned out, which are more than 10 m / year, their efficiency may be low or they may not be operational. This is explained by the fact that the “heat bubble” from warm water in the aquifer at high water velocities in it can shift from the injection and water wells (its communication with the heat source and the heat consumer), or even be diluted with the flowing waters of the interval and dissolve the “heat bubble”. That is, well-known PTHA can be formed in all underground aquiferous intervals, for this reason promising heat supply systems involving the use of PTHA as a heat source cannot be universally used (limited by the conditions of use).

В горной практике для устройства противофильтрационных завес (далее, ПФЗ) горных выработок от воздействия водоносных интервалов известна технология, предусматриваающая для этого бурение тампонажных скважин вокруг горной выработки, в которых производится тампонирование интервалов их пересечения с водоносным интервалом. При этом затампонированные околоскважинные объемы соседних скважин перекрываются, а образованная тампонажная завеса образует надежную противофильтрационную завесу. Такая защита горных выработок предусмотрена нормативно-технической документацией (НТД): СНиП 2.06.14-85 «Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод»; СНиП 2.06.15 - 85; СНиП 3.02.03-84 «Подземные горные выработки»; ТКП/ПР1/45-3.03 «МУ Тоннели и метрополитен, проходка горных выработок».In mining practice, for the installation of anti-filter curtains (hereinafter referred to as PFZ) of mine workings from exposure to aquifers, a technology is known that involves drilling cement wells around a mine working in which plugging of the intervals of their intersection with the aquifer is performed. At the same time, the plugged near-wellbore volumes of neighboring wells overlap, and the formed grouting curtain forms a reliable anti-filter curtain. Such protection of mine workings is provided for by normative and technical documentation (NTD): SNiP 2.06.14-85 “Protection of mine workings from underground and surface waters”; SNiP 2.06.15 - 85; SNiP 3.02.03-84 "Underground mining"; TKP / PR1 / 45-3.03 "MU Tunnels and subway, mining of tunnels."

Известен способ формирования такой изоляционной завесы (патент РФ №2075572, заявка №94041858/03 от 22.11.1994 г. E02D 19/18; E21D 11/38. Опубл. 20.03.1997 г.), позволяющий качественно ее выполнять в различных горно-геологических условиях. ПФЗ создается экран-объем, изолирующий объем горных пород, в котором предполагается выполнять горные работы, например проходку горной выработки, от воздействий подземного водоноса. В изолированном от подземных вод объеме производятся работы по проходке горной выработки, как правило, без осложнений вносимых подземными водами.A known method of forming such an insulating curtain (RF patent No. 2075572, application No. 94041858/03 of 11/22/1994, E02D 19/18; E21D 11/38. Publish. 03/20/1997), which allows its high-quality performance in various mining geological conditions. PFZ creates a screen-volume that isolates the volume of rocks in which it is supposed to carry out mining work, for example, mining a mine, from the effects of an underground water carrier. In a volume isolated from groundwater, mining works are carried out, as a rule, without complications introduced by groundwater.

Такая технология, предусматривающая создание изолированного объема горных пород от воздействия подземных вод, может быть использована и для создания ПТГА эффективно работающего при высоких скоростях воды в подземных водоносных интервалах.This technology, which provides for the creation of an isolated volume of rocks from the effects of groundwater, can also be used to create a PTAA that works efficiently at high speeds of water in underground aquifers.

ПФЗ горной выработки включает (Кипко Э.Ф., Лушникова А.Ю., Спичак Ю. и др. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт. М., Недра, 1984 г.) расположенный в подземном водоносном интервале экран-объем, сформированный с использованием пробуренного с поверхности или из горной выработки множества скважин, причем, линия соединяющая точки заложения скважин на земной поверхности, является замкнутой, и, скважинами перебурен подземный водоносный интервал, а методами тампонирования или инъектирования они на протяженности водоносного интервала, а также частично включая его кровлю и подошву затампонированы, при этом, для создания герметичной поверхности теплогидроаккумулятора, расстояние между скважинами выбрано соответствующим определенной схеме, например, с условием наложения затампонированных околоскважинных объемов при их тампонировании.Mining and processing works of mining include (Kipko E.F., Lushnikova A.Yu., Spichak Yu. Et al. Comprehensive tamponing method for the construction of mines. M., Nedra, 1984) a screen-volume formed in an underground aquifer, formed with using a number of wells drilled from the surface or from a mine working, and the line connecting the points of well laying on the earth’s surface is closed, and the underground aquifer is drilled by the wells, and they are plugged or injected over the length of the aquifer, and also partially including its roof and sole, they were plugged, in order to create a sealed surface of the accumulator, the distance between the wells was chosen in accordance with a certain pattern, for example, with the condition of overlapping plugged near-wellbore volumes during their plugging.

Использование этих признаков известной ПФЗ и признаков известного ПТГА изложенных на 1^й странице могут быть использованы для формирования прототипа (сборного) заявляемой полезной модели и до отличительной части ее формулы (полезной модели).The use of these signs of the well-known PFZ and the signs of the well-known PTHA set forth on the ^1st page can be used to form the prototype (assembled) of the claimed utility model and to the distinctive part of its formula (utility model).

Реализация отличительных (от сборного прототипа) признаков обуславливает появление у ПТГА важного нового свойства - обеспечение его работоспособности при высоких скоростях воды в подземных водоносных интервалах. Достигается его работоспособность при высоких скоростях воды в водоносном интервале тем, что объем заявляемого ПТГА изолирован от воздействия скоростного потока воды в подземном интервале и поэтому не может разубоживаться или его «тепловой пузырь» перемещаться от сообщенных с ним скважин до теплоисточника и теплопотребителя.The implementation of distinctive (from the prefabricated prototype) features determines the appearance of an important new property in PTHA - ensuring its operability at high water speeds in underground aquifers. Its performance is achieved at high speeds of water in the aquifer in that the volume of the claimed PTGA is isolated from the effects of the high-speed flow of water in the underground interval and therefore cannot be diluted or its “heat bubble” moved from the wells communicated with it to the heat source and heat consumer.

Сочетание признаков заявляемого подземного теплогидроаккумулятора позволяет, за счет обеспечение его работоспособности при высоких скоростях воды в подземных водоносных интервалах, расширить условия применения перспективных систем теплоснабжения с подземным теплогидроаккумулированием и сделать их, практически, повсеместными.The combination of the features of the claimed underground heat accumulator allows, by ensuring its operability at high water speeds in underground aquifers, to expand the conditions for the use of promising heat supply systems with underground heat accumulation and make them practically universal.

Ниже приведены признаки обозначенных выше (п.а) - (п.е) дополнительных пунктов полезной модели, реализация которых направлена на повышение показателей назначения ПТГА и расширение условий его применения и эксплуатации:The following are the signs of the additional points of the utility model indicated above (p.a) - (p.e), the implementation of which is aimed at improving the performance of PTAA and expanding the conditions for its use and operation:

При формировании поверхности объема-экрана тампонированием скважин, для создания канала в поверхности объема-экрана, устанавливаются пробки в соответствующих интервалах скважин, что в процессе тампонирования позволяет создать канал требуемых размеров, формы в нужном месте расположения. Технологический прием по п.а) является наиболее экономичным и технически отработанным для процесса бурения при формировании ПТГА;When forming the surface of the volume-screen by plugging wells, to create a channel in the surface of the volume-screen, plugs are installed in the corresponding intervals of the wells, which during plugging allows you to create a channel of the required size, shape in the desired location. Technological method according to item a) is the most economical and technically developed for the drilling process during the formation of PTH;

С точки зрения техники и технологии бурения, осуществление п.б) не вызывает каких либо сложностей и может быть осуществлена с использованием отработанных технологий и серийно выпускаемого оборудования.From the point of view of drilling equipment and technology, implementation of item b) does not cause any difficulties and can be carried out using proven technologies and commercially available equipment.

С точки зрения энергетической при обозначенных горно-геологических условиях работ и размещения энергопотребителя реализация п.б) позволяет получить дополнительный энергетический эффект, связанный с использованием напора выше расположенного ПТГА (выше ниже расположенной горной выработки), для прокачивания теплоносителя по системе тепдлоснабжения;From the point of view of energy under the indicated mining and geological conditions of work and location of the energy consumer, implementation of item b) allows you to get an additional energy effect associated with the use of pressure above the located PTH (higher below the mine working), to pump the coolant through the heat supply system;

Наличие такого обратного клапана в сообщении экрана-объема с водоносным интервалом позволяет повысить экономичность работы ПТГА за счет уменьшения непроизвольных утечек горячей воды из экрана-объема, имеющие место без такового;The presence of such a non-return valve in the message of the screen-volume with an aquifer interval allows to increase the efficiency of the PTGA by reducing the involuntary leakage of hot water from the screen-volume, taking place without it;

Реализация п.г) позволяет расширить условия применения ПТГА в гидрогеологических условиях, когда подземный водоносный интервал имеет большую мощность и перекрытие ее изоляционной завесой на всю мощность может быть экономически не целесообразной. В ограниченном объемом-экраном ПТГА горячая вода, имеющая меньшую плотность, стремиться подняться в верхнюю его зону, поэтому за счет температурной разности плотностей горячая вода удерживается объеме ПТГА. Несомненно, что часть горячей воды при открытом днище объема-экрана через него будет теряться, а энергоэффективность ПТГА будет несколько ниже полностью изолированного. Однако, важно создание возможности реализации ПТГА в условиях мощных подземных водотоков.The implementation of paragraph d) allows expanding the conditions for the use of PTAA in hydrogeological conditions when the underground aquifer has a large capacity and overlapping it with an insulating curtain at full capacity may not be economically feasible. In a limited volume-screen PTGA, hot water having a lower density tends to rise to its upper zone, therefore, due to the temperature difference in densities, hot water is retained by the volume of PTGA. Undoubtedly, part of the hot water with the open bottom of the volume-screen through it will be lost, and the energy efficiency of the PTGA will be slightly lower than completely isolated. However, it is important to create the possibility of implementing PTA in conditions of powerful underground watercourses.

Для создания систем теплоснабжения с ПТГА текучесть воды в нем (коэффициент фильтрации) должна иметь значительную величину и обеспечивать закачку и подъем воды (Kabus Е., Bartels J. Подземное аккумулирование тепла и холода. «Теплоэнергетика» №6, 2004 г., стр.71). В горно-гидрогеологических условиях, характеризующихся малыми значениями коэффициента фильтрации, его значение может быть повышено сбойкой скважин (Брылин В.И. Бурение скважин специального назначения. Учебное пособие, 3-е издание. Издательство ТПУ. г.Томск. 2009 г., стр.156-159), которая создается гидроразрывом порд водоносного интервала между скважинами в объеме-экране. Реализация п.д) позволяет расширить условия применения ПТГА, повысить энергетический и экономический эффекты его применения.To create heat supply systems with PTHA, the fluidity of water in it (filtration coefficient) must be significant and provide for the injection and rise of water (Kabus E., Bartels J. Underground accumulation of heat and cold. “Heat engineering” No. 6, 2004, p. 71). In mountain hydrogeological conditions, characterized by small values of the filtration coefficient, its value can be increased by well failure (Brylin V.I. Special-Purpose Well Drilling. Study Guide, 3rd edition. TPU Publishing House. Tomsk. 2009, p. .156-159), which is created by hydraulic fracturing of the aquifer interval between the wells in the volume-screen. The implementation of p.d) allows us to expand the conditions for the use of PTHA, to increase the energy and economic effects of its use.

Осуществляется п.д) с использованием отработанных технологий и серийно выпускаемого оборудования.Implemented pd) using proven technologies and commercially available equipment.

Для создания ПТГА с поверхности или из горной выработки необходимо пробурить множество скважин тампонирования, очевидна высокая затратность его создания, которая возрастает с увеличением глубины скважин. В таких условиях есть целесообразность вместо бурения с земной поверхности множества скважин тампонирования бурить несколько многоствольных скважин, в каждой из которых с поверхности до определенной глубины бурят одну основную скважину, а от нее с определенной глубины (ближе к ее забою) несколько дополнительных. Реализация п.е) позволяет существенно снизить объемы бурения и снизить затраты на сооружение ПТГА.To create PTAA from the surface or from a mine, it is necessary to drill a lot of plugging wells, the high cost of its creation is obvious, which increases with increasing depth of the wells. In such conditions, it is advisable to drill several multilateral wells instead of drilling from the earth's surface of the many plugging wells, in each of which one main well is drilled from the surface to a certain depth, and from it from a certain depth (closer to its bottom) several additional ones. The implementation of the item) allows to significantly reduce the volume of drilling and reduce the cost of the construction of PTA.

Осуществляется п.е) с использованием отработанных технологий направленного бурения и серийно выпускаемого оборудования.It is carried out e) using proven technologies for directional drilling and commercially available equipment.

Ниже приведен пример выполнения заявляемого ПТГА.The following is an example of the implementation of the claimed PTGA.

На фиг.1-4 введены следующие обозначения: 1 - горная порода; 2 - водоносный интервал; 3 - кровля водоносного интервала; 4 - подошва водоносного интервала; 5 - экран-объем; 6 - направление движения воды в водоносном интервале; 7 - группа скважин тампонирования - для создания экрана-объема путем тампонирования их на протяженности водоносного интервала и, частично, в кровле 3 и подошве 4 водоносного интервала; 8 - затампонированный интервал скважины; 9 - затампонированный околоскважинный объем; 10 - скважина для зарядки; 11, 12 - трубопровод и с вентилем в нем, соответственно; 13 - скважина сообщения с теплопотребителем; 14, 15 - трубопровод сообщения с теплопотребителем с вентилем в нем, соответственно; 16 - канал сообщения внутреннего объема экрана-объема с водоносным интервалом; 17 - насос; 18 - перекрытый, например, затампонированный, интервал скважины технологического назначения; 19 - теплоизоляция скважин; H - высота теплоносителя в скважине сообщения с теплопотребителем.Figure 1-4 introduced the following notation: 1 - rock; 2 - aquifer; 3 - the roof of the aquifer; 4 - the bottom of the aquifer; 5 - screen volume; 6 - direction of movement of water in the aquifer; 7 - a group of plugging wells — to create a volume screen by plugging them over the length of the aquifer and, partially, in the roof 3 and the sole 4 of the aquifer; 8 - plugged interval wells; 9 - plugged near-wellbore volume; 10 - well for charging; 11, 12 - pipeline and with a valve in it, respectively; 13 - well communication with the heat consumer; 14, 15 - pipeline communication with the heat consumer with a valve in it, respectively; 16 - channel message of the internal volume of the screen-volume with an aquifer; 17 - pump; 18 - overlapped, for example, plugged, interval wells technological purposes; 19 - thermal insulation of wells; H - the height of the coolant in the well communication with the heat consumer.

Описание ПТГА в статическом состоянии.Description of PTGA in a static state.

Схемы ПТГА образованного совершенными скважинами тампонирования (подземный водоносный интервал перебурен на всю его мощность) показаны на фиг., фиг.1; 2; 3, а схема ПТГА образованного несовершенными скважинами тампонирования (подземный водоносный интервал перебурен не на всю его мощность) показана на фиг.4.Schemes of PTGA formed by perfect plugging wells (an underground aquifer has been drilled to its full capacity) are shown in Fig. 1; 2; 3, and the scheme of PTHA formed by imperfect plugging wells (the underground aquifer is not drilled to its full capacity) is shown in Fig. 4.

ПТГА образованный совершенными скважинами тампонирования представляет собой, практически, изолированный объем экран. Боковая поверхность его 5 изолированы тем, что образована она цементными околоскважинными объемами 9 формируемыми вокруг каждой из скважин тампонирования 7. Околоскважинные объемы 9 перекрыты, поэтому вся боковая поверхность формируемого экрана 5 представляет собой, практически, сплошную и герметичную поверхность. В ней имеется только канал сообщения внутреннего объема экрана-объема с водоносным интервалом 16. Герметичность экрана-объема ПТГА снизу обеспечена подошвой водоносного интервала 4, которой является водоупорная порода, а сверху - его кровлей 3, являющейся, также горной породой в естественных условиях ее залегания. К экрану-объему 5 с поверхности или из горной выработки пробурены скважины: одна 10 для зарядки ПТГА, сообщающую его с теплоисточником; вторая 13, сообщающая его с теплопотребителем. При зарядке ПТГА горячая вода от теплоисточника 17 посредством трубопровода И нагнетается в скважину 10, которая при сооружении выплнена теплоизолированной (теплоизоляция 19). Скважина 13 посредством трубопровода 14 соединена с теплопотребителем. Она также теплоизолирована (теплоизоляция 19).PTGA formed by perfect plugging wells is a practically isolated volume of the screen. Its lateral surface 5 is insulated by the fact that it is formed by cement near-wellbore volumes 9 formed around each of the plugging wells 7. The near-wellbore volumes 9 are closed, so the entire side surface of the formed screen 5 is a practically continuous and tight surface. It has only a communication channel of the internal volume of the screen-volume with an aquifer interval 16. The tightness of the screen-volume of the PTGA from the bottom is ensured by the sole of the aquifer 4, which is a water-resistant rock, and from above - by its roof 3, which is also a rock in its natural occurrence . Wells were drilled to the screen-volume 5 from the surface or from the mine working: one 10 for charging PTGA, which communicates with the heat source; second 13, communicating with the heat consumer. When charging PTGA, hot water from the heat source 17 through the pipe And is injected into the well 10, which during construction is made thermally insulated (thermal insulation 19). Well 13 through a pipe 14 is connected to the heat consumer. It is also thermally insulated (thermal insulation 19).

В случае, когда теплопотребитель расположен ниже высотного положения ПТГА, скважина сообщения его с теплопотребителем 14 пробурена вниз (фиг.3), она также теплоизолирована (теплоизоляция 19). В нем интервал 18 скважины 14 перекрыт, например, затампонирован (пенопластом) и является интервалом скважины технологического назначения. При такой схеме, использование ТПГА для организации теплоснабжения позволяет использовать природный напор создаваемый разностью высотного положения Н для покачивания теплоносителя по системе теплоснабжения и является энергосберегающим решением.In the case when the heat consumer is located below the elevation position of the PTGA, the well of communication with the heat consumer 14 is drilled down (FIG. 3), it is also thermally insulated (thermal insulation 19). In it, the interval 18 of the well 14 is closed, for example, plugged (with foam) and is the interval of the well for technological purposes. With this scheme, the use of TPGA for the organization of heat supply allows you to use the natural pressure created by the difference in the elevation position N for pumping the coolant through the heat supply system and is an energy-saving solution.

В ПТГА образованном несовершенными скважинами тампонирования (фиг.4) дно отсутствует, в нем экран-объем 5 снизу (с донной его стороны) не изолирован от водоносного интервала 2. В условиях мощного водоносного интервала (несколько десятков или сотен метров) сооружение экрана-объема с перебуриванием и тампонированием его на всю мощность может оказаться очень затратным и экономически не целесообразным. Необходимый объем экран-объема 5 оценивается исходя из предполагаемого теплопотребления, и может ограничиваться объемом 50-70 тыс.м³ и, даже, менееIn PTGA formed by imperfect plugging wells (Fig. 4), the bottom is absent, the screen-volume 5 below (from the bottom) is not isolated from the aquifer 2. In the conditions of a powerful aquifer (several tens or hundreds of meters), the construction of the screen-volume with drilling and plugging it at full capacity can be very costly and not economically feasible. The required volume of the screen volume 5 is estimated based on the estimated heat consumption, and may be limited to a volume of 50-70 thousand m ³ and, even, less

В ПТГА такой конструкции, благодаря температурной разности плотностей горячей воды в экране-объеме 5, которая меньше чем в водоносном интервале 2, горячая вода удерживается в экране-объеме 5 и он является работоспособным. При такой схеме ПТГА его объем не зависит от мощности водоносного интервала и он может быть сооружен с учетом обоснованной и приемлемой экономической целесообразности. В виду того, что теплообменные процессы межу тепоносителем в экране-объеме 5 в ПТГА с несовершенными скважинами тампонирования протекают интенсивнее в сравнении с ПТГА с совершенными скважинами, энергоэффективность их (с несовершенными скважинами тампонирования), конечно ниже. Однако, в ущерб (несколько меньшей) энергоэффективности их с успехом можно использовать в условиях с очень мощными водоносными интервалами, сооружение в которых ПТГА (с бурением совершенных скважин тампонирования) могут быть затратными и экономически не целесообразными. Применение такого ПТГА позволяет расширить условия его применения.In PTAA of this design, due to the temperature difference of the densities of hot water in the screen-volume 5, which is less than in the aquifer 2, hot water is held in the screen-volume 5 and it is operational. With this scheme of PTA, its volume does not depend on the capacity of the aquifer and it can be constructed taking into account reasonable and acceptable economic feasibility. In view of the fact that the heat exchange processes between the heat carrier in the screen-volume 5 in PTGA with imperfect plugging wells proceed more intensively in comparison with PTGA with perfect wells, their energy efficiency (with imperfect plugging wells) is certainly lower. However, to the detriment of (somewhat less) energy efficiency, they can be successfully used in conditions with very powerful aquifer intervals, the construction of which PTAA (with the drilling of perfect plugging wells) can be costly and not economically feasible. The use of such PTGA allows to expand the conditions for its use.

Описание процессов формирования и работы ПТГА.Description of the processes of formation and operation of PTAA.

Общие требования и рекомендации. Формирование экрана-объема ПТГА осуществляется по аналогии с требованиями и рекомендациями НТД по созданию инъекционных завес при проходке подземных горных выработок, при этом диаметры скважин тампонирования приняты минимальными (их перечень указан на стр.2).General requirements and recommendations. The formation of the PTGA screen-volume is carried out by analogy with the requirements and recommendations of the NTD on the creation of injection curtains during the excavation of underground mine workings, while the diameters of the plugging wells are assumed to be minimal (their list is indicated on page 2).

В соответствии с ними инъекционные завесы (тампонаж горных пород) следует предусматривать для защиты вертикальных, наклонных и горизонтальных подземных выработок от подземных вод.In accordance with them, injection curtains (rock grouting) should be provided to protect vertical, inclined and horizontal underground workings from groundwater.

В зависимости от глубины залегания, состояния, инженерно-геологических свойств закрепляемых пород и их трещиноватости устройство инъекционных завес и тампонаж горных пород может осуществляться с применением следующих способов: цементации, глинизации, смолизации и силикатизации (см. таблицу).Depending on the depth, state, engineering and geological properties of the fixed rocks and their fracture, the installation of injection curtains and grouting of rocks can be carried out using the following methods: cementation, claying, resinization and silicification (see table).

ТаблицаTable Способ закрепления породThe method of fixing rocks Характеристики закрепляемых породCharacteristics of fixed breeds Рекомендуемый тип и вид инъекционного раствораRecommended type and type of injection Вид породType of rocks Коэффициент фильтрации, м/сутFiltration coefficient, m / day ЦементацияCementation Крупнообломочные, среднезернистые пескиCoarse-grained, medium-grained sands 80-60080-600 ЦементныеCement Различные виды цемента, с инертными и химическими добавками разного назначения, аэрированные растворы, растворы на вибромолотых цементахVarious types of cement, with inert and chemical additives for various purposes, aerated mortars, solutions on vibrated milled cements 20-10020-100 Цементно-глинистыеCement-clay Цемент, глина, добавки разного назначенияCement, clay, additives for various purposes Нескальные грунты, включая мелкозернистые и пылеватые пески, супесиNon-rocky soils, including fine-grained and dusty sands, sandy loam 0,3-50.3-5 ОТДВ МикродурOTD Microdur Различные марки Микродура с пластификатором и ускорителем схватыванияVarious grades of Mikrodur with plasticizer and setting accelerator СиликатизацияSilicatization Крупнообломочные, пески, лессыCoarse, sand, loess 5-805-80 Двухрас-творная силикатизацияTwo-silicate Силикат натрия, хлористй кальцийSodium Silicate, Calcium Chloride Пески средне- и мелкозернистые и пылеватые, супесиSands medium and fine-grained and silty, sandy loam 0,5-200.5-20 Однорастворная силикатизацияOne-solution silicatization Мягкие и твердые гели силиката натрия с отвердителями-растворами кислот и окисей метталовSoft and hard sodium silicate gels with hardeners-solutions of acids and metal oxides СмолизацияResinization Пески средне- и мелкозернистые и пылеватые, супесиSands medium and fine-grained and silty, sandy loam 0,3-500.3-50 Растворы смолResin Solutions Карбамидные и другие виды полимерных смолUrea and other types of polymer resins

Цементацию (инъекцию цементных, глиноцементных и глиноцементн-песчаных растворов), как правило следует применять для устройства завес в скальных трещиноватых породах с раскрытием трещин свыше 0,10 мм, свободных от заполнения или же заполненных легко поддающимися промывке вторичными материалами, при скорости движения подземных вод по трещинам не более 600 м/сут, при большей скорости применение цементации должно быть обосновано опытным путем.Cementation (injection of cement, clay-cement and clay-cement-sand mortars), as a rule, should be used for the installation of curtains in rocky fractured rocks with crack opening of more than 0.10 mm, free from filling or filled with easily washable secondary materials, at groundwater speed on cracks not more than 600 m / day; at a higher speed, the use of cementation should be substantiated empirically.

Для приготовления цементных растворов применяется портладцемент марки не ниже 300, допускается использование сульфатостойкого цемента, шлакопортладцемента и тампонажного портладцемента. При наличии агрессивных вод следует предусматривать цементы стойкие по отношению к подземным водам.For the preparation of cement mortars, portad cement of a grade of at least 300 is used, the use of sulfate-resistant cement, slag mortar cement and grouting cement cement are allowed. In the presence of aggressive waters, cements resistant to groundwater should be provided.

Глинизация (инъекция глиносиликатных растворов) предусматривается в случаях, когда цементация не экономична или не надежна из-за наличия агрессивных вод, способных корродировать цемент.Glinization (injection of clay silicate solutions) is provided in cases where cementation is not economical or not reliable due to the presence of aggressive waters that can corrode cement.

Смолизация (инъекция растворов синтетических смол с отвердителем) предусматривается для устройства завес в песчаных (с коэффициеном фильтрации 0,3-50 м/сут) и в скальных тонкотрещиноватых и пористых горных породах.Resinization (injection of solutions of synthetic resins with a hardener) is provided for the installation of curtains in sand (with a filtration coefficient of 0.3-50 m / day) and in thin-cracked and porous rocks.

Силикатизация (инъекция одного или двух химических растворов) предусматривается для устройства завес в песчаных породах. При этом: в песках с коэффициентом фильтрации 2-80 м/сут следует производить поочередно нагнетание в поры пород растворов силиката натрия и хлористого кальция, а в мелких песках с коэффициентом фильтрации 0,5-2,0 м/сут - раствора силиката натрия с добавкой фосфорной или кремнефтористой кислоты.Silicatization (injection of one or two chemical solutions) is provided for the installation of curtains in sandy rocks. Moreover: in sand with a filtration coefficient of 2-80 m / day, solutions of sodium silicate and calcium chloride should be injected alternately into the pores of the rocks, and in fine sands with a filtration coefficient of 0.5-2.0 m / day, a solution of sodium silicate with the addition of phosphoric or silicofluoric acid.

Допускается комбинировать способы устройства инъекционных завес.It is allowed to combine the methods of installation of injection curtains.

Выбор расстояния между скважинами (шаг скважин) инъекционной завесы следует призводить из условия обеспечения ее сплошности и установленных (допустимых) - величин удельного водопоглощения и коэффициента фильтрации завесы.The choice of the distance between the wells (the step of the wells) of the injection curtain should be made from the condition of ensuring its continuity and the established (permissible) values of the specific water absorption and filter coefficient of the curtain.

Оптимальное расстояние между скважинами, как правило, определяют на основании опытных работ, а при их отсутствии - исходя из величины радиуса распространения инъецируемого раствора r_in вычисляемого по формулеThe optimal distance between the wells, as a rule, is determined on the basis of experimental work, and in their absence, based on the radius of distribution of the injected solution r _in calculated by the formula

, ,

где g_in - расход раствора нагнетаемого в скважину, м³/ч;where g _in is the flow rate of the solution injected into the well, m ³ / h;

t - продолжительность нагнетания раствора в скважину, ч;t is the duration of injection of the solution into the well, h;

h_in - мощность тампонирования водоносного интервала, м;h _in - the power of plugging the aquifer, m;

m_t - пустотность горных пород;m _t - voidness of rocks;

k_h - коэффициент неравномерности распространения пустот и трещин в горных породах.k _h is the coefficient of uneven propagation of voids and cracks in the rocks.

Технология бурения скважин тампонирования. Каждую из скважин тампонирования 7 бурят вращательным способом с поверхности до глубины соответствующей перебуриванию водоносного интервала 2 и проходке в лежащей ниже него водоупорной подошве 4 двух четырех метров. Основной диаметр бурения скважин тампонирования 59 мм. В процессе бурения интересуемого интервала отбирается и изучается керн перебуриваемых пород.Technology for drilling plugging wells. Each of the plugging wells 7 is drilled in a rotational manner from the surface to a depth corresponding to the drilling of the aquifer 2 and the sinking in the underlying water-resistant sole 4 of two four meters. The main drilling diameter of plugging wells is 59 mm. In the process of drilling the interval of interest, the core of the drilled rocks is selected and studied.

При бурении скважин для тампонирования в породах, склонных к набуханию, в промывочную воду вводят специальные добавки, снижающие набухание горных пород: жидкое стекло, сульфитно-спиртовую барду. Количество их при бурении конкретного интервала определено лабораторным путем с учетом свойств пересекаемых скважиной пород.When drilling wells for plugging in rocks prone to swelling, special additives are added to the wash water to reduce the swelling of rocks: water glass, sulphite-alcohol stillage. Their number during drilling of a specific interval is determined by laboratory methods, taking into account the properties of the rocks crossed by the well.

Цементация. После бурения множества скважин 7 выборочно в восьми (контрольных) из 42 скважин выполнены гидродинамические исследования скважины методом скважинной расходометрии. В результате - определено положение границ водоносного интервала 2, коэффициент его фильтрации К_ф и оценено состояние пород в водоносном интервале (далее, ВНИ), в частности кровля и подошва ВНИ находятся на глубине 65 и 78 м; коэффициент фильтрации К_ф=120 м/сут; породы - крупнообломочными разностями. Исходя из заданного объема ПТГА. который должен составлять 60 тыс.м³, и высоты экрана-объема равного 13 м (мощность водоносного интервала), определено, что диаметр основания и кровли должны составлять 38 м. С учетом выше приведенной формулы для определения расстояния между скважинами тампонирования (1) установлено, что для сооружения экрана-объема 5 ПТГА необходимо пробурить 42 скважины тампонирования 7.Cementation. After drilling many wells 7, selectively in eight (control) of 42 wells, hydrodynamic studies of the well were carried out by the method of downhole flow measurement. As a result, the position of the boundaries of the aquifer 2 was determined, its filtration coefficient K _f, and the state of the rocks in the aquifer (hereinafter, VNI) was estimated, in particular, the roof and sole of the VNI are at a depth of 65 and 78 m; filtration coefficient K _f = 120 m / day; rocks - large-clastic differences. Based on a given volume of PTHA. which should be 60 thousand m ³ , and the height of the screen-volume equal to 13 m (thickness of the aquifer), it is determined that the diameter of the base and roof should be 38 m. Taking into account the above formula for determining the distance between plugging wells (1), it was established that for the construction of the screen-volume 5 PTGA, it is necessary to drill 42 wells plugging 7.

Исходя из рекомендаций и требований для создания экрана-объема обоснована целесообразность применения способа цементации.Based on the recommendations and requirements for creating a screen-volume, the feasibility of using the cementation method is substantiated.

Каждую из контрольных скважины испытывали не менее чем при трех ступенях давления нагнетания, с достижением на каждой ступени установившегося расхода воды в течение 10-20 мин. В остальных цементационных скважинах параметры для определения коэффициентов фильтрации определяли ускоренным методом - при одной ступени давления. В зависимости от величины К_ф назначают начальную консистенцию цементного раствора.Each of the control wells was tested with at least three stages of injection pressure, with achievement at each stage of a steady flow of water for 10-20 minutes. In other cementing wells, the parameters for determining the filtration coefficients were determined by the accelerated method - at one pressure stage. Depending on the value of K _f appoint the initial consistency of the cement slurry.

Оборудование тампонажных скважин в основном зависит от способа тампонирования и схемы нагнетания тампонажного раствора. При цементации горных пород скважину оборудовали кондуктором и цементационной головкой. На кондукторе закреплена цементационная головка, конструкция которой зависит от схемы нагнетания тампонажного раствора в скважины. В скважине выше границы кровли на 2-4 м установлен пакер. Пакеры, также установлены в сважинах для устройства канала сообщения 4 объема экрана-объема с водоносным интервалом. После монтажа необходимого оборудования осуществляется нагнетание тампонажного раствора. Если при его нагнетании в течение 0,5-1 ч количество раствора, принимаемого скважиной, не уменьшается или не происходит заметный рост давления, концентрацию раствора постепенно увеличивают, пока не будет подобран раствор, обеспечивающий уменьшение расхода и увеличение давления нагнетания. Раствор такой концентрации нагнетали до прекращения приема его скважиной при заданном давлении. Для более полного отжатая избыточной воды из раствора и уплотнения тампонажного материала в трещинах каждую скважину после прекращения нагнетания выдерживали под наибольшим давлением нагнетания не менее 30 мин. При тампонаже крупных трещин это время увеличивали до 1 ч. Решение о прекращении нагнетания тампонажного раствора в скважину принимали при снижении удельного расхода до величины не более 0,1 л/мин на 1 м цементируемой зоны при наибольшем давлении нагнетания. По окончании тампонажа и при затвердевании раствора до необходимой прочности скважину (множество скважин) разбуривали и определяли удельное водопоглощение затампонированного интервала. Если величина удельного водопоглощения составляла не более 0,05 л/мин, тампонирование пород водоносного интервала через эту скважину считали законченным. В противном случае в скважину (группу скважин) повторно нагнетали тампонажныи раствор и цикл работ повторяли до тех пор, пока величина удельного водопоглощения на участке цементации не снизится до указанной величины.The equipment of grouting wells mainly depends on the plugging method and the grouting injection scheme. When cementing rocks, the well was equipped with a conductor and a cementing head. A cementing head is fixed to the conductor, the design of which depends on the pattern of grouting the grout into the wells. In the borehole, a packer is installed 2-4 m above the roof boundary. Packers are also installed in the holes for the communication channel device 4 screen-volume volumes with an aquifer. After the installation of the necessary equipment, the cement slurry is injected. If when it is injected for 0.5-1 hours, the amount of the solution received by the well does not decrease or a noticeable increase in pressure does not occur, the concentration of the solution is gradually increased until a solution is selected that provides a decrease in flow rate and an increase in injection pressure. A solution of this concentration was injected until it was withdrawn by the well at a given pressure. For a more complete excess water that was squeezed out of the solution and densification of the grouting material in the cracks, each well after cessation of injection was kept at the highest injection pressure for at least 30 minutes. When grouting large cracks, this time was increased to 1 h. The decision to stop the injection of grouting mortar into the well was made when the specific flow rate was reduced to a value of not more than 0.1 l / min per 1 m of cemented zone at the highest injection pressure. At the end of the grouting and when the solution solidified to the required strength, the well (many wells) was drilled and the specific water absorption of the plugged interval was determined. If the specific water absorption was not more than 0.05 l / min, the plugging of the rocks of the aquifer through this well was considered complete. Otherwise, cement slurry was repeatedly injected into the well (group of wells) and the work cycle was repeated until the specific water absorption at the cementation site decreased to the indicated value.

После сооружения экрана-объема 5 путем бурения множества скважин 7 и их тампонирования приступают к бурению скважины для зарядки 10 ПТГА горячей водой и скважины его сообщения с теплопотребителем 13. Диаметры бурения указанных скважин принят равным 76 мм, бурение осуществлялось твердосплавной коронкой с промывкой водой и глинистым раствором. Глубины скважин таковы, что ими перебурена кровля 3 водоносного интервала 2 на 1-1,5 м. Пробуренные скважины обсажены предварительно теплоизолированными 19 трубами, перфорированными с их нижних концов на расстоянии 1-1,5 м. После установки труб в скважинах выполнена их обвязка на устье для обеспечения подачи теплоносителя от теплоисточника к скважине 10 (зарядка ПТГА) и его подачи от скважины 13 к теплопотребителю. В результате обвязки устьев скважин 10 и 13 и выполнения монтажно-наладочных работ по их подключению к теплоисточнику и теплопотребителю ПТГА готов к работе.After the construction of the screen-volume 5 by drilling many wells 7 and plugging them, they begin to drill wells for charging 10 PTGA with hot water and wells for communicating with the heat consumer 13. The drilling diameters of these wells are assumed to be 76 mm, the drilling was carried out with a carbide crown with water and clay washing solution. The depths of the wells are such that they drilled the roof 3 of the aquifer 2 by 1-1.5 m. Drilled wells are cased with pre-insulated 19 pipes perforated from their lower ends at a distance of 1-1.5 m. After installing the pipes in the wells, they were lined at the mouth to ensure the supply of the coolant from the heat source to the well 10 (charging PTGA) and its supply from the well 13 to the heat consumer. As a result of tying wellheads 10 and 13 and performing installation and commissioning works on their connection to the heat source and heat consumer, the PTGA is ready to work.

Работы по реализации п.п.2; 3; 4; 5; формулы заявляемого ПТГА очевидны и выполняются с использованием общеизвестных широко практикуемых техники и технологии бурения скважин. Работы по реализации п.п.6; 7; формулы заявляемого ПТГА правильнее отнести к специальным, однако техника и технологии для разработаны:Work on the implementation of paragraph 2; 3; four; 5; formulas of the claimed PTGA are obvious and are performed using well-known widely practiced well drilling techniques and technologies. Work on the implementation of paragraph 6; 7; the formulas of the claimed PTGA are more correctly attributed to special ones, however the equipment and technologies for are developed:

- Относительно п.6. Сбойку скважин осуществляют под давлением превышающим гидростатческое (Брылин В.И. Бурение скважин специального назначения. Учебное пособие для ВУЗ^ОВ, изд. 3-е, Изд. ТПУ, г.Томск, 2009 г., стр.156-159). При гидроразрыве пласта в нагнетательную скважину, снабженную пакерами на границе участка, подлежащего разрушению (водоносного интервала), поршневыми насосами закачивают жидкость небольшими порциями при высоком давлении, что обеспечивает быстрое повышение давления на торце трещины. При достижениидвления на забое трещины в 1,5-2,5 раза выше гидростатического происходит разрывили расслоение пород, т.е. расширение естественных и образование новых трещин, когда трещина достигает другой скважины, что фиксируют по подъему жидкости в ее стволе (второй скважине), из нее производят встречный гидроразрыв. Для этого устье первой скважины закрывают, а во вторую - нагнетают воду. Этот прием позволяет существенно повысить текучесть воды при осуществлении зарядки ПТГА и теплопотреблении из него, снизить затраты энергии и средств при организации с применением ПТГА системы теплоснабжения;- Regarding paragraph 6. Wells sboyka performed under pressure exceeding gidrostatcheskoe (VI Brylin Drilling special purposes. Textbook for University ^OM, ed. 3rd, Ed. TPU, Tomsk, 2009, at str.156-159). When fracturing a formation into an injection well, equipped with packers at the boundary of the area to be destroyed (aquifer), piston pumps pump liquid in small portions at high pressure, which ensures a rapid increase in pressure at the end of the crack. When the pressure at the bottom of the crack is reached 1.5-2.5 times higher than the hydrostatic one, rock separation is broken, i.e. the expansion of natural and the formation of new cracks when the crack reaches another well, which is fixed by the rise of fluid in its trunk (second well), and counter-fracturing is made from it. To do this, the mouth of the first well is closed, and water is pumped into the second. This technique allows you to significantly increase the fluidity of water when charging PTA and heat consumption from it, reduce the cost of energy and money when organizing with the use of PTA heating system;

- Относительно п.7. Техника и технология бурения с земной поверхности вместо множества скважин тампонирования несколько многоствольных скважин, в каждой из которых с поверхности до определенной глубины бурят одну основную скважину, а от нее с определенной глубины (ближе к ее забою) несколько дополнительных, отработаны (Нескоромных В.В., Калинин А.Г. Направленное бурение: Учебное пособие Под общей редакцией д.т.н., профессора А.Г.Калинина. - М: Изд. ЦентрЛитНефтегаз. - 2008. - 384 с. ISBN №978-5-902665-14-4) и, в принципе, не представляют сложностей.- Regarding paragraph 7. Technique and technology of drilling from the earth’s surface, instead of many plugging wells, several multilateral wells, in each of which one main well is drilled from the surface to a certain depth, and several additional wells are drilled from it from a certain depth (closer to its bottom) (V. Neskoromnykh ., Kalinin A.G. Directional Drilling: Textbook Edited by Prof. A.G. Kalinin, Doctor of Technical Sciences, Moscow: CenterLitNeftegaz Publishing House - 2008. - 384 pp. ISBN No. 978-5-902665 -14-4) and, in principle, are not difficult.

Работа ПТГА. При использовании ПТГА в системах теплоснабжения могут применяться несколько схем: 1) зарядка ПТГА; 2) отбор горячей воды; 3) одновременные отбор горячей воды и зарядка ПТГА.Work PTGA. When using PTGA in heat supply systems, several schemes can be used: 1) charging of PTGA; 2) selection of hot water; 3) the simultaneous selection of hot water and charging PTGA.

Зарядка ПТГА. При зарядке ПДГА устроенных с использованием совершенных скважин (фиг.1) горячая вода от теплоисточника 17 насосами по трубопроводу 11 нагнетается в скважину 10, и по ней движется вниз. По перфорационным отверстиям в нижней части обсадной трубы в ней - поступает в экран-объем 5. Как более горячая и имеющая меньшую плотность, она движется к «потолку» - в верхнюю часть экрана-объема 5, вытесняя из нижней его части через канал 16 холодную воду в водоносный интервал 2. С использованием регистрирующей контрольно-измерительной аппаратуры установленной на устье скважины 10 - расходомера-счетчика количества, термометра, манометра (на графике не показаны ввиду плотности элементов) оцениваются и отслеживаются объем закачиваемой воды, ее температура, вычисленное количество тепловой энергии закаченной в ПТГА вместе с горячей водой. Процесс зарядки ПТГА останавливают при аккумулировании в нем требуемого объема тепла.Charging PTGA. When charging PDGA arranged using perfect wells (Fig. 1), hot water from a heat source 17 is pumped through a pipe 11 into a well 10 and moves down it. Through the perforations in the lower part of the casing in it, it enters the screen-volume 5. As hotter and having a lower density, it moves to the "ceiling" - to the upper part of the screen-volume 5, forcing cold out of its lower part through channel 16 water into the aquifer 2. Using the recording instrumentation installed at the wellhead 10 — a quantity flow meter, thermometer, and manometer (not shown in the graph due to the density of elements), the volume of injected water is estimated and monitored, e temperature, the calculated amount of thermal energy injected into PTGA together with hot water. The process of charging PTGA is stopped when the required amount of heat is accumulated in it.

Аналогично производится зарядка ПТГА по схемам приведенным на фиг.3 и 4.Similarly, the PTGA is charged according to the schemes shown in figures 3 and 4.

Следует отметить об эффективности использовать в качестве теплоисточника для нагрева теплоносителя солнечных концентраторов, гидродинамических теплогенераторов, например вихревых дискового типа, установленных с возможностью воздействия на них гидроэнергетических потоков, в том числе используя для этого природные перепады высот местности. Такие системы энергоэффективны и с их использованием возможно создание возобновляемых источников тепловой энергии.It should be noted that it is effective to use solar concentrators, hydrodynamic heat generators, for example, vortex disk types, installed with the possibility of influencing them by hydropower flows, as a source of heat for heating the coolant, including using natural differences in elevation of the terrain. Such systems are energy efficient and with their use it is possible to create renewable sources of thermal energy.

Отбор горячей воды. При отборе горячей воды из ПДГА устроенных с использованием совершенных скважин (фиг.1) с использованием насоса, например, погружного в скважине 13, горячая вода из скважины подается на дневную поверхность, и далее, по трубопроводу 14 - к тепло потребителю. При этом вода забирается из верхней части экрана-объема 5, в которой она горячая, так как имеет меньшую плотность и верхняя часть трубы в скважине 13 пефорирована, а в нижнюю часть экрана-объема 5 по каналу 16 поступает холодная вода из водоноса 2. С использованием регистрирующей контрольно-измерительной аппаратуры установленной на устье скважины 13 - расходомера-счетчика количества, термометра, манометра (на графике не показаны ввиду плотности элементов) оцениваются и отслеживаются объем отобранной воды, ее температура, вычисленное количество тепловой энергии откаченной из ПТГА вместе с горячей водой. Процесс отбора тепла из ПТГА останавливают при достижении требуемого его объема.The selection of hot water. When selecting hot water from PDGA arranged using perfect wells (Fig. 1) using a pump, for example, a submersible in well 13, hot water from the well is supplied to the day surface, and then, through pipeline 14, to the heat of the consumer. In this case, water is taken from the upper part of the screen-volume 5, in which it is hot, since it has a lower density and the upper part of the pipe in the well 13 is perforated, and cold water from the water carrier 2 enters the lower part of the screen-volume 5 through channel 16. using the recording instrumentation installed at the wellhead 13 — a quantity flow meter, a thermometer, a manometer (not shown in the graph due to the density of elements), the volume of water taken, its temperature, and the calculated quantities are estimated and monitored about heat energy pumped out from PTHA along with hot water. The process of heat removal from PTGA is stopped when its required volume is reached.

По аналогии производится отбор тепла из ПТГА по схеме на фиг.4.By analogy, heat is taken from PTGA according to the scheme in figure 4.

Отбор горячей воды из ПДГА устроенного с использованием совершенных скважин показанного (фиг.3) осуществляют без использованием насоса. Для отбора тепла в горячей воде в нем открывают вентиль 15, под действием напора формируемого высотой столба воды Н горячая вода движется вниз, и далее по трубопроводу 14 - к теплопотребителю. При этом вода забирается из верхней части экрана-объема 5, в которой она горячая, так как имеет меньшую плотность и в верхняя часть трубы в скважине 13 перфорирована, а в нижнюю часть экрана-объема 5 по каналу 16 поступает холодная вода из водоноса 2. С использованием регистрирующей контрольно-измерительной аппаратуры установленной на выходе скважины 13 - расходомера-счетчика количества, термометра, манометра (на графике не показаны ввиду плотности элементов) оцениваются и отслеживаются объем отобранной воды, ее температура, вычисленное количество тепловой энергии откаченной из ПТГА вместе с горячей водой. Процесс отбора тепла из ПТГА останавливают при достижении требуемого его объема.The selection of hot water from PDGA arranged using perfect wells shown (figure 3) is carried out without using a pump. To take off the heat in hot water, a valve 15 is opened in it, under the influence of the pressure formed by the height of the water column H, the hot water moves down, and then through pipeline 14 to the heat consumer. In this case, water is taken from the upper part of the screen-volume 5, in which it is hot, since it has a lower density and is perforated into the upper part of the pipe in the well 13, and cold water from the water carrier 2 enters the lower part of the screen-volume 5 through channel 16. Using the recording instrumentation installed at the outlet of the well 13 — a quantity flow meter, thermometer, manometer (not shown in the graph due to the density of elements), the volume of water taken, its temperature, and the calculated amount are estimated and monitored GUSTs heat evacuated from PTGA together with hot water. The process of heat removal from PTGA is stopped when its required volume is reached.

Одновременные отбор горячей воды и зарядка ПТГА. Схема может быть использована при осуществлении систем теплоснабжения с использованием ПТГА, осуществляя следующий цикл: экран-объем 5 → скважина 13 → трубопровод 14 → теплопотребитель → система очистки теплоносителя → теплоисточник → трубопровод 11 → скважина зарядки 10 → экран-объем 5. При этом отбираемая для теплопотребителя из ПТГА горячая вода, после очередного цикла отдачи тепла теплопотребителю и ее очистки, перед закачкой в скважину зарядки 10 нагревается и после этого вновь закачивается в скважину 10. Зарядка и отбор горячей воды из ПТГА осуществляется насосами.Simultaneous selection of hot water and charging PTGA. The scheme can be used in the implementation of heat supply systems using PTGA, performing the following cycle: screen-volume 5 → well 13 → pipeline 14 → heat consumer → heat treatment system → heat source → pipe 11 → charging well 10 → screen-volume 5. In this case, the selected for the heat consumer from PTHA, hot water, after the next cycle of heat transfer to the heat consumer and its cleaning, is heated before being charged into the charging well 10 and then again pumped into the well 10. Charging and taking off hot water and C PTGA is carried out by pumps.

Использование в качестве теплоисточника солнечных концентраторов, гидродинамических теплогенераторов, например вихревых дискового типа, установленных с возможностью воздействия на них гидроэнергетических потоков, в том числе используя для этого природные перепады высот местности, позволяет с применением ПТГА создать возобновляемые источники энергии для систем теплоснабжения.The use of solar concentrators, hydrodynamic heat generators, for example, vortex disk types, installed with the possibility of influencing them by hydropower flows, including using natural differences in elevation of the terrain, allows using PTGA to create renewable energy sources for heat supply systems.

Идеологический подход формирования систем теплоснабжения с использованием ПТГА аналогичен для всех схем приведенных в материалах настоящей заявки и приведенных на фиг., фиг.1; 3 и 4.The ideological approach to the formation of heat supply systems using PTHA is similar for all schemes shown in the materials of this application and shown in Fig., Fig.1; 3 and 4.

Заявляемый ПТГА позволяет создавать указанные теплоисточники повсеместно.The inventive PTGA allows you to create these heat sources everywhere.

Claims

1. Подземный теплогидроаккумулятор, включающий расположенный в подземном водоносном интервале экран-объем, сформированный с использованием пробуренного с поверхности или из горной выработки множества скважин тампонирования, причем линия, соединяющая точки заложения скважин на земной поверхности, является замкнутой, и скважинами перебурен подземный водоносный интервал, а методами тампонирования или инъектирования они на протяженности водоносного интервала, а также частично, включая его кровлю и подошву, затампонированы, при этом для создания герметичной поверхности теплогидроаккумулятора расстояние между скважинами выбрано соответствующим определенной схеме, например, с условием наложения затампонированных околоскважинных объемов при их тампонировании; скважину для зарядки его горячей водой, пробуренную с поверхности или из горной выработки до подземного водоносного интервала и сообщающую его с теплоисточником, и скважину сообщения его с теплопотребителем, а каналы скважин снабжены побудителями движения воды в них и водоносном интервале, например, насосами для обеспечения движения теплоносителя при его зарядке и теплоотборе горячей воды из него, в нем экран-объем снабжен каналом сообщения внутреннего объема экрана-объема с водоносным интервалом в нижней его части со стороны, противоположной направлению подземного водотока в нем, а пробуренные до водоносного интервала скважины зарядки теплогидроаккумулятора и сообщения его с теплопотребителем расположены в экране-объеме и разнесены между собой.1. An underground thermal accumulator, including a screen-volume located in an underground aquifer, formed using a plurality of plugging wells drilled from a surface or from a mine working out, the line connecting the points of well laying on the earth's surface is closed, and the underground aquifer is drilled by the wells, and by tampon or injection methods, they are zampononi on the length of the aquifer, as well as partially, including its roof and sole, creating a sealed surface of the hydraulic accumulator, the distance between the wells is selected in accordance with a certain scheme, for example, with the condition of overlapping plugged near-wellbore volumes during their plugging; a well for charging it with hot water, drilled from the surface or from a mine working to an underground aquifer and communicating with a heat source, and a well for communicating with a heat consumer, and the well channels are provided with motivators of water movement in them and the aquifer, for example, pumps for driving heat carrier when it is charged and hot water is removed from it, the screen-volume in it is equipped with a channel for communicating the internal volume of the screen-volume with an aquifer in its lower part from the side the positive direction of the underground watercourse in it, and the wells drilled up to the aquifer of the charge of the hydraulic accumulator and its communication with the heat consumer are located in the volume screen and are spaced from each other.

2. Подземный теплогидроаккумулятор по п.1, отличающийся тем, что канал сообщения внутреннего объема экрана-объема с водоносным интервалом в нижней его части со стороны, противоположной направлению подземного водотока в ней, при создании поверхности теплогидроаккумулятора, соответствующие участки скважин в нижней части формируемого канала сообщения экрана-объема с водоносным интервалом не затампонированы.2. The underground heat accumulator according to claim 1, characterized in that the channel for communicating the internal volume of the screen-volume with an aquifer in its lower part from the side opposite to the direction of the underground water flow in it, when creating the surface of the thermal accumulator, corresponding sections of wells in the lower part of the channel being formed aquifer screen messages are not tamped with.

3. Подземный теплогидроаккумулятор по п.1, отличающийся тем, что скважина сообщения его с теплопотребителем с поверхности или из горной выработки пробурена, например, к расположенной ниже горной выработке, так что ею перебурен экран-объем, а ее интервал выше кровли экрана-объема перекрыт, например затампонирован, часть скважины ниже подошвы экрана-объема обсажена теплоизолированной трубой и снабжена задвижкой.3. The underground heat accumulator according to claim 1, characterized in that a well communicating it with the heat consumer from the surface or from the mine is drilled, for example, to a mine located below, so that it drilled the screen-volume, and its interval is higher than the roof of the screen-volume blocked, for example, plugged, part of the well below the bottom of the screen-volume is cased with a thermally insulated pipe and equipped with a valve.

4. Подземный теплогидроаккумулятор по п.1, отличающийся тем, что канал сообщения внутреннего объема экрана-объема с водоносным интервалом в нижней его части со стороны, противоположной направлению подземного водотока в ней, выполнен в виде участка направленно пробуренной скважины, которой перебурена боковая поверхность экрана-объема и установленным в ней обратным клапаном с возможностью создания им направления водотока из экрана-объема, при этом канал направленно пробуренной скважины выше сообщения водотока с экраном-объемом перекрыт, например затампонирован.4. Underground heat accumulator according to claim 1, characterized in that the channel channel of the internal volume of the screen-volume with an aquifer in its lower part from the side opposite to the direction of the underground water stream in it is made in the form of a section of a directionally drilled well, which drilled the side surface of the screen -volume and a non-return valve installed in it with the possibility of creating the direction of the watercourse from the screen-volume, while the channel of the directionally drilled well above the message of the watercourse with the screen-volume is closed, For example, it is tamped with.

5. Подземный теплогидроаккумулятор по п.1, отличающийся тем, что подземный водоносный интервал перебурен не совершенными тампонажными скважинами не на всю его мощность; методами тампонирования или инъектирования скважины затампонированы от их забоя до кровли водоносного интервала, образуя экран-объем с не загерметизированным его дном.5. The underground heat accumulator according to claim 1, characterized in that the underground aquifer is drilled with not perfect cement wells not for its full capacity; by plugging or injection methods, the wells are plugged from their bottom to the roof of the aquifer, forming a screen-volume with its bottom not sealed.

6. Подземный теплогидроаккумулятор по п.1, отличающийся тем, что произведена сбойка скважин в экране-объеме.6. The underground thermal accumulator according to claim 1, characterized in that the wells are faulted in the screen-volume.

7. Подземный теплогидроаккумулятор по п.1, отличающийся тем, что пробуренное с поверхности или из горной выработки множество скважин тампонирования может быть выполнено в виде групп многоствольных скважин, каждая из которых включает несколько, например пять, скважин - одну основную и четыре дополнительные, пробуренные так, что траектории их пересечения интервалов водоносного интервала совпадают с аналогичными пробуренными с поверхности или из горной выработки не многоствольными и имеется возможность тампонирования их участков на протяженности водоносного интервала.

7. The underground heat accumulator according to claim 1, characterized in that the plurality of plugging wells drilled from a surface or from a mine can be made in the form of groups of multilateral wells, each of which includes several, for example, five, one main and four additional, drilled so that the trajectories of their intersection of the intervals of the aquifer coincide with those drilled from the surface or from a mine working not multilateral and there is the possibility of plugging their sections for aquifer life.