WO2011092335A2 - SYSTEM UND VERFAHREN ZUM ERSCHLIEßEN VON GEOTHERMISCHER ENERGIE AUS ZWEI ODER MEHR RESERVOIREN - Google Patents

SYSTEM UND VERFAHREN ZUM ERSCHLIEßEN VON GEOTHERMISCHER ENERGIE AUS ZWEI ODER MEHR RESERVOIREN Download PDF

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WO2011092335A2
WO2011092335A2 PCT/EP2011/051337 EP2011051337W WO2011092335A2 WO 2011092335 A2 WO2011092335 A2 WO 2011092335A2 EP 2011051337 W EP2011051337 W EP 2011051337W WO 2011092335 A2 WO2011092335 A2 WO 2011092335A2
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Angelo Piasentin
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/20—Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T2010/50—Component parts, details or accessories
    • F24T2010/53—Methods for installation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the present invention relates to systems and methods for the generation of geothermal energy.
  • subterranean, useable geothermal energy area a first earth surface accession site associated with the useable area, a first fluid communication line emanating from the access site and descending to the useable area, one of the usable area in depth outgoing, leading up to the development site second fluid connection line, and one at the
  • the first fluid communication line serves as an injection line, i. in it, a heat exchange fluid is conveyed from the earth's surface into the depth and into the usable area.
  • the second fluid communication line serves as a production line, i. in her a heat exchange fluid from the usable area is promoted to the earth's surface and in the heat exchange device.
  • Suitable usable areas are located at a depth of about 1,000 meters to 5,000 meters, although in certain geological formations (e.g., Lanzarote or Australia) or further below
  • the heat exchange device has a fluid inlet at which the second
  • the first associatively opening fluid connection line, the usable area, the second associatively opening fluid connection line and the heat exchange device form a substantially closed loop system for a circulating in it from heat exchange fluid.
  • the heat exchange fluid usually water
  • suitable pumps in the circulatory system such as by means of an injection pump located at the beginning of the first fluid communication line (injection line) and a subsea pump located near the bottom of the second fluid communication line (production line). downhole pump). Therefore, the first associatively opening fluid connection line is also referred to as injection line and the second fluid connection line opening according to the order as production line.
  • underwater pumps can also be used at different positions of the injection line.
  • the heat exchange fluid In the circulatory system, the heat exchange fluid is thus pushed into the injection line and reaches the depth, flows through the permeable usable area, comes into heat transfer contact with the hot permeable geological formation and absorbs heat energy accordingly. Subsequently, the heated heat exchange fluid flows upwards through the production line and transports the water absorbed in the usable area
  • the heat exchange fluid When displaced at the surface of the earth, the heat exchange fluid has a temperature in the range of about 50 ° C to 65 ° C.
  • Production lines (where the surrounding formations are still at a lower temperature than the heat exchange fluid) are thermally insulated to reduce heat losses into the formations surrounding these sections.
  • the heat exchange device withdraws thermal energy from the heat exchange fluid flowing around in the circulatory system and provides part of the energy thus obtained in a suitable form for energy consumption.
  • the heat exchange device can operate as a power plant or a cogeneration plant to provide energy recovered in the form of electrical energy or in the form of heat energy, which is fed, for example, in a district heating network.
  • Power plants currently operating in geothermal power can deliver power in the range of about 1 to about 5 megawatts and require an inflow of heat exchange fluid (water) from the production line of at least about 60 to about 100 liters per second (or more) at one Temperature near the boiling point of the water from about 80 to about 160 ° C (or more).
  • a development site, the heat exchange facility and the geothermal area accessible from there usually belong to a community. Another, approximately neighboring community has another own development site, another own heat exchange facility and a further developed geothermal area from there.
  • the heat-absorbing conduits each have a length of several kilometers and a diameter of the order of 10 centimeters, and are at least about 30 to 50 meters apart.
  • the geological formation is fractured by hydraulically induced cracking because it is difficult to accurately hit the production line when drilling the heat absorption pipes in depth.
  • the technologies of drilling, drilling wells and pumps used in the aforementioned deep geothermal energy are state-of-the-art, which has been developed in part in the oil and gas extraction industry.
  • the power plant technologies used are also state-of-the-art.
  • Heat energy are significantly larger than in the currently known systems and methods.
  • a system for generating geothermal energy includes a first subterranean, useable area of geothermal energy, a predetermined first one
  • Development site which is associated with the first usable area, and a first associate opening fluid communication line between the first
  • the system further comprises at least one second or more subterranean usable areas of geothermal energy and a first non-improperly opening fluid communication line extending between the first
  • a development site may be understood to mean a site located at the surface of the earth, from which a fluid communication line extends into a usable area Geothermal energy extends and a fluid communication between the usable area and the location on the earth's surface is made possible.
  • Development site and at least two usable areas of geothermal energy that can be developed from this site.
  • the one or more discovery sites will have ordinal numbers k (where k is a natural number and a count index and hence k> 1) and the one or more usable regions Ordinal numbers I (where I is a natural number and a count index and therefore: I> 1) assigned.
  • a relationship between a usable range having an atomic number I and a digestion location having an atomic number m is referred to herein as a "non-dedicated" relationship or as a non-allocation, respectively
  • a fluid communication conduit is generally referred to as "improperly opening" as defined by the assignments so defined Fluid communication line is a fluid communication between an L-th usable area and an L-th development site is formed.
  • a fluid communication conduit is generally referred to as “non-compliant" as used herein by reference
  • Fluid communication line is formed a fluid communication between an L-th usable area and an m-th development site, wherein the count indexes I and m are different, i. that applies: I ⁇ > m.
  • a fluid communication line is generally referred to as "crosslinking" when fluid communication is formed between an I-th usable area and an M-th usable area through the fluid communication line, the count indexes I and m being different, ie, I ⁇ > m.
  • a development site is generally characterized in that a heat exchange device or a connection device is arranged therein.
  • a heat exchange device can be understood as a device which has a heat energy removal function.
  • the thermal energy contained in the heat exchange fluid may be withdrawn and provided in a suitable form for energy consumption, such as within a system for producing geothermal energy from an inflowing heat exchange fluid comprising in one of the aforesaid associating fluid communication lines
  • Heat exchange fluid circulation system is pumped.
  • the heat exchange device can have a recirculation function, according to which a heat exchange fluid flowing in, for example through a fluid inlet, is expelled or injected into an injection line after heat extraction, for example from a fluid outlet, and / or inflowing
  • Heat exchange fluid is promoted or sucked.
  • a heat exchange device such as a power plant, which transforms the heat energy extracted from the heat exchange fluid into an electrical voltage and an electric current, or a
  • Heat exchange means which transfers the thermal energy extracted from the heat exchange fluid into a heat transfer fluid pumped from the heat exchange means to a plurality of heat energy consumers connected to the network and back to the heat exchange means in a secondary fluid circulation system such as a district heating transmission network.
  • connection device is here understood to mean a device which has a return function, according to which, for example through a fluid inlet,
  • inflowing heat exchange fluid after heat extraction such as from a fluid outlet
  • the connecting device can the heat energy extraction function of a heat exchange device according to which, in operation of the system, from an inflowing heat exchange fluid recirculated in a heat exchange fluid circulation system comprising the aforesaid assigning fluid communication line, the heat energy contained in the heat exchange fluid is withdrawn and provided in an appropriate form for energy consumption.
  • At least one connection device and / or the heat exchange device may comprise a solar energy collector device, which is designed to temporarily store solar energy and to transmit it to the heat exchange fluid flowing around in the circulation system.
  • the heat efficiency is greater than if geothermal energy - as previously customary - is promoted from only one usable area.
  • This is due to the limited efficiency and accuracy of stimulation methods, which in some cases reach a propagation length of about 200 meters to 300 meters, and whose direction is barely controllable for long distances from the casing. For this reason, rather smaller usable areas and with artificial stimulation rather shorter cracks are to be preferred. Selecting hermetically separated areas of enveloping geological formations can reduce the risk of water flooding, which causes the largest HDR (Hot Dry Rock) projects to fail.
  • HDR Hot Dry Rock
  • a second advantage achievable by the invention is that a production period for delivering geothermal energy (i.e., the period of time until any regeneration of the usable area is required) can be extended or even sustained production can be achieved.
  • the background to this effect is to be noted. If a usable area of the production system faster (or more per unit time)
  • Heat energy is withdrawn, as the usable area flows from the Earth's interior, then the temperature in the usable range is lowered more and more. This can go so far that the temperature is no longer sufficient for a technically achievable transformation into energy for energy consumption or for an economically viable operation of the
  • Heat exchange device at the development site In such a case, the promotion of heat energy from the usable range must be stopped and the usable range of time for regeneration, i. for receiving new geothermal energy flowing from the earth's interior. During such regeneration, the temperature increases (recovers) and can with sufficient regeneration time of the
  • the time required for the regeneration represents a downtime for the operator of the production system. Because two usable areas are now developed from the one development site, a production operation can be set up so that - with comparable subsidized heat energy per unit time - the heat extraction for each of the two usable areas is smaller than - as is conventional - this heat energy per unit time would only be promoted to a usable area. This makes it possible to extend the production period for the production of geothermal energy (ie the period until any regeneration of the usable area is required) or even to achieve a permanent production.
  • Fluid communication line in the section between the first and the second usable range passes through formations, where prevail because of their depth below the surface similar temperatures as in the usable areas.
  • heat energy can be transferred into the throughflowing heat exchange fluid in addition to the thermal energy transfer in the first and the second usable region.
  • geothermal energy from the formations interposed between the useable areas is also developed. The development of geothermal energy from the
  • Heat exchange fluid comes in direct contact with the rock in geological formation. This is because the heat exchange fluid is conducted between the usable areas in a conduit and does not come in direct contact with the rock, and because the contact surface per
  • Volume unit is lower than in the usable areas.
  • the system may be one provided at the first development site
  • Heat exchange device comprising a fluid inlet and a fluid outlet.
  • the first associatively opening fluid connection line can be connected to the fluid inlet and the first fluid connection line not opening according to the instructions can be connected to the fluid outlet.
  • the heat exchange device has a function of removing thermal energy from a heat exchange fluid flowing around in the heat exchange fluid circulation system during operation of the system and to provide it with energy in a suitable form. Furthermore, the
  • Heat exchange device designed to inflow through its fluid inlet
  • the heat exchange device can have a first suitably designed pump (an injection pump) for displacing the heat exchange fluid through the fluid outlet into the non-improperly connected thereto
  • Fluid connection line include.
  • the latter is thereby operated as an injection line.
  • the second usable area may be directly or indirectly networked with the first development site and the first usable area.
  • the second or each further usable area may be directly networked to the first development site and the first usable region, to which the system further includes a first or a respective further cross-linking fluid communication line between the second or each further usable region and the first usable region is formed, may include.
  • the first non-compliant opening fluid communication line, the second usable area, the first cross-linking fluid communication line, the first usable area, and the first associate opening fluid communication line may form a substantially pressure-tight interconnection system.
  • Heat exchange device may be a substantially closed
  • Heat exchange fluid circulation system for a flow around in the operation of the system
  • the heat exchange fluid circulation system is pressure tight. Because the recirculation system is closed, loss of heat exchange fluid will be low to low or absent as operating time increases (with appropriate selection of suitable geological formation).
  • the second and each additional usable area may be directly linked to the first development site and the first usable region.
  • the system may include a total of m usable ranges, where m is a natural number and 3 ⁇ m.
  • the second and every further mth usable regions can each be directly networked with the first development site and the first usable region. As a result, a so-called parallel and direct networking of m usable areas with the first usable area can be formed.
  • the system for directly interconnecting each of the further m usable areas may include a (m- 1) -te networking Fluid communication line, which is formed between the m-th usable area and the first usable area include.
  • the first unassociated fluid communication line may include a first portion extending from the first development site and extending into a zone in depth, the zone being delimited by a predetermined maximum distance from the first usable region, and thus the first usable one Area is arranged around.
  • a second portion of the first unassociated fluid communication line adjoining the first portion may then be routed out of the zone at a relatively small distance from the first cross-linking fluid communication line and through the same formations as the latter to the second usable range. In this way, both the first and the second can be deduced according to the assignment
  • Fluid communication lines receive geothermal energy from formations between the first and second usable area.
  • the second non-compliant fluid communication line may also have a first portion extending from the second development site and extending into a second zone in depth, wherein the second zone is bounded by a predetermined second maximum distance from the second usable region.
  • a second portion of the second unassociated fluid communication line adjoining the first portion may then pass out of the second zone at a relatively small distance from the second crosslinking fluid communication line and through the same
  • both the first and second unassociated fluid communication lines may receive geothermal energy from formations between the first and second usable regions, at least in their respective second sections (from the first and second zones, respectively).
  • Fluid connection line comprise a common line section.
  • an end of the common line section may open into the first usable area.
  • the second and third usable regions may be associated with a spud point, and from the drilling starting point there may be a development bore having an end portion which is in a predetermined region containing the second and third usable regions.
  • three-dimensional, spherical underground zone is included.
  • the second and third usable range can be regarded as a cluster which is arranged completely within a spherical boundary, wherein this boundary has a center point and a predetermined maximum radius, wherein the maximum radius is selected such that the boundary contains second and third usable area completely.
  • the development bore may have a branch section arranged within this subsoil zone. Starting from the branch section, a first, second and third cased one can in each case
  • Branched bore may be formed, wherein the second or third branch bore each having one or more driven into the second or third usable range end portions and the first branch bore one or more driven into the first usable range end portions.
  • the first cross-linking fluid communication line extending from the second to the first usable range includes the second cased branch bore, the branch portion, and the first cased branch bore
  • the second cross-linking fluid communication line extends from the third to the first usable range includes the third cased branch bore, the branch portion and the first cased branch bore.
  • a third usable area is also from one (here, for example, the first) development site
  • End section can be extended to the effect that from the Bohrsweepingstician not only two (the second and third) but even more (in principle many) usable
  • Branch bores are made, etc ..
  • the second and each additional usable area may be indirectly with the first
  • the system may comprise a total of m usable regions, where m is a natural number and 3 ⁇ m.
  • the system may comprise a total of m predetermined development sites, the second to the third development sites being assigned to the second to the m-th usable area, a total of m-1 further fluid connection lines opening according to the ordinance, each between the second and m-th usable areas.
  • ten development area and the second or m-th usable area are formed, a total of m other unauthorized explicable Fluid interconnecting lines formed between the respective mth access site and the first usable area.
  • the associated fluid connection line formed between the mth access site and the mth usable area allows the mth usable area to be used with less drilling and drilling
  • Casing effort can be tapped as if the mth usable area would be opened from the first development site, and on the other hand, that the mth usable area easier and cheaper, such as by hydraulically induced
  • Networked can the first non-compliant fluid connection line, the second usable area, the second according to the assignment
  • Such indirect routing is also referred to below as a cross-linking arrangement of fluid communication line.
  • Connecting means comprise a fluid inlet and a fluid outlet.
  • the second associatively opening fluid connection line can be connected to the fluid inlet and the second non-improperly opening fluid connection line can be connected to the fluid outlet.
  • connection means opening fluid communication line, the connection means, the second unassociated fluid communication line, the first usable area, the first associ- ately opening fluid communication line and the heat exchange means forming a substantially closed, closed loop heat exchange fluid circulation system for a heat exchange fluid circulating therein during operation of the system.
  • Heat exchange fluid circulation system may be pressure tight. Since the circulation system is closed, a loss of the heat exchange fluid with low operating time is low, or hardly or not available.
  • Fluid connection line with the first usable area and the first non-improperly opening fluid connection line with the second usable area is in fluid communication, and wherein the second access site is in fluid communication via the second associated fluid communication line with the second usable region and the second unassociated fluid communication line having the first usable region, also cross-linked herein
  • cross-linking arrangement and the achievable, coupled and simultaneous development of two usable areas provides the same advantages as the first mentioned above with respect to the invention (greater heat energy efficiency) and second (extended production time) advantage.
  • the system may further comprise at least one further third or even further (total: m) usable regions, where m is a natural number and 3 ⁇ m.
  • m is a natural number and 3 ⁇ m.
  • the second and each further mth usable areas can each be indirectly networked with the first development site and the first usable region. This forms a so-called parallel and indirect networking of m usable areas with the first usable area. In this way, a third area and other usable areas are also accessible from one (here, for example, the first) development site.
  • the system may further comprise: a predetermined second, third or more (total: m) development sites, each of the second, third or further development sites being respectively the second, third or third m-th usable area is assigned, a second, third or more (total: m) according to the assignment
  • opening fluid connection lines which are formed between the respective second, third or mth development site and the second, third or m-th usable area, and a second, third or more (total: m) non-mappable
  • the system may include at least one further third or even more (total: m) usable regions, where m is a natural number and 3 ⁇ m applies, and at least one predetermined second or third development site or even further (total: m) development sites include.
  • each of the m development sites is assigned a usable area
  • each usable area and each development site is one that characterizes the respective allocation
  • the system may comprise at least one second or third fluid connection line or even further (total: m) associated opening fluid connection lines.
  • Fluid connection line between the mth development site and the first usable area to be formed As a result, a so-called annular-serial networking of m usable areas is formed.
  • Networks of m usable regions (3 ⁇ n) may apply to at least one selected usable region from the group formed from the first to the m-th usable region and the development site assigned to this selected region:
  • two or more other useable areas included in the system in addition to the m usable areas are parallel and indirect or parallel and directly networked, or
  • Development sites are involved in a ring-serial networking of two or more still usable areas included in the system in addition to the m usable areas.
  • At least one of the associated fluid interconnect lines includes one extending from the particular well site substantially vertically in depth to the associated usable area
  • opening fluid connection lines comprises a horizontal from the respective development site and essentially continuous formed into the assigned usable area in, piped horizontal bore.
  • At least one of the unassigned fluid communication conduits comprises a cased bore formed as a primary bore in a first section extending from the respective development site and a secondary section as a secondary bore in the form of one or more adjacent to the first section Horizontal bores each having an end portion which extends into the usable area to be opened, or (b) at least one of the unassigned
  • opening fluid communication lines comprises one of the respective development site outgoing and substantially continuous into the respective to be developed, assigned usable area formed in, piped horizontal bore.
  • the at least one crosslinking fluid connection line which is formed between an i-th usable area and a j-th usable area, can comprise at least one or more, usable from the i-th usable area and substantially continuous to a j-th usable Include area formed in the tubed horizontal bore (s), each having a arranged in the i-th usable area start section and a j-th usable area arranged end portion or have.
  • Fluid connection lines and n is the number of usable areas.
  • the number of cased horizontal bores can be 6 to 12. In this way, it is possible to access geothermal energy from the area between the i th and the j th usable area with the respective second section.
  • a development site and a usable area not assigned to the ith but to a jth development site may include a first section starting from the i-th development site and extending to a branch point.
  • the branch point may be arranged in an underground, three-dimensional, spherical zone, the zone being defined by one of a center point of the i-th usable range approximately within a predetermined maximum distance from the i-th usable range, and around the i-th usable range. be arranged ten usable range extending zone.
  • the unassigned fluid communication line may then be separated from the
  • Fluid connection line are guided. In this way, both the unassigned fluid interconnect line (in its portions from the branch point) and the cross-linking fluid interconnect lines may be exposed to geothermal energy
  • Each outstation, unassigned fluid interconnect line may be considered to be a plurality of thin-hole or coiled tubing, respectively, that are substantially parallel in the subsurface three-dimensional region between the ith and the j-th usable regions to each other and to a suitably selected (measured in the horizontal direction) minimum distance from each other are performed, executed.
  • the parallel and spaced guidance of the cased thin bores spans a relatively large horizontal area in the formations in the subterranean three-dimensional area between the i th and the j th usable area, and correspondingly, taps more geothermal energy from that area.
  • a respective non-assigning fluid connection line can be described as
  • Be formed injection line It may also include one or more cased bores, horizontal bores or thin holes or coiled tubing.
  • the Development site (where i and j are natural numbers or a counting index and where: i ⁇ > j) with a first section emanating from the jth development site and a second section adjoining the first section, the second Section has an end portion which is the ith usable area.
  • the portion of the line where the second portion attaches to the first portion may be usable in a three-dimensional zone containing the jth usable range associated with the jth juncture and its bound by a predetermined maximum distance from the jth usable Range is defined to be arranged.
  • a respective fluid connection line which does not open according to the instructions can be designed essentially as a horizontal bore or as two or more thin bores.
  • the horizontal bore may have a first portion and a second portion as defined above, and wherein the portion of the conduit where the second portion attaches to the first portion is in a three-dimensional zone corresponding to the j-th opening location j -ten usable area, and whose boundary is defined by a predetermined maximum distance from the j-th usable area, may be arranged.
  • a respective unassociated fluid communication line may be formed in the first section as a primary bore and in the second section as at least one secondary bore, wherein the
  • Secondary bore branches off in a arranged within the n-th zone branch region of the primary bore.
  • a branch section may be arranged in a three-dimensional zone which contains the j-th usable area assigned to the jth access location, and whose boundary is defined by a predetermined maximum distance from the j-th usable area.
  • a respective secondary bore may be formed as a thin bore.
  • geothermal energy can be developed from the formations arranged between the two usable areas.
  • At least one of the unassigned fluid communication conduits may be implemented as one or more cased horizontal wells or multiple well bores.
  • the first non-compliant fluid communication line may have a first portion extending from the first development site and extending into a zone in depth, the zone being bounded by a predetermined maximum distance from the first usable region and, thus, that of the first development site
  • Fluid communication line may be implemented as one or more horizontal bores that are passed between the zone to the second usable area.
  • Fluid connection line have a first portion of the second
  • Development site extends and extends into a zone in the depth, wherein the zone is limited by a predetermined maximum distance from the second usable area and thus arranged around the said second development site associated second usable area around.
  • a second section of the second unassociated fluid communication line adjoining the first section may then be led out of the second zone at a relatively small distance from the first crosslinking fluid communication line and through the same formations as the latter to the first usable region.
  • Fluid connection line at least in their respective second sections (from the first and second zone) record geothermal energy from the geological formations between the first and second usable range.
  • At least the first usable region may be one of the following: (i) a naturally occurring permeable region in a particular geological formation
  • geothermal energy which region is substantially hermetically enclosed by impermeable formation, (ii) a permeable region generated by a stimulation process, in particular hydraulically induced fracturing, in a particular, natural state impermeable geological formation geothermal energy, or (iii) a region with a low natural state
  • At least one other usable region for example the second usable region, may be one of the following: (i) a naturally-occurring, permeable region
  • Development site and the n-th usable area a cased production well or a cased, emanating from the nth development site horizontal well with a substantially vertical initial section having an n-th usable area arranged end portion (for each atomic number n with 1 ⁇ n ⁇ m), be present.
  • Fluid connection line between the nth development site and the j-th usable area a first section and a second section adjoining the first section (for each atomic number j and n, for which applies: 1 ⁇ j, n ⁇ m and j ⁇ > n).
  • the first section may extend from the nth access location to an nth zone assigned to the nth usable range, which zone is defined by a maximum interval which is predetermined for the nth usable range, from a central point in the nth usable range is measured from limited.
  • the second section may then extend from the nth zone around the nth usable range to the jth usable range.
  • the method of generating geothermal energy comprises the steps of: identifying a first subterranean, useable area with geothermal energy, determining a predetermined first development site associated with the first usable area, and producing a first associate mine
  • the method further comprises identifying at least one second or further subterranean usable regions with geothermal energy, and establishing a first unassociated fluid communication line between the first development site and the second usable region.
  • the method may further comprise: crosslinking the second usable area directly or indirectly with the first development site and the first usable region.
  • Fluid inlet and a fluid outlet are set up, the first associate opening fluid connection line is connected to the fluid inlet, and the first non-improperly opening fluid connection line is connected to the fluid outlet.
  • the method may further comprise: immediately crosslinking the second usable area with the first development site and the first usable area, and establishing a first crosslinking fluid communication line between the second usable area and the first usable area.
  • the method may further comprise: indirectly crosslinking the second usable area with the first development site and the first usable area, determining a second development site associated with the second usable area,
  • the method may further comprise indirectly crosslinking the second usable area with the first development site and the first usable region,
  • Fluid connection line producing at least a second, third or even further (total: m) associated with opening fluid connection lines, forming the n-th associated opening fluid connection line between the nth
  • the method may further comprise: for at least one selected usable area from the group formed from the first to the m-th usable area and the development site associated with that selected usable area:
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of a direct networking of two usable areas of a development site in one
  • FIG. 2 schematically shows a second embodiment of a direct networking of two usable areas from a development site in one
  • FIG. 3 shows schematically a third embodiment of a direct networking of two usable areas from a development site in one
  • Fig. 4 shows schematically a fourth embodiment of an immediate networking of two usable areas from a development site in one
  • FIG. 5 shows schematically a first embodiment of an indirect networking of two usable areas starting from two development sites in a horizontal section.
  • Fig. 6 shows schematically a second embodiment of an indirect networking of two usable areas starting from two development sites in one
  • Fig. 7 shows schematically a third embodiment of an indirect networking of two usable areas starting from two development sites in a horizontal section.
  • FIG. 8 schematically shows a fourth embodiment, comparable to the first embodiment of FIG. 5, of indirect networking of two usable areas starting from two development sites in a virtually three-dimensional representation.
  • FIG. 9 schematically shows a first embodiment for the embodiment of a fluid connection line not opening according to the invention in the area between two usable areas in a vertical plan view.
  • FIG. 10 schematically shows a fifth embodiment, functionally comparable to the second embodiment of FIG. 6, of a cross-linking of two usable areas starting from two development sites in a vertical section illustration.
  • FIG. 1 schematically shows a second embodiment for the embodiment of a fluid connection line which does not open in accordance with the invention in the area between two usable areas in a vertical plan view.
  • Fig. 12 shows schematically the second embodiment of Fig. 1 1 for the
  • FIG. 13 schematically shows a first embodiment of networking three usable regions in a virtually three-dimensional representation, with a second and a third usable region being double-cross-linked indirectly and parallel to one another with a first usable region.
  • FIG. 14 schematically shows a second embodiment of a network of three usable regions in a virtually three-dimensional representation, with a first, second and third usable region being networked in series in series one after the other.
  • Fig. 15 shows schematically a first embodiment of a network of three usable areas, wherein a second and a third usable area parallel to each other and directly using two cross-linking fluid communication lines with a common line section with a first usable area and a common development site and connected thereto from a second development site
  • Fig. 16 shows schematically an embodiment of a star-like network of three
  • Clusters each having two usable regions, wherein first, second and third clusters are networked in parallel with each other with a first central usable area and a common central development site, and wherein the networking of each cluster enables parallel and immediate networking of a second and a third usable Area of the cluster with the first usable area (using a development hole for the respective second and third usable area of the cluster and a cross-linking fluid communication line with a common line section, whose one end portion are connected in the central first usable area) and a non-ordinarily ver Patterson Fluid communication line between the central
  • FIG. 17 shows schematically a sixth functionally similar embodiment of an indirect one with regard to the cross-linking with the embodiment shown in FIG.
  • line is used as an abbreviation or synonym for the term in the term fluid communication line, unless expressly stated otherwise.
  • the system 1 comprises a first geothermal usable area 10, a single development site 40 located at the earth's surface 5, a second geothermal area 20 spaced apart is too and not natural in
  • Fluid communication is connected to the first usable area 10, one of the first development site 40 outgoing first associate opening fluid connection line 42, the first usable area 10 with the
  • Disconnection site 40 connects a first cross-linking fluid communication line 46 between the first usable area 10 and the second usable area 20, and a first non-compliant fluid communication line 44 between the first development site 40 and the second usable area 20.
  • the system 1 further includes an the development site 40 arranged Heat exchange device 80 with a fluid inlet 82 for connecting a
  • Production line and a fluid outlet 84 for connecting an injection line Production line and a fluid outlet 84 for connecting an injection line.
  • the line 42 and the cross-linking line 46 which open according to the assignment, are of a continuous, outgoing from the development site 40
  • Horizontal bore 42-H formed.
  • the horizontal bore 42-H was
  • the horizontal bore 42-H between the first 10 and the second 20 usable range the horizontal bore, where necessary, disproportionately difficult to drill through-drilling formations and reaches at least in its end portion, the vertical height or depth of the second usable area 20, the may be different from the vertical height or depth of the first region 10.
  • the horizontal bore 42-H is continuously piped from the access site 40 through the first usable area 10 and to the second usable area 20 with a tubing technology known to those skilled in the art.
  • the casing is made of metal, especially one especially for this purpose in terms of pressure and temperature resistance and elasticity especially for these
  • an end portion of the casing of the bore 42-H is located substantially centrally in the second usable area 20.
  • a pipe shoe is used in accordance with the prerequisites of piping technology and hydraulic conditions.
  • an opening in the boring shoe is used in line 46 in FIG.
  • an approximately linear arrangement of holes or perforations could be formed in the casing wall.
  • the unassigned fluid interconnect line 44 is fabricated using a different drilling technology in two successive and different manufactured sections, a first section 44-1 and a second section 44-2.
  • the first section 44-1 leads from the development site 40 in Substantially vertically in depth to near the first usable area 10 and is drilled as a blind hole.
  • the term "proximity of the region 10" is to be understood here as a region 12 surrounding the region 10 in all three spatial directions whose maximum extent is limited by a predetermined maximum distance 14.
  • the maximum distance 14 may be uniform for all spatial directions
  • the maximum distance 14 may also be the distance with respect to a nearest point on the edge of the area 10 along a connecting line extending from or to the center of the area 10 in the relevant spatial direction be measured.
  • the predetermined maximum distance 14 defining the extent of the zone 12 is chosen such that the non-improperly opening fluid communication line 44 at least in its second portion 44-2 in the space between the first 10 and the second 20 usable range in a predetermined , relatively small vertical distance to the crosslinking
  • the substantially vertically extending first portion 44-1 of the unassociated fluid communication line 44 is known to one skilled in the art for substantially vertical drilling as so-called
  • Inner diameter of the sub-conduits in second portion 44-2 of conduit 44 is significantly smaller, typically in the range of about 2-7 inches, compared to the diameter of conduit 44 in first portion 44-1, where it is typically between about 7 to 15 inches is.
  • hydraulically induced cracks or fissures in the geological formation in the useable area 20 are formed from the end portion of the casing, more precisely through the opening in the boring shoe (and / or laterally formed perforations in the casing wall) in a manner known to those skilled in the art.
  • hydraulic fracturing is known in the English language: hydraulically induced cracking serves to increase the permeability of the geological formation in the usable area 20 and fractures in the geological formation, in the so-called “fractures "train. This is the piping over its entire
  • the pressure is transmitted to the previously determined geomechanical, in particular geoelastic properties of the geological formation of the usable area adapted time course, that is controlled with a controlled pressure-time dependence, while the pressure-transmitting liquid, the gel, refilled according to its opening into the geological formation opening volume of cracks or fissures ,
  • the pressure thus built exceeds a threshold pressure depending on the rock and the geological formation, the formation of cracks in the rock or in the formation begins, starting from the positions where the pressurization initially takes place.
  • the opening in the drill shoe is the starting position for the stimulation process.
  • the cracks are starting from lateral openings or
  • Perforations 69 initiated in the casing wall.
  • the cracks increase in thickness and propagate in a direction lateral to their thickness as long as the applied hydraulic pressure is maintained above the threshold and the hydraulic fluid is replenished at the site 40.
  • the amount of applied hydraulic pressure its exposure time to the geological formation and the amount of per unit time at the site 40th
  • the extent of induced cracking is expressed in terms of cracking distance with respect to initiation point of cracking and crack width, or in terms of increase in permeability for one
  • Fluid flow through the rock or the geological formation controlled in the stimulated usable area contains solid components called "proppants", which are used to keep the cracks or fissures created as open as possible.
  • the cracks or fractures initiated with their gap thickness in the direction of 03 then propagate in the direction perpendicular to this direction ( ⁇ 3 ), in all possible directions to this direction vertical, the directions of the components ( ⁇ - ⁇ , ⁇ 2 ) containing vertical plane starting laterally from the initiation point.
  • the gap width to be measured substantially in the direction of 03 increases as long as the pressure is maintained and the liquid propagating into the forming cracks or fissures is replenished at the development site.
  • geomechanical stress tensor is ideally horizontal, but may deviate from the horizontal direction, especially when geodynamic or tectonic stress fields originating from the mantle exert their effect in the
  • the propagation direction of the fissures or fissures is in the plane perpendicular to the direction of 03, typically in a substantially vertical plane containing the components ( ⁇ - ⁇ , ⁇ 2 ) of the stress tensor.
  • the effect of the verticality can occur due to the effect of geodynamic or tectonic stress fields.
  • Geomechanical stress in which a rock loses its elastic property and tears, is dependent on the direction in the three-dimensional space in which the stress acts, and can generally be due to an ellipsoid with three different ones
  • Main axis lengths are represented mathematically.
  • the three vectors ⁇ , 02 and 03 schematically shown in Fig. 18 symbolize with their lengths and their
  • the direction of greatest stress value ⁇ is one in the
  • ⁇ is also determined by the height or the weight of the geological strata above it.
  • the directions of 02 and 03 are typically oriented horizontally.
  • What has been exemplified above with regard to the operation of the stimulus or hydraulic cracking applies not only to the crack formation in the second usable area 20 of FIG. 1, but also to the situation in the first usable area 10 of FIG. 1 and also applicable to the usable areas shown in the remaining attached figures 2 to 17. Details of the mode of action of the stimulation methods used will not be repeated in the description below.
  • the usable areas 10 and 20 are technically further developed as follows.
  • the stimulation of the second usable area 20 is carried out starting from the bore bottom of the conduit 46 (and / or laterally through holes or perforations (not shown) end portion of the casing).
  • the cracks or fractures oriented in a substantially vertical plane propagate with it an initial direction of propagation as in Fig. 1 is symbolized by the arrow 28.
  • a geothermally usable area in a geological formation may be a naturally occurring area with a permeability sufficient for the flow of the heat exchange fluid within which fluid communication is formed through openings (such as through the open or open tube shoe of FIG 1, in the second usable area 20, or holes or perforations 68 formed in a casing wall, as indicated in the first usable area 10 in FIG geological formation, into which flow paths, in the English
  • Heat exchange fluid In general, the heat exchange fluid is water. However, there are also special cases in formations with particularly high formation temperatures, about 180 ° C, ammonia water is used as a heat exchange fluid.
  • the term "useable area” is understood to mean the area covered by the flow lines in a formation, which may be a naturally occurring geologic formation with sufficient permeability, a permeabilized area created by stimulation techniques in a natural impermeable area
  • the first region 10 is still activated or stimulated.
  • a section which is essentially selected in the center of the usable area 10 to be stimulated in the planning.
  • a plurality of holes or perforations 68 are preferably formed in the tubing in a linear array along the tube longitudinal direction.
  • stimulation processes are propagated through the perforations 68, but not in the pre-planned position of the tube sealer 63, until the desired extent of the useable area 10 is achieved
  • Diaphragm 62 introduced and installed and permanently closed fluid-tight.
  • transfer pumps are positioned within the tubing at suitable, predetermined and planned locations within the tubing.
  • a first delivery pump 60 is installed upstream of the holes 68 in the area 10 of the conduit 46.
  • a second feed pump 61 has been already after the stimulation of the second usable area 20 through the bottom of the bore 46 in the vicinity or in an end portion of the Line 46 is positioned and installed before line 46 passes through
  • Sealing device 63 has been closed in the first region 10.
  • Circulation system for the heat exchange fluid has been produced.
  • the circulatory system includes the unassigned openable conduit 44 with its first 44-1 and second 44-2 sections (represented by arrows 86-1 and 86-2 indicating flow direction), the flow area (more precisely that of FIGS
  • the second usable area 20 is immediate, i. without using a second development site, networked with the first usable area 10 and the development site 40 by the unassociated opening 44 and the crosslinking line 46.
  • the line 46 with the feed pump 61 acts as a production line in
  • Feed pump 60 functions as production line for the first usable area 10.
  • the recirculating heat exchange fluid circulating system is closed when the ground surface side start portion (in FIG. 1 at 6) of the second usable area injection line 44 communicates with the injection outlet (fluid outlet 84)
  • Production inlet (fluid inlet 82) of the heat exchange device 80 is connected.
  • the heat exchange fluid When the circulation system (48-1, 48-2, 20, 46, 10, 42, 80) is closed, the heat exchange fluid is injected through the conduit 44 (44-1, 44-2) into the second usable area 20 geothermal energy there is, by means of the line 46 discharged from the area 20 and injected into the first usable area 10, there receives additional geothermal energy and is then conveyed out therefrom by means of the line 42 and the heat exchange device 80 is supplied. Even when flowing through at least the second portion 44-2 of the conduit 44 and through the conduit 46, the heat exchange fluid absorbs heat energy.
  • the geothermal energy delivered in this way from the second 20 and the first 10 is removed by means of heat exchangers and made available in a suitable form for energy consumption. Furthermore, the device 80 comprises
  • At least one feed pump which is used as an injection pump for
  • the systems 2, 3 and 4 shown in FIGS 4 each have a first usable area 10 with geothermal energy, the first predetermined development site 40, which is associated with the first usable area 10, a first assigned according to
  • FIGS. 1 to 4 Upon realization of the FIGS. 1 to 4 common concept with the
  • a branch bore known as a "side-track well"
  • first crosslinking fluid connection line 46 For producing the first crosslinking fluid connection line 46, a plurality of substantially horizontally directed second usable region 20 are led from said branch point and with its end portion, the second usable area 20 is formed substantially centrally or centrally fitting thin bores 95-1, 95-2, 95-3th course, the course of these holes is pre-planned, any difficult to penetrate geological formations are avoided if possible and heights - respectively.
  • the unassigned fluid communication line 44 is formed in two sections, a first section 44-1 and a second section 44-2.
  • the first portion 44-1 (primary bore 48-1) is made as a vertical bore from the development site 40 such that an end portion of the bore is in relative proximity to the first usable area 10, i. as already described with respect to Fig. 1, within a predetermined by a
  • the primary bore 48-1 ends as a blind hole in the by the maximum distance 14th defined zone 12. Subsequently, the primary bore is cased over its entire length. Then, to produce the second section 44 - 2, starting from a predetermined branching section 47 arranged within the zone 12, a plurality of branch bores with likewise known (“multi-lateral side-track wells") branching technology are formed up to 15, possibly 6 to 10, branch bores are slowly navigated in a substantially horizontal direction within the framework of the drill-string's mechanical load-bearing capacity, which is limited in these depths or borehole lengths, respectively introduced into the second usable area 20 and each cased over its entire length.
  • the bore of the blind bore primary bore 48-1 is closed by a packer (not designated). If necessary, starting from and through the open bore soles of the plurality of multi-lateral bores of the conduit 44-2 by means of hydraulically induced cracking, the second usable area 20 is additionally stimulated in the area around the end portions of the plurality of multi-lateral bores. This will be a packer (not designated). If necessary, starting from and through the open bore soles of the plurality of multi-lateral bores of the conduit 44-2 by means of hydraulically induced cracking, the second usable area 20 is additionally stimulated in the area around the end portions of the plurality of multi-lateral bores. This will be a packer (not designated).
  • Feed pump 61 is introduced and installed through conduit 42 and conduit 46 into the end portion of conduit 46 into second usable area 20.
  • the first usable area 10 is stimulated from holes or perforations (not shown) by means of hydraulic cracking. Subsequently, in the conduit 46, downhole with respect to the branch point but in the vicinity thereof and in any case within the intended first usable area 10, a plurality of holes (perforations) 68 and 69 for establishing fluid communication from the position 69 to the position 68 in the wall the piping of the conduit 46 and 42-H formed. In a pre-planned position is in line 42
  • a pipe closure device 63 (packer) is inserted and installed for permanent retention.
  • Feed pump 60 in the conduit 42 bores upstream with respect to the holes 68 introduced.
  • the initial section on the surface of the earth 5 of the conduit 42 is connected to the fluid inlet 82 of the site 40
  • Heat exchanging means 80 and the ground surface side initial portion at the earth surface 5 of the conduit 44 are connected to the fluid outlet 84 of the device 80. This closes the circulatory system.
  • the heat exchange fluid circulating system includes the unassociated fluid communication conduit 44 with its first and second sections 44-1, 44-2 (directional arrows 86-1, 86-2), the fluid communication between the wellbores of the plurality of FIGS Thin bores made of sections 44-2 and the bottom of the conduit 46 (arrow 86-3), the line 46 (arrow 86-4), the fluid connection in the first usable area 10 of the holes 69 to the
  • a closed loop system is also produced for producing geothermal energy from the usable areas 10 and 20 in the form of an associated fluid communication line 42 between the first A development site 40 and the first usable area 10, a first cross-linking fluid communication line 46 between the first 10 and the second 20 usable area and a first non-associated
  • connection line 42 which opens according to the assignment is formed in the manner already described in the form of a vertical primary bore emanating from the development site 40 and ending in the first usable area 10.
  • a stimulation process is performed to artificially produce the first usable region 10.
  • the tubing is laterally perforated and an underwater pump 60 is inserted and installed.
  • the unauthorized connecting line 44 becomes
  • Section 44-2 formed in a similar manner as in the second embodiment shown in Fig. 2.
  • second development site 90 is set up to produce development holes 92, 98, 91 for the second usable area 20 and the Inserting the corresponding piping into the development wells.
  • the exploration well 92 is executed in vertical drilling technology as a primary well, and the second useful area 20 is initiated and continued through the perforations in the bore bottom area of the well 92 until a desired extent of the opened second usable area 20 has been achieved as a pre-planned result ,
  • a second development well 98 is drilled from the development site 90 such that the wellbore is located in (or outside but near, the designated second usable region 20, ie, a zone 22 defined by a predetermined maximum distance 28 around the region 20) is.
  • the line 46 is called
  • Opening bore 92 and connecting bore 98 may also be for former production of geothermal energy from second usable area 20, former injection or production lines. In any case, from the development hole 92 in a branch portion 93 as starting
  • Drilling target for this bore 91 is to hit the connection bore 98.
  • Feed pump 61 introduced and installed. Upstream of the branch portion 93, a sealer 93 (packer) was inserted and installed. In the bore 98 was upstream with respect to the mouth of the
  • Connecting hole 91 a closing device 64 (packer) introduced and installed.
  • the first usable area 10 has already been hydraulically stimulated starting from the line 42; the initial formation direction is indicated by the arrow 18 in FIG.
  • a second feed pump 60 was inserted and installed in the end portion of the pipe 42.
  • Fluid inlet 82 is made a closed loop system. This includes the First 44-1 and second 44-2 section of the conduit 40, the fluid connection in the second usable area 20 between the end portion of the line (or lines) of the portion 44-2 and the bottom of the cased bore 92 in the region from the sole to Branch section 93 (here supported by the feed pump 61), the
  • system 4 differs from the system 3 shown in FIG. 4.
  • the preparation of the associate opening fluid communication line 42 for the first usable area 10, the stimulation of the first usable area 10 and the preparation of the cross-linking fluid communication line 44 in the form of a first portion 44-1 (Primary bore) and branching therefrom secondary portion (a plurality of horizontal lines in the section 44-2 made from branching off from the primary bore secondary holes 48-2) correspond to that shown in Fig. 3
  • the second usable area 20 has been hydraulically stimulated from the bottom of bore 94-1.
  • a branch bore 97 extending from a predetermined branching section 93 has already been designed pointing in the direction of the first usable region 10 as a blind bore up to an end section (at 96 in FIG. 4) and in the form of several horizontal bores into the first usable section 10 and cased. In doing so, the connection between the multiple horizontal bores 95-1 to 95-2 and the branch bore 97 has been made using known interconnection technology (in English:
  • Liner connected at point 96 with a piping of the branch hole 97.
  • the bores 95-1, 95-2,95-3 can be made as sidetrack bores from the tubing 46.
  • a first feed pump 61 was formed in the cased bore 94-1 introduced and installed downhole with respect to the branch portion 93, a closure means 63 also in the bore 94-1 but introduced and installed upstream with respect to the branch portion 93, and a second
  • Feed pump 60 introduced and installed in the end portion of the line 42.
  • the circulatory system thus produced comprises the conduit 44 with its first 44-1 and second 44-2 sections, the fluid connection in the second usable area 20 between the soles of the conduits of the second section 44-2 and the bottom of the cased bore 44 in the region of Sole to the branch portion 93, the branch hole 97 and its continuation in the form of the several cased
  • a first, second and third embodiment of a system 100, 100 'and 100 "for producing geothermal energy are shown in Figures 5, 6 and 7.
  • Figures 5, 6 and 7. In these embodiments of a system 100, 100', 100"
  • each system 100, 100 ', 100 “comprises: a first subterranean usable area 1 10 with geothermal energy, a second subterranean usable area 120 with geothermal energy, a first predetermined access area 140, which is the first usable area 1 10, a second predetermined development site 150 associated with the second usable area 120, a first associate-opening fluid communication line 142 between the first development site 140 and the first usable area 110, a second building according to the invention
  • the latter has at least the same functionalities as the heat exchange device 80 shown in FIGS. 1 to 4 and comprises a fluid inlet 182 for connecting a production line the geothermal energy from one or more (in particular: two) usable areas is promoted, and a fluid outlet 184, on which a
  • Injection line of the geothermal system is connected.
  • Heat exchange device 180 to the earth surface side initial sections of the production and injection lines, a circulation system for the circulating in operation heat exchange fluid is closed. Still common to the embodiments shown in FIGS. 5 to 7 is that a so-called connection device 190 is provided at the second development site 150, which in a comparable manner to the heat exchange device 180 also has a fluid inlet 192 and a
  • Fluid outlet 194 has. At the fluid inlet 192 and fluid outlet 194, respectively, a corresponding, Erdober lake worked up for a production or an injection line of the geothermal system is connected.
  • the first usable area 1 10 is in the network
  • the second usable area 120 is incorporated into the network by the second associate fluid communication line 152 connecting the second usable area 120 to the second development site 150, and the second non-compliant
  • opening fluid communication line 144 which connects the area 120 with the first
  • the first 144 and second 154 non-compliant fluid communication line is, and that is one
  • Substantially vertically in the depth and in the vicinity of the access areas 140, 150 associated usable areas 1 10, 120 are formed with a first portion 144-1, 154- 1 and a second portion.
  • the respective first section 144-1, 154-1 is designed as a primary bore.
  • One each, join the first section 144-1, 154-1 subsequent second section 144-2, 154-2 has an arcuate initial section and an adjoining section which extends into the respective laterally remote usable area 120, 110.
  • the respective arcuate portions in the conduits 144, 154 are formed "near" that usable area 110, 120 associated with the access site 140, 150 from which the conduit 144, 154 extends, the respective second portion 144-2 , 154-2 of the conduits 144 and 154 is formed as a secondary bore branching from the primary bore or a plurality of secondary thin bores 14.
  • the conduits 144 and 154 may also each extend as a continuous, outgoing from the respective associated development site 140, 150, preferably
  • course-controlled horizontal bore can be formed. And they can be compared in terms of the drilling and piping technology used in comparable or
  • the configuration of the leads 142, 144 and the leads 152, 154 are referred to herein as the two usable regions 110 and 120, indirectly and doubly cross-linked.
  • FIGS. 5 to 7 differ with regard to the configuration of the second development site 150
  • the connecting device 190 is a mere function of
  • connection device 190 is designed approximately as a mere conveying or pumping station 191 and comprises one on the Fluid inlet 192 connected pump and / or optionally provided with suction injection pump, which operates the fluid outlet 194.
  • the connection device 190 is designed approximately as a mere conveying or pumping station 191 and comprises one on the Fluid inlet 192 connected pump and / or optionally provided with suction injection pump, which operates the fluid outlet 194.
  • the second embodiment shown in Fig. 6 is the second embodiment shown in Fig. 6
  • Connecting device 190 as a conveying and / or pumping station and heat exchange station 195 for example, as a heat exchange device 170 with a fluid inlet 172 and a fluid outlet 174 formed.
  • the heat exchange device 170 has a similar structure as the heat exchange device 180 disposed at the first development site 140.
  • the connection device 190 (like the embodiment shown in FIG. 5) has a function of pumping and is as a pumping station 190 trained.
  • the connection device 190 in FIG. 7 has a solar energy collector device 196, which serves to capture solar energy, to buffer and by means of heat exchange by the conveyor or
  • FIG. 8 schematically shows a fourth embodiment of a system 100 which corresponds to the system 100 shown in FIG. 5 with regard to the interconnection of the lines.
  • Fig. 8 a schematic, virtually three-dimensional view of the underground part of the system is selected.
  • the system shown in FIG. 8 comprises the same functional elements which are also denoted by the same reference numerals in FIG. 8 as in the system 100 shown in FIG. 5.
  • FIGS. 5 to 7 As already mentioned with regard to FIGS. 5 to 7 as a possibility, For example, in the embodiment shown in FIG.
  • the first unassociated fluid communication line 144 extending from the first enclosure 140 is defined as a blind bore in its first portion 144-1 as a blind bore in the vicinity of the first usable area 110 and in its second portion 144-2 are formed as a plurality of directional thin bores branching off from the primary bore 148-1 (referred to as "sidetrack") . These are in turn drilled relatively slowly in a substantially horizontal direction within the allowable load of the thin bore drill string and afterward Drilling over its entire length from branch point 147 to its respective Bo insole consistently cased.
  • sidetrack directional thin bores branching off from the primary bore 148-1
  • the second unassociated fluid connection line 154 is also produced in two sections 154-1 and 154-2, in the first section 154-1 as a primary bore 158 that extends substantially vertically into the depth and into the vicinity of the second usable area. 1, and in the second section 154-2 as a plurality of thin-hole or coiled tubing technology, directed from a branch point 157 of the primary bore 158-1, and extending from the directional thin bores as claimed relative to the drill string are drilled relatively slowly in a horizontal direction in the essential.
  • Fig. 9 shows schematically a first embodiment for the design or management of a plurality of substantially horizontally extending bores, which are produced in thin-bore (slim-hole or coiled tubing) technology as a secondary bore, branching off from a common primary bore.
  • thin-bore slim-hole or coiled tubing
  • Fluid connection lines 44 in particular on the second sections 44-2; 5 to 7 with the first and second non-improperly opening fluid communication lines 144 and 154,
  • Embodiment in particular the respective second sections 144-2 and 154-2 shown there; the system 200 shown in Fig. 13 with the respective two-section conduits 248, 254, 268 and 269, in particular their respective second sections 248-2, 254-2, 268-2 and 269-2; to the system 300 shown in Figure 14 with non-improperly opening connecting lines 348, 358 and 368, in particular their respective second sections 348-2, 358-2, 368-2; the system 400 shown in FIG. 15 having the respective non-improvised fluid communication lines 450 and 452, particularly their respective second sections 450-2 and 452-2; to the system 600 shown in Fig.
  • FIG. 9 a plurality (in FIG. 9 are shown schematically only three) starting from a primary bore 148 - 1 branch in thin bores approximately 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14 or 15 (Slim Hole or Coiled Tubing) technology
  • secondary bores 48-2 in a substantially horizontal direction from a primary bore 148-1 (as shown in Fig. 9 left) and were in the defined as a drill target and incorporated into the networking, useable area 120 out.
  • the plurality of secondary thin bores 148-2 branch off from a common branch section from the primary bore 148-1, run in a divergence region 143 in firstly diverging directions in the substantially horizontal plane, pass through one another first arcuate portion are guided from the first arcuate portion substantially parallel to each other until they reach the usable area to be incorporated into the network 120, there pass through a second arcuate portion and extend in a convergence region 145 in
  • the usable area 120 is approximately from the bottom of a
  • Associated opening fluid connection line 152 by hydraulically stimulated formation of cracks 129 stimulated or activated.
  • crosslinkable usable area 120 - or even a distance between two usable areas, which are to different development sites ordered - may be relatively long and between about 1000 m and 5000 m, but typically about 2000 m to 3000 m. Due to the substantially parallel course of the
  • Secondary bores 148-2 are spanned or spanned by the bores 148-2 running parallel to one another and lying in the substantially horizontal plane.
  • the parallel holes 148-2 partially trap the geothermal energy transmitted through this surface out of the earth's interior (ie vertically upwards in the earth's crust) by heat conduction.
  • the geothermal energy collected by the course shown in FIG. 9 of the surface formed by the bores guided in parallel and the geothermal energy trapped by this surface or by the heat exchange fluid flowing through boreholes 148-2 becomes, in addition to that in FIGS absorbed geothermal energy recorded networked usable areas - of the flowing through the holes 148-2 heat exchange fluid. Therefore, the surface horizontally spanned by the bores 148-2 and the spanning guide of the horizontal bores 148-2, respectively, contribute to an increase in heat energy transfer efficiency to the heat exchange fluid.
  • Fig. 10 shows schematically a second embodiment for a possible
  • Embodiment of a non-associating (or cross-linking) fluid communication line with a further development, which comprises stimulating the usable regions 110 and 120 out of the fluid communication lines on the basis of the embodiments shown in FIGS. 5 to 7 for a double-diagonal
  • Fluid communication lines in particular their end portions, which should be configured as starting points for stimulation method / are.
  • FIG. 10 functionally and structurally similar elements of the circulatory system shown in FIG. 10 are given the same reference numerals as the corresponding elements shown in FIGS. 5 to 7.
  • Horizontal drilling technology designed holes 148'-2 and 158'-2.
  • the holes 148'-2 and 158'-2 extend from their respective branch point 147, 157 in one
  • the usable regions 110 and 120 are now hydraulically stimulated.
  • the particular stimulation method used is initiated from a plurality of holes 148'-2 and 158'-2 (Fig. 10) and 158-2 (Fig. 1), respectively, prior to drilling the bore 147-1.
  • the initiated cracks propagate in the direction of the mean tectonic stress ⁇ 2 (144-3).
  • the second usable 120 ' is formed by simultaneous stimulation from two substantially parallel horizontal bores 148-2 and the fluid communication from the end portion of the non-improperly opening conduit 144'-2 to the second
  • FIG. 12 A refinement with respect to the geometry, in particular an enlargement of the volume area in the geological formation sensed by the stimulation with respect to the simultaneous stimulation by hydraulically induced cracking between adjacent, parallel (cased) boreholes described above with reference to FIG Fig. 1 1 shown in a schematic vertical view and 12 in a virtual three-dimensional view.
  • the development relates to an improved definability and enlargement of the stimulated three-dimensional area between the end sections of the plurality in the second section 154-2 of the line 154 and in the second section of the line 144.
  • a plurality of secondary conduits 158 branching out from the cased primary well 158-1 148-1 branch off as branched horizontal bores (secondary bores).
  • Thin holes 158-2 at least in pairs substantially parallel to each other to near the previously formed from a vertical primary bore
  • outgoing branch bores 143 are respectively formed in an arcuate shape from the conduit 142 opening according to the directions, so that the arcs of the plurality
  • Branch bores 143 extend substantially in a common vertical plane containing the conduit 142, the plane, as can be seen from Fig. 12 and in Fig. 1 1 is even better seen, a plane of symmetry with respect to the end portions of the lines 158-2 , In each case for pairs of parallel outgoing end portions of the lines 158-2 is hydraulically stimulated.
  • the resulting from the arrangement of the respective pairs of two pressure waves pressure field lines 1 17 are shown in Figures 1 1 and 12. At least in the of the pressure field lines 1 17
  • the branch bores 143 are piped and provided with a plurality of holes (perforations), so that through these holes created a Rescueströmström formation with a relatively large total inflow and a larger surface extent within the plane of symmetry for the inflow into the branch lines 143 and in the
  • Sole of the vertical bore 142 is formed. The education of the
  • End portions of the lines 158-2 achieved larger spatial extent of the first usable area 1 10 and the enlarged through the densely perforated branch bores 143 and further distributed inflow is in operation with circulating
  • Heat exchange fluid achieves better fluid communication with higher permeability and improved thermal energy transfer efficiency in the first usable region 110. In the same way can also stimulate the second usable
  • Range 120 can be improved.
  • the embodiment shown in FIGS. 11 and 12 with the aim of improved stimulation and enlargement of a usable area to be artificially formed can, of course, apply not only to the end sections of the thin bores in FIGS. 11 and 12, but in general to all (FIGS. approximately substantially vertical) fluid communication conduits, such as conduits 44 and 54 in Figs. 1 to 4, conduits 144 and 154, respectively, in Figs. 5 to 8, and also for those shown in Figs. 3 and 4, cross-linking fluid communication lines 46 are used.
  • the system 200 includes a first one Development site 240, one of the first development site 240 associated usable area 210, a second development site 250, one of the second
  • Development site 250 assigned usable area 220, a third
  • a development site 260 and a usable area assigned to the third development site 260 are connected to each other twice in a non-compliant manner, and in a manner to be referred to as parallel networking, the first usable area 210 and the third usable area 230 are double not associated with each other.
  • system 200 includes a first associated fluid communication line 242 between first usable area 210 and first access location 240, a first unassigned fluid communication line between first access location 240 and second usable area 220, a second fluid connection line in between the second usable area 220 and the second development site 250, and a second unassociated fluid communication line between the second development site 250 and the first usable area 210.
  • first 210 and the second 220 usable range according to the embodiments shown in FIGS. 5 to 7 doubly non-improperly
  • system 200 includes a third one according to the instructions
  • Fluid connection lines 260, 268 and 269 and the fluid connection line 242 are the first 210 and the third 230 usable range also according to the embodiments shown in Figs. 5-7 double non-improperly connected to each other.
  • Fluid communication lines 248, 254, 268 and 269 are each formed in two sections, the first section each consisting of a vertical bore extending from a respective development site into the depth and near the respective one
  • Each of the second portion is branched off from an end portion located in the vicinity of each usable area, and in depth in a substantially horizontal direction to the adjacent double-diagonal mesh Useable area to be included leads, cf. to Fig. 13.
  • the fluid communication line 248 and the first portion 269-1 of the fourth unassociated fluid communication line are formed as a shared portion and extend from a first well 240 into the vicinity of the first usable region 210
  • a heat exchange device 280 is arranged. At its fluid inlet 282 is the ground surface-side starting section of the first fluid connection line 242 opening according to the instructions
  • connection means (not shown in FIG. 13 and not designated) for interconnecting the fluid in the two "parallel" non-compliant interconnections Double unassigned connection, which has been explained above with reference to Fig. 13, it is not relevant whether the
  • the system 300 includes three (first, second and third) development sites 340, 350, 360 and three (first, second and third) usable regions 310, 320 and 330, each assigned to a development site.
  • the system 300 further includes a first associated fluid communication line 342 between the first usable area 310 and the first access location 340, a first unassigned fluid communication line 348 between the second usable area 320 and the first access location 340, a second one as assigned
  • Fluid connection lines are the second usable area 320 and the first usable area 310 connected in a double-diagonal-network manner, the third usable area 330 and the second usable area 320 also connected in a double-diagonal-network manner, and the first usable area 310 with the third usable area 330 also connected in a double diagonal-networked manner.
  • the three usable regions 310, 320 and 330 connected in a (circuitry-wise speaking) ring-like manner and in each case "connected in series" behind one another, in particular connected diagonally in a double network.
  • FIG. 14 shown annular serial (each double diagonal-crosslinked) networking one or more other usable areas can be incorporated in a serial manner.
  • each of the development site shown in Fig. 13 240, 250 and 260 is integrated into a ring-like in each case in series one behind the other
  • Switched that is double diagonal-networked
  • Other usable areas can be networked.
  • the system 400 includes a first development site 440, a first usable area 410, a second usable area 420, a third usable area 430, a first accessibly opening
  • Disclusion site 440 is a heat exchange device 480 with its fluid inlet 482 to the earth surface side initial portion of the accord
  • Fluid connection lines 450 and 452 connected.
  • a first circulatory system for a heat exchange fluid circulating in operation is closed by incorporating the second and first usable regions 420 and 410
  • a second circulatory system is closed by incorporating the third and first usable regions 430 and 410
  • the two aforementioned circulation systems are formed (in a "circuit" manner) parallel to each other in the same sense as in Fig. 13, a second and a third usable region 220 and 230 are mutually parallel to one another at the first usable region 210 in parallel.
  • the two aforementioned circulation systems comprise, as common elements, the fluid connection line 442, which opens according to the instructions
  • a vertically inwardly directed development bore 470 was produced from a second development site 490, wherein an end section of the development bore 470 is formed as a blind bore.
  • a second branch bore 472 has been produced, which has been led into the second usable region 420.
  • a third branch hole 473 is branched off and guided into the third usable area 430.
  • a first branch bore 471 is still made. The first
  • Branch bore 471 has a predetermined length to its end (in Fig. 15 at 76), from where it is in the form of multiple thin bores in a in the
  • Substantial horizontal direction is continued into the first usable area 410 inside.
  • a first feed pump 61 is inserted and installed in the casing opening bore 470 downstream of the branch portion 493.
  • a second feed pump 60 is in an end portion in the depth of the assigned
  • Pipe sealer (a packer) 63 is inserted and installed in the cased containment hole 470 uphole with respect to the branch portion 493.
  • a first filter 67 is in the first branch bore 471 of the second
  • a second filter 66 is in the ground surface side initial portion of the common first portion 450-1 and 452-1 outgoing from the first development site 440 of the first and second non-improperly opening ones
  • Fluid connection line 450 and 452 introduced and installed.
  • the filters 66 and 67 serve to retain (filter out) any solid constituents contained in the circulating heat exchange fluid circulating during operation which may have been flushed out of the circuit sections within the useable areas.
  • the second cross-linking fluid communication line 456 includes the cased third branch bore 473, the branch portion 493 of the opening bore 470, the cased first branch bore 471 and the plurality of thin bores continued from their end (at 76) into the first usable area 410.
  • the cased development hole 470 is closed at its ground surface side start portion with a line shutter 499. If necessary, to clean or replace the first filter 67 or the first feed pump 61, the operation may be interrupted, the pipe seal device 63 may be removed, and then the required maintenance or replacement work may be performed on the feed pump 61 or the filter 67. Thereafter, the shutter 63 may be reinserted and installed, and the ground surface side starting portion of FIG cased development hole 470 are closed with the line closure 499. Thereafter, the operation can be resumed.
  • two usable areas 510 and 520 are connected to each other in a double non-compliant manner.
  • the associated connections are disclosed
  • Fluid connections and the unassociated mayate fluid connections each from a guided from the corresponding development site from
  • the system 500 includes a first development site 540, a first usable area 510 associated with the first development site 540, a second development site 550, a second usable area 520 associated with the second development site 550, a first horizontal well 542-H from the first A second horizontal well 544-H, which also starts from the first development site 540 and is led into the second usable region 520, has a third horizontal bore 552-H, which has been introduced into the first usable area 510. which is led from the second development site 550 into the first usable area 510 and a fourth horizontal bore 554-H, that of the second
  • Development site 550 is led out into the second usable area 520.
  • Horizontal bore 542-H a first associated opening fluid connection line between the first usable area 510 and the first development site 540, from the second horizontal bore 544-H a first non-according to
  • the system 500 further includes a heat exchange device 580 disposed at the first containment site 540 having a fluid inlet 582 and a fluid outlet 584. Attached to the fluid inlet 582 is the first one serving as production conduit for the first usable area 510
  • Fluid connection line connected. To the fluid outlet 584 is a
  • Connected to the fluid inlet 592 is an earth surface side initial portion of the second associated fluid communication line serving as a production well for the second usable area 520.
  • Fluid outlet 594 is an earth surface side starting portion of the
  • the circulatory system comprises the following successive successive sections: those from the second
  • Horizontal well 544-H prepared first cross-linking fluid communication line that leads from the first development site 540 into the second usable area 520, which produced in the second usable area 520
  • Fluid connection line, the first direct opening fluid connection line and the heat exchange device 580th The embodiment shown in FIG. 16, because of the horizontal bores used, allows the first development site not to be located substantially vertically above the first usable region 510, but also horizontally displaced with respect to the first usable region 510 (FIG. and, of course, also with respect to the second usable area 520). Likewise, it permits the one shown in FIG. 16
  • Embodiment that also the second development site 550 in horizontal
  • Direction or laterally with respect to the second usable area 520 may be set offset.
  • double diagonal crosslinking formed by horizontal bores 542-H, 544-H, 552-H, and 554-H may also be extended to include a third or more useful areas in the interconnectivity
  • FIG. 17 is illustrative of a more generalized system 600 comprising: a first usable area 610, a first first drainage site 640 associated with the first usable area, a heat exchange device 680 disposed at the drainage site 640, a first associated fluid communication line 642 between the first usable area 610 and the first development site 640, and two, three, four, five, six, or even more development arms 605-1, 605-2, 605-3, parallel to each other and each with the first usable area 610 and the first one
  • Each of the accession arms 605-1, 605-2, 605-3 substantially represents a system similar to the system 400 shown in FIG. 15.
  • a system the system of each of the accession arms
  • two usable areas namely a second and a third usable area (420 and 430 in Fig. 15 and 620-1 and 630-2 in Fig. 17) directly and connected in parallel with each other with a first usable area (410 in Fig. 15 and 610 in Fig. 17).
  • This networking is done using a
  • Fluid communication line (472, 473 in Fig. 15, 646-1, 646-2, 646-3 in Fig. 17) and provided in a corresponding number, each "parallel" extending, non-improperly opening fluid connection lines parallel to each other and directly with the first usable area (410 in Fig. 15, 610 in Fig. 17) are networked.
  • each of the "outer" usable areas 620-1, 630-1, 620-2, 630-2, 620-3, 630-3 is the starting point for a plurality (two, three, four or more) of parallel (not shown in Fig. 17), it being obvious that each of the "outer” usable regions 620-1, 630-1, 620-2, 630-2, 620-3, 630-3 may be a "station” in a plurality (two, three, four or more) of annular serially-networked usable areas (not shown in Fig. 17).
  • inventive concept of (directly or indirectly) interconnecting two or more usable areas may be implemented with existing (modern) drilling technology, existing casing technology, existing casing technology (in English Technical language: well completen technology) and possibly existing ones
  • Stimulation technology can be realized.
  • Production line serving, associating opening fluid connection line promoted heat exchange fluid through the heat exchange device in a non-improperly opening fluid connection line is carried out by substantially horizontally extending holes in the ground at depths with less heat loss than on the earth's surface
  • connection device or a heat exchange device (such as a power plant) is additionally equipped with solar collectors at the earth's surface, heat loss in the line sections, where the formation temperature is lower than the temperature of the circulating heat exchange fluid, may be less than the additional one
  • Heat energy uptake efficiency in the (e.g., substantially horizontal) pipe sections between the useable areas is a measure of Heat energy uptake efficiency in the (e.g., substantially horizontal) pipe sections between the useable areas.
  • Heat energy absorption efficiency (thermal efficiency) are significantly increased compared to the usual practice of opening up only one usable area of a development site.
  • Man-made (i.e., hydraulically induced cracking) -purified useful regions can have a very large, nearly any extent, limited only by the range of cracking, and very high permeability. Due to the networking and production of several usable areas, it is sufficient to produce shorter crack or fissures in each of the produced usable areas than if - as hitherto - only one usable area is produced. This reduces the risk of loss of water (waterflooding) to distant, permeable formations and can be virtually completely eliminated by appropriate planning.
  • the number of directly or indirectly crosslinkable, artificially (ie by hydraulically induced cracking) stimulated useful areas can be increased almost arbitrarily, such as by the above-described parallel networking of two or more (about n> 2) usable areas and / or by annular-serial networking of several (about m> 3) usable areas.
  • the thermal energy uptake efficiency is also a function of the contact area between the rock matrix and the circulating
  • Heat exchange fluid water
  • the contact surface can be increased almost arbitrarily by hydraulic fracturing methods (English: hydraulic fracing).
  • development sites it is also possible to set up, for example, a power plant at a development site and, for example, a heat exchange facility for the supply of energy supply to a district heating distribution network at another development site.
  • Areas according to the first and second aspect of the present invention in the hydrothermal geothermal reduces the risk of a project and increases its lifetime.
  • HDR hot-dry-rock
  • HDR Hot Dry Rock
  • Stimulation hydroaulically induced cracking
  • the production time for a usable area can be increased and a
  • Regeneration of the geothermal usable area can be made significantly shorter, easier, more successful, and less expensive. In favorable cases, even a permanent production can be set up and regeneration phases can be avoided.
  • Hydraulic efficiency is expected to be significantly higher (twice as likely) than in HDR projects.
  • clusters of useable areas can be created by means of the depth of the access wells
  • Cross-linking fluid communication lines can achieve quite extensive subsurface interconnections from a large number of usable areas from very few, especially only from a development site, to underground cross-linking fluid communication lines, see for example Fig. 17. Therefore, the heat energy transfer efficiency can be very high, the heat energy extraction From a single usable area kept relatively low and so the production time extended with little to no regeneration needs or even permanently established. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Ein System (1; 2; 3; 4; 100-100'''; 200; 300; 400; 500; 600) zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie umfasst: einen ersten unterirdischen, nutzbaren Bereich (10; 110; 210; 310; 410; 510; 610) mit geothermischer Energie, eine vorbestimmte erste Erschließungsstätte (40; 140; 240; 340; 440; 540; 640), die dem ersten nutzbaren Bereich zugeordnet ist, und eine erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (42; 142; 242; 342; 442; 542; 642), die zwischen der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet ist. Erfindungsgemäß sind mindestens ein zweiter (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620) oder noch weitere (30; 130; 230; 330; 430; 630-1, 630-2) unterirdische nutzbare Bereiche mit geothermischer Energie, und eine erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644) zwischen der ersten Erschließungsstätte und dem zweiten nutzbaren Bereich vorgesehen.

Description

System und Verfahren zum Erschließen von geothermischer Energie
aus zwei oder mehr Reservoiren
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie.
Entsprechende Systeme sind an sich bekannt und umfassen allgemein einen
unterirdischen, nutzbaren Bereich mit geothermischer Energie, eine erste, an der Erdoberfläche angeordnete Erschließungsstätte, die dem nutzbaren Bereich zugeordnet ist, eine von der Erschließungsstätte ausgehende, zu dem nutzbaren Bereich in die Tiefe hinabführende, erste Fluidverbindungsleitung, eine von dem nutzbaren Bereich in der Tiefe ausgehende, aufwärts zu der Erschließungsstätte führende zweite Fluidverbindungsleitung, und eine an der
Erschließungsstätte angeordnete Wärmetauscheinrichtung. Die erste Fluidverbindungsleitung dient als Injektionsleitung, d.h. in ihr wird ein Wärmetauschfluid von der Erdoberfläche in die Tiefe und in den nutzbaren Bereich gefördert. Die zweite Fluidverbindungsleitung dient als Produktionsleitung, d.h. in ihr wird ein Wärmetauschfluid aus dem nutzbaren Bereich an die Erdoberfläche und in die Wärmetauscheinrichtung gefördert. Geeignete nutzbare Bereiche befinden sich in einer Tiefe von ca. 1 .000 Meter bis 5.000 Meter, wobei jedoch in bestimmten geologischen Formationen (z.B. Lanzarote oder Australien) oder weiter unterhalb der
Erdoberfläche. In diesen Tiefen liegen aufgrund der mit zunehmender Tiefe ansteigenden Temperaturen (mittlerer Gradient ca. 3°C pro 100 Meter) Temperaturen im Bereich von 80°C bis 180°C, vorzugsweise von 100°C bis 180 °C vor. In Einzelfällen können auch Projekte ab ca. 300 m Tiefe und dort bereits über 180°C berücksichtigt werden. Durch die erwähnten Tiefen und dort vorherrschenden Temperaturen ist die hierin angesprochene Geothermie, die auch als tiefe Geothermie bezeichnet wird, abgegrenzt und unterscheidet sich hinsichtlich der eingesetzten Explorations-, Bohr-, Verrohrungs-, Pumpen- und Kraftwerkstechnologien grundsätzlich von der oberflächennahen Geothermie, bei der Formationen in Tiefen von mehreren 10 Meter bis etwa 300 Meter, wo Temperaturen von etwa 5°C bis etwa 15° C herrschen können, erschlossen werden.
Die Wärmetauscheinrichtung weist einen Fluid-Einlass, an dem die zweite
zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung angeschlossen ist, und einen Fluid- Auslass, an dem die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung angeschlossen ist, auf. Die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung, der nutzbare Bereich, die zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung und die Wärmetauscheinrichtung bilden ein im Wesentlichen geschlossenes Kreislaufsystem für ein darin umströmendes Warmetauschfluid aus. Das Warmetauschfluid, üblicherweise Wasser, wird mittels geeigneter Pumpen in dem Kreislaufsystem umgepumpt, etwa mittels einer am Beginn der ersten Fluidverbindungsleitung (Injektionsleitung) angeordneten Injektionspumpe und einer in der Nähe der Bohrsohle der zweiten Fluidverbindungsleitung (Produktionsleitung) angeordneten Unterwasser- bzw. Förderpumpe (Englisch: downhole pump). Daher wird die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung auch als Injektionsleitung und die zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung als Produktionsleitung bezeichnet. In Abhängigkeit von den hydraulischen Anforderungen des Systems können auch an verschiedenen Positionen der Injektionsleitung Unterwasserpumpen eingesetzt werden.
In dem Kreislaufsystem wird das Wärmetauschfluid also in die Injektionsleitung verdrückt und gelangt in die Tiefe, durchströmt den permeablen nutzbaren Bereich, kommt dabei in einen Wärmeübertragungskontakt mit der heißen permeablen geologischen Formation und nimmt entsprechend Wärmeenergie auf. Anschließend strömt das erhitzte Wärmetauschfluid durch die Produktionsleitung aufwärts und transportiert die im nutzbaren Bereich aufgenommene
Wärmeenergie zu der Wärmetauscheinrichtung. Beim Verdrücken an der Erdoberfläche weist das Wärmetauschfluid eine Temperatur im Bereich von ca. 50°C bis 65°C auf. Um
Wärmeverluste zu vermeiden, sind die oberen Abschnitte der Injektions- und
Produktionsleitungen (wo die umgebenden Formationen noch auf einer niedrigeren Temperatur als das Wärmetauschfluid sind) thermisch isoliert, um Wärmeverluste in die diese Abschnitte umgebenden Formationen zu verringern.
Die Wärmetauscheinrichtung entzieht dem in dem Kreislaufsystem umströmenden Wärmetauschfluid Wärmeenergie und stellt einen Teil der so gewonnenen Energie in geeigneter Form zum Energiekonsum bereit. Die Wärmetauscheinrichtung kann etwa ein Strom kraftwerk oder ein Heizkraftwerk betreiben, um gewonnene Energie in Form von elektrischer Energie oder in Form von Wärmeenergie, die beispielsweise in ein Fernwärmenetz eingespeist wird, bereitzustellen. Derzeit in der Geothermie betriebene Stromkraftwerke können Leistungen im Bereich von ca. 1 bis ca. 5 Megawatt abgeben und benötigen dafür einen Zufluss des Wärmetauschfluids (Wasser) aus der Produktionsleitung von mindestens etwa 60 bis etwa 100 Liter pro Sekunde (oder auch mehr) bei einer Temperatur nahe dem Siedepunkt des Wassers von etwa 80 bis etwa 160°C (oder mehr).
Eine Erschließungsstätte, die Wärmetauscheinrichtung und der von dort erschlossene geothermisch nutzbare Bereich gehören in der Regel zu einer Gemeinde. Eine andere, etwa benachbarte Gemeinde hat eine weitere eigene Erschließungsstätte, eine weitere eigene Wärmetauscheinrichtung und einen von dort erschlossenen, weiteren geothermisch nutzbaren Bereich.
Die Druckschrift WO 98/22760 offenbart ein derartiges System, in dem die
Injektionsleitung und die Produktionsleitung in der Tiefe durch mehrere Wärmeabsorptionsleitungen beschrieben sind. Die Wärmeabsorptionsleitungen weisen jeweils eine Länge von mehreren Kilometern und einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 Zentimetern auf, und sind wenigstens etwa 30 bis 50 Meter voneinander beabstandet. Im Übergangsbereich von den Wärmeabsorptionsleitungen in die Produktionsleitung wird die geologische Formation durch hydraulisch induzierte Rissbildung zerklüftet, weil es schwierig ist, beim Bohren der Wärmeabsorptionsleitungen in der Tiefe genau die Produktionsleitung zu treffen.
Die in der angesprochenen tiefen Geothermie eingesetzten Technologien des Bohrens, der Verrohrung von Bohrungen und von Pumpen sind auf dem neuesten Stand der Technik, der teilweise in der Industrie der Erdöl- und Erdgasförderung entwickelt worden ist. Auch die eingesetzten Kraftwerkstechnologien sind auf dem neuesten Stand der Technik.
Vor dem Hintergrund der begrenzten Ressourcen an Kohlenwasserstoffen (Erdöl und Erdgas), bis an technologische Grenzen entwickelter Technologie und global weiterhin zunehmendem Energiebedarf stellt sich in der tiefen Geothermie die Aufgabe, Systeme und Verfahren bereitzustellen zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie, bei denen die (Wärme)-Energieeffizienz und die Produktionszeiträume beim Fördern von
Wärmeenergie signifikant größer sind als bei den derzeit bekannten Systemen und Verfahren.
Wie nach einem ersten Aspekt beansprucht, wird ein System zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie bereitgestellt. Das System umfasst einen ersten unterirdischen, nutzbaren Bereich mit geothermischer Energie, eine vorbestimmte erste
Erschließungsstätte, die dem ersten nutzbaren Bereich zugeordnet ist, und eine erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung, die zwischen der ersten
Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß umfasst das System ferner mindestens einen zweiten oder mehr unterirdische nutzbare Bereiche mit geothermischer Energie und eine erste nicht- zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung, die zwischen der ersten
Erschließungsstätte und dem zweiten nutzbaren Bereich ausgebildet ist.
Unter einer Erschließungsstätte wird hierin eine sich an der Erdoberfläche befindende Stelle verstanden, bei der sich mindestens ein Bohranfangspunkt (in der englischen
Fachsprache: spud points) befindet, von dem aus eine bis in einen nutzbaren Bereich führende Bohrung hinabgeführt worden ist, die Bohrung anschließend verrohrt und auf diese Weise eine Fluidverbindungsleitung zwischen der Erschließungsstätte und dem nutzbaren Bereich hergestellt worden ist.
In einer im Sinne der vorliegenden Erfindung alternativen Begriffserklärung kann hierin unter einer Erschließungsstätte eine sich an der Erdoberfläche befindende Stelle verstanden werden, von der aus eine Fluidverbindungsleitung sich bis in einen nutzbaren Bereich mit geothermischer Energie erstreckt und eine Fluidkommunikation zwischen dem nutzbaren Bereich und der Stelle an der Erdoberfläche ermöglicht wird.
Durch die Fluidverbindungsleitung, die sich von einen nutzbaren Bereich bis zu einer Erschließungsstätte erstreckt, wird eine Beziehung zwischen dem nutzbaren Bereich und der Erschließungsstätte hergestellt, welche hierin als Erschließung bzw. erschließende Verbindung bezeichnet wird. Es wird nun vorausgesetzt, dass es mindestens eine (erste)
Erschließungsstätte und mindestens zwei von dieser Erschließungsstätte aus erschließbare, nutzbare Bereiche mit geothermischer Energie gibt.
Allgemein wird auch eine Situation betrachtet, bei der es mehrere Erschließungsstätten und mehrere nutzbare Bereiche mit geothermischer Energie gibt. Um Beziehungen bzw.
Zuordnungen zwischen einer Erschließungsstätte und einem nutzbaren Bereich näher zu kennzeichnen, werden der einen Erschließungsstätte oder den mehreren Erschließungsstätten Ordnungszahlen k (wobei k eine natürliche Zahl und ein Zählindex ist und mithin gilt: k > 1 ) und dem einen nutzbaren Breich oder den mehreren nutzbaren Bereichen Ordnungszahlen I (wobei I eine natürliche Zahl und ein Zählindex ist und mithin gilt: I > 1 ) zugeordnet.
Aufgrund eines Vergleichs der Ordnungszahlen kann nun eine Beziehung zwischen einem nutzbaren Bereich und einer Erschließungsstätte als„zugeordnet" oder als„nicht- zugeordnet" bezeichnet und unterschieden werden.
Eine Beziehung zwischen einem nutzbaren Bereich mit einer Ordnungszahl I und einer Erschließungsstätte mit einer Ordnungszahl m wird hierin als„zuordnungsgemäße" Beziehung bzw. als Zuordnung bezeichnet, wenn die Ordnungszahlen I und m übereinstimmen (d.h. I = m). In diesem Sinne besteht also eine zuordnungsgemäße Beziehung zwischen dem ersten nutzbaren Bereich und der ersten Erschließungsstätte, zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich und der zweiten Erschließungsstätte, usw. und allgemein zwischen dem l-ten nutzbaren Bereich und der l-ten Erschließungsstätte.
Im Gegensatz dazu wird eine Beziehung zwischen einem nutzbaren Bereich mit einer Ordnungszahl I und einer Erschließungsstätte mit einer Ordnungszahl m hierin als„nicht- zuordnungsgemäße" Beziehung bzw. als Nicht-Zuordnung bezeichnet, wenn die
Ordnungszahlen I und m verschieden sind (d.h. I <> m). In diesem Sinne besteht also beispielsweise eine nicht-zuordnungsgemäße Beziehung zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich und der ersten Erschließungsstätte, zwischen dem dritten nutzbaren Bereich und der ersten Erschließungsstätte, zwischen dem dritten nutzbaren Bereich und der zweiten
Erschließungsstätte, ... und allgemein zwischen dem l-ten nutzbaren Bereich und der m-ten Erschließungsstätte wenn die Zählindices I und m verschieden sind, d.h. wenn gilt: I <> m.
Im Sinne der so definierten Zuordnungen wird hierin eine Fluidverbindungsleitung allgemein als„zuordnungsgemäß erschließend" bezeichnet, wenn durch die Fluidverbindungsleitung eine Fluidkommunikation zwischen einem l-ten nutzbaren Bereich und einer l-ten Erschließungsstätte ausgebildet wird.
Im Sinne der so definierten Zuordnungen wird hierin eine Fluidverbindungsleitung allgemein als„nicht-zuordnungsgemäß erschließend" bezeichnet, wenn durch die
Fluidverbindungsleitung eine Fluidkommunikation zwischen einem l-ten nutzbaren Bereich und einer m-ten Erschließungsstätte ausgebildet wird, wobei die Zählindices I und m verschieden sind, d.h. dass gilt: I <> m.
Ferner wird hierin eine Fluidverbindungsleitung allgemein als„vernetzend" bezeichnet, wenn durch die Fluidverbindungsleitung eine Fluidkommunikation zwischen einem l-ten nutzbaren Bereich und einem m-ten nutzbaren Bereich ausgebildet wird, wobei die Zählindices I und m verschieden sind, d.h. dass gilt: I <> m.
Einer Erschließungsstätte ist allgemein noch dadurch gekennzeichnet, dass hierin eine Wärmetauscheinrichtung oder eine Verbindungseinrichtung angeordnet ist.
Unter einer Wärmetauscheinrichtung kann eine Einrichtung verstanden werden, die eine Wärmeenergie-Entzugsfunktion aufweist. Mittels der Wärmeenergie-Entzugsfunktion kann die in dem Wärmetauschfluid enthaltene Wärmeenergie entzogen werden und in geeigneter Form zum Energiekonsum bereitgestellt werden, etwa innerhalb eines Systems zum Produzieren von geothermischer Energie aus einem zuströmenden Wärmetauschfluid, das in einem die vorgenannte zuordnend erschließende Fluidverbindungsleitung umfassenden
Wärmetauschfluidkreislaufsystem umgepumpt wird. Ferner kann die Wärmetauscheinrichtung eine Rückführungs-Funktion aufweisen, gemäß der ein, etwa durch einen Fluid-Einlass, einströmendes Wärmetauschfluid nach dem Wärmeentzug, etwa aus einem Fluid-Auslass, heraus in eine Injektionsleitung verdrückt bzw. reinjektiert wird und/oder einströmendes
Wärmetauschfluid gefördert bzw. angesaugt wird. Konkret kann eine Wärmetauscheinrichtung etwa ein Stromkraftwerk, das die aus dem Wärmetauschfluid entzogene Wärmeenergie in eine elektrische Spannung und einen elektrischen Strom transformiert, oder eine
Wärmetauscheinrichtung, die die aus dem Wärmetauschfluid entzogene Wärmeenergie überträgt in ein Wärmetransportfluid, das in einem sekundären Fluidkreislaufsystem, wie etwa einem Fernwärmeübertragungsnetzwerk, von der Wärmetauscheinrichtung zu einer Vielzahl von an das Netzwerk angeschlossenen Wärmeenergie-Konsumenten und zurück zu der Wärmetauscheinrichtung umgepumpt wird, sein.
Unter einer Verbindungseinrichtung wird hierin eine Einrichtung verstanden, die eine Rückführungs-Funktion aufweist, gemäß der ein, etwa durch einen Fluid-Einlass,
einströmendes Wärmetauschfluid nach dem Wärmeentzug, etwa aus einem Fluid-Auslass, heraus in eine Injektionsleitung verdrückt bzw. reinjektiert wird und/oder einströmendes
Wärmetauschfluid gefördert bzw. angesaugt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Verbindungseinrichtung die Wärmeenergie-Entzugsfunktion einer Wärmetauscheinrichtung aufweisen, gemäß der im Betrieb des Systems aus einem zuströmenden Wärmetauschfluid, das in einem die vorgenannte zuordnend erschließende Fluidverbindungsleitung umfassenden Wärmetauschfluidkreislaufsystem umgepumpt wird, die in dem Wärmetauschfluid enthaltene Wärmeenergie entzogen wird und in geeigneter Form zum Energiekonsum bereitgestellt wird.
Mindestens eine Verbindungseinrichtung und/oder die Wärmetauscheinrichtung können eine Solarenergiekollektoreinrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, Solarenergie zwischenzuspeichern und an das in dem Kreislaufsystem umströmende Wärmetauschfluid zu übertragen.
Als ein erster, mit der Erfindung erzielbarer Vorteil ist folgendes anzumerken. Weil das System den ersten nutzbaren Bereich mit dem zweiten nutzbaren Bereich verbindet bzw.
vernetzt und geothermische Energie somit simultan aus beiden nutzbaren Bereichen fördert, ist die Wärmeeffizienz größer als wenn geothermische Energie - wie bisher üblich - aus nur einem nutzbaren Bereich gefördert wird. Dies ist zurückzuführen auf die begrenzte Effizienz und Genauigkeit von Stimulierungsverfahren, die in manchen Fällen eine Ausbreitungslänge von etwa 200 m bis 300 m erreichen, und deren Richtung für lange Abstände von der Verrohrung kaum kontrollierbar ist. Aus diesem Grund sind eher kleinere nutzbare Bereiche und bei künstlicher Stimulierung eher kürzere Risse zu bevorzugen. Durch die Auswahl von hermetisch durch umhüllende geologische Formationen abgegrenzte nutzbare Bereiche kann das Risiko von Wasserverlusten (englischer Fachbegriff: water flooding), die größte HDR (Hot Dry Rock) Projekte zum Scheitern bringen, verringert werden.
Ein durch die Erfindung erzielbarer, zweiter Vorteil ist, dass ein Produktionszeitraum zum Fördern von geothermischer Energie (d.h. der Zeitraum, bis eine etwaige Regeneration des nutzbaren Bereichs erforderlich ist) verlängert werden oder gar eine dauerhafte Förderung erzielt werden kann. Als Hintergrund ist hierzu folgender Effekt anzumerken. Wenn einem nutzbaren Bereich von dem Förderungssystem schneller (bzw. pro Zeiteinheit mehr)
Wärmenergie entzogen wird, als dem nutzbaren Bereich aus dem Erdinneren zufließt, dann erniedrigt sich die Temperatur in dem nutzbaren Bereich mehr und mehr. Dies kann so weit gehen, dass die Temperatur nicht mehr ausreicht für eine technisch erzielbare Transformation in Energie für den Energiekonsum bzw. für einen wirtschaftlich rentablen Betrieb der
Wärmetauscheinrichtung an der Erschließungsstätte. In einem solchen Fall muss die Förderung von Wärmeenergie aus dem nutzbaren Bereich gestoppt werden und dem nutzbaren Bereich Zeit zum Regenieren, d.h. zum Aufnehmen von aus dem Erdinneren zufließender, neuer geothermischer Energie, gegeben werden. Während einer solchen Regenerierung erhöht (erholt) sich die Temperatur und kann sich bei hinreichender Regenerationszeit der
ursprünglichen Temperatur vor der Erschließung wieder annähern. Dieser Effekt ist bekannt. Die für die Regeneration erforderliche Zeit stellt für den Betreiber des Förderungssystems eine Ausfallzeit dar. Weil nun von der einen Erschließungsstätte aus zwei nutzbare Bereiche erschlossen werden, kann ein Förderbetrieb so eingerichtet werden, dass - bei vergleichbarer geförderter Wärmeenergie pro Zeiteinheit - der Wärmeentzug für jeden der beiden nutzbaren Bereiche kleiner ist als wenn - wie herkömmlich - diese Wärmeenergie pro Zeiteinheit aus nur einem nutzbaren Bereich gefördert würde. So wird ermöglicht, den Produktionszeitraum zum Fördern von geothermischer Energie (d.h. den Zeitraum, bis eine etwaige Regeneration des nutzbaren Bereichs erforderlich ist) zu verlängern oder gar eine dauerhafte Förderung zu erzielen.
Ein dritter Vorteil ergibt sich daraus, dass zumindest die vernetzende
Fluidverbindungsleitung in dem Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten nutzbaren Bereich durch Formationen verläuft, wo aufgrund ihrer Tiefe unter der Erdoberfläche ähnliche Temperaturen herrschen wie in den nutzbaren Bereichen. Dadurch kann in dem Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten nutzbaren Bereich eine Wärmeenergieübertragung in das durchströmende Wärmetauschfluid zusätzlich zu der Wärmeenergieübertragung in dem ersten und dem zweiten nutzbaren Bereich erfolgen. Mit anderen Worten, es wird auch geothermische Energie aus den Formationen, die zwischen den nutzbaren Bereichen angeordnet sind, erschlossen. Die Erschließung der geothermischen Energie aus den
Formationen zwischen den nutzbaren Bereichen erfolgt jedoch nicht mit der gleichen
Wärmeenergie-Übertragungseffizienz wie in den nutzbaren Bereichen, wo das
Wärmetauschfluid in direkten Kontakt mit dem Gestein in geologischer Formation kommt. Dies, weil das Wärmetauschfluid zwischen den nutzbaren Bereichen in einer Leitung geführt wird und nicht in direkten Kontakt mit dem Gestein kommt, und weil die Kontaktoberfläche pro
Volumeneinheit niedriger ist als in den nutzbaren Bereichen.
Das System kann eine an der ersten Erschließungsstätte bereitgestellte
Wärmetauscheinrichtung mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass umfassen. Dabei kann die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung an dem Fluideinlass und die erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung an dem Fluidauslass angeschlossen sein.
Die Wärmetauscheinrichtung weist eine Funktion auf, einem im Betrieb des System in dem Wärmetauschfluidkreislaufsystem umströmenden Wärmetauschfluid Wärmeenergie zu entziehen und in geeigneter Form zum Energiekonsum bereitzustellen. Ferner ist die
Wärmetauscheinrichtung dazu ausgebildet, durch ihren Fluid-Einlass einströmendes
Wärmetauschfluid nach dem Wärmeentzug aus ihrem Fluid-Auslass heraus zu verdrücken bzw. zu reinjektieren. Dazu kann die Wärmetauscheinrichtung eine erste geeignet ausgebildete Pumpe (eine Injektionspumpe) zum Verdrücken des Wärmetauschfluids durch den Fluid- Auslass in die daran angeschlossene nicht-zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung umfassen. Letztere wird dadurch als Injektionsleitung betrieben. Der zweite nutzbare Bereich kann unmittelbar oder mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich vernetzt sein. Diese beiden alternativen Ausführungsformen ermöglichen eine entsprechende erste und zweite Gruppe von
Weiterentwicklungen.
Der zweite oder ein jeweiliger weiterer nutzbarer Bereich können unmittelbar mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich vernetzt sein, wozu das System ferner eine erste oder eine jeweilige weitere vernetzende Fluidverbindungsleitung, die zwischen dem zweiten oder dem jeweiligen weiteren nutzbaren Bereich und dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet ist, umfassen kann.
Die erste nicht-zuordnungsgemäße erschließende Fluidverbindungsleitung, der zweite nutzbare Bereich, die erste vernetzende Fluidverbindungsleitung, der erste nutzbare Bereich und die erste zuordnungsgemäße erschließende Fluidverbindungsleitung können ein im Wesentlichen druckdichtes Verbindungsleitungssystem ausbilden.
Die erste nicht-zuordnungsgemäße erschließende Fluidverbindungsleitung, der zweite nutzbare Bereich, die erste vernetzende Fluidverbindungsleitung, der erste nutzbare Bereich, die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung und die
Wärmetauscheinrichtung können ein im Wesentlichen geschlossenes
Wärmetauschfluidkreislaufsystem für ein darin im Betrieb des Systems umströmendes
Wärmetauschfluid ausbilden. Vorzugsweise ist das Wärmetauschfluidkreislaufsystem druckdicht. Weil das Kreislaufsystem geschlossen ist, ist ein Verlust des Wärmetauschfluids mit zunehmender Betriebsdauer (bei einer entsprechenden Auswahl einer geeigneten geologischen Formation) gering bis kaum oder nicht vorhanden.
In Weiterführung des erfinderischen Gedankens ist es auch möglich, von einer
Erschließungsstätte aus nicht nur zwei, sondern auch drei oder mehr nutzbare Bereiche zu erschließen. Dazu werden im Folgenden mehrere geeignete Ausführungsformen beschrieben.
Der zweite und jeder weitere nutzbare Bereich können unmittelbar mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich vernetzt sein. Bei der unmittelbaren Vernetzung bzw. Vernetzungen kann das System insgesamt m nutzbare Bereiche umfassen, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt. Ferner können der zweite und jeder weitere m-te nutzbare Bereiche jeweils unmittelbar mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich vernetzt sein. Dadurch kann eine sogenannt parallele und unmittelbare Vernetzung von m nutzbaren Bereichen mit dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet werden.
In der Ausführungsform, in der das System zur unmittelbaren Vernetzung des zweiten nutzbaren Bereichs die erste vernetzende Fluidverbindungsleitung umfasst, die zwischen dem zweiten und dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet ist, kann das System zur unmittelbaren Vernetzung eines jeden der weiteren m nutzbaren Bereiche eine (m-1 )-te vernetzende Fluidverbindungsleitung, die zwischen dem m-ten nutzbaren Bereich und dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet ist, umfassen.
Die erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung kann einen ersten Abschnitt aufweisen, der von der ersten Erschließungsstätte ausgeht und sich bis in eine Zone in der Tiefe erstreckt, wobei die Zone durch einen vorbestimmten Maximalabstand von dem ersten nutzbaren Bereich begrenzt ist und folglich um den ersten nutzbaren Bereich herum angeordnet ist. Ein sich an den ersten Abschnitt anschließender, zweiter Abschnitt der ersten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung kann dann aus der Zone in relativ geringem Abstand zu der ersten vernetzenden Fluidverbindungsleitung und durch die gleiche Formationen wie letztere zu dem zweiten nutzbaren Bereich geführt werden. Auf diese Weise können sowohl die erste als auch die zweite zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung (in ihrem zweiten Abschnitt) als auch die vernetzenden
Fluidverbindungsleitungen geothermische Energie aus Formationen zwischen dem ersten und zweiten nutzbaren Bereich aufnehmen.
Entsprechend kann auch die zweite nicht-zuordnungsgemäße Fluidverbindungsleitung einen ersten Abschnitt aufweisen, der von der zweiten Erschließungsstätte ausgeht und sich bis in eine zweite Zone in der Tiefe erstreckt, wobei die zweite Zone durch einen vorbestimmten zweiten Maximalabstand von dem zweiten nutzbaren Bereich begrenzt ist. Ein sich an den ersten Abschnitt anschließender, zweiter Abschnitt der zweiten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung kann dann aus der zweiten Zone in relativ geringem Abstand zu der zweiten vernetzenden Fluidverbindungsleitung und durch die gleiche
Formationen wie letztere zu dem ersten nutzbaren Bereich geführt werden.
Auf diese Weise können sowohl die erste als auch die zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung zumindest in ihren jeweiligen zweiten Abschnitten (ab der ersten bzw. zweiten Zone) geothermische Energie aus Formationen zwischen dem ersten und zweiten nutzbaren Bereich aufnehmen.
Vorzugsweise können dabei jeweils zwei oder mehr der m-1 vernetzenden
Fluidverbindungsleitung einen gemeinsamen Leitungsabschnitt umfassen. In dieser
Ausführungsform kann ein Ende des gemeinsamen Leitungsabschnitts in den ersten nutzbaren Bereich münden. Dem zweiten und dritten nutzbaren Bereich kann ein Bohr-Anfangspunkt (in der englischen Fachsprache: spud point) zugeordnet sein, und von dem Bohr-Anfangspunkt kann eine Erschließungsbohrung mit einem Endabschnitt ausgehen, der in einer vorbestimmten, den zweiten und dritten nutzbaren Bereich enthaltenden, dreidimensionalen, kugelförmigen Untergrundzone enthalten ist. Dabei können der zweite und dritte nutzbare Bereich als ein Cluster angesehen werden, der vollständig innerhalb einer kugelförmigen Umgrenzung angeordnet ist, wobei diese Umgrenzung einen Zentrumspunkt und einen vorbestimmten Maximalradius aufweist, wobei der Maximalradius so gewählt ist, dass die Umgrenzung den zweiten und den dritten nutzbaren Bereich vollständig enthält. Die Erschließungsbohrung kann einen innerhalb dieser Untergrundzone angeordneten Abzweigabschnitt aufweisen. Von dem Abzweigabschnitt ausgehend können jeweils eine erste, zweite und dritte verrohrte
Abzweigbohrung ausgebildet sein, wobei die zweite bzw. dritte Abzweigbohrung jeweils einen oder mehrere bis in den zweiten bzw. dritten nutzbaren Bereich hineingetriebene Endabschnitte und die erste Abzweigbohrung einen oder mehrere bis in den ersten nutzbaren Bereich hineingetriebenen Endabschnitte aufweist. In dieser Ausführungsform umfasst die erste vernetzende Fluidverbindungsleitung, die sich vom zweiten bis in den ersten nutzbaren Bereich erstreckt, die zweite verrohrte Abzweigbohrung, den Abzweigabschnitt und die erste verrohrte Abzweigbohrung, wohingegen die zweite vernetzende Fluidverbindungsleitung, die sich vom dritten bis in den ersten nutzbaren Bereich erstreckt, die dritte verrohrte Abzweigbohrung, den Abzweigabschnitt und die erste verrohrte Abzweigbohrung umfasst. Auf diese Weise ist auch ein dritter nutzbarer Bereich von einer (hier z.B. der ersten) Erschließungsstätte aus
erschließbar.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, in der von einem dem Cluster mit dem zweiten und dritten nutzbaren Bereich zugeordneten Bohranfangspunkt eine
Erschließungsbohrung mit einem in dem kugelförmigen Endabschnitt angeordneten
Endabschnitt ausgeht, kann dahingehend erweitert werden, dass von dem Bohranfangspunkt aus nicht nur zwei (der zweite und dritte) sondern noch mehr (prinzipiell viele) nutzbare
Bereiche erschlossen werden können. Eine Begrenzung der Anzahl der erschließbaren nutzbaren Bereiche ist gegeben durch eine Begrenzung der Anzahl von Abzweigbohrungen, die aus der (einen) Erschließungsbohrung heraus hergestellt werden können. Diese Anzahl kann jedoch wiederum dadurch erhöht werden, dass aus einer Abzweigbohrung oder mehreren der von der Erschließungsbohrung heraus hergestellten Abzweigbohrungen noch weitere
Abzweigbohrungen hergestellt werden, usw..
Um von einer Erschließungsstätte aus nicht nur zwei, sondern auch drei oder mehr nutzbare Bereiche zu erschließen, werden im folgenden noch weitere geeignete
Ausführungsformen beschrieben.
Der zweite und jeder weitere nutzbare Bereich können mittelbar mit der ersten
Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich vernetzt sein. Bei der mittelbaren Vernetzung bzw. den mittelbaren Vernetzungen kann das System insgesamt m nutzbare Bereiche umfassen, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt. Ferner kann das System folgendes umfassen: insgesamt m vorbestimmte Erschließungsstätten, wobei die zweite bis m- te Erschließungsstätte dem zweiten bis m-ten nutzbaren Bereich zugeordnet sind, insgesamt m-1 weitere, zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitungen, die jeweils zwischen der zweiten bzw. m-ten Erschließungsstätte und dem zweiten bzw. m-ten nutzbaren Bereich ausgebildet sind, insgesamt m weitere, nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitungen, die zwischen der jeweiligen m-ten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet ist. Die zwischen der m-ten Erschließungsstätte und dem m-ten nutzbaren Bereich ausgebildete, zugeordnet erschließende Fluidverbindungsleitung ermöglicht einerseits, dass der m-te nutzbare Bereich mit weniger Bohr- und
Verrohrungsaufwand erschlossen werden kann, als wenn der m-te nutzbare Bereich von der ersten Erschließungsstätte ausgehend erschlosssen werden würde, und andererseits, dass der m-te nutzbare Bereich leichter und kostengünstiger, etwa durch hydraulisch induzierte
Rissbildung (Englisch: hydraulic fracturing), stimuliert werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform eines Systems, in der mindestens ein zweiter nutzbare Bereich (d.h. m=2) mittelbar mit dem ersten nutzbaren Bereich und der ersten
Erschließungsstätte vernetzt ist, können die erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung, der zweite nutzbare Bereich, die zweite zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitung, die zweite Erschließungsstätte, die zweite nicht- zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung, der erste nutzbare Bereich und die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung ein im Wesentlichen
druckdichtes Verbindungsleitungssystem ausbilden. Eine derartige mittelbare Leitungsführung wird im Folgenden auch als kreuzvernetzende Anordnung von Fluidverbindungsleitung bezeichnet.
In diesem System kann eine an der zweiten Erschließungsstätte bereitgestellte
Verbindungseinrichtung eine Fluideinlass und einen Fluidauslass umfassen. Dabei können die zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung an dem Fluideinlass und die zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung an dem Fluidauslass angeschlossen sein.
In diesem System können die erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung, der zweite nutzbare Bereich, die zweite zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitung, die Verbindungseinrichtung, die zweite nicht- zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung, der erste nutzbare Bereich, die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung und die Wärmetauscheinrichtung ein im Wesentlichen geschlossenes, geschlossenes Wärmetauschfluidkreislaufsystem für ein darin im Betrieb des Systems umströmendes Wärmetauschfluid ausbilden. Das
Wärmetauschfluidkreislaufsystem kann druckdicht sein. Da das Kreislaufsystem geschlossen ist, ist ein Verlust des Wärmetauschfluids mit zunehmender Betriebsdauer gering, bzw. kaum oder nicht vorhanden.
Die Anordnung mit zwei nutzbaren Bereichen und zwei Erschließungsstätten, wobei die erste Erschließungsstätte über die erste zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung mit dem ersten nutzbaren Bereich und über die erste nicht- zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung mit dem zweiten nutzbaren Bereich in Fluidkommunikation ist, und wobei die zweite Erschließungsstätte über die zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung mit dem zweiten nutzbaren Bereich und über die zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung mit dem ersten nutzbaren Bereich in Fluidkommunikation ist, wird hierin auch kreuzvernetzende
Anordnung von Fluidverbindungsleitung genannt.
Durch die kreuzvernetzende Anordnung und die damit erzielbare, gekoppelte und gleichzeitige Erschließung von zwei nutzbaren Bereichen werden dieselben Vorteile erzielt wie der oben bezüglich der Erfindung erwähnte erste (größere Wärmeenergie-Effizienz) und zweite (verlängerte Produktionsdauer) Vorteil.
In der Ausführungsform, in der der zweite nutzbare Bereich mittelbar mit der ersten
Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich vernetzt ist, kann das System ferner mindestens einen weiteren dritten oder noch weitere (insgesamt: m) nutzbare Bereiche umfassen, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt. Ferner können der zweite und jeder weitere m-te nutzbare Bereiche jeweils mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich vernetzt sein. Dadurch wird eine sogenannte parallele und mittelbare Vernetzung von m nutzbaren Bereichen mit dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet. Auf diese Weise sind auch ein dritter Bereich und weitere nutzbare Bereiche von einer (hier z.B. der ersten) Erschließungsstätte aus erschließbar.
Zur parallelen und mittelbaren Vernetzung von m nutzbaren Bereichen mit dem ersten nutzbaren Bereich kann das System ferner folgendes umfassen: eine vorbestimmte zweite, dritte oder mehr (insgesamt: m) Erschließungsstätten, wobei jede der zweiten, dritten oder weitere Erschließungsstätte jeweils dem zweiten, dritten oder m-ten nutzbaren Bereich zugeordnet ist, eine zweite, dritte oder mehrere (insgesamt: m) zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitungen, die zwischen der jeweiligen zweiten, dritten oder m- ten Erschließungsstätte und dem zweiten, dritten oder m-ten nutzbaren Bereich ausgebildet sind, und eine zweite, dritte oder mehrere (insgesamt: m) nicht-zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitungen, die zwischen der zweiten, dritten oder m-ten
Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet sind.
In einer Ausführungsform, in der zweite nutzbare Bereich mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich vernetzt ist, kann das System mindestens einen weiteren dritten oder noch weitere (insgesamt: m) nutzbare Bereiche, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt, und mindestens eine vorbestimmte zweite oder dritte Erschließungsstätte oder noch weitere (insgesamt: m) Erschließungsstätten umfassen. Dabei ist jeder der m Erschließungsstätten ein nutzbarer Bereich zugeordnet, und jedem nutzbaren Bereiche und jeder Erschließungsstätte ist eine, die jeweilige Zuordnung kennzeichnende
Ordnungszahl n zugeordnet, wobei n eine natürlich Zahl ist und 2 < n < m gilt. Zusätzlich zu der ersten (n = 1 ) zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung, kann das System mindestens eine zweite oder eine dritte Fluidverbindungsleitung oder noch weitere (insgesamt: m) zugeordnet erschließende Fluidverbindungsleitungen umfassen. Dabei kann die n-te zugeordnet erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen der n-ten Erschließungsstätte und dem (n+1 )-ten nutzbaren Bereich ausgebildet und die m-te zugeordnet erschließende
Fluidverbindungsleitung zwischen der m-ten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet sein. Dadurch wird eine sogenannte ringförmig-serielle Vernetzung von m nutzbaren Bereichen ausgebildet.
In den Ausführungsformen mit paralleler und mittelbarer Vernetzung von 2 oder m nutzbaren Bereichen mit dem ersten nutzbaren Bereich oder mit ringförmig-seriellen
Vernetzungen von m nutzbaren Bereichen (3 < n) kann für mindestens einen ausgewählten nutzbaren Bereich aus der aus dem ersten bis m-ten nutzbaren Bereich gebildeten Gruppe und der diesem ausgewählten nutzbaren Bereich zugeordneten Erschließungsstätte gelten:
(i) mit diesem ausgewählten nutzbaren Bereich und der diesem Bereich zugeordneten Erschließungsstätte sind zwei oder mehr noch weitere nutzbare Bereiche, die in dem System zusätzlich zu den m nutzbaren Bereiche umfasst sind, parallel und mittelbar oder parallel und unmittelbar vernetzt, oder
(ii) dieser ausgewählte nutzbare Bereich und die diesem Bereich zugeordnete
Erschließungsstätte sind eingebunden in eine ringförmig-serielle Vernetzung von zwei oder mehr noch weiteren nutzbaren Bereichen, die in dem System zusätzlich zu den m nutzbaren Bereiche umfasst sind.
Für die zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen kann eine der folgenden Ausführungsformen verwirklicht sein: (i) mindestens eine der zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen umfasst eine von der jeweiligen Erschließungsstätte ausgehend im Wesentlichen vertikal in die Tiefe bis in den zugeordneten nutzbaren Bereich hinein
ausgebildete, verrohrte Primärbohrung, oder (ii) mindestens eine der zugeordnet
erschließenden Fluidverbindungsleitungen umfasst eine von der jeweiligen Erschließungsstätte ausgehende und im Wesentlichen durchgängig bis in den zugeordneten nutzbaren Bereich hinein ausgebildete, verrohrte Horizontalbohrung.
Für die nicht-zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen kann eine der folgenden Ausführungsformen (a) oder (b) verwirklicht sein.
(a) Mindestens eine der nicht-zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen umfasst eine verrohrte Bohrung, die in einem von der jeweiligen Erschließungsstätte ausgehenden, ersten Abschnitt als Primärbohrung und in einem sich an den ersten Abschnitt anschließenden, zweiten Bereich als Sekundärbohrung in der Form von einer oder mehreren Horizontalbohrungen mit jeweils einem Endabschnitt, der sich bis in den zu erschließenden nutzbaren Bereich hinein erstreckt, oder (b) mindestens eine der nicht zugeordnet
erschließenden Fluidverbindungsleitungen umfasst eine von der jeweiligen Erschließungsstätte ausgehende und im Wesentlichen durchgängig bis in den jeweilig zu erschließenden, zugeordneten nutzbaren Bereich hinein ausgebildete, verrohrte Horizontalbohrung.
In der Ausführungsform (a) können 6 bis 12 Horizontalbohrungen ausgebildet sein. Ferner kann die mindestens eine vernetzende Fluidverbindungsleitung, die zwischen einem i- ten nutzbaren Bereich und einem j-ten nutzbaren Bereich ausgebildet ist, mindestens eine oder mehrere, von dem i-ten nutzbaren Bereich ausgehende und im Wesentlichen durchgängig bis in einen j-ten nutzbaren Bereich hinein ausgebildete, verrohrte Horizontalbohrung(en) umfassen, die jeweils einen im i-ten nutzbaren Bereich angeordneten Anfangsabschnitt und einen im j-ten nutzbaren Bereich angeordneten Endabschnitt aufweist bzw. aufweisen. Dabei sind i, j, m und n natürliche Zahlen mit i <> j und i, j < m, wobei m = n - 1 die Anzahl der vernetzenden
Fluidverbindungsleitungen und n die Anzahl der nutzbaren Bereiche ist. Die Anzahl der verrohrten Horizontalbohrungen kann 6 bis 12 betragen. Auf diese Weise kann mit dem jeweiligen zweiten Abschnitt geothermischer Energie aus dem Bereich zwischen dem i-ten und dem j-ten nutzbaren Bereich erschlossen werden.
Eine jeweilige nicht-zugeordnete Fluidverbindungsleitung, die zwischen einer i-ten
Erschließungsstätte und einem nicht der i-ten, sondern einer j-ten Erschließungsstätte zugeordneten nutzbaren Bereich ausgebildet ist, kann einen ersten Abschnitt umfassen, der von der i-ten Erschließungsstätte ausgeht und sich bis zu einem Verzweigungspunkt erstreckt. Der Verzweigungspunkt kann in einer unterirdischen, dreidimensionalen, kugelförmigen Zone angeordnet sein, wobei die Zone durch einen von einem Zentrumspunkt des i-ten nutzbaren Bereichs etwa innerhalb einer durch einen vorbestimmten Maximalabstand von dem i-ten nutzbaren Bereich begrenzten, und sich um den i-ten nutzbaren Bereich erstreckenden Zone angeordnet sein. Die nicht-zugeordnete Fluidverbindungsleitung kann dann von dem
Verzweigungspunkt in relativ geringem Abstand zu jeweiligen vernetzenden
Fluidverbindungsleitungen, die zwischen dem i-ten und dem j-ten nutzbaren Bereich und durch gleiche geologische Formationen mit geothermischer Energie wie die vernetzenden
Fluidverbindungsleitung geführt werden. Auf diese Weise können sowohl die nicht-zugeordnet erschließende Fluidverbindungsleitung (in ihren Abschnitten ab dem Verzweigungspunkt) als auch die vernetzenden Fluidverbindungsleitungen geothermische Energie aus den
geologischen Formationen zwischen dem i-ten und dem j-ten nutzbaren Bereich aufnehmen.
Eine von einem i-ten nutzbaren Bereich ausgehende, vernetzende
Fluidverbindungsleitung und zumindest der zweite Abschnitt einer von einer i-ten
Erschließungsstätte ausgehende, nicht-zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung kann jeweils als eine Vielzahl von verrohrten Dünnbohrungen (Englisch: slim-hole oder coiled tubing), die in einem in dem unterirdischen dreidimensionalen Gebiet zwischen dem i-ten und dem j-ten nutzbaren Bereich im Wesentlichen parallel zueinander und um einen geeignet gewählten (in horizontaler Richtung gemessenen) Mindestabstand voneinander beabstandet geführt sind, ausgeführt sein. Durch die parallele und beabstandete Führung der verrohrten Dünnbohrungen wird eine relativ große horizontale Fläche in den Formationen in dem unterirdischen dreidimensionalen Gebiet zwischen dem i-ten und dem j-ten nutzbaren Bereich überspannt und entsprechend mehr geothermische Energie aus diesen Gebiet erschlossen.
Eine jeweilige nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung kann als
Injektionsleitung ausgebildet sein. Ferner kann sie und eine oder mehr verrohrte Bohrungen, Horizontalbohrungen oder Dünnbohrungen (Englisch: slim hole oder coiled tubing) umfassen.
Alternativ dazu kann eine jeweilige nicht-zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung zwischen einem i-ten nutzbaren Bereich und einer j-ten
Erschließungsstätte (wobei i und j natürliche Zahlen bzw. ein Zählindex sind und wobei gilt: i <> j) mit einem von der j-ten Erschließungsstätte ausgehenden ersten Abschnitt und einem sich an den ersten Abschnitt anschließenden, zweiten Abschnitt ausgebildet sein, wobei der zweite Abschnitt einen Endabschnitt aufweist, der sich den i-ten nutzbaren Bereich befindet. Der Abschnitt der Leitung, wo der zweite Abschnitt an dem ersten Abschnitt ansetzt, kann in einer dreidimensionalen Zone, die den der j-ten Erschließungsstätte zugeordneten, j-ten nutzbaren Bereich enthält, und deren Umgrenzung durch einen vorbestimmten Maximalabstand von dem j-ten nutzbaren Bereich definiert ist, angeordnet sein.
Noch alternativ dazu kann eine jeweilige nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung im Wesentlichen durchgängig als Horizontalbohrung oder als zwei oder mehr Dünnbohrungen ausgebildet sein. Zusätzlich kann die Horizontalbohrung einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, wie vorstehend definiert, und wobei der Abschnitt der Leitung, bei welchem der zweite Abschnitt an dem ersten Abschnitt ansetzt, in einer dreidimensionalen Zone, die den der j-ten Erschließungsstätte zugeordneten, j-ten nutzbaren Bereich enthält, und deren Umgrenzung durch einen vorbestimmten Maximalabstand von dem j-ten nutzbaren Bereich definiert ist, angeordnet sein kann.
In einer noch weiteren Alternative kann eine jeweilige nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung im ersten Abschnitt als eine Primärbohrung und im zweiten Abschnitt als mindestens eine Sekundärbohrung ausgebildet sein, wobei die
Sekundärbohrung in einem innerhalb der n-ten Zone angeordneten Abzweigbereich von der Primärbohrung abzweigt. Dabei kann ein Abzweigabschnitt in einer dreidimensionalen Zone, die den der j-ten Erschließungsstätte zugeordneten, j-ten nutzbaren Bereich enthält, und deren Umgrenzung durch einen vorbestimmten Maximalabstand von dem j-ten nutzbaren Bereich definiert ist, angeordnet sein.
Eine jeweilige Sekundärbohrung kann als Dünnbohrung ausgebildet sein.
Wenn mehrere nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen über einen wesentlichen Teil des horizontalen Abstands zwischen zwei nutzbaren Bereichen im Wesentlichen parallel zueinander und um einen geeignet gewählten Minimalabstand beabstandet voneinander geführt werden, kann, wie bereits oben erwähnt, aus den zwischen den beiden nutzbaren Bereichen angeordneten Formationen geothermische Energie erschlossen werden.
In dem System kann mindestens eine der nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen als eine verrohrte Horizontalbohrung oder mehrere verrohrte Horizontalbohrungen oder Dünnbohrungen ausgeführt sein.
Die erste nicht-zuordnungsgemäße Fluidverbindungsleitung kann einen ersten Abschnitt aufweisen, der von der ersten Erschließungsstätte ausgeht und sich bis in eine Zone in der Tiefe erstreckt, wobei die Zone durch einen vorbestimmten Maximalabstand von dem ersten nutzbaren Bereich begrenzt ist und folglich um den der ersten Erschließungsstätte
zugeordneten ersten nutzbaren Bereich herum angeordnet ist. Ein sich an den ersten Abschnitt anschließender, zweiter Abschnitt der ersten nicht-zuordnungsgemäßen
Fluidverbindungsleitung kann als eine oder mehrere Horizontalbohrung(en) ausgeführt sein, die zwischen der Zone zu dem zweiten nutzbaren Bereich geführt wird bzw. werden.
Entsprechend kann auch zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung einen ersten Abschnitt aufweisen, der von der zweiten
Erschließungsstätte ausgeht und sich bis in eine Zone in der Tiefe erstreckt, wobei die Zone durch einen vorbestimmten Maximalabstand von dem zweiten nutzbaren Bereich begrenzt ist und folglich um den der zweiten Erschließungsstätte zugeordneten zweiten nutzbaren Bereich herum angeordnet ist. Ein sich an den ersten Abschnitt anschließender, zweiter Abschnitt der zweiten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung kann dann aus der zweiten Zone in relativ geringem Abstand zu der ersten vernetzenden Fluidverbindungsleitung und durch die gleiche Formationen wie letztere zu dem ersten nutzbaren Bereich geführt werden.
Auf diese Weise können sowohl die erste als auch die zweite nicht-zuordnungsgemäße
Fluidverbindungsleitung zumindest in ihren jeweiligen zweiten Abschnitten (ab der ersten bzw. zweiten Zone) geothermische Energie aus den geologischen Formationen zwischen dem ersten und zweiten nutzbaren Bereich aufnehmen.
Mindestens der erste nutzbare Bereich kann einer der folgenden sein: (i) ein natürlich vorhandener, permeabler Bereich in einer bestimmten geologischen Formation mit
geothermischer Energie, welcher Bereich im Wesentlichen hermetisch von impermeablen Formation umschlossen ist, (ii) ein durch einen Stimulationsprozess, insbesondere hydraulisch induzierte Rissbildung (in englischer Fachsprache:„hydraulic fracturing") erzeugter permeabler Bereich in einer bestimmten, im natürlichen Zustand impermeablen geologischen Formation mit geothermischer Energie, oder (iii) ein Bereich mit einer im natürlichen Zustand geringen
Permeabilität, der durch hydraulisch induzierte Rissbildung zusätzlich stimuliert worden ist und in dem die von einem Stimulationsausgangspunkt entfernten Spitzenbereiche der induzierten Risse durch Einbringen von dem hydraulisch wirkenden Gel hinzugefügten Additiven
(sogenannte Fluid-Loss-Additive) impermeabilisiert worden sind.
Mindestens ein anderer nutzbarer Bereich, beispielsweise der zweite nutzbare Bereich, kann einer der folgenden sein: (i) ein natürlich vorhandener, permeabler Bereich mit
geothermischer Energie in der gleichen oder einer anderen permeablen geologischen
Formation, welcher Bereich im Wesentlichen hermetisch von impermeablen Formation umschlossen ist, (ii) ein durch einen Stimulierungsprozess, insbesondere hydraulisch induzierte Rissbildung erzeugter permeabler Bereich in der gleichen oder in einer anderen geologischen permeablen Formation mit geothermischer Energie als der erste nutzbare Bereich, in einer im natürlichen Zustand impermeablen geologischen Formation, oder (iii) ein Bereich mit einer im natürlichen Zustand geringen Permeabilität in der gleichen oder einer anderen geologischen Formation, der durch hydraulisch induzierte Rissbildung zusätzlich stimuliert worden ist und in dem die von einem Stimulationsausgangspunkt entfernten Spitzenbereiche der induzierten Risse durch Einbringen von dem hydraulisch wirkenden Gel hinzugefügten Additiven
(sogenannte Fluid-Loss-Additive) impermeabilisiert worden sind.
In allen bisher beschriebenen Ausführungsformen kann eine jeweilige n-te
zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen der n-ten
Erschließungsstätte und dem n-ten nutzbaren Bereich eine verrohrte Produktionsbohrung oder eine verrohrte, von der n-ten Erschließungsstätte ausgehende Horizontalbohrung mit einem im Wesentlichen vertikalen Anfangsabschnitt, der einen n-ten nutzbaren Bereich angeordneten Endabschnitt aufweist (für jede Ordnungszahl n mit 1 < n < m), vorhanden sein.
Ferner kann eine jeweilige n-te nicht-zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung zwischen der n-ten Erschließungsstätte und dem j-ten nutzbaren Bereich einen ersten Abschnitt und einen sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt umfassen (für jede Ordnungszahl j und n, für die gilt: 1 < j, n < m und j <> n). Dabei kann sich der erste Abschnitt von der n-ten Erschließungsstätte bis in eine dem n-ten nutzbaren Bereich zugeordnete n-te Zone erstrecken, welche Zone durch einen für n-ten nutzbaren Bereich vorbestimmten Maximalabstand, der von einem Zentralpunkt in dem n-ten nutzbaren Bereich aus gemessen ist, begrenzt ist. Der zweite Abschnitt kann sich dann aus der n-ten Zone um den n-ten nutzbaren Bereich bis in den j-ten nutzbaren Bereich erstrecken.
Zum Lösen der Aufgabe, wie nach einem ersten Aspekt beansprucht, wird ein Verfahren zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie bereitgestellt. Das Verfahren zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie umfasst die folgenden Schritte: Identifizieren eines ersten unterirdischen, nutzbaren Bereich mit geothermischer Energie, Bestimmen einer vorbestimmten ersten Erschließungsstätte, die dem ersten nutzbaren Bereich zugeordnet ist, und Herstellen einer ersten zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung zwischen der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich. Es versteht sich, das Produzieren von Energie in diesem Zusammenhang als
Nutzbarmachung von geothermischer Energie zu verstehen ist und nicht den beiden
Hauptsätzen der Thermodynamik zuwiderläuft.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren ferner das Identifizieren von mindestens einem zweiten oder noch weiteren unterirdischen nutzbaren Bereiche mit geothermischer Energie, und das Herstellen einer ersten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung zwischen der ersten Erschließungsstätte und dem zweiten nutzbaren Bereich. Durch diese Verfahren schritte und auch die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte werden dieselben Vorteile erzielt wie oben für das erfindungsgemäße System zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie. Daher werden diese nicht wiederholt.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereich unmittelbar oder mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich.
An der ersten Erschließungsstätte kann eine Wärmetauscheinrichtung mit einem
Fluideinlass und einem Fluidauslass eingerichtet werden, die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung wird an dem Fluideinlass angeschlossen, und der erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung wird an dem Fluidauslass angeschlossen.
Das Verfahren kann ferner umfassen: unmittelbares Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereichs mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich, und Herstellen einer ersten vernetzenden Fluidverbindungsleitung zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich und dem ersten nutzbaren Bereich.
Das Verfahren kann ferner umfassen: mittelbares Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereichs mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich, Bestimmen einer zweiten Erschließungsstätte, die dem zweiten nutzbaren Bereich zugeordnet ist,
Herstellen einer zweiten zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung zwischen der zweiten Erschließungsstätte und dem zweiten nutzbaren Bereich, und
Herstellen einer zweiten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung zwischen der zweiten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich, und
dadurch Ausbilden einer sogenannt Doppelt-Kreuz-Vernetzung von zwei nutzbaren
Bereichen und zwei zugeordneten Erschließungsstätten.
Das Verfahren kann ferner umfassen: mittelbares Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereichs mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich,
Identifizieren von mindestens einem weiteren dritten oder noch weiteren (insgesamt: m) nutzbaren Bereichen, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt, und Vernetzen des zweiten und jedes weiteren m-ten nutzbaren Bereichs jeweils mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich und dadurch Ausbilden einer sogenannt parallelen und mittelbaren Vernetzung von m nutzbaren Bereichen mit dem ersten nutzbaren Bereich.
Das Verfahren kann ferner folgendes umfassen: mittelbares Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereichs mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich umfassen, Identifizieren von mindestens einem weiteren dritten oder noch weiteren (insgesamt: m) nutzbaren Bereichen, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt, Bestimmen von mindestens einer zweiten, dritten oder noch weiteren (insgesamt: m) Erschließungsstätten, Zuweisen von jeder der m Erschließungsstätten zu einem nutzbaren Bereich und Zuordnen an jeden nutzbaren Bereich und jede Erschließungsstätte von einer, die jeweilige Zuordnung kennzeichnenden Ordnungszahl n, wobei n eine natürlich Zahl ist und 2 < n < m gilt, und zusätzlich zu der ersten (n = 1 ) zugeordnet erschließenden
Fluidverbindungsleitung, Herstellen von mindestens einer zweiten, dritten oder noch weiteren (insgesamt: m) zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen, Ausbilden der n-ten zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung zwischen der n-ten
Erschließungsstätte und dem (n+1 )-ten nutzbaren Bereich und Ausbilden der m-ten zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung zwischen der m-ten
Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich, und dadurch Ausbilden einer sogenannt ringförmig-seriellen Vernetzung von m nutzbaren Bereichen.
Das Verfahren kann ferner folgendes umfassen: für mindestens einen ausgewählten nutzbaren Bereich aus der aus dem ersten bis m-ten nutzbaren Bereich gebildeten Gruppe und der diesem ausgewählten nutzbaren Bereich zugeordneten Erschließungsstätte:
(i) zusätzlich zu den m nutzbaren Bereichen, Identifizieren von zwei oder mehreren noch weiteren nutzbaren Bereichen, und entweder parallel und mittelbar oder parallel und unmittelbar Vernetzen dieses ausgewählten nutzbaren Bereichs und der diesem Bereich zugeordneten Erschließungsstätte, oder
(ii) zusätzlich zu den m nutzbaren Bereichen, Identifizieren von zwei oder mehreren noch weiteren nutzbaren Bereichen, und Einbinden dieses ausgewählten nutzbaren Bereichs und die diesem Bereich zugeordnete Erschließungsstätte in eine ringförmigserielle Vernetzung der zwei oder mehreren noch weiteren nutzbaren Bereichen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beispielhaft anhand der beigefügten Figuren dargestellt und in weiteren Einzelheiten beschrieben. Dabei gilt:
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer unmittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen von einer Erschließungsstätte ausgehend in einem
Horizontalschnitt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer unmittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen von einer Erschließungsstätte ausgehend in einem
Horizontalschnitt. Fig. 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform einer unmittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen von einer Erschließungsstätte ausgehend in einem
Horizontalschnitt.
Fig. 4 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform einer unmittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen von einer Erschließungsstätte ausgehend in einem
Horizontalschnitt.
Fig. 5 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer mittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen ausgehend von zwei Erschließungsstätten in einem Horizontalschnitt.
Fig. 6 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer mittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen ausgehend von zwei Erschließungsstätten in einem
Horizontalschnitt.
Fig. 7 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform einer mittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen ausgehend von zwei Erschließungsstätten in einem Horizontalschnitt.
Fig. 8 zeigt schematisch eine vierte, zu der ersten Ausführungsform der Fig. 5 vergleichbare Ausführungsform einer mittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen ausgehend von zwei Erschließungsstätten in einer virtuell drei-dimensionalen Darstellung.
Fig. 9 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform für die Ausgestaltung einer nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung im Bereich zwischen zwei nutzbaren Bereichen in einer vertikalen Aufsicht.
Fig. 10 zeigt schematisch eine fünfte, zu der zweiten Ausführungsform der Fig. 6 funktionell vergleichbare Ausführungsform einer Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen ausgehend von zwei Erschließungsstätten in einer Vertikalschnitt-Darstellung.
Fig. 1 1 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform für die Ausgestaltung einer nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung im Bereich zwischen zwei nutzbaren Bereich in einer vertikalen Aufsicht.
Fig. 12 zeigt schematisch die zweite Ausführungsform aus der Fig. 1 1 für die
Ausgestaltung einer nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung im
Bereich zwischen zwei nutzbaren Bereich in einer virtuell drei-dimensionalen Ansicht.
Fig. 13 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform Vernetzung von drei nutzbaren Bereichen in einer virtuell drei-dimensionalen Darstellung, wobei ein zweiter und ein dritter nutzbarer Bereich mittelbar und parallel zueinander mit einem ersten nutzbaren Bereich doppelt-kreuzvernetzt sind.
Fig. 14 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Vernetzung von drei nutzbaren Bereichen in einer virtuell drei-dimensionalen Darstellung, wobei ein erster, zweiter und dritter nutzbarer Bereich ringförmig seriell hintereinander vernetzt sind.
Fig. 15 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Vernetzung von drei nutzbaren Bereichen, wobei ein zweiter und ein dritter nutzbarer Bereich parallel zueinander und unmittelbar unter Verwendung von zwei vernetzenden Fluidverbindungsleitungen mit einem gemeinsamen Leitungsabschnitt mit einem ersten nutzbaren Bereich und einer gemeinsamen Erschließungsstätte vernetzt und dazu von einer zweiten Erschließungsstätte
(Bohranfangsstelle) aus unter Benutzung einer Erschließungsbohrung angeschlossen sind.
Fig. 16 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer sternartigen Vernetzung von drei
Clustern mit jeweils zwei nutzbaren Bereichen, wobei ein erster, zweiter und dritter Cluster parallel zueinander mit einem ersten zentralen nutzbaren Bereich und einer gemeinsamen, zentralen Erschließungsstätte vernetzt sind, und wobei die Vernetzung eines jeden Clusters eine parallele und unmittelbare Vernetzung eines zweiten und eines dritten nutzbaren Bereichs des Clusters mit dem ersten nutzbaren Bereich (unter Verwendung einer Erschließungsbohrung für den jeweiligen zweiten und dritten nutzbaren Bereich des Clusters sowie einer vernetzenden Fluidverbindungsleitung mit einem gemeinsamen Leitungsabschnitt, dessen einer Endabschnitt in dem zentralen ersten nutzbaren Bereich angeschlossen sind) und einer nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung zwischen der zentralen
Erschließungsstätte (Bohranfangsstelle) und der Erschließungsbohrung umfasst,
Fig. 17 zeigt schematisch eine sechste, hinsichtlich der Vernetzung mit der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform funktionell gleichartigen Ausführungsform einer mittelbaren
Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen, wobei sowohl die zuordnungsgemäßen als auch die nicht-zuordnungsgemäßen Fluidverbundungsleitungen aus Horizontalbohrungen hergestellt worden sind.
In der nachfolgenden Beschreibung wird der Begriff„Leitung" als Abkürzung bzw. Synonym für den in den Begriff Fluidverbindungsleitung verwendet, insoweit dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform eines vernetzten Systems zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie umfasst das System 1 einen ersten geothermischen nutzbaren Bereich 10, eine an der Erdoberfläche 5 angeordnete einzige Erschließungsstätte 40, einen zweiten geothermisch nutzbaren Bereich 20, der beabstandet ist zu und nicht auf natürliche Weise in
Fluidkommunikation verbunden ist mit dem ersten nutzbaren Bereich 10, eine von der ersten Erschließungsstätte 40 ausgehende erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 42, die den ersten nutzbaren Bereich 10 mit der
Erschließungsstätte 40 verbindet, eine erste vernetzende Fluidverbindungsleitung 46 zwischen dem ersten nutzbaren Bereich 10 und dem zweiten nutzbaren Bereich 20, und eine erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 44 zwischen der ersten Erschließungsstätte 40 und dem zweiten nutzbaren Bereich 20. Das System 1 umfasst ferner eine an der Erschließungsstätte 40 angeordnete Wärmetauscheinrichtung 80 mit einem Fluideinlass 82 zum Anschließen einer
Produktionsleitung und einem Fluidauslass 84 zum Anschließen einer Injektionsleitung.
Die zuordnungsgemäß erschließende Leitung 42 und die vernetzende Leitung 46 sind aus einer von der Erschließungsstätte 40 ausgehenden, durchgängigen
Horizontalbohrung 42-H ausgebildet. Die Horizontalbohrung 42-H wurde
verlaufsgesteuert erzeugt und verläuft ausgehend von der Erschließungsstätte 40 zunächst im Wesentlichen vertikal in die Tiefe und wird langsam horizontal gesteuert in der Richtung des ersten nutzbaren Bereichs 10 und erstreckt sich dann möglichst zentral bzw. mittig in den ersten nutzbaren Bereich 10 hinein und weiter durch den Bereich 10 hindurch in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung bis sie mit ihrem Endabschnitt den zweiten nutzbaren Bereich 20 zentral bzw. möglichst mittig erreicht. Im Verlauf des Abschnitts der Horizontalbohrung 42-H zwischen dem ersten 10 und dem zweiten 20 nutzbaren Bereich umgeht die Horizontalbohrung, wo erforderlich, unverhältnismäßig schwierig zu durchbohrende Formationen und erreicht zumindest in ihrem Endabschnitt die vertikale Höhe bzw. Teufe des zweiten nutzbaren Bereichs 20, die verschieden von der vertikalen Höhe bzw. Teufe des ersten Bereichs 10 sein kann. Danach wird die Horizontalbohrung 42-H durchgängig von der Erschließungsstätte 40 durch den ersten nutzbaren Bereich 10 hindurch und bis zu dem zweiten nutzbaren Bereich 20 verrohrt mit einer dem Fachmann bekannten Verrohrungstechnologie. Die Verrohrung ist aus Metall, insbesondere einem speziell für diesen Einsatzzweck in Bezug auf Druck- und Temperaturbeständigkeit und Elastizität speziell für diese
Anwendungen entwickelten Stahl ausgebildet. Am Ende des Verrohrungsprozesses befindet sich ein Endabschnitt der Verrohrung der Bohrung 42-H im Wesentlichen mittig bzw. zentral in dem zweiten nutzbaren Bereich 20. Am unteren Ende der Verrohrung wird ein Rohrschuh eingesetzt entsprechend den voraus berehcneten Anforderung der Verrohrungstechnologie und der hydraulischen Bedingungen. Zum Herstellen von Fluidkommunikation zwischen dem Inneren des Endabschnitts der Verrohrung und der umgebenden geologischen Formation wird in Fig. 1 in der Leitung 46 eine Öffnung im Bohrschuh verwendet. Alternativ oder zusätzlich könnte in der Verrohrungswand eine etwa lineare Anordnung von Löchern bzw. Perforation ausgebildet werden.
Die nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 44 ist mit einer anderen Bohrtechnologie in zwei nacheinander und unterschiedlich hergestellten Abschnitten, einem ersten Abschnitt 44-1 und einem zweiten Abschnitt 44-2, hergestellt. Der erste Abschnitt 44-1 führt ausgehend von der Erschließungsstätte 40 im Wesentlichen vertikal in die Tiefe bis in die Nähe des ersten nutzbaren Bereichs 10 und ist als Sackbohrung niedergebracht.
Mit der Formulierung„Nähe des Bereichs 10" ist hierin eine den Bereich 10 in allen drei Raumrichtungen umgebenden Zone 12 zu verstehen, deren maximale Ausdehnung durch einen vorbestimmten Maximalabstand 14 begrenzt ist. Dabei kann der Maximalabstand 14 etwa für alle Raumrichtungen einheitlich von einem
vorbestimmten Zentrum des Bereichs 10 aus gemessen werden. Wenn ein hinreichend wohl definierter Rand des nutzbaren Bereichs 10 definiert werden kann, kann der Maximalabstand 14 auch als Abstand in Bezug auf einen nächstgelegenen Punkt auf dem Rand des Bereichs 10 entlang einer vom bzw. bis ins Zentrum des Bereichs 10 in der betreffenden Raumrichtung verlaufenden Verbindungslinie gemessen werden. Der die Ausdehnung der Zone 12 festlegende, vorbestimmte Maximalabstand 14 ist aufgrund bohrtechnischer Überlegungen so gewählt, dass die nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 44 zumindest in ihrem zweiten Abschnitt 44-2 in dem Raumbereich zwischen dem ersten 10 und dem zweiten 20 nutzbaren Bereich in einem vorbestimmten, relativ geringen Vertikal-Abstand zu der vernetzenden
Fluidverbindungsleitung 46 geführt ist.
Der im Wesentlichen vertikal verlaufende erste Abschnitt 44-1 der nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung 44 wird mit dem Fachmann bekannter Bohrtechnologie für im Wesentlichen vertikales Bohren als sogenannte
Primärbohrung, mit einem relativ großen Durchmesser und als Sackbohrung bis in die den ersten nutzbaren Bereich 10 umgebende Zone 12 niedergebracht. Anschließend wird die Primärbohrung in dem Fachmann ebenfalls bekannter Verrohrungstechnologie verrohrt. Nach dem Verrohren der Primärbohrung 48-1 wird in einem Abzweig abschnitt 47 eine Vielzahl von relativ dünneren Abzweigbohrungen, der in der englischen
Fachsprache sogenannte„Side-Track Wells", durch die Verrohrung hindurch und durch die geologischen Formationen hindurch bis in den zweiten nutzbaren Bereich 20 hinein geführt mittels dem Fachmann ebenfalls bekannter Dünnbohrtechnologien, die in der englischen Fachsprache als„Slim-Hole Drilling" oder„Coiled Tubing Drillling" bekannt sind. Diese Dünnbohrtechnologien erlauben eine Führung der Bohrung entlang eines steuerbaren, hier jedoch im Wesentlichen in horizontaler Richtung verlaufenden Verlaufs. Der Verlauf der Abzweigbohrungen 48-2, die auch Sekundärbohrungen in Bezug auf die Primärbohrung 48-1 genannt werden, erfolgt in Anlehnung, d.h. wie bereits erwähnt in einem relativ nahen, vorbestimmten Abstand, etwa einem Vertikal- Abstand, zu der Horizontalbohrung 46 in dem Raumbereich zwischen dem ersten 10 und zweiten 20 nutzbaren Bereich.
Auch wenn in Fig. 1 und ebenso in den Figuren 2 bis 4, 8 bis 10, 13 bis 15 zur Darstellung einer Vielzahl von Dünnbohrungen und 17 jeweils schematisierend drei Dunnbohrungen gezeigt sind, so ist die Anzahl der Dünnbohrungen in der Realität größer und liegt zwischen etwa 5 und 15, vorzugsweise im Bereich von etwa 6 bis 10. Die Abzweigbohrungen 48-2 werden in dem Fachmann mittels Technologie über deren gesamte Länge vom Abzweigbereich 47 bis in den zweiten nutzbaren Bereich 20 verrohrt. Am Ende des Verrohrungsvorgangs befinden sich die verrohrten
Endabschnitten der durch die Verrohrung entstandenen, mehreren Teilleitungen im zweiten Abschnitt 44-2 der Leitung 44 in dem zweiten nutzbaren Bereich 20. Der
Innendurchmesser der Teilleitungen im zweiten Abschnitt 44-2 der Leitung 44 ist signifikant kleiner, typischerweise im Bereich von etwa 2-7 Zoll, als im Vergleich zum Durchmesser der Leitung 44 im ersten Abschnitt 44-1 , wo er typischerweise zwischen etwa 7 bis 15 Zoll beträgt. Der Durchmesser und die Anzahl der Bohrungen,
insbesondere im zweiten Abschnitt 44-2 werden bei der Planung der Bohrung
entsprechend unter anderem der hydraulischen Anforderungen im voraus berechnet und geplant.
Nach dem Verrohren aller Leitungen 42, 46 und 44 wird in dem zweiten und ersten nutzbaren Bereich 20 und 10, wenn bzw. weil im Beispiel der Fig. 1 keine natürliche Permeabilität vorhanden ist, ein sogenannter Stimulierungsprozess
durchgeführt, das heißt es werden hydraulisch induzierte Risse bzw. Zerklüftungen in der geologischen Formation im nutzbaren Bereich 20 ausgehend vom Endabschnitt der Verrohrung, genauer durch die Öffnung im Bohrschuh (und/oder lateral ausgebildete Perforationen in der Verrohrungswand) in dem Fachmann bekannter Weise ausgebildet. Für einen derartigen Stimulierungsprozess ist in der englischen Fachsprache der Begriff „Hydraulic Fracturing" bekannt. Die hydraulisch induzierte Rissbildung dient dazu, die Permeabilität der geologischen Formation in dem nutzbaren Bereich 20 zu vergrößern und in der geologischen Formation Zerklüftungen, in der englischen Fachsprache sogenannte„Fractures" auszubilden. Dazu wird die Verrohrung über ihre gesamte
Länge von der Erschließungsstätte 40 bis zur Bohrsohle mit einer hydraulischen Druck übertragenden Flüssigkeit, einem sogenannten Gel oder Slurry, gefüllt und
anschließend von der Erschließungsstätte 40 aus mit Druck beaufschlagt. Der Druck wird über einen an die vorher bestimmten geomechanischen, insbesondere geoelastischen Eigenschaften der geologischen Formation des nutzbaren Bereichs angepassten Zeitverlauf, das heißt mit einer gesteuerten Druck-Zeit-Abhängigkeit gesteuert und dabei die den Druck übertragende Flüssigkeit, das Gel, nachgefüllt entsprechend dessen beim Eindringen in die geologische Formation sich öffnenden Volumen der Risse bzw. Zerklüftungen. Wenn der so aufgebaute Druck einen vom Gestein und der geologischen Formation abhängigen Schwellwertdruck überschreitet, beginnt in dem Gestein bzw. in der Formation die Ausbildung von Rissen, ausgehend von den Positionen, wo die Druckbeaufschlagung anfänglich stattfindet. Im Fall des Bereichs 20 in Fig. 1 ist die Öffnung im Bohrschuh die Ausgangsposition für das Stimulierungsverfahren. Im Beispiel des nutzbaren Bereichs 10 in Fig. 1 und in der Praxis relativ häufig werden die Risse ausgehend von lateralen Öffnungen bzw.
Perforationen 69 in der Verrohrungswand initiiert. Die Risse nehmen an Dicke bzw. Breite zu und breiten sich in einer zu ihrer Dicke lateralen Richtung aus, solange wie der beaufschlagte hydraulische Druck oberhalb des Schwellwerts gehalten und an der Erschließungsstätte 40 die hydraulische Flüssigkeit nachgefüllt wird. Durch die Höhe des beaufschlagten hydraulischen Drucks, dessen Einwirkzeit auf die geologische Formation und die Menge der pro Zeiteinheit an der Erschließungsstätte 40
nachgefüllten und entsprechend durch die Austrittsöffnung der Verrohrung wird das Ausmaß der induzierten Rissbildung bzw. der induzierten Zerklüftung ausgedrückt in Termen eines Rissbildungsabstands in Bezug auf den Initiierungspunkt der Rissbildung und einer Rissbreite bzw. in Termen einer Erhöhung der Permeabilität für einen
Fluidstrom durch das Gestein bzw. die geologische Formation im stimulierten nutzbaren Bereich gesteuert. Die den hydraulischen Druck übertragende Flüssigkeit enthält feste Bestandteile, die in der englischen Fachsprache sogenannten„Proppants". Diese dienen dazu, die erzeugten Risse bzw. Zerklüftungen möglichst dauerhaft offen zu halten.
Es ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Geomechanik bekannt, dass derartig hydraulisch induzierte Risse bzw. Zerklüftungen sich mit ihrer Dicke bzw. Spaltbreite in Richtung des geringsten Stresswertes, in der Geomechanik mit σ3 bezeichnet, des dreidimensionalen, aus den drei Hauptkomponenten σι , 02 und 03 gebildeten geomechanischen Stresstensors ausbilden, vgl. hierzu auch die Fig. 18 und
diesbezüglichen folgenden Ausführungen. Die mit ihrer Spaltdicke in der Richtung von 03 initiierten Risse bzw. Zerklüftungen breiten sich anschließend in den zu dieser Richtung (σ3) senkrechten Richtung, und zwar in allen möglichen zu dieser Richtung senkrechten, die Richtungen der Komponenten (σ-\ , σ2) enthaltenden, vertikalen Ebene lateral vom dem Initiierungspunkt ausgehend. Dabei nimmt die im Wesentlichen in der Richtung von 03 zu messende Spaltbreite so lange zu, wie der Druck aufrechterhalten und die sich in die ausbildenden Risse bzw. Zerklüftungen ausbreitende Flüssigkeit an der Erschließungsstätte nachgefüllt wird.
Die Richtung des minimalen geotektonischen Stresswerts 03 des
geomechanischen Stresstensors ist idealerweise horizontal, sie kann jedoch von der horizontalen Richtung abweichen, insbesondere dann, wenn geodynamische bzw. tektonische Stressfelder, die aus dem Erdmantel stammen, ihre Wirkung in die
Lithosphäre übertragen und dabei auch die geologischen Strukturen beeinflussen.
Dementsprechend ist die Ausbreitungsrichtung der Risse bzw. Zerklüftungen in der zur Richtung von 03 senkrechten Ebene, typischerweise also in einer im Wesntlichen vertikalen Ebene, die die Komponenten (σ-\ , σ2) des Stresstensors enthält. Dabei können wie gesagt durch die Wirkung geodynamischer bzw. tektonischer Stressfelder von der Vertikalität auftreten.
Zur Interpretation der Fig. 18 sei hier, ohne in tiefere Einzelheiten der
Geomechanik einzugehen, zum Verständnis Folgendes angemerkt. Der
geomechanische Stress, bei dem ein Gestein seine elastische Eigenschaft verliert und reißt, ist von der Richtung im dreidimensionalen Raum, in der der Stress wirkt, abhängig und kann im Allgemeinen durch ein Ellipsoid mit drei verschiedenen
Hauptachsenlängen mathematisch dargestellt werden. Die in Fig. 18 schematisch gezeigten drei Vektoren σι , 02 und 03 symbolisieren mit ihren Längen und ihren
Richtungen die Längen und Richtungen der drei Hauptachsen des dreidimensionalen Ellipsoids, mit dem mathematisch die Richtungsabhängigkeit des geomechanischen Zerreißstresses des Gesteins beschrieben wird. Dabei steht:
σι für den größten Wert des geotektonischen Stresses;
03 für den kleinsten Wert des geotektonischen Stresses, und 02 für den zwischen σι und 03 liegenden zweitgrößten Wert des
geotektonischen Stresses.
Typischerweise ist die Richtung des größten Stresswerts σι eine im
Wesentlichen vertikale Richtung. Der Wert von σι ist auch durch die Höhe bzw. das Gewicht der darüber liegenden geologischen Schichtungen mitbestimmt.
Dementsprechend sind die Richtungen von 02 und 03 typischerweise horizontal ausgerichtet. Was hier vorstehend beispielhaft bezüglich der Wirkungsweise der Stimulierung bzw. hydraulischen Rissbildung ausgeführt worden ist, gilt nicht nur für die Rissbildung im zweiten nutzbaren Bereich 20 der Fig. 1 , sondern ist auch auf die Situation im ersten nutzbaren Bereich 10 der Fig. 1 und ebenso auf die in den übrigen beigefügten Figuren 2 bis 17 gezeigten nutzbaren Bereiche anwendbar. Einzelheiten zur Wirkweise der eingesetzten Stimulierungsverfahren wird in der weiter folgenden Beschreibung nicht wiederholt.
Nach diesem Exkurs in die Geomechanik wird zurück verwiesen auf die in Fig. 1 gezeigte Situation. Die nutzbaren Bereiche 10 und 20 werden technisch wie folgt weiter erschlossen. Die Stimulierung des zweiten nutzbaren Bereich 20 erfolgt ausgehend von der Bohrsohle der Leitung 46 (und/oder lateral durch Löcher bzw. Perforationen (nicht gezeigt) Endabschnitt der Verrohrung) Dabei breiten sich die in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene orientierten Risse bzw. Zerklüftungen aus mit einer anfänglichen Ausbreitungsrichtung wie in Fig. 1 durch den Pfeil 28 symbolisiert ist. Der
Stimulierungsprozess wird solange fortgesetzt, bis die Risse bzw. Zerklüftungen einen ausreichend großen Bereich ergriffen haben. Das Ausmaß dieses Bereiches wird im voraus berechnet und geplant und dient dazu, den thermischen Austausch zwischen der geothermisch heißen Matrix (Formation) und der durchströmenden
Wärmetauschflüssigkeit in einem erheblichen Umfang zu vergrößern. Erst nach der Ausbildung des (künstlich) stimulierten nutzbaren Bereichs 20 wird die
Horizontalbohrung 44-2 in den permeabilisierten nutzbaren Bereich (20) geführt.
Mit dem durch das Vorstehende vermittelten Verständnis der ursprünglich in der Erdöl- und Erdgasindustrie entwickelten und nun auch in der (tiefen) Geothermie einsetzbaren Stimulierungstechnologien kann nun auch der Begriff„nutzbarer
Bereich" wie folgt präzisiert werden: Ein geothermisch nutzbarer Bereich in einer geologischen Formation kann ein natürlich vorhandener Bereich mit einer für die Strömung des Wärmetauschfluids ausreichend großen Permeabilität sein, innerhalb dessen sich eine Fluidkommunikation ausbildet durch Öffnungen (etwa durch den offenen bzw. geöffneten Rohrschuh der Leitung 64, wie in Fig. 1 im zweiten nutzbaren Bereich 20 angedeutet, oder durch in einer Verrohrungswand ausgebildete Löcher bzw. Perforationen 68, wie in Fig. 1 im ersten nutzbaren Bereich 10 angedeutet. Der geothermisch nutzbare Bereich umfasst dann dasjenige effektive Volumen in der geologischen Formation, in das hinein sich Fließpfade, die in der englischen
Fachsprache sogenannten„Flow ILines" des durch den Druckgradienten zwischen den zwei innerhalb des nutzbaren Bereichs ausgebildeten Leitungsöffnungen getriebenen Strömung des in dem System 1 in dem Kreislaufsystem verwendeten
Wärmetauschfluids. Im allgemeinen ist das Wärmetauschfluid Wasser. Es gibt jedoch auch besondere Fälle in Formationen mit besonders hohen Formationstemperaturen, etwa um 180° C, Ammoniakwasser als Wärmetauschfluid eingesetzt wird.
Unter dem Begriff„nutzbarer Bereich" ist hierin der von den Fliesslinien in einer Formation erfasste Bereich zu verstehen. Dieser Begriff kann eine natürlich vorhandene geologische Formation mit ausreichender Permabilität, ein durch Stimulationstechniken erzeugter (eröffneter) permeabilisierter Bereich in einer natürlich impermeablen
Formation.
Nach der Stimulation des zweiten nutzbaren Bereichs 20 wird noch der erste Bereich 10 aktiviert bzw. stimuliert. Dazu ist in dem sich durch den ersten nutzbaren Bereich 10 erstreckenden Verlauf der verrohrten Horizontalbohrung 42-H (bzw. im Verlauf der Leitung 46) ein Abschnitt, der im Wesentlichen im Zentrum des zu stimulierenden nutzbaren Bereichs 10 in der Planung ausgewählt. In diesem Abschnitt wird vorzugsweise in einer linearen Anordnung entlang der Rohrlängsrichtung eine Vielzahl von Löchern bzw. Perforationen 68 in der Verrohrung ausgebildet.
Anschließend werden Stimulationsverfahren durch die Perforationen 68, jedoch nicht in der im Voraus geplanten Position der Rohrverschließeinrichtung (in der englischen Fachsprache„Packer") 63, verbreitet bis das gewünschte Ausmaß des nutzbaren Bereich 10 erreicht wird. Ein Diaphragma 62 aus Beton wird zwischen den
Perforationen 68 gespritzt, wie in Fig. 1 symbolisiert um Kürzschlüsse für den Fließpfad von Wasser entlang der Rohrwand zu vermeiden und den durchflössen Bereich zu erweitern. Schließlich wird eine Rohrabdichtungseinrichtung 63, in der englischen Fachsprache„Packer", in der Leitung 46 bohrungsaufwärts in Bezug auf das
Diaphragma 62 eingebracht und installiert und dauerhaft fluiddicht verschlossen.
Zum Einrichten eines geschlossenen Kreislaufsystems für ein umlaufendes Wärmetauschfluid werden in dem Kreislaufsystem an geeigneten, vorbestimmten und geplanten Stellen Förderpumpen innerhalb der Verrohrung positioniert. So wird nach der Aktivierung des ersten nutzbaren Bereichs 10 eine erste Förderpumpe 60 bohrungsaufwärts der Löcher 68 im Bereich 10 der Leitung 46 installiert. Eine zweite Förderpumpe 61 wurde bereits nach der Stimulierung des zweiten nutzbaren Bereichs 20 durch die Bohrsohle der Leitung 46 in der Nähe bzw. in einem Endabschnitt der Leitung 46 positioniert und installiert, bevor die Leitung 46 durch die
Abdichtungseinrichtung 63 im ersten Bereich 10 verschlossen worden ist.
Auf die vorbeschriebene Weise ist in dem System 1 ein geschlossenes
Kreislaufsystem für das Wärmetauschfluid hergestellt worden. Das Kreislaufsystem umfasst die nicht-zuordnungsgemäß erschließende Leitung 44 mit ihrem ersten 44-1 und zweiten 44-2 Abschnitt (dargestellt durch die die Strömungsrichtung andeutenden Pfeile 86-1 und 86-2), den Strömungsbereich (genauer gesagt den von den
Strömungslinien erfassten Bereich) in dem zweiten nutzbaren Bereich 20 (symbolisiert durch den Pfeil 86-3), die vernetzende Leitung 46 (das heißt den sich von deren
Bohrsohle bis zu der Rohrabdichtungseinrichtung 63 erstreckenden Abschnitt der verrohrten Bohrung 42-H) den von den Strömungslinien im ersten nutzbaren Bereich 10 erfasste Bereich, der sich von den bohrungsabwärts in Bezug auf die
Verschlusseinrichtung 63 ausgebildeten Löcher 68' in der Wand der Verrohrung bis zu der bohrungsaufwärts bezüglich der Verschlusseinrichtung 63 ausgebildeten Löchern 68 ausbildet (symbolisiert durch die Pfeile 86-5 und 86-6), die zuordnungsgemäß erschließende Leitung 42 (d.h. der sich von der Verschlusseinrichtung 63 bis zur Erschließungsstätte 40 erstreckende Teil der verrohrten Horizontalbohrung 42-H, dargestellt durch die Pfeile 86-7 und 86-8).
Der zweite nutzbare Bereich 20 ist unmittelbar, d.h. ohne Verwendung einer zweiten Erschließungsstätte vernetzt mit dem ersten nutzbaren Bereich 10 und der Erschließungsstätte 40 durch die nicht-zuordnungsgemäß erschließende Leitung 44 und die vernetzende Leitung 46.
Die Leitung 46 mit der Förderpumpe 61 wirkt als Produktionsleitung im
herkömmlichen Sinne für den zweiten nutzbaren Bereich 20 und als Injektionsleitung im herkömmlichen Sinne für den ersten nutzbaren Bereich 10. Die Leitung 42 mit der
Förderpumpe 60 wirkt als Produktionsleitung für den ersten nutzbaren Bereich 10. Das Kreislaufsystem für das umlaufende Wärmetauschfluid ist geschlossen, wenn der erdoberflächenseitige Anfangsabschnitt (in Fig. 1 bei 6) der Injektionsleitung 44 für den zweiten nutzbaren Bereich 20 an den Injektionsauslass (Fluidauslass 84) der
Wärmetauscheinrichtung 80 und der Endabschnitt der Leitung 42 an den
Produktionseinlass (Fluideinlass 82) der Wärmetauscheinrichtung 80 angeschlossen ist.
Wenn das Kreislaufsystem (48-1 , 48-2, 20, 46, 10, 42, 80) geschlossen ist, wird das Wärmetauschfluid durch die Leitung 44 (44-1 , 44-2) in den zweiten nutzbaren Bereich 20 injektiert, nimmt dort geothermische Energie auf, wird mittels der Leitung 46 aus dem Bereich 20 herausgefördert und in den ersten nutzbaren Bereich 10 injektiert, nimmt dort zusätzliche geothermische Energie auf und wird anschließend daraus mittels der Leitung 42 herausgefördert und der Wärmetauscheinrichtung 80 zugeführt. Auch beim Durchströmen von zumindest dem zweiten Abschnitt 44-2 der Leitung 44 und durch die Leitung 46 nimmt das Wärmetauschfluid Wärmeenergie auf. Zumindest die in diesen Leitungsabschnitten 44-2 und 46 und die im zweiten nutzbaren Bereich 20 aufgenommene Wärmeenergie geht über das hinaus, was bei den bisher üblichen Erschließung eines nutzbaren Bereichs, hier z.B. der eine nutzbare Bereich, von einer Erschließungsstätte, hier 40, erschlossen würde. In der Wärmetauscheinrichtung 80 wird die so aus dem zweiten 20 und dem ersten 10 nutzbaren Bereich geförderte geothermische Energie mittels Wärmetauschern entzogen und in geeigneter Form für den Energiekonsum zur Verfügung gestellt. Ferner umfasst die Einrichtung 80
zumindest eine Förderpumpe, die als Injektionspumpe eingesetzt wird zum
Reinjektieren (Verdrücken) des Wärmetauschfluids in die Injektionsleitung 44 des Kreislaufsystems.
Auch die in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen eines Systems 2, 3, 4 zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie verwirklicht
hinsichtlich des Betriebs zum Produzieren geothermischer Energie das anhand der Fig. 1 bereits beschriebene Konzept der unmittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen 10, 20 von einer einzigen Erschließungsstätte 40. Dazu umfassen die in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Systeme 2, 3 und 4 jeweils einen ersten nutzbaren Bereich 10 mit geothermischer Energie, die erste vorbestimmte Erschließungsstätte 40, die dem ersten nutzbaren Bereich 10 zugeordnet ist, eine erste zuordnungsgemäß
erschließende Leitung 42 zwischen der ersten Erschließungsstätte 40 und dem ersten nutzbaren Bereich 10 und einen zweiten nutzbaren Bereich 20 mit geothermischer Energie, sowie ferner eine erste vernetzende Leitung 46 zwischen dem ersten 10 und dem zweiten 20 nutzbaren Bereich und eine erste nicht-zuordnungsgemäß
erschließende Leitung 44 zwischen der ersten Erschließungsstätte 40 und dem zweiten nutzbaren Bereich 20.
Bei Verwirklichung des den Fig. 1 bis 4 gemeinsamen Konzepts mit den
vorgenannten Komponenten, die die unmittelbare Vernetzung des zweiten nutzbaren Bereichs 20 von einer einzigen Erschließungsstätte 40 aus ermöglicht, unterscheiden sich jedoch die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen voneinander
hinsichtlich der für die Herstellung der Leitungen 44, 46 und 42 verwendeten Technologien, etwa zum Bohren, Verrohren und Stimulieren der nutzbaren Bereiche 10 und 20.
Zum Herstellen des in der Fig. 2 gezeigten Systems 2 wird die erste
zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 42 unter Benutzung von dem Fachmann bekannter Vertikalbohrungstechnologie als von der Erschließungsstätte 40 aus im Wesentlichen vertikal in die Tiefe vorangetriebene Primärbohrung, die den ersten nutzbaren Bereich 10 direkt trifft bzw. durchdringt und als Sackbohrung endet, niedergebracht. Die so hergestellte Primärbohrung wird über ihre gesamte
Erstreckungslänge von der Erschließungsstätte 40 bis zur Bohrsohle im bzw. unterhalb des ersten nutzbaren Bereichs 10 verrohrt. Anschließend wird ausgehend von einem vorbestimmten Abzweigbereich eine Abzweigbohrung, in der englischen Fachsprache ein sogenannter„Side-Track Well", begonnen. Zum Herstellen der ersten vernetzenden Fluidverbindungsleitung 46 werden ausgehend von besagter Abzweigstelle mehrere im Wesentlichen in horizontaler Richtung zum zweiten nutzbaren Bereich 20 hin geführte und mit ihrem Endabschnitt den zweiten nutzbaren Bereich 20 im Wesentlichen zentral bzw. mittig treffende Dünnbohrungen 95-1 , 95-2, 95-3 ausgebildet. Selbstverständlich wird der Verlauf dieser Bohrungen vorgeplant, etwaig schwierig zu durchdringende geologische Formationen werden nach Möglichkeit umgangen und Höhen- bzw.
Teufenunterschiede zwischen dem ersten 10 und dem zweiten 20 nutzbaren Bereich ausgeglichen. Die Horizontalbohrungen werden ebenfalls über ihren gesamten Verlauf von dem Abzweigpunkt an der Primärbohrung bis zu der Bohrsohle im zweiten nutzbaren Bereich 20 verrohrt. Anschließend wird der zweite nutzbare Bereich 20 aus den Endabschnitten der hergestellten Leitung/en 46 mittels hydraulisch-induzierter Rissbildung stimuliert, in Abhängigkeit von den Gegebenheiten der geologischen Formation aus der offenen Bohrsohle heraus oder/und durch in der Seitenwand des Endabschnitts ausgebildete Perforationen initiiert und abgeschlossen.
Die nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 44 wird in zwei Abschnitten, einem ersten Abschnitt 44-1 und einem zweiten Abschnitt 44-2 ausgebildet. Der erste Abschnitt 44-1 (Primärbohrung 48-1 ) wird als Vertikalbohrung ausgehend von der Erschließungsstätte 40 hergestellt, so dass ein Endabschnitt der Bohrung in relativer Nähe zu dem ersten nutzbaren Bereich 10 ist, d.h. wie bereits bezüglich der Fig. 1 beschrieben, innerhalb einer durch einen vorbestimmten
Maximalabstand 14 vom ersten nutzbaren Bereich 10 aus definierten Zone 12. Die Primärbohrung 48-1 endet als Sackbohrung in der durch den Maximalabstand 14 definierten Zone 12. Anschließend wird die Primärbohrung über ihre gesamte Länge verrohrt. Danach werden zum Herstellen des zweiten Abschnitts 44-2, ausgehend von einem sich innerhalb der Zone 12 angeordneten, vorbestimmten Abzweigabschnitt 47 ausgehend, mehrere Abzweigbohrungen mit ebenfalls bekannter („Multi-Lateral Side- Track Wells") Abzweigbohrtechnologie ausgebildet. Die mehreren, etwa 5 bis 15, möglicherweise 6 bis 10, Abzweigbohrungen werden im Rahmen der mechanischen Belastbarkeit (in der englischen Fachsprache:„Dog-Leg Severity") des Bohrgestänges, die in diesen Tiefen bzw. Bohrlochlängen beschränkt ist, langsam in im Wesentlichen horizontaler Richtung navigiert, bis in den zweiten nutzbaren Bereich 20 hineingeführt und jeweils über ihre gesamte Länge verrohrt. Die Bohrsohle der als Sackbohrung ausgeführten Primärbohrung 48-1 wird mittels eines Packers (nicht bezeichnet) verschlossen. Falls erforderlich, wird ausgehend von und durch die offenen Bohrsohlen der mehreren multi-lateralen Bohrungen der Leitung 44-2 mittels hydraulisch induzierter Rissbildung der zweite nutzbare Bereich 20 zusätzlich im Bereich um die Endabschnitte der mehreren multi-lateralen Bohrungen herum stimuliert. Dadurch wird eine
Fluidverbindung zwischen der Sohle der Leitung 46 und den Sohlen (oder lateralen Perforationen) der mehreren Leitungen im Abschnitt 44-2 hergestellt. Eine erste
Förderpumpe 61 wird durch die Leitung 42 und die Leitung 46 in den Endabschnitt der Leitung 46 in zweiten nutzbaren Bereich 20 eingebracht und installiert. Der erste nutzbare Bereich 10 wird ausgehend von Löchern oder Perforationen (nicht gezeigt) mittels hydraulischer Rissbildung stimuliert. Anschließend werden in der Leitung 46 bohrungsabwärts in Bezug auf den Abzweigpunkt jedoch in der Nähe desselben und auf jeden Fall innerhalb des vorgesehenen ersten nutzbaren Bereichs 10 mehrere Löcher (Perforationen) 68 und 69 zum Herstellen der Fluidkommunikation von der Position 69 zur Position 68 in der Wand der Verrohrung der Leitung 46 und 42-H ausgebildet. In einer im voraus geplanten Position wird in der Leitung 42
bohrungsaufwärts bezüglich des Abzweigpunkts eine Rohrverschlusseinrichtung 63 (Packer) zum permanenten Verbleib eingebracht und installiert. Eine zweite
Förderpumpe 60 in der Leitung 42 bohrungsaufwärts in Bezug auf die Löcher 68 eingebracht. Der Anfangsabschnitt an der Erdoberfläche 5 der Leitung 42 wird an den Fluideinlass 82 der an der Erschließungsstätte 40 eingerichteten
Wärmetauscheinrichtung 80 und der erdoberflächenseitige Anfangsabschnitt an der Erdoberfläche 5 der Leitung 44 wird an den Fluidauslass 84 der Einrichtung 80 angeschlossen. Damit ist das Kreislaufsystem geschlossen. In Fig. 2 umfasst das Kreislaufsystem für das Wärmetauschfluid die nicht- zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 44 mit ihrem ersten und zweiten Abschnitt 44-1 , 44-2 (Richtungspfeile 86-1 , 86-2), die Fluidverbindung zwischen den Bohrsohlen der mehreren aus den Dünnbohrungen hergestellten Leitungen des Abschnitt 44-2 und der Bohrsohle der Leitung 46 (Pfeil 86-3), die Leitung 46 (Pfeil 86-4), die Fluidverbindung im ersten nutzbaren Bereich 10 von den Löchern 69 zu den
Löchern 68 (Pfeile 86-5 und 86-6), die Leitung 42 (Pfeil 86-7) und die
Wärmetauscheinrichtung 80.
Bei der in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform des Konzepts der
Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen 10, 20 von einer Erschließungsstätte 40 aus wird in dem in Fig. 3 gezeigten System 3 ebenfalls ein geschlossenes Kreislaufsystem zum Produzieren von geothermischer Energie aus den nutzbaren Bereichen 10 und 20 hergestellt in Form einer zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung 42 zwischen der ersten Erschließungsstätte 40 und dem ersten nutzbaren Bereich 10, einer ersten vernetzenden Fluidverbindungsleitung 46 zwischen dem ersten 10 und dem zweiten 20 nutzbaren Bereich und einer ersten nicht-zuordnungsgemäß
erschließenden Fluidverbindungsleitung 44 zwischen der ersten Erschließungsstätte 40 und dem zweiten nutzbaren Bereich 20.
Die zuordnungsgemäß erschließende Verbindungsleitung 42 wird in bereits beschriebener Weise in Form einer von der Erschließungsstätte 40 ausgehenden vertikalen Primärbohrung, die im ersten nutzbaren Bereich 10 endet, ausgebildet.
Anschließend an die Verrohrung (und Zementierung) der Bohrung 42 wird ein Stimulationsprozess duruchgeführt, um den ersten nutzbaren Bereich 10 künstlich herzustellen. Die Verrohrung wird lateral perforiert und eine Unterwasserpumpe 60 eingebracht und installiert.
Die nicht-zuordnungsgemäß erschließende Verbindungsleitung 44 wird
wiederum in zwei Abschnitten, einem ersten Abschnitt 44-1 und einem zweiten
Abschnitt 44-2 ausgebildet in vergleichbarer Weise wie bei der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform.
Lediglich zur Erschließung des zweiten nutzbaren Bereichs 20, jedoch nicht zur anschließenden Produktion von geothermischer Energie aus den beiden Bereichen 10 und 20, die ausschließlich von der Erschließungsstätte 40 aus erfolgt, wird eine nur temporär benutzte, zweite Erschließungsstelle 90 eingerichtet zum Herstellen von Erschließungsbohrungen 92, 98, 91 für den zweiten nutzbaren Bereich 20 und zum Einbringen der entsprechenden Verrohrungen in die Erschließungsbohrungen. Zum Stimulieren des zweiten nutzbaren Bereichs 20 wird die Erschließungsbohrung 92 in Vertikalbohrtechnologie als Primärbohrung ausgeführt und der zweite nutzbare Bereich 20 durch die Perforationen im Bohrsohlenbereich der Bohrung 92 initiiert und fortgesetzt, bis als vorgeplantes Ergebnis eine gewünschte Ausdehnung des eröffneten zweiten nutzbaren Bereichs 20 erzielt worden ist. Eine zweite Erschließungsbohrung 98 ist ausgehend von der Erschließungsstätte 90 niedergebracht, so dass die Bohrsohle in dem designierten zweiten nutzbaren Bereich 20 (oder auch außerhalb jedoch in der Nähe desselben, d.h. in einer durch einen vorbestimmten Maximalabstand 28 um den Bereich 20 definierten Zone 22) angeordnet ist. Die Leitung 46 wird als
Sekundärbohrung in der Form von mehreren von der Bohrung 98 von einem
gemeinsamen Abzweigabschnitt 95 ausgehenden Horizontalbohrungen
(Dünnbohrungen 95-1 , 95-92, 95-3) ausgebildet, so dass die Endabschnitte der mehreren Bohrungen den ersten nutzbaren Bereich 10 erreichen. Die
Erschließungsbohrung 92 und die Verbindungsbohrung 98 können auch für eine frühere Produktion von geothermischer Energie aus dem zweiten nutzbaren Bereich 20 eingerichtete, ehemalige Injektions- bzw. Produktionsleitungen sein. Jedenfalls ist von der Erschließungsbohrung 92 in einem Abzweigabschnitt 93 ausgehend als
Abzweigbohrung eine Verbindungsbohrung 91 hergestellt mittels moderner,
vollkommen verlaufsgesteuerter und zielgerichteter Horizontal-Bohrtechnologie.
Bohrziel für diese Bohrung 91 ist es, die Verbindungsbohrung 98 zu treffen. Die
Verbindungsbohrung 91 hat das Bohrziel verlaufgesteuert erreicht und wurde verrohrt. In der Bohrung 92 wurde bohrungsabwärts des Abzweigbereichs 93 eine erste
Förderpumpe 61 eingebracht und installiert. Bohrungsaufwärts des Abzweigabschnitts 93 wurde eine Verschließeinrichtung 93 (Packer) eingebracht und installiert. In der Bohrung 98 wurde bohrungsaufwärts in Bezug auf den Mündungsbereich der
Verbindungsbohrung 91 eine Verschließeinrichtung 64 (Packer) eingebracht und installiert. Der erste nutzbare Bereich 10 wurde schon ausgehend von der Leitung 42 hydraulisch stimuliert; die anfängliche Ausbildungsrichtung ist in Fig. 3 durch den Pfeil 18 gekennzeichnet. Eine zweite Förderpumpe 60 wurde im Endabschnitt der Leitung 42 eingebracht und installiert.
Nach dem Anschließen der Anfangsabschnitte (bezogen auf die Erdoberfläche 5) der Leitungen 44 und 42 an die Wärmetauscheinrichtung 80 (Fluidauslass 84 bzw.
Fluideinlass 82) ist ein geschlossenes Kreislaufsystem hergestellt. Dieses umfasst den ersten 44-1 und zweiten 44-2 Abschnitt der Leitung 40, die Fluidverbindung im zweiten nutzbaren Bereich 20 zwischen dem Endabschnitt der Leitung (bzw. Leitungen) des Abschnitts 44-2 und der Sohle der verrohrten Bohrung 92 im Bereich von der Sohle bis zum Abzweig abschnitt 93 (hier unterstützt durch die Förderpumpe 61 ), die
Verbindungsbohrung 91 und die vom Abzweigbereich 95 in der Bohrung 98
ausgehenden multi-lateralen Bohrungen 95-1 bis 95-3, die Fluidverbindung im ersten nutzbaren Bereich 10 zwischen den Endabschnitten der Bohrungen 95-1 bis 95-3 und der Sohle der Leitung 42, die Leitung 42 und die Wärmetauscheinrichtung 80.
Bei der in Fig. 4 gezeigten vierten Ausführungsform unterscheidet sich das System 4 von dem in Fig. 3 gezeigten System 3 im Wesentlichen hinsichtlich der
Erschließung des zweiten nutzbaren Bereichs 20 und der Leitungsführung im Bereich 20. Die Herstellung der zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung 42 für den ersten nutzbaren Bereich 10, die Stimulierung des ersten nutzbaren Bereichs 10 und die Herstellung der vernetzenden Fluidverbindungsleitung 44 in der Form eines ersten Abschnitt 44-1 (Primärbohrung) und davon abzweigenden Sekundärabschnitts (mehrere Horizontalleitungen im Abschnitt 44-2 hergestellt aus von der Primärbohrung abzweigenden Sekundärbohrungen 48-2) entsprechen der in Fig. 3 gezeigten
Ausführungsform des Systems 3.
Von einer nur vorübergehend zur Erschließung des zweiten nutzbaren Bereichs 20 eingerichteten, zweiten Erschließungsstätte 90 ist eine Vertikalbohrung als
Primärbohrung in den zweiten nutzbaren Bereich 20 niedergebracht, so dass die Bohrsohle der Primärbohrung 94-1 mittig bzw. zentral den zweiten nutzbaren Bereich 20 erreicht. Der zweite nutzbare Bereich 20 wurde ausgehend von der Bohrsohle der Bohrung 94-1 hydraulisch stimuliert. Eine von einem vorbestimmten Abzweigabschnitt 93 ausgehende Abzweigbohrung 97 wurde bereits in Richtung des ersten nutzbaren Bereichs 10 weisend ausgebildet als Sackbohrung bis zu einem Endabschnitt (bei 96 in Fig. 4) und in der Form von mehreren Horizontalbohrungen bis in den ersten nutzbaren Bereich 10 hinein fortgesetzt und verrohrt. Dabei wurde die Verbindung zwischen den mehreren Horizontalbohrungen 95-1 bis 95-2 und der Abzweigbohrung 97 unter Verwendung bekannter Verbindungstechnologie (in der englischen Fachsprache:
„Liner") beim Punkt 96 mit einer Verrohrung der Abzweigbohrung 97 verbunden.
Alternativ können die Bohrungen 95-1 ,95-2,95-3 als Sidetrack Bohrungen aus der Verrohrung 46 hergestellt werden. Zum Fertigstellen des Kreislaufsystems für das Wärmetauschfluid wurde eine erste Förderpumpe 61 in der verrohrten Bohrung 94-1 bohrungsabwärts bezüglich des Abzweigabschnitts 93 eingebracht und installiert, eine Verschlusseinrichtung 63 ebenfalls in der Bohrung 94-1 jedoch bohrungsaufwärts in Bezug auf den Abzweig abschnitt 93 eingebracht und installiert, und eine zweite
Förderpumpe 60 im Endabschnitt der Leitung 42 eingebracht und installiert.
Das so hergestellte Kreislaufsystem umfasst die Leitung 44 mit ihrem ersten 44-1 und zweiten 44-2 Abschnitt, die Fluidverbindung im zweiten nutzbaren Bereich 20 zwischen den Sohlen der Leitungen des zweiten Abschnitts 44-2 und der Sohle der verrohrten Bohrung 44 im Bereich von der Sohle bis zum Abzweigabschnitt 93, die Abzweigbohrung 97 und deren Fortsetzung in Form der mehreren verrohrten
Horizontalbohrungen 95-1 bis 95-2, die Fluidverbindung im ersten nutzbaren Bereich 10 zwischen den Endabschnitten der Bohrungen 95-1 bis 95-3 und der Sohle der Leitung 42, die Leitung 42 und die Wärmetauscheinrichtung 80.
In den Figuren 5, 6 und 7 werden eine erste, zweite und dritte Ausführungsform eines Systems 100, 100' und 100" zum Produzieren von geothermischer Energie dargestellt. In diesen Ausführungsformen eines Systems 100, 100', 100" ist das
Konzept einer mittelbaren Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen und zwei
Erschließungsstätten realisiert. Den in den Figuren 5 bis 7 gezeigten
Ausführungsformen ist gemeinsam, dass jedes System 100, 100', 100" folgendes umfasst: einen ersten unterirdischen nutzbaren Bereich 1 10 mit geothermischer Energie, einen zweiten unterirdischen nutzbaren Bereich 120 mit geothermischer Energie, eine erste vorbestimmte Erschließungsstätte 140, die dem ersten nutzbaren Bereich 1 10 zugeordnet ist, eine zweite vorbestimmte Erschließungsstätte 150, die dem zweiten nutzbaren Bereich 120 zugeordnet ist, eine erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 142 zwischen der ersten Erschließungsstätte 140 und dem ersten nutzbaren Bereich 1 10, eine zweite zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung 152 zwischen der zweiten Erschließungsstätte 140 und dem zweiten nutzbaren Bereich 120, eine erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 144 zwischen der ersten Erschließungsstätte 140 und dem zweiten nutzbaren Bereich 120, eine zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 145 zwischen der zweiten Erschließungsstätte 150 und dem ersten nutzbaren Bereich 1 10, und eine an der ersten Erschließungsstätte 140
angeordnete Wärmetauscheinrichtung 180. Letztere weist zumindest die gleichen Funktionalitäten auf wie die in den Figuren 1 bis 4 gezeigte Wärmetauscheinrichtung 80 und umfasst weist einen Fluideinlass 182 zum Anschließen einer Produktionsleitung, in der geothermische Energie aus einem oder mehreren (hier insbesondere: zwei) nutzbaren Bereichen gefördert wird, und einen Fluidauslass 184, an dem eine
Injektionsleitung des geothermischen Systems angeschlossen wird. Mit dem
Anschließen der an der ersten Erschließungsstätte 140 angeordneten
Wärmetauscheinrichtung 180 an die erdoberflächenseitigen Anfangsabschnitte der Produktions- und Injektionsleitungen ist ein Kreislaufsystem für das im Betrieb umlaufende Wärmetauschfluid geschlossen. Noch gemeinsam ist den in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen, dass an der zweiten Erschließungsstätte 150 eine sogenannte Verbindungseinrichtung 190 bereitgestellt ist, die in vergleichbarer Weise zur Wärmetauscheinrichtung 180 ebenfalls einen Fluideinlass 192 und einen
Fluidauslass 194 aufweist. An dem Fluideinlass 192 bzw. Fluidauslass 194 ist ein entsprechender, erdoberflächenseitiger Anfangsabschnitt einer Produktions- bzw. einer Injektionsleitung des geothermischen Systems angeschlossen.
Weiterhin gemeinsam ist den in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen die konzeptuelle Ausgestaltung der mittelbaren Vernetzung der zwei nutzbaren
Bereiche 1 10 und 120. Der erste nutzbare Bereich 1 10 ist in die Vernetzung
eingebunden durch die erste zuordnungsgemäß erschließende Leitung 142, die den Bereich 1 10 mit der ersten Erschließungsstätte 140 verbindet, und die erste nicht- zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 154, die den Bereich 1 10 mit der zweiten Erschließungsstätte 150 verbindet. Der zweite nutzbare Bereich 120 ist in die Vernetzung eingebunden durch die zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 152, die den zweiten nutzbaren Bereich 120 mit der zweiten Erschließungsstätte 150 verbindet, und die zweite nicht-zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitung 144, die den Bereich 120 mit der ersten
Erschließungsstätte 140 verbindet. Die erste 144 und die zweite 154 nicht- zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung ist, und das ist eine
Gemeinsamkeit mit der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen, nämlich der nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung 44 (ungeachtet der mehreren dafür möglichen Ausführungsformen), dass die Leitungen 144 und 145 von den jeweiligen Erschließungsstätten 140, 150 ausgehend, zunächst als im
Wesentlichen vertikal in die Tiefe und in die Nähe der den Erschließungsstätten 140, 150 zugeordneten nutzbaren Bereiche 1 10, 120 mit einem ersten Abschnitt 144-1 , 154- 1 und einem zweiten Abschnitt ausgebildet sind. Der jeweilige erste Abschnitt 144-1 , 154-1 ist als Primärbohrung ausgebildet. Ein jeweiliger, sich an den ersten Abschnitt 144-1 , 154-1 anschließender zweiter Abschnitt 144-2, 154-2 weist einen bogenförmigen Anfangsabschnitt und einen sich daran anschließenden Bereich, der sich bis in den jeweiligen lateral entfernten nutzbaren Bereich 120, 1 10 hinein erstreckt. Die jeweiligen bogenförmigen Abschnitte in den Leitungen 144, 154 sind„in der Nähe" desjenigen nutzbaren Bereichs 1 10, 120 ausgebildet, der derjenigen Erschließungsstätte 140, 150 zugeordnet ist, von dem die Leitung 144, 154 ausgeht. Der jeweilige zweite Abschnitt 144-2, 154-2 der Leitungen 144 und 154 ist als von der Primärbohrung abzweigende Sekundärbohrung oder eine Vielzahl sekundärer Dünnbohrungen ausgebildet ist. Die Leitungen 144 und 154 können auch jeweils als eine durchgängige, von der jeweiligen zugeordneten Erschließungsstätte 140, 150 ausgehende, vorzugsweise
verlaufsgesteuerte Horizontalbohrung ausgebildet werden. Und sie können bezüglich der eingesetzten Bohr- und Verrohrungstechnologie in vergleichbarer oder
verschiedener Art und Weise hergestellt werden.
Wie aus einer Betrachtung der Fig. 5 bis 7 nahe gelegt ist, wird die Konfiguration der Leitungen 142, 144 und der Leitungen 152, 154 hierin als die beiden nutzbaren Bereiche 1 10 und 120 mittelbar und doppelt kreuz-vernetzt bezeichnet.
Die in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich hinsichtlich der Ausgestaltung der an der zweiten Erschließungsstätte 150
angeordneten Verbindungseinrichtung 190. Bei der in Fig. 5 gezeigten ersten
Ausführungsform weist die Verbindungseinrichtung 190 eine bloße Funktion des
Förderns des Wärmetauschfluids aus der angeschlossenen Produktionsleitung 152 und des Reinjektierens (Verdrückens) des Wärmetauschfluids in die als Injektionsleitung dienende, zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Leitung 154. Dazu ist die Verbindungseinrichtung 190 etwa als bloße Förder- bzw. Pumpstation 191 ausgebildet und umfasst eine an dem Fluideinlass 192 angeschlossene Förderpumpe und/oder eine, gegebenenfalls mit Ansaugfunktion versehene Injektionspumpe, die den Fluidauslass 194 betreibt. Bei der in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die
Verbindungseinrichtung 190 als Förder- und/oder Pumpstation und Wärmetauschstation 195, beispielsweise als eine Wärmetauscheinrichtung 170 mit einem Fluideinlass 172 und einem Fluidauslass 174 ausgebildet. Die Wärmetauscheinrichtung 170 weist einen vergleichbaren Aufbau auf wie die an der ersten Erschließungsstätte 140 angeordnete Wärmetauscheinrichtung 180. Bei der in Fig. 7 gezeigten dritten Ausführungsform weist die Verbindungseinrichtung 190 (wie die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform) eine Funktion des Förderns bzw. Pumpens auf und ist dazu als Förder- bzw. Pumpstation 190 ausgebildet. Zusätzlich weist die Verbindungseinrichtung 190 in der Fig. 7 eine Solarenergiekollektoreinrichtung 196 auf, die dazu dient, Solarenergie aufzufangen, zwischenzuspeichern und mittels Wärmetausch dem durch die Förder- bzw.
Pumpstation 191 im Betrieb durchströmenden Wärmetauschfluid zuzuführen. Mittels der Solarenergiekollektoreinrichtung 196 können etwaige Wärmeverluste des in dem Kreislaufsystem der Fig. 7 umlaufenden Wärmetauschfluids entlang des
Strömungsweges in Formationen, deren Temperatur unterhalb der Temperatur des strömenden Wärmetauschfluids ist, ausgeglichen werden. Jedenfalls wird dem im Betrieb umströmenden Wärmetauschfluid zusätzlich zu der in den nutzbaren Bereichen 1 10 und 120 aufgenommenen geothermischen Energie noch Energie solaren
Ursprungs zugeführt.
Fig. 8 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform für ein System 100, das im Hinblick auf die Vernetzung der Leitungen dem in Fig. 5 gezeigten System 100 entspricht. In Fig. 8 ist jedoch eine schematische, virtuell dreidimensionale Ansicht des unterirdischen Teils des Systems gewählt. Das in Fig. 8 gezeigte System umfasst die gleichen funktionellen Elemente, die in Fig. 8 auch mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie bei dem in Fig. 5 gezeigten System 100. Wie bereits bezüglich der Fig. 5 bis 7 als Möglichkeit erwähnt, ist bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform die von der ersten Erschließungsstätte 140 ausgehende erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 144 in ihrem ersten Abschnitt 144-1 als vertikal in die Nähe des ersten nutzbaren Bereichs 1 10 als Sackbohrung abgeschlossene Primärbohrung und in ihrem zweiten Abschnitt 144-2 als eine Vielzahl von von der Primärbohrung 148-1 (als„Sidetrack") abzweigende gerichtete Dünnbohrungen ausgebildet. Diese werden wiederum im Rahmen der zulässigen Beanspruchung des Dünnbohrungs-Bohrgestänges relativ langsam in einer in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung gebohrt und nach dem Bohren über ihre gesamte Länge von dem Abzweigpunkt 147 bis zu ihrer jeweiligen Bohrsohle durchgängig verrohrt. In
technologisch vergleichbarer Weise ist auch die zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 154 in zwei Abschnitten 154-1 und 154-2 hergestellt, im ersten Abschnitt 154-1 als im Wesentlichen vertikal in die Tiefe und in die Nähe des zweiten nutzbaren Bereichs führende Primärbohrung 158-1 , und im zweiten Abschnitt 154-2 als eine Vielzahl von in Dünnbohr- (Slim-Hole bzw. Coiled Tubing) Technologie hergestellten, von einem Abzweigpunkt 157 von der Primärbohrung 158-1 ausgehenden gerichteten Dünnbohrungen ausgebildet, die beanspruchungsgemäß bezüglich des Bohrgestänges relativ langsam in einer im Wesntlichen horizontalen Richtung gebohrt werden.
Fig. 9 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform für die Ausgestaltung bzw. Führung einer Vielzahl von im Wesentlichen horizontal verlaufenden Bohrungen, die in Dünnbohr (Slim-Hole bzw. Coiled Tubing) Technologie als Sekundärbohrung, abzweigend von einer gemeinsamen Primärbohrung hergestellt sind. Das in Fig. 9 gezeigte Konzept ist übertragbar auf die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten
Ausführungsformen mit den nicht-zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitungen 44, insbesondere auf deren zweite Abschnitte 44-2; auf die in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen mit den ersten und zweiten nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen 144 und 154,
insbesondere deren jeweilige zweite Abschnitte 144-2 und 154-2; auf die in Fig. 8 gezeigten Ausführungsformen mit den ersten und zweiten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen 144 und 154, insbesondere in deren jeweiligen zweiten Abschnitten 144-2 und 154-2; auf die in Fig. 10 gezeigte
Ausführungsform, insbesondere die dort gezeigtenn jeweiligen zweiten Abschnitte 144- 2 und 154-2; auf das in Fig. 13 gezeigte System 200 mit den jeweiligen, in zwei Abschnitten ausgeführten Leitungen 248, 254, 268 und 269, insbesondere deren jeweilige zweite Abschnitte 248-2, 254-2, 268-2 und 269-2; auf das in Fig. 14 gezeigte System 300 mit nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Verbindungsleitungen 348, 358 und 368, insbesondere deren jeweilige zweite Abschnitte 348-2, 358-2, 368-2; auf das in Fig. 15 gezeigte System 400 mit den jeweiligen nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen 450 und 452, insbesondere deren jeweilige zweite Abschnitte 450-2 und 452-2; auf das in Fig. 17 gezeigte System 600 mit den jeweiligen nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen 648-2-1 , 649-2-1 , 648-2-2, 649-2-2, 648-2-3, 649-2-3, insbesondere deren jeweilige zweite Abschnitte (in Fig. 17 nicht bezeichnet), die in den„außen" angeordneten nutzbaren Bereiche 620-1 , 630-1 , 620-2, 630-2, 620-3, 630-3 münden, und auf die jeweiligen vernetzenden Fluidverbindungsleitungen 646-1 , 646-2, 646-3, die in dem ersten nutzbaren Bereich 610 münden. Im Sinne der hiervor gezeigten Übertragbarkeit des in Fig. 9 gezeigten Konzepts ist dessen nachfolgende Beschreibung nur hinsichtlich darin verwendeten Bezugszeichen auf die in den Figuren 5 bis 8 und 10 gezeigten
Ausführungsformen bezogen. Wie in Fig. 9 zu erkennen ist, zweigen von einer Primärbohrung 148-1 ausgehend mehrere (in Fig. 9 sind schematisch lediglich drei gezeigt), etwa 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14 oder 15 in Dünnbohr (Slim-Hole bzw. Coiled Tubing) Technologie
ausgeführte Sekundärbohrungen 48-2 in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung von einer Primärbohrung 148-1 ab (wie in Fig. 9 links gezeigt) und wurden in den als Bohrziel definierten und in die Vernetzung einzubindenden, nutzbaren Bereich 120 geführt. Wie ebenfalls in Fig. 9 schematisch angedeutet, verzweigen die mehreren sekundären Dünnbohrungen 148-2 aus einem gemeinsamen Abzweigabschnitt von der Primärbohrung 148-1 ab, verlaufen in einem Divergenz-Bereich 143 in zunächst zueinander divergierenden Richtungen in der im Wesentlichen horizontalen Ebene, durchlaufen einen ersten bogenförmigen Abschnitt, sind ab dem ersten bogenförmigen Abschnitt im Wesentlichen parallel zueinander geführt bis sie den in die Vernetzung einzubindenden, nutzbaren Bereich 120 erreichen, durchlaufen dort einen zweiten bogenförmigen Abschnitt und verlaufen in einem Konvergenz-Bereich 145 in
aufeinander zu konvergierenden Richtungen, bis sie relativ nahe an der
zuordnungsgemäß erschließenden Leitung 152 enden. Die aufeinander zu
konvergierenden Richtungen sind auf das Zentrum des nutzbaren Bereichs 120 ausgerichtet. Der nutzbare Bereich 120 ist etwa aus der Bohrsohle einer
zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung 152 durch hydraulisch stimulierte Bildung von Rissen 129 stimuliert bzw. aktiviert.
Es wird daran erinnert, dass ein innerhalb einer im Wesentlichen horizontalen Ebene gemessene Abstand zwischen der Primärbohrung 148-1 und dem zu
vernetzenden nutzbaren Bereich 120 - oder auch ein Abstand zwischen zwei nutzbaren Bereichen, die unterschiedlichen Erschließungsstätten zu geordnet sind - relativ lang sein kann und zwischen etwa 1000 m und 5000 m, typischerweise jedoch etwa 2000 m bis 3000 m beträgt. Durch die im Wesentlichen parallele Verlaufsführung der
Sekundärbohrungen 148-2 wird von den parallel verlaufenden Bohrungen 148-2 eine in der im Wesentlichen horizontalen Ebene liegende, relativ große Fläche aufgespannt bzw. überspannt. Die parallel verlaufenden Bohrungen 148-2 fangen die durch diese Fläche aus dem Erdinneren nach außen (das heißt in der Erdkruste vertikal nach oben) durch Wärmeleitung übertragene geothermische Energie teilweise auf. Die durch den in Fig. 9 gezeigten Verlauf der von den parallel geführten Bohrungen aufgespannte Fläche und die von dieser Fläche bzw. von dem durch die Bohrungen 148-2 strömenden Wärmetauschfluid aufgefangene geothermische Energie wird - zusätzlich zu der in den vernetzten nutzbaren Bereichen aufgenommenen geothermischen Energie - von dem durch die Bohrungen 148-2 durchströmenden Wärmetauschfluid aufgenommen. Daher trägt die von den Bohrungen 148-2 im Wesentlich horizontal aufgespannte Fläche bzw. die aufspannende Führung der Horizontalbohrungen 148-2 zu einer Erhöhung der Wärmeenergieübertragungseffizienz auf das Wärmetauschfluid bei.
Fig. 10 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform für eine mögliche
Ausgestaltung einer nicht-zuordnungsgemäß erschließenden (oder einer vernetzenden) Fluidverbindungsleitung mit einer Weiterentwicklung, die die Stimulierung der nutzbaren Bereiche 1 10 und 120 aus den Fluidverbindungsleitungen heraus auf der Grundlage der in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen für eine Doppeltdiagonal-
Vernetzung zwischen den beiden nutzbaren Bereichen. Das in Fig. 10 gezeigte Konzept ist jedoch auch übertragbar auf die Ausgestaltung von vernetzenden
Fluidverbindungsleitungen, insbesondere deren Endabschnitte, die als Ausgangspunkte für Stimulierungsverfahren ausgestaltet sein sollten/sind. In Fig. 10 sind funktionell und strukturell gleichartige Elemente des in der Fig. 10 gezeigten Kreislaufsystems mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die entsprechenden, in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Elemente. In besonderer Ausgestaltung der in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen sind in dem in Fig. 10 gezeigten System 100' die jeweiligen zweiten Abschnitte 144'-2 und 158'-2 der ersten bzw. zweiten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen 144' bzw. 154' ausgebildet als von einem jeweiligen ersten Abschnitt 144-1 bzw. 154-1 einer Primärbohrung ausgehende, zwei oder mehrere, in Dünnbohr- (Slim-Hole oder Coiled Tubing) Technologie und in
Horizontalbohrtechnologie ausgestaltete Bohrungen 148'-2 und 158'-2. Die Bohrungen 148'-2 und 158'-2 verlaufen ab ihrem jeweiligen Abzweigpunkt 147, 157 in einem
Abschnitt mit voneinander divergierenden Richtungen, etwa vergleichbar wie in dem in Fig. 9 gezeigten Divergenz-Bereich 143, danach weitestgehend im Wesentlichen parallel zueinander in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene und sind bis zu ihrem als Bohrungsziel vorgesehenen und noch zu stimulierenden nutzbaren Bereich 120' bzw. 1 10' weitergeführt. In den Figuren 10 und 1 1 werden nun die nutzbaren Bereiche 1 10 und 120 hydraulisch stimuliert. Das jeweils verwendete Stimulierungsverfahren wird aus einer Vielzahl von Bohrungen 148'-2 und 158'-2 (Fig. 10) bzw. 158-2 (Fig.1 1 ) initiiert, und zwar bevor die Bohrung 147-1 gebohrt wird. Die initiierten Risse breiten sich in der Richtung des mittleren tektonischen Hauptstresses σ2 (144-3) aus. Die Vektoren 1 17 und 127 (in Fig. 10) bzw. 1 17 (in Fig. 1 1 ) sind Darstellungen der Ausbreitungsrichtung der sich ausbildenden Risse. Gleichzeitig zeigen die Vektoren auch die Strömungsrichtung umlaufenden Wärmetauschfluids (z.B. des Wassers) beim Durchströmen des nutzbaren Bereichs 1 10' und 120' (in Fig. 10) und 1 10 (in Fig. 1 1 ) in der Produktionsphase des Systems zum Produzieren von geothermischer Energie.
In Fig. 10 ist angedeutet, dass lineare Anordnungen mit mehreren Öffnungen
(z.B. Perforationen) in den Endabschnitten der verrohrten Leitungen 154-2 ausgebildet sind, aus denen heraus bei einer simultanen Druckbeaufschlagung von der
Erschließungsstätte 1 10 aus ein Gebiet zwischen den parallel verlaufenden
Endabschnitten der verrohrten Leitungen 154-2 stimuliert wird. So wird die
Fluidverbindung vom Endabschnitt der nicht-zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung 154' zu den Endabschnitten der zuordnungsgemäß
erschließenden Fluidverbindungsleitung 142 herstellt. In analoger Weise wird der zweite nutzbare 120' durch simultane Stimulierung aus zwei im Wesentlichen parallel verlaufenden Horizontalbohrungen 148-2 ausgebildet und die Fluidverbindung von dem Endabschnitt der nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Leitung 144'-2 zum
Endabschnitt der zweiten zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung 152 ausbildet.
Eine Fortbildung bezüglich der Geometrie, insbesondere eine Vergrößerung des von der Stimulierung erfassten Volumenbereichs in der geologischen Formation in Bezug auf die vorstehend mit Bezugnahme auf die Fig. 10 beschriebene simultane Stimulierung durch hydraulisch induzierte Rissbildung aus zwischen benachbarten, parallelen (verrohrten) Bohrungen ist in der Fig. 1 1 in einer schematischen Vertikalsicht und 12 in einer virtuell dreidimensionalen Ansicht gezeigt. In der Ansicht der Fig. 12 ist zu erkennen, dass die Weiterbildung eine verbesserte Definierbarkeit und Vergrößerung des stimulierten dreidimensionalen Gebiets zwischen den Endabschnitten der mehreren im zweiten Abschnitt 154-2 der Leitung 154 und im zweiten Abschnitt der Leitung 144 bezieht. Von der aus einer Primärbohrung hergestellten Leitung 154 zweigen mehrere Sekundärleitungen 158 ab, die aus von der verrohrten Primärbohrung 158-1 148-1 ausgehen und als abgezweigte Horizontalbohrungen (Sekundärbohrungen)
weitegeführt worden sind. Wie aus der Fig. 12 ersichtlich ist, sind die mehreren
Dünnbohrungen 158-2 zumindest paarweise im Wesentlichen parallel zueinander bis in die Nähe der vorher aus einer vertikalen Primärbohrung ausgebildeten,
zuordnungsgemäß erschließenden Leitung 142 geführt und in der Nähe der Leitung 142 jeweils paarweise parallel zueinander und paarweise in unterschiedlichen Teufen gemessen entlang der Leitung 142 geführt. In dem entlang der Leitung 142 durch die mehreren Paare von Endabschnitten der Bohrungen 158-2 definierten Bereich sind von der zuordnungsgemäß erschließenden Leitung 142 abgehende Abzweigbohrungen 143 jeweils in bogenförmiger Form ausgebildet, so dass die Bögen der mehreren
Abzweigbohrungen 143 im Wesentlichen in einer gemeinsamen vertikalen, die Leitung 142 enthaltenden Ebene verlaufen, wobei die Ebene, wie aus Fig. 12 entnommen werden kann und in Fig. 1 1 noch besser ersichtlich ist, eine Symmetrieebene bezüglich der Endabschnitte der Leitungen 158-2 ist. Jeweils für Paare von parallel geführten Endabschnitten der Leitungen 158-2 wird hydraulisch stimuliert. Die aus der Anordnung der jeweiligen Paare von zwei Druckwellen resultierenden Druckfeldlinien 1 17 sind in den Figuren 1 1 und 12 gezeigt. Zumindest in dem von den Druckfeldlinien 1 17
erfassten, dreidimensionalen Raumgebiet wird der erste nutzbare Bereich 1 10
ausgebildet, wie in den Figuren 1 1 und 12 ersichtlich. Die Abzweigbohrungen 143 werden verrohrt und mit einer Vielzahl von Löchern (Perforationen) versehen, so dass durch diese erzeugten Löcher eine Gesamteinströmfläche mit einem relativ großen Gesamteinströmquerschnitt und einer größeren Flächenerstreckung innerhalb der Symmetrieebene für die Einströmfläche in die Abzweigleitungen 143 und in die
Bohrsohle der Vertikalbohrung 142 entsteht. Die durch die Ausbildung der
Endabschnitte der Leitungen 158-2 erzielte größere räumliche Ausdehnung des ersten nutzbaren Bereichs 1 10 und die durch die dicht perforierten Abzweigbohrungen 143 vergrößerte und weiter verteilte Einströmfläche wird im Betrieb mit umlaufenden
Wärmetauschfluid eine bessere Fluidkommunikation mit höherer Permeabilität und verbesserter Wärmeenergie-Übertragungseffizienz in dem ersten nutzbaren Bereich 1 10 erzielt. In gleicher weise kann auch die Stimulierung des zweiten nutzbaren
Bereichs 120 verbessert werden. Die in den Fig. 1 1 und 12 gezeigte Ausführungsform mit dem Ziel einer verbesserten Stimulierung und einer Vergrößerung eines jeweilig künstlich auszubildenden nutzbaren Bereichs kann selbstverständlich nicht nur für die Endabschnitte der Dünnbohrungen in den Figuren 1 1 und 12, sondern allgemein auf alle zuordnungsgemäß erschließenden (etwa im Wesentlichen vertikal verlaufenden) Fluidverbindungsleitungen, wie etwa die Leitungen 44 und 54 in den Fig. 1 bis 4, die Leitungen 144 bzw. 154 in den Fig. 5 bis 8, und auch für die in den Fig. 3 und 4 gezeigten, vernetzenden Fluidverbindungsleitungen 46 verwendet werden.
In der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform eines Systems zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie umfasst das System 200 eine erste Erschließungsstätte 240, einen der ersten Erschließungsstätte 240 zugeordneten nutzbaren Bereich 210, eine zweite Erschließungsstätte 250, einen der zweiten
Erschließungsstätte 250 zugeordneten nutzbaren Bereich 220, eine dritte
Erschließungsstätte 260 und ein der dritten Erschließungsstätte 260 zugeordneten nutzbaren Bereich. In diesem System 200 sind der erste nutzbare Bereich 210 und der zweite nutzbare Bereich 220 doppelt nicht-zuordnungsgemäß erschließend miteinander verbunden und in einer Weise, die als dazu parallele Vernetzung bezeichnet werden soll, sind der erste nutzbare Bereich 210 und der dritte nutzbare Bereich 230 doppelt nicht-zuordnungsgemäß erschließend miteinander verbunden.
Im Einzelnen umfasst dazu das System 200 eine erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 242 zwischen dem ersten nutzbaren Bereich 210 und der ersten Erschließungsstätte 240, eine erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen der ersten Erschließungsstätte 240 und dem zweiten nutzbaren Bereich 220, eine zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich 220 und der zweiten Erschließungsstätte 250, und eine zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen der zweiten Erschließungsstätte 250 und dem ersten nutzbaren Bereich 210. Durch die vorgenannten Fluidverbindungsleitungen 242, 248, 252 und 254 sind der erste 210 und der zweite 220 nutzbare Bereich gemäß den in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen doppelt nicht-zuordnungsgemäß
erschließend miteinander verbunden.
Des Weiteren umfasst das System 200 eine dritte zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen dem dritten nutzbaren Bereich 230 und der dritten Erschließungsstätte 260, eine dritte nicht-zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitung 268 zwischen der dritten Erschließungsstätte 260 und dem ersten nutzbaren Bereich und eine vierte nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen der ersten Erschließungsstätte 240 und dem dritten nutzbaren Bereich 230. Mittels der vorgenannten
Fluidverbindungsleitungen 260, 268 und 269 sowie der Fluidverbindungsleitung 242 sind der erste 210 und der dritte 230 nutzbare Bereich ebenfalls gemäß der in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen doppelt nicht-zuordnungsgemäß erschließend miteinander verbunden.
Mittels jeweils doppelt nicht-zuordnungsgemäß erschließender Verbindungen sind also der erste und der zweite nutzbare Bereich 210 und 220 und in einem (schaltungstechnischen) Sinne parallel dazu der erste nutzbare Bereich und der dritte nutzbare Bereich 210 und 230 miteinander verbunden.
Die erste bis vierte nicht-zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitungen 248, 254, 268 und 269 sind jeweils in zwei Abschnitten ausgebildet, wobei der erste Abschnitt jeweils aus einer Vertikalbohrung, die von einer jeweiligen Erschließungsstätte in die Tiefe und in die Nähe des der jeweiligen
Erschließungsstätte zugeordneten nutzbaren Bereichs führt, und wobei der zweite Abschnitt jeweils als von einem Endabschnitt, der sich in der Nähe eines jeweiligen nutzbaren Bereichs befindet, abzweigt und in der Tiefe in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung bis in den benachbarten, in die jeweilige doppelt diagonale Vernetzung einzubindenden nutzbaren Bereich führt, vgl. dazu die Fig. 13. Der erste Abschnitt 248-1 der ersten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung 248 und der erste Abschnitt 269-1 der vierten nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung sind als ein gemeinsam genutzter Abschnitt ausgebildet und aus einer von der ersten Erschließungsstätte 240 aus in die Tiefe in die Nähe des ersten nutzbaren Bereichs 210 führenden
Vertikalbohrung ausgebildet. Von dieser Vertikalbohrung zweigen in der Tiefe in einem Abzweigbereich die beiden zweiten Abschnitte 248-2 und 269-2 der nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen 248 und 269 ab.
An der ersten Erschließungsstätte ist eine Wärmetauscheinrichtung 280 angeordnet. An deren Fluideinlass 282 ist der erdoberflächenseitige Anfangsabschnitt der ersten zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung 242
angeschlossen. Am Fluidauslass 284 der Wärmetauscheinrichtung 280 ist der erdoberflächenseitige Endabschnitt des gemeinsamen ersten Abschnitts 248-1 und 269-1 der ersten und vierten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung 248 und 269 angeschlossen. An der zweiten
Erschließungsstätte 250 und an der dritten Erschließungsstätte 260 ist jeweils eine Verbindungseinrichtung (in Fig. 13 nicht gezeigt und nicht bezeichnet) bereitgestellt, um den Fluidkreislauf in den beiden„parallel geschalteten" doppelt nicht-zuordnungsgemäß erschließend ausgeführten Vernetzungen. Im Hinblick auf das Prinzip der parallelen doppelt nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Verbindung, das vorstehend mit Bezugnahme auf die Fig. 13 erklärt worden ist, ist es nicht relevant, ob die
Verbindungseinrichtung als bloße Förder- und Pumpstation oder zusätzlich als Wärmetauscheinrichtung, jeweils mit oder ohne Solarkollektoreinrichtung ausgestaltet ist.
Es ist offensichtlich, dass in dem in der Fig. 13 gezeigten System 200 zusätzlich zu dem zweiten und dritten nutzbaren Bereichen 220 und 230 noch ein dritter oder auch weitere nutzbare Bereiche jeweils in doppelt diagonal-vernetzter Weise parallel zueinander und parallel zu den beiden nutzbaren Bereichen 220 und 230 mit dem ersten nutzbaren Bereich 210 verbunden werden können. Mit anderen Worten, es können nicht nur zwei, sondern auch drei oder mehrere nutzbare Bereiche parallel zueinander in doppelt diagonal-vernetzter Weise mit dem ersten nutzbaren Bereich verbunden bzw. vernetzt werden.
In der Fig. 14 gezeigten Ausführungsform eines Systems zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie umfasst das System 300 drei (eine erste, zweite und dritte) Erschließungsstätten 340, 350, 360 und drei (einen ersten, zweiten und dritten) nutzbaren Bereich 310, 320 und 330, die jeweils einer Erschließungsstätte zugeordnet sind. Das System 300 umfasst ferner eine erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 342 zwischen dem ersten nutzbaren Bereich 310 und der ersten Erschließungsstätte 340, eine erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 348 zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich 320 und der ersten Erschließungsstätte 340, eine zweite zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitung 352 zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich 320 und der zweiten Erschließungsstätte 350, eine zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 358 zwischen dem dritten nutzbaren Bereich 330 und der zweiten Erschließungsstätte 350, eine dritte zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitung 362 zwischen dem dritten nutzbaren Bereich 330 und der dritten Erschließungsstätte 360 und eine dritte nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 368 zwischen dem ersten nutzbaren Bereich 310 und der dritten Erschließungsstätte 360. Durch die vorgenannten
Fluidverbindungsleitungen sind der zweite nutzbare Bereich 320 und der erste nutzbare Bereich 310 in doppelt diagonal-vernetzter Weise miteinander verbunden, der dritte nutzbare Bereich 330 und der zweite nutzbare Bereich 320 ebenfalls in doppelt diagonal-vernetzter Weise miteinander verbunden, und der erste nutzbare Bereich 310 mit dem dritten nutzbaren Bereich 330 ebenfalls in doppelt diagonal-vernetzter Weise miteinander verbunden. Im Gegensatz zu der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform sind also bei der in Fig. 14 gezeigten Ausführungsform die drei nutzbaren Bereiche 310, 320 und 330 in einer (schaltungstechnisch gesprochen) ringartigen Weise und jeweils seriell hintereinander„geschaltet" verbunden, insbesondere doppelt diagonal-vernetzt verbunden.
Es ist offensichtlich, dass in Fig. 14 gezeigte ringförmig serielle (jeweils doppelt diagonal-vernetzte) Vernetzung noch ein oder mehrere weitere nutzbare Bereiche in serieller weise eingebunden werden können.
Es ist aus einer Betrachtung der Fig. 14 zusammen mit der Fig. 13 auch offensichtlich, dass von jeder der drei in Fig. 14 gezeigten Erschließungsstätten 340, 350 und 360 aus jeweils zwei oder auch mehrere nutzbare Bereiche jeweils parallel zueinander mit einer der in Fig. 14 gezeigten Erschließungsstätten 340, 350 und 360 vernetzt (insbesondere doppelt nicht-zuordnungsgemäß erschließend verbunden) werden können.
Es ist beim Betrachten der Fig. 13 auch offensichtlich, dass von jeder der in Fig. 13 gezeigten Erschließungsstätten 240, 250 und 260 ausgehend jeweils zwei oder mehr noch weitere nutzbare Bereiche mit der jeweiligen in Fig. 13 gezeigten
Erschließungsstätte (doppelt nicht-zuordnungsgemäß erschließend) in paralleler Weise vernetzt werden kann oder dass jede der in Fig. 13 gezeigte Erschließungsstätte 240, 250 und 260 eingebunden ist in eine ringartige jeweils seriell hintereinander
„geschaltete" (das heißt doppelt diagonal-vernetzte) Vielzahl von weiteren nutzbaren Bereichen vernetzt sein kann.
Mittels paralleler oder ringartig serieller Vernetzung können also auch vielfältige komplexe Netzwerke von Vernetzungen zwischen nutzbaren Bereichen gebildet werden.
Bei der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform eines Systems 400 zum
Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie sind zwei nutzbare Bereiche 420 und 430 unmittelbar und parallel zueinander mit einem nutzbaren Bereich 410 vernetzt. Im Einzelnen umfasst das System 400 eine erste Erschließungsstätte 440, einen ersten nutzbaren Bereich 410, einen zweiten nutzbaren Bereich 420, einen dritten nutzbaren Bereich 430, eine erste zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung 442 zwischen dem ersten nutzbaren Bereich 410 und der ersten Erschließungsstätte 440, eine erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 450 zwischen der ersten Erschließungsstätte 440 und dem zweiten nutzbaren Bereich 420, eine zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 452 zwischen der ersten Erschließungsstätte 440 und dem dritten nutzbaren Bereich 430, eine erste vernetzende Fluidverbindungsleitung 454 zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich 420 und dem ersten nutzbaren Bereich 410 und eine zweite vernetzende Fluidverbindungsleitung 456 zwischen dem dritten nutzbaren Bereich 430 und dem ersten nutzbaren Bereich 410. An der ersten
Erschließungsstätte 440 ist eine Wärmetauscheinrichtung 480 mit ihrem Fluideinlass 482 an den erdoberflächenseitigen Anfangsabschnitt der zuordnungsgemäß
erschließenden Fluidverbindungsleitung 442 und mit ihrem Fluidauslass 484 an einen erdoberflächenseitigen Anfangsabschnitt eines gemeinsamen ersten Abschnitts 450-1 , 452-1 der ersten und zweiten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitungen 450 und 452 angeschlossen. Auf diese Weise wird ein erstes Kreislaufsystem für ein im Betrieb umlaufendes Wärmetauschfluid geschlossen, indem der zweite und der erste nutzbare Bereich 420 und 410 eingebunden sind und es wird auch ein zweites Kreislaufsystem geschlossen, indem der dritte und der erste nutzbare Bereich 430 und 410 eingebunden sind. Die beiden vorgenannten Kreislaufsysteme sind (in einer„schaltungstechnischen") Weise parallel zueinander ausgebildet in dem gleichen Sinne, wie in Fig. 13 ein zweiter und ein dritter nutzbarer Bereich 220 und 230 parallel zueinander an dem einen ersten nutzbaren Bereich 210 parallel zueinander vernetzt sind. Die beiden vorgenannten Kreislaufsysteme umfassen als gemeinsame Elemente die zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 442, die
Wärmetauscheinrichtung 480 und den gemeinsamen ersten Abschnitt 450-1 , 452-1 der beiden nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen 450 und 452.
Zur Herstellung des Systems 400 wurde von einer zweiten Erschließungsstätte 490 aus eine vertikal in die Tiefe gerichtete Erschließungsbohrung 470 hergestellt, wobei ein Endabschnitt der Erschließungsbohrung 470 als Sackbohrung ausgebildet ist. Von einem Abzweigabschnitt 493 aus ist eine zweite Abzweigbohrung 472 hergestellt worden, die bis in den zweiten nutzbaren Bereich 420 hineingeführt worden ist. Von dem Abzweigabschnitt 493 ist auch eine dritte Abzweigbohrung 473 abgezweigt und bis in den dritten nutzbaren Bereich 430 geführt. Schließlich ist von dem Abzweigabschnitt 493 ausgehend noch eine erste Abzweigbohrung 471 aus hergestellt. Die erste
Abzweigbohrung 471 weist eine vorbestimmte Länge auf bis zu ihrem Ende (in Fig. 15 bei 76), von wo aus sie in der Form von mehreren Dünnbohrungen in einer im
Wesentlichen horizontalen Richtung bis in den ersten nutzbaren Bereich 410 hinein weitergeführt ist. Selbstverständlich sind die Erschließungsbohrung 470, die erste, zweite und dritte Abzweigbohrung 471 , 472, 473, und die die erste Abzweigbohrung 471 verlängernden mehreren Dünnbohrungen, die bis in den ersten nutzbaren Bereich 410 hineingeführt sind, allesamt verrohrt.
Eine erste Förderpumpe 61 ist in der verrohrten Erschließungsbohrung 470 bohrungsabwärts von dem Abzweigbereich 493 eingebracht und installiert. Eine zweite Förderpumpe 60 ist in einem Endabschnitt in der Tiefe der zuordnungsgemäß
erschließenden Fluidverbindungsleitung 442 eingebracht und installiert. Eine
Rohrabdichtungseinrichtung (ein Packer) 63 ist in der verrohrten Erschließungsbohrung 470 bohrungsaufwärts in Bezug auf den Abzweigbereich 493 eingebracht und installiert. Ein erster Filter 67 ist in der ersten Abzweigbohrung 471 von der zweiten
Erschließungsstätte 490 aus durch die Erschließungsbohrung 470 eingebracht und installiert. Ein zweiter Filter 66 ist im erdoberflächenseitigen Anfangsabschnitt des von der ersten Erschließungsstätte 440 ausgehenden, gemeinsamen ersten Abschnitt 450-1 und 452-1 der ersten und zweiten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung 450 und 452 eingebracht und installiert. Die Filter 66 und 67 dienen dazu, etwaige in dem im Betrieb umlaufenden Wärmetauschfluid enthaltene feste Bestandteile, die aus den Kreislaufabschnitten innerhalb der nutzbaren Bereiche mitgespült worden sein können, zurückzuhalten (herauszufiltern).
In dem so ausgebildeten System 400 umfasst nun die erste vernetzende
Fluidverbindungsleitung 454 die verrohrte zweite Abzweigbohrung 472, den
Abzweigabschnitt 493 der Erschließungsbohrung 470, die verrohrte erste
Abzweigbohrung 471 und die von deren Ende (bei 76) weitergeführten, mehreren verrohrten Dünnbohrungen, die bis in den ersten nutzbaren Bereich 410 hineingeführt sind. Die zweite vernetzende Fluidverbindungsleitung 456 umfasst die verrohrte dritte Abzweigbohrung 473, den Abzweigabschnitt 493 der Erschließungsbohrung 470, die verrohrte erste Abzweigbohrung 471 und die von deren Ende (bei 76) aus bis in den ersten nutzbaren Bereich 410 hinein weitergeführten mehreren Dünnbohrungen.
Die verrohrte Erschließungsbohrung 470 ist an ihrem erdoberflächenseitigen Anfangsabschnitt mit einem Leitungsverschluss 499 verschlossen. Bei Bedarf kann zum Reinigen bzw. Ersetzen des ersten Filters 67 oder der ersten Förderpumpe 61 der Betrieb unterbrochen werden, die Rohrabdichtungseinrichtung 63 entfernt werden und dann die erforderlichen Wartungs- oder Austauscharbeiten an der Förderpumpe 61 oder dem Filter 67 ausgeführt werden. Danach kann die Verschlusseinrichtung 63 wieder eingebracht und installiert und der erdoberflächenseitige Anfangsabschnitt der verrohrten Erschließungsbohrung 470 mit dem Leitungsverschluss 499 verschlossen werden. Danach kann der Betrieb wieder aufgenommen werden.
Bei der in der Fig. 16 gezeigten Ausführungsform eines Systems 500 zum
Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie sind zwei nutzbare Bereiche 510 und 520 doppelt nicht-zuordnungsgemäß erschließend miteinander verbunden. Im Gegensatz zu den in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen doppelt nicht- zuordnungsgemäß erschließender Verbindungen von zwei nutzbaren Bereichen sind bei der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform die zugeordnet erschließenden
Fluidverbindungen und die nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungen jeweils aus einer von der entsprechenden Erschließungsstätte aus geführten
Horizontalbohrung hergestellt.
Im Einzelnen umfasst das System 500 eine erste Erschließungsstätte 540, ein der ersten Erschließungsstätte 540 zugeordneter erster nutzbarer Bereich 510, eine zweite Erschließungsstätte 550, ein der zweiten Erschließungsstätte 550 zugeordneter, zweiter nutzbarer Bereich 520, eine erste Horizontalbohrung 542-H, die von der ersten Erschließungsstätte 540 ausgehend hergestellt wurde und die bis in den ersten nutzbaren Bereich 510 hineingeführt ist, eine zweite Horizontalbohrung 544-H, die ebenfalls von der ersten Erschließungsstätte 540 ausgeht und bis in den zweiten nutzbaren Bereich 520 hineingeführt ist, eine dritte Horizontalbohrung 552-H, die von der zweiten Erschließungsstätte 550 aus bis in den ersten nutzbaren Bereich 510 hineingeführt ist und eine vierte Horizontalbohrung 554-H, die von der zweiten
Erschließungsstätte 550 aus bis in den zweiten nutzbaren Bereich 520 hineingeführt ist.
Im Hinblick auf ihre Funktionen im Kreislaufsystem für das im Betrieb umlaufende Wärmetauschfluid bzw. in der Vernetzungsarchitektur wird aus der ersten
Horizontalbohrung 542-H eine erste zugeordnet erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen dem ersten nutzbaren Bereich 510 und der ersten Erschließungsstätte 540, aus der zweiten Horizontalbohrung 544-H eine erste nicht-zuordnungsgemäß
erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich 520 und der ersten Erschließungsstätte 540, aus der vierten Horizontalbohrung 554-H eine zweite zugeordnet erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich 520 und der zweiten Erschließungsstätte 550 und aus der dritten Horizontalbohrung 552-H eine zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung zwischen dem ersten nutzbaren Bereich 510 und der zweiten Erschließungsstätte 550 hergestellt. Das System 500 umfasst ferner eine an der ersten Erschließungsstätte 540 angeordnete Wärmetauscheinrichtung 580 mit einem Fluideinlass 582 und einem Fluidauslass 584. An den Fluideinlass 582 ist die als Produktionsleitung für den ersten nutzbaren Bereich 510 dienende, erste zugeordnet erschließende
Fluidverbindungsleitung angeschlossen. An den Fluidauslass 584 ist ein
Anfangsabschnitt der als Injektionsleitung in der im zweiten nutzbaren Bereich 520 dienende erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung angeschlossen. An der zweiten Erschließungsstätte 550 ist eine
Verbindungseinrichtung 590 mit einem Fluideinlass 592 und einem Fluidauslass 594 angeordnet. An dem Fluideinlass 592 ist ein erdoberflächenseitiger Anfangsabschnitt der als Produktionsbohrung für den zweiten nutzbaren Bereich 520 dienenden zweiten zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung angeschlossen. An dem
Fluidauslass 594 ist ein erdoberflächenseitiger Anfangsabschnitt der als
Injektionsbohrung in den ersten nutzbaren Bereich 510 dienenden zweiten nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung angeschlossen.
Auf die vorstehend beschriebene Weise ist in dem System 500 ein im
Wesentlichen geschlossenes Kreislaufsystem für ein im Betrieb 500 umlaufendes Wärmetauschfluid eingerichtet. Das Kreislaufsystem umfasst die folgenden, sich sukzessive aneinander anschließenden Abschnitte: Die aus der zweiten
Horizontalbohrung 544-H hergestellte erste vernetzende Fluidverbindungsleitung, die von der ersten Erschließungsstätte 540 bis in den zweiten nutzbaren Bereich 520 hineinführt, die in dem zweiten nutzbaren Bereich 520 hergestellte
Fluidkommunikationsverbindung durch die geologische Formation vom Endabschnitt der ersten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung zum Endabschnitt der zweiten direkt zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung, die zweite zugeordnet erschließende Verbindungsleitung, die Verbindungseinrichtung 590, die zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung, die von der zweiten Erschließungsstätte 550 bis in den ersten nutzbaren Bereich 510
hineinführt, die Fluidkommunikationsverbindung durch die geologische Formation zwischen dem Endabschnitt der zweiten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung bis zum Endabschnitt der ersten direkt erschließenden
Fluidverbindungsleitung, die erste direkt erschließende Fluidverbindungsleitung und die Wärmetauscheinrichtung 580. Die in Fig. 16 gezeigte Ausführungsform ermöglicht aufgrund der verwendeten Horizontalbohrungen, dass die erste Erschließungsstätte nicht im Wesentlichen vertikal oberhalb des ersten nutzbaren Bereichs 510 angeordnet zu sein braucht, sondern auch in horizontaler Richtung bzw. lateral versetzt in Bezug auf den ersten nutzbaren Bereich 510 (und selbstverständlich auch in Bezug auf den zweiten nutzbaren Bereich 520) eingerichtet sein kann. Gleichermaßen ermöglicht es die in Fig. 16 gezeigte
Ausführungsform, dass auch die zweite Erschließungsstätte 550 in horizontaler
Richtung bzw. lateral in Bezug auf den zweiten nutzbaren Bereich 520 (und natürlich auch in Bezug auf den ersten nutzbaren Bereich 510) versetzt eingerichtet sein kann.
Es ist offensichtlich, dass die mittels Horizontalbohrungen 542-H, 544-H, 552-H und 554-H ausgebildete, doppelt diagonal-vernetzte Vernetzung auch erweitert werden kann, um einen dritten oder auch weitere nutzbare Bereiche in die Vernetzung
einzubinden. Dabei kann die Einbindung des dritten und der weiteren nutzbaren
Bereiche jeweils parallel zueinander oder in einer ringartigen Weise seriell
hintereinander in die Vernetzung wie in Fig. 16 gezeigt, angeschlossen bzw.
eingebunden werden.
Die in Figur 17 gezeigte Ausführungsform ist beispielhaft für ein allgemeineres System 600, das folgendes umfasst: einen ersten nutzbaren Bereich 610, eine erste, dem ersten nutzbaren Bereich zugeordnete erste Erschließungsstätte 640, eine an der Erschließungsstätte 640 angeordnete Wärmetauscheinrichtung 680, eine erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 642 zwischen dem ersten nutzbaren Bereich 610 und der ersten Erschließungsstätte 640, und zwei, drei, vier, fünf, sechs oder auch noch mehrere Erschließungsarme 605-1 , 605-2, 605-3, parallel zueinander und jeweils mit dem ersten nutzbaren Bereich 610 und der ersten
Erschließungsstätte 640 vernetzt sind. Jeder der Erschließungsarme 605-1 , 605-2, 605- 3 stellt im Wesentlichen ein System vergleichbar wie das in der Fig. 15 gezeigte System 400 dar. In einem derartigen System (dem System eines jeden der Erschließungsarme) sind von einer ersten Erschließungsstätte (440 in Fig. 16, 640 in Fig. 17) in paralleler Weise zwei nutzbare Bereiche, nämlich ein zweiter und ein dritter nutzbarer Bereich (420 und 430 in Fig. 15 und 620-1 und 630-2 in Fig. 17) unmittelbar und parallel zueinander mit einem ersten nutzbaren Bereich (410 in Fig. 15 und 610 in Fig. 17) vernetzt. Diese Vernetzung ist ausgeführt unter Verwendung einer
Erschließungsbohrung (470 in Fig. 15, 694-1 , 694-2, 694-3 in Fig. 17), von der aus zwei (es könnten auch drei, vier, fünf, sechs oder mehr) nutzbare Bereiche (420, 430 in Fig. 15; 620-1 , 630-1 , 620-2, 630-2, 620-3, 630-3 in Fig. 17) jeweils parallel zueinander und mit einer in einem Teilabschnitt gemeinsam benutzten, vernetzenden
Fluidverbindungsleitung (472, 473 in Fig. 15; 646-1 , 646-2, 646-3 in Fig. 17) und in entsprechender Anzahl bereitgestellten, jeweils„parallel" verlaufenden, nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitungen parallel zueinander und unmittelbar mit dem ersten nutzbaren Bereich (410 in Fig. 15; 610 in Fig. 17) vernetzt sind.
Es ist offensichtlich, dass jeder der„äußeren" nutzbaren Bereiche 620-1 , 630-1 , 620-2, 630-2, 620-3, 630-3 Ausgangspunkt für eine Vielzahl (zwei, drei, vier oder mehr) von parallel zueinander und unmittelbar oder mittelbar mit dem Ausgangspunkt vernetzten nutzbaren Bereichen (in Fig. 17 nicht gezeigt) sein kann. Es ist offensichtlich, dass jeder der„äußeren" nutzbaren Bereiche 620-1 , 630-1 , 620-2, 630-2, 620-3, 630-3 eine„Station" in einer Vielzahl (zwei, drei, vier oder mehr) von ringförmig seriell vernetzten nutzbaren Bereichen (in Fig. 17 nicht gezeigt) sein kann.
Vorteile des unmittelbaren oder mittelbaren Vernetzens eines zweiten oder mehreren nutzbaren Bereiche mit einem ersten nutzbaren Bereich sind im Folgenden zusammengefasst.
1. Das erfindungsgemäße Konzept des (unmittelbaren oder mittelbaren) Vernetzens von zwei oder mehr nutzbaren Bereichen kann mit bestehender (moderner) Bohrtechnologie (in englischer Fachsprache: drilling technology), bestehender Verrohrungstechnologie (in englischer Fachsprache: casing technology), bestehender Verrohrungseinrichtungstechnologie (in englischer Fachsprache: well completen technology) und ggf. bestehender
Stimulierungstechnlogie realisiert werden.
2. Die Rückführung bzw. die Reinjektion des aus der Tiefe durch eine als
Produktionsleitung dienende, zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung geförderten Wärmetauschfluids durch die Wärmetauscheinrichtung in eine nicht- zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung erfolgt durch im Wesentlichen horizontal verlaufende Bohrungen im Untergrund in Tiefen mit weniger Wärmeverlust als auf der Erdoberfläche
3. Zumindest in den oben beschriebenen, so genannten zweiten Abschnitten, die in der Praxis etwa als horizontale Sekundärbohrungen ausgeführt sein können, kann statt eines
Wärmeverlusts, wie beschrieben, in den Abschnitten zwischen den nutzbaren Bereichen, wo Temperaturen im Bereich von ca. 80° Celsius bis ca. 180° Celsius oder mehr vorliegen, sogar eine zusätzliche Wärmeenergie-Aufnahmeeffizienz erzielt werden. Selbstverständlich müssen die Tiefe von und Abstände zwischen nutzbaren Bereichen vorgeplant werden.
4. Wenn eine Verbindungseinrichtung bzw. eine Wärmetauscheinrichtung (etwa ein Kraftwerk) an der Erdoberfläche zusätzlich mit Solarkollektoren ausgestattet ist, kann ein Wärmeverlust in den Leitungsabschnitten, wo die Formationstemperatur niedriger ist als die Temperatur des umlaufenden Wärmetauschfluids, geringer sein als die zusätzliche
Wärmeenergie-Aufnahmeeffizienz in den (z.B. im Wesentlichen horizontal verlaufenden) Leitungsabschnitten zwischen den nutzbaren Bereichen.
5. Beim unmittelbaren Vernetzens von zwei oder mehr nutzbaren Bereichen kann die
Wärmeenergie-Aufnahmeeffizienz (thermische Effizient) signifikant vergrößert werden als im Vergleich zur bisher üblichen Praxis, von einer Erschließungsstätte aus nur jeweils einen nutzbaren Bereich zu erschließen.
6. Künstlich (d.h. durch hydraulisch induzierte Rissbildung) stimulierte nutzbare Bereiche können eine sehr große, nahezu beliebige, und nur durch die Reichweite der Rissbildung begrenzte Ausdehnung sowie eine sehr große Permeabilität haben. Durch die Vernetzung und Produktion aus mehreren nutzbaren Bereichen genügt es, in jeder der produzierten nutzbaren Bereiche kürzere Riss bzw. Zerklüftungen herzustellen als wenn - wie bisher - aus nur einem nutzbaren Bereich produziert wird. Dadurch wird das Risiko eines Wasserverlustes (in englischer Fachsprache: waterflooding) in entfernt liegende, permeable Formationen vermindert und durch entsprechende Planung virtuell vollständig eliminiert werden.
7. Die Anzahl von unmittelbar oder mittelbar vernetzbaren, künstlich (d.h. durch hydraulisch induzierte Rissbildung) stimulierten nutzbaren Bereichen kann nahezu beliebig erhöht werden, etwa durch die oben beschriebene parallele Vernetzung von zwei oder mehreren (etwa n > 2) nutzbaren Bereichen und/oder durch ringförmig-serielle Vernetzung von mehreren (etwa m > 3) nutzbaren Bereichen.
8. In stimulierten nutzbaren Bereichen ist die Wärmeenergie-Aufnahmeeffizienz auch eine Funktion der Kontaktfläche zwischen der Gesteinsmatrix und dem zirkulierenden
Wärmetauschfluid (Wasser). Die Kontaktfläche kann durch hydraulische Rissbildungsverfahren (Englisch: hydraulic fracing) nahezu beliebig vergrößert werden.
9. Sowohl bei der unmittelbaren als auch bei der mittelbaren Vernetzung (etwa mit doppelter Kreuzvernetzung) von zwei nutzbaren Bereichen ist es möglich, den Abstand zwischen den nutzbaren Bereichen und den Abstand zwischen den Bohranfangsstätten einer Injektionsbohrung und einer Produktionsbohrung - aufgrund der Führung der vernetzenden Fluidverbindungsleitungen im Untergrund in der Tiefe bei ausreichend hohen Temperaturen - im Wesentlichen ohne Wärmeverlust nahezu beliebig zu erhöhen. 10. Sowohl bei der unmittelbaren als auch bei der mittelbaren Vernetzung ist es möglich, zusätzlich zu künstlich erzeugten nutzbaren Bereichen - und/oder auch anstelle von künstlich erzeugten nutzbaren Bereichen - selbstverständlich auch mehrere natürliche (permeable) nutzbare Bereiche mit geothermischer Energie in eine Vernetzung einzubinden bzw. zu vernetzen und somit zu nutzen.
1 1 . Sowohl bei der unmittelbaren als auch bei der mittelbaren Vernetzung ist es offensichtlich möglich, nur eine Wärmetauscheinrichtung an der Erdoberfläche (z.B. nur ein Strom-Kraftwerk) zur Energiegewinnung aus mehreren nutzbaren Bereichen bereitzustellen und somit Kosten zu sparen.
12. Wo es im Hinblick auf eine effiziente Verteilung der gewonnenen Energie sinnvoll oder gewünscht ist - etwa wenn mehrere geothermisch nutzbare Bereiche miteinander vernetzt und von mehreren Betreibern oder Gemeinden genutzt werden - können jedoch auch mehrere Wärmetauscheinrichtung (Kraftwerke) eingerichtet werden.
13. Sind mehrere Erschließungsstätten vorgesehen, so ist es auch möglich, an einer Erschließungsstätte etwa ein Stromkraftwerk und an einer anderen Erschließungsstätte etwa eine Wärmetauscheinrichtung für die Versorgung von einem bzw. Energieeinspeisung in ein Fernwärmeverteilungsnetz einzurichten.
14. Sind mehrere Erschließungsstätten vorgesehen, so ist es auch möglich, an einer ersten und einer zweiten Erschließungsstätte jeweils eine Wärmetauscheinrichtung zum
Übertragen von geothermisch geförderter Wärmeenergie in ein Wärmetransportfluid, das in einem Fernwärmeverteilungsnetz von zwei oder mehreren Fernwärme-Betreibern bzw. zwei oder mehreren Gemeinden zu versorgen.
15. Mit einer Vernetzung von mehreren nutzbaren Bereichen in unmittelbarer und/oder mittelbarer Weise werden noch folgende weitere Vorteile in Bezug auf Projekte in der hydrothermalen Geothermie erzielt, die - wie bisher üblich - nur einen geothermisch nutzbaren Bereich erschließen:
A. Es ist zu erwarten, dass mittels Vernetzung von mehreren nutzbaren Bereichen gemäß dem ersten und zweiten Aspekt in der hydrothermalen Geothermie Projekte in bis zu 90% der Erdkruste bei Tiefen von bis zu 6000 m realisiert werden können, und mit der herkömmlichen hydrothermalen Geothermie nur in bis zu 2% der Erdkruste.
B. Effizienz und Lebensdauer von Projekten mit mehreren vernetzten, nutzbaren Bereichen können in der Planungsphase geplant und vorausberechnet werden. Im Gegensatz dazu sind für herkömmliche hydrothermale und Projekte und für HDR Projekte die Effizienz und Lebensdauer meist erst am Ende des Projektes bekannt.
C. Allgemein ist zu erwarten, dass mittels Vernetzung von mehreren nutzbaren
Bereichen gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung in der hydrothermalen Geothermie das Risiko eines Projekts verringert und die Lebensdauer erhöht wird.
16. Mit einer Vernetzung von mehreren nutzbaren Bereichen in der hydrothermalen Geothermie werden auch Vorteile in Bezug auf Projekte erzielt, die auf dem Prinzip der "Hot- Dry-Rock" (HDR) Geothermie beruhen und - wie bisher üblich - einen geothermisch nutzbaren HDR Bereich erschließen:
A. Erfolgchancen im Hinblick auf wirtschaftlich rentable Projekte mit hydrothermaler Geothermie mit Vernetzung von mehreren nutzbaren Bereich können durch entsprechende Planung, einschließlich insbesondere der Wahl der Anzahl der vernetzten nutzbaren Bereich, durchwegs höher gestaltet werden als für konventioneller so-genannte Hot Dry Rock (HDR) Projekte.
B. Das Risiko des sogenannten Waterflooding wird verringert und kann nahezu vollständig eliminiert werden.
C. Eine Stimulierung (hydraulisch induzierte Rissbildung) kann auf kleinere
Dimensionen (Länge und Breite) minimiert werden.
D. Die Produktionsdauer für einen nutzbaren Bereich kann erhöht und eine
Regenierung des geothermisch nutzbaren Bereichs kann signifikant kürzer, einfacher, erfolgreicher und kostengünstiger gestaltet werden. In günstigen Fällen kann gar eine dauerhafte Produktion eingerichtet und können Regenerierungsphasen vermieden werden.
F. Es ist zu erwarten, dass die hydraulische Effizienz signifikant höher (doppelt so hoch erscheint möglich) ist als in HDR Projekten.
G. Effizienz und Lebensdauer eines Projekts mit unmittelbarer und mittelbarer Vernetzung von zwei oder mehreren nutzbaren Bereichen können in der Planungsphase vorausberechnet und geplant werden.
17. Durch Verwenden von verrohrten Erschließungsbohrungen können Cluster von nutzbaren Bereichen mittels in der Tiefe der Erschließungsbohrungen hergestellter
Abzweigbohrugen, die mit ihren Endabschnitten bis in die zu dem Cluster gehörenden, nutzbaren Bereiche hinein geführt werden. Vernetzende Fluidverbindungsleitungen können recht weitgreifende unterirdische Vernetzungen von einer großen Anzahl nutzbarer Bereiche von sehr wenigen, insbesondere nur von einer Erschließungsstätte aus, mit unterirdisch vernetzenden Fluidverbindungsleitungen erreicht werden, siehe etwa Fig. 17. Daher kann die Wärmeenergie-Übertragungseffizienz sehr hoch, die Wärmeenergie-Entnahme aus einem einzelnen nutzbaren Bereich relativ gering gehalten und so die Produktionsdauer mit wenig bis keinem Regenerierungsbedarf verlängert oder gar dauehaft eingerichtet werden. Bezugszeichenliste
1 , 2, 3, 4 System
5 Erdoberfläche
6 Untergrund
8 tiefer Untergrund für hydrothermale Geothermie
10 erster nutzbarer Bereich
12 Zone
14 Maximalabstand
18 initiale Rissausbreitungs (Englisch: frac)-Richtung
20 zweiter nutzbarer Bereich
24 maximaler Förderabstand
28 initiale Rissausbreitungs-Richtung
30 dritter nutzbarer Bereich
38 initiale Rissausbreitungs-Richtung
40 erste Erschließungsstätte
42 erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
44 nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
44- 1 erster Abschnitt
44-2 zweiter Abschnitt
45- 1 , 45-2, 45-3 Dünnbohrung
46 vernetzende Fluidverbindungsleitung
47 Abzweigbereich
48- 1 Primärbohrung
48-2 Sekundärbohrung
49- 1 , 49-2, 49-3 Dünnbohrung
60, 61 Förderpumpe (in Verrohrung angeordnet, Englisch: downhole pump)
62 Diaphragma
63, 64 Rohrabdichtungseinrichtung (Englisch: packer)
65 Rohrabdichtungseinrichtung in verrohrter Dünnbohrung
66, 67 Filter
68, 68' Perforation
69 Perforation in verrohrter Dünnbohrung
80 Wärmetauscheinrichtung
82 Fluid-Einlass
84 Fluid-Auslass
86-1 , ... , 86-12 Strömungsrichtung (im Kreislaufsystem) 90 zweite Erschließungsstätte
91 Verbindungsbohrung
92 zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
93 Abzweigabschnitt
94 Erschließungsverbindung
94-1 erster Abschnitt
94- 2 zweiter Abschnitt
95- 1 , 95-2, 95-3 Dünnbohrung
96 Übergangsbereich (Englisch: liner)
97 Abzweigbohrung
98 Verrohrung
99 Rohrverschluss
100, 100"' System
1 10, 1 10' erster nutzbarer Bereich
1 18 initiale Rissausbildungs (Englisch: frac)-Richtung
1 18-H initiale Rissausbildungs-Richtung (aus Horizontalbohrung)
120, 120' zweiter nutzbarer Bereich
127 initiale Rissausbildungs-Richtung
(aus horizontaler Sekundärbohrung 148-2)
128 initiale Rissausbildungs-Richtung (aus Bohrsole)
128-H initiale Rissausbildungs-Richtung (aus Horizontalbohrung)
129 Riss (Englisch: fracture)
140 erste Erschließungsstätte
141 Verrohrung
142 erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
142-H erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (aus Horizontalbohrung)
143 Divergenz-Abschnitt
144, 144' erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 144-1 erster Abschnitt
144-2, 144-2' zweiter Abschnitt
144-H erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
(aus Horizontalbohrung)
145 Konvergenz-Abschnitt
146 Abzweigbohrung
147 Abzweigbereich
148-1 Primärbohrung 148- 2 Sekundärbohrung
149- 1 , 149-2 Dünnbohrung (Englisch: slim hole)
149-3, 149-4 Dünnbohrung
150 zweite Erschließungsstätte
152 zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
152-H zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (aus Horizontalbohrung)
154, 154' zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
154-1 erster Abschnitt
154-2, 154-2' zweiter Abschnitt
154-H zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
(aus Horizontalbohrung)
158-1 Primärbohrung
158-2 Sekundärbohrung
170 zweite Wärmetauscheinrichtung
190 Verbindungseinrichtung
191 Förder- und Pumpstation
192 Fluideinlass
194 Fluidauslass
195 Förder-, Pump- und Wärmetauschstation
196 Solarenergiekollektoreinrichtung
200, 200' System (mit paralleler Vernetzung)
210 erster nutzbarer Bereich
220 zweiter nutzbarer Bereich
230 dritter nutzbarer Bereich
240 erste Erschließungsstätte
242 erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
248 erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
248-1 erster Abschnitt
248-2 zweiter Abschnitt
250 zweite Erschließungsstätte
252 zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
254 zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
254-1 erster Abschnitt
254-2 zweiter Abschnitt
260 dritte Erschließungsstätte
262 dritte zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 268 dritte nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 268-1 erster Abschnitt
268- 2 zweiter Abschnitt
269 vierte nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 269-1 erster Abschnitt
269- 2 zweiter Abschnitt
280 Wärmetauscheinrichtung
282 Fluid-Einlass
284 Fluid-Auslass
286-1 , ... 286-12 Strömungsrichtung (im Kreislaufsystem)
300 System (mit serieller Vernetzung)
310 erster nutzbarer Bereich
320 zweiter nutzbarer Bereich
330 dritter nutzbarer Bereich
340 erste Erschließungsstätte
342 erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
348 erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
348-1 erster Abschnitt
348-2 zweiter Abschnitt
350 zweite Erschließungsstätte
352 zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
358 zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
358-1 erster Abschnitt
358-2 zweiter Abschnitt
360 dritte Erschließungsstätte
362 dritte zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
368 vierte nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
368-1 erster Abschnitt
368-2 zweiter Abschnitt
380 Wärmetauscheinrichtung
382 Fluid-Einlass
384 Fluid-Auslass
386-1 , ... 386-10 Strömungsrichtung (im Kreislaufsystem)
400 System (mit serieller Vernetzung)
410 erster nutzbarer Bereich
420 zweiter nutzbarer Bereich
430 dritter nutzbarer Bereich 440 erste Erschließungsstätte
442 erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
450 erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
450-1 erster Abschnitt
450-2 zweiter Abschnitt
452 zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
452-1 erster Abschnitt
452-2 zweiter Abschnitt
454 erste vernetzende Fluidverbindungsleitung
456 zweite vernetzende Fluidverbindungsleitung
470 Erschließungsbohrung (verrohrt)
470-1 erster Abzweigabschnitt (verrohrt)
470-2 zweiter Abzweigabschnitt (verrohrt)
470-3 dritter Abzweigabschnitt (verrohrt)
471 erste Abzweigbohrung
472 zweite Abzweigbohrung
473 dritte Abzweigbohrung
493 Abzweigabschnitt
499 Bohrleitungsverschluss
500 System
510 erster nutzbarer Bereich
520 zweiter nutzbarer Bereich
540 erste Erschließungsstätte
542 erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
542-H erste Horizontalbohrung
544 erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
552-H zweite Horizontalbohrung
550 erste Erschließungsstätte
552 erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
552-H dritte Horizontalbohrung
544 zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
554-H vierte Horizontalbohrung
580 Wärmetauscheinrichtung
582 Fluideinlass
584 Fluidauslass
590 Verbindungseinrichtung
584 Fluideinlass 585 Fluidauslass
600 System
605-1 erster Erschließungsarm
605-2 zweiter Erschließungsarm
605-3 dritter Erschließungsarm
610 erster nutzbarer Bereich
620-1 zweiter nutzbarer Bereich (im ersten Erschließungsarm)
630-1 dritter nutzbarer Bereich (im ersten Erschließungsarm)
620-2 zweiter nutzbarer Bereich (im zweiten Erschließungsarm)
630-2 dritter nutzbarer Bereich (im zweien Erschließungsarm)
620-3 zweiter nutzbarer Bereich (im dritten Erschließungsarm)
630-3 dritter nutzbarer Bereich (im dritten Erschließungsarm)
640 erste Erschließungsstätte
642 erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung 644 erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
646 erste vernetzende Fluidverbindungsleitung
648- 2-1 zweiter Abschnitt der ersten zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung im ersten Erschließungsarm
649- 2-1 zweiter Abschnitt der zweiten zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung im ersten Erschließungsarm
648- 2-2 zweiter Abschnitt der ersten zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung im zweiten Erschließungsarm
649- 2-2 zweiter Abschnitt der zweiten zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung im zweiten Erschließungsarm 648-2-2 zweiter Abschnitt der ersten zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung im dritten Erschließungsarm
649-2-1 zweiter Abschnitt der zweiten zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung im dritten Erschließungsarm
680 Wärmetauscheinrichtung
682 Fluideinlass
684 Fluidauslass
694-1 erste verrohrte Erschließungsbohrung
694-2 zweite verrohrte Erschließungsbohrung
694-3 zweite verrohrte Erschließungsbohrung
o1 stärkste geomechanische Stresskomponente
02 mittel-starke geomechanische Stresskomponente
03 schwächste geomechanische Stresskomponente

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . System (1 ; 2; 3; 4; 100-100"'; 200; 300; 400; 500; 600) zum Erschließen bzw.
Produzieren von geothermischer Energie, mit:
einem ersten unterirdischen, nutzbaren Bereich (10; 1 10; 210; 310; 410; 510; 610) mit geothermischer Energie,
einer vorbestimmten ersten Erschließungsstätte (40; 140; 240; 340; 440; 540; 640), die dem ersten nutzbaren Bereich zugeordnet ist, und
einer ersten zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung (42; 142; 242; 342; 442; 542; 642), die zwischen der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet ist,
gekennzeichnet durch
mindestens einen zweiten unterirdischen nutzbaren Bereich (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 30; 130; 230; 330; 430; 630-1 , 630-2) mit geothermischer Energie, und
eine erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644), die zwischen der ersten Erschließungsstätte und dem zweiten nutzbaren Bereich ausgebildet ist.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite nutzbare Bereich unmittelbar oder mittelbar mit der ersten
Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich vernetzt ist.
3. System (1 , 400, 600) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
es eine an der ersten Erschließungsstätte (40; 140; 240; 340; 440; 540; 600) bereitgestellte Wärmetauscheinrichtung (80; 180; 280; 380; 480; 580; 680) mit einem Fluideinlass (82; 182; 282; 382; 482; 582; 682) und einem Fluidauslass (84; 184; 284; 384; 484; 584; 684) umfasst, wobei die erste zuordnungsgemäß erschließende
Fluidverbindungsleitung (42; 142; 242; 342; 442; 542; 642) an dem Fluideinlass und die erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644) an dem Fluidauslass angeschlossen ist.
4. System (1 , 400; 600) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite nutzbare Bereich (20; 420; 620) unmittelbar mit der ersten
Erschließungsstätte (80; 480; 680) und dem ersten nutzbaren Bereich (10; 410; 610) vernetzt ist, wozu das System (1 , 400; 600) ferner eine erste vernetzende
Fluidverbindungsleitung (46; 446; 646), die zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich (20; 420; 620) und dem ersten nutzbaren Bereich (10; 410; 610) ausgebildet ist, umfasst.
5. System (1 , 400; 600) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (44; 444; 642), der zweite nutzbare Bereich (20; 420; 620), die erste vernetzende
Fluidverbindungsleitung (46; 446; 646), der erste nutzbare Bereich (10; 410; 610), die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (42; 442; 642) und die
Wärmetauscheinrichtung (80; 480; 680) ein im Wesentlichen geschlossenes, insbesondere druckdicht geschlossenes Wärmetauschfluidkreislaufsystem für ein darin im Betrieb des Systems (1 ; 400; 600) umströmendes Wärmetauschfluid ausbilden.
6. System (400; 600) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite nutzbare Bereich (420; 620) unmittelbar mit der ersten
Erschließungsstätte (480; 680) und dem ersten nutzbaren Bereich (610) vernetzt ist,
dass das System ferner mindestens einen weiteren dritten nutzbaren Bereich (430; 620-1 ) oder noch weitere (insgesamt: m) nutzbare Bereiche umfasst, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt, und
dass der zweite (420, 620) und jeder weitere m-te nutzbare Bereiche jeweils unmittelbar mit der ersten Erschließungsstätte (440; 640) und dem ersten nutzbaren Bereich (610) vernetzt ist, wodurch eine sogenannte parallele und unmittelbare Vernetzung der m nutzbaren Bereichen mit dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet wird.
7. System (400; 600) nach Anspruch 6, wobei das System (1 , 400; 600) zur unmittelbaren Vernetzung des zweiten nutzbaren Bereichs die erste vernetzende
Fluidverbindungsleitung (46; 446; 646), die zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich (20; 420; 620) und dem ersten nutzbaren Bereich (10; 410; 610) ausgebildet ist, umfasst, und wobei das System (1 , 400; 600) zur unmittelbaren Vernetzung eines jeden der weiteren m nutzbaren Bereiche eine (m-1 )-te vernetzende Fluidverbindungsleitung (444, 446; 648-1 , 649-1 , 648-2, 649-2, 648-3, 649-3), die zwischen dem m-ten nutzbaren Bereich (20; 420; 620-1 , 630-1 , 620-2, 630-2, 620-3, 630-3) und dem ersten nutzbaren Bereich (10; 410; 610) ausgebildet ist, umfasst.
8. System (400; 600) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei oder mehr der m-1 vernetzenden Fluidverbindungsleitung (444, 446; 648-1 , 649-1 , 648-2, 649-2, 648-3, 649-3) einen gemeinsamen Leitungsabschnitt umfassen.
9. System (100, 200, 300, 500) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite nutzbare Bereich (120; 220; 320; 520) mittelbar mit der ersten
Erschließungsstätte (140; 240; 340; 540) und dem ersten nutzbaren Bereich (1 10; 210; 310; 510) vernetzt ist,
wozu das System (100, 200, 300, 500) ferner umfasst:
eine vorbestimmte zweite Erschließungsstätte (150; 250; 350; 550), die dem zweiten nutzbaren Bereich (120; 220; 320; 520) zugeordnet ist,
eine zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (152; 252; 352; 452; 552), die zwischen der zweiten Erschließungsstätte (150; 250; 350; 550) und dem zweiten nutzbaren Bereich (120; 220; 320; 520) ausgebildet ist, und
eine zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (154; 254; 354; 554), die zwischen der zweiten Erschließungsstätte (150; 250; 350; 550) und dem ersten nutzbaren Bereich (1 10; 210; 310; 510) ausgebildet ist,
wodurch eine sogenannt Doppelt-Kreuz-Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen und zwei zugeordneten Erschließungsstätten ausgebildet ist.
10. System (100, 200, 300, 500) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
es eine an der zweiten Erschließungsstätte (50; 150; 250; 350; 450; 550)
bereitgestellte Verbindungseinrichtung (190; 290; 390; 590) mit einem Fluideinlass (192;
292; 392; 582) und einem Fluidauslass (194; 294; 394; 594) umfasst, wobei die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (142; 242; 342; 542) an dem Fluideinlass und die erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
(144; 244; 344; 544) an dem Fluidauslass angeschlossen ist.
1 1. System (100, 200, 300, 500) nach Anspruch 2 oder 3 und 10, dadurch
gekennzeichnet, dass
die erste nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (144; 244;
344; 544), der zweite nutzbare Bereich (120; 220; 320; 520), die zweite zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (152; 252; 352; 452; 552), die
Verbindungseinrichtung (190; 290; 390; 590), die zweite nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung (154; 254; 354; 554), der erste nutzbare Bereich (1 10; 210; 310; 510), die erste zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitung
(142; 242; 342; 542) und die Wärmetauscheinrichtung (180, 280, 380, 580) ein im
Wesentlichen geschlossenes, insbesondere druckdicht geschlossesnes Wäremtauschfluidkreislaufsystem für ein darin im Betrieb des Systems (100, 200, 300, 500) umströmendes Wärmetauschfluid ausbilden.
12. System (200) nach Anspruch 2 oder 3 und 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite nutzbare Bereich (220) mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte (240) und dem ersten nutzbaren Bereich (210) vernetzt ist,
dass das System ferner mindestens einen weiteren dritten (230) oder noch weitere (insgesamt: m) nutzbare Bereiche umfasst, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt, und
dass der zweite (220) und jeder weitere m-te (230) nutzbare Bereiche jeweils mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte (240) und dem ersten nutzbaren Bereich (210) vernetzt sind, wodurch eine sogenannt parallele und mittelbare Vernetzung von m
nutzbaren Bereichen mit dem ersten nutzbaren Bereich ausgebildet wird.
13. System (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
wozu das System (200) ferner umfasst:
eine vorbestimmte zweite (250), dritte (260) oder mehr (insgesamt: m)
Erschließungsstätten, wobei jede der zweiten, dritten oder weiteren Erschließungsstätte jeweils dem zweiten (220), dritten (230) oder m-ten nutzbaren Bereich zugeordnet ist,
eine zweite (252), dritte (262) oder mehrere (insgesamt: m) zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitungen, die zwischen der jeweiligen zweiten, dritten oder m-ten Erschließungsstätte und dem zweiten (220), dritten (230) oder m-ten nutzbaren Bereich ausgebildet sind, und
eine zweite (254), dritte (264) oder mehr (insgesamt: m) nicht-zuordnungsgemäß erschließende Fluidverbindungsleitungen, die zwischen der zweiten (250), dritten (260) oder m-ten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich (210) ausgebildet sind.
14. System (300) nach Anspruch 2 oder 3 und 10 oder 1 1 , wobei
der zweite nutzbare Bereich (320) mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte (340) und dem ersten nutzbaren Bereich (310) vernetzt ist, und gekennzeichnet durch:
mindestens einen weiteren dritten (330) oder noch weitere (insgesamt: m) nutzbare Bereiche, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt, und
mindestens eine vorbestimmte zweite (350), dritte (360) oder noch weitere
(insgesamt: m) Erschließungsstätten, wobei jede der m Erschließungsstätten (340, 350, 360) einem nutzbaren Bereich (310, 320, 330) zugeordnet ist und wobei jedem nutzbaren
Bereich (310, 320, 330) und jeder Erschließungsstätte (340, 350, 360) eine, die jeweilige Zuordnung kennzeichnende Ordnungszahl n zugeordnet ist, wobei n eine natürlich Zahl ist und 2 < n < m gilt, und,
zusätzlich zu der ersten (n = 1 ) zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung, mindestens eine zweite (352), dritte (362) oder noch weitere (insgesamt: m) zugeordnet erschließende Fluidverbindungsleitungen,
wobei die n-te zugeordnet erschließende Fluidverbindungsleitung (358, 368) zwischen der n-ten Erschließungsstätte (350, 360) und dem (n+1 )-ten nutzbaren Bereich (320, 330) und die m-te zugeordnet erschließende Fluidverbindungsleitung zwischen der m- ten Erschließungsstätte (360) und dem ersten nutzbaren Bereich (310) ausgebildet ist,
wodurch eine sogenannt ringförmig-serielle Vernetzung von m nutzbaren Bereichen ausgebildet wird.
15. System (200, 300) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
für mindestens einen ausgewählten nutzbaren Bereich (210, 220, 230; 310, 320, 330) aus der aus dem ersten bis m-ten nutzbaren Bereich gebildeten Gruppe und der diesem ausgewählten nutzbaren Bereich zugeordneten Erschließungsstätte (240, 250, 260; 340, 350, 360) gilt:
(i) mit diesem ausgewählten nutzbaren Bereich und der diesem Bereich
zugeordneten Erschließungsstätte sind zwei oder mehr noch weitere nutzbare Bereiche, die in dem System zusätzlich zu den m nutzbaren Bereiche umfasst sind, entweder parallel und mittelbar oder parallel und unmittelbar vernetzt, oder
(ii) dieser ausgewählte nutzbare Bereich und die diesem Bereich zugeordnete Erschließungsstätte sind eingebunden in eine ringförmig-serielle Vernetzung von zwei oder mehr noch weiteren nutzbaren Bereichen, die in dem System zusätzlich zu den m nutzbaren
Bereiche umfasst sind.
16. System (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eines der folgenden Merkmale erfüllt ist:
(i) mindestens eine der zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen (42,
142, 152) umfasst eine von der jeweiligen Erschließungsstätte (40; 140, 150) ausgehend im Wesentlichen vertikal in die Tiefe bis in den zugeordneten nutzbaren Bereich hinein ausgebildete, verrohrte Primärbohrung (48),
(ii) mindestens eine der zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen (542, 552) umfasst eine von der jeweiligen Erschließungsstätte (540, 550) ausgehende und im
Wesentlichen durchgängig bis in den zugeordneten nutzbaren Bereich (510, 520) hinein ausgebildete, verrohrte Horizontalbohrung (542-H, 552-H).
17. System (1 , 2, 3, 4, 100, 200, 300; 400 nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eines der folgenden Merkmale erfüllt ist:
(i) mindestens eine der nicht-zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen (154) umfasst eine verrohrte Bohrung, die in einem von der jeweiligen Erschließungsstätte (150) ausgehenden, ersten Abschnitt als Primärbohrung und in einem sich an den ersten Abschnitt anschließenden, zweiten Bereich als Sekundärbohrung in der Form von einer oder mehreren, vorzugsweise 6 bis 12, Horizontalbohrungen mit jeweils einem Endabschnitt, der sich bis in den zu erschließenden nutzbaren Bereich hinein erstreckt,
(ii) mindestens eine der nicht zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen (544, 554) umfasst eine von der jeweiligen Erschließungsstätte (540, 550) ausgehende und im Wesentlichen durchgängig bis in den jeweilig zu erschließenden, zugeordneten nutzbaren Bereich (510, 520) hinein ausgebildete, verrohrte Horizontalbohrung (544-H, 554- H).
18. System (3, 4; 400; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass
mindestens eine vernetzenden Fluidverbindungsleitungen (46; 444-1 , 444-2) eine oder mehrere, vorzugsweise 6 bis 12, von einen jeweiligen i-ten nutzbaren Bereich (520, 530; 644, 646) ausgehende, verrohrte Horizontalbohrung (46; 446-1 , 446-2) umfasst, die im Wesentlichen durchgängig bis in einen j-ten nutzbaren Bereich (510; 610) hinein
ausgebildet sind und die jeweils einen Endabschnitt aufweisen, der sich bis in den zu erschließenden, j-ten nutzbaren Bereich hinein erstreckt, wobei i, j, m und n natürliche Zahlen sind mit i <> j und i, j < m, wobei m = n - 1 die Anzahl der vernetzenden
Fluidverbindungsleitungen und wobei n die Anzahl der nutzbaren Bereiche ist.
19. Verfahren zum Erschließen bzw. Produzieren von geothermischer Energie, mit den folgenden Schritten:
Identifizieren eines ersten unterirdischen, nutzbaren Bereich (10; 1 10; 210; 310; 410; 510; 610) mit geothermischer Energie,
Bestimmen einer vorbestimmten ersten Erschließungsstätte (40; 140; 240; 340; 440; 540; 640), die dem ersten nutzbaren Bereich zugeordnet ist, und
Herstellen einer ersten zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung (42; 142; 242; 342; 442; 542; 642) zwischen der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich,
gekennzeichnet durch Identifizieren von mindestens einem zweiten (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620) oder noch weiteren (30; 130; 230; 330; 430; 630-1 , 630-2) unterirdischen nutzbaren Bereiche mit geothermischer Energie, und
Herstellen einer ersten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden
Fluidverbindungsleitung (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644) zwischen der ersten
Erschließungsstätte und dem zweiten nutzbaren Bereich.
20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch
Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereich unmittelbar oder mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte und dem ersten nutzbaren Bereich.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch
an der ersten Erschließungsstätte (40; 140; 240; 340; 440; 540; 600), Bereitstellen einer Wärmetauscheinrichtung (80; 180; 280; 380; 480; 580; 680) mit einem Fluideinlass (82; 182; 282; 382; 482; 582; 682) und einem Fluidauslass (84; 184; 284; 384; 484; 584; 684),
Anschließen der ersten zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung (42; 142; 242; 342; 442; 542; 642) an dem Fluideinlass, und Anschließen der ersten nicht- zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644) an dem Fluidauslass.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , gekennzeichnet durch
unmittelbares Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereichs (20; 420; 620) mit der ersten Erschließungsstätte (80; 480; 680) und dem ersten nutzbaren Bereich (10; 410; 610), und
Herstellen einer ersten vernetzenden Fluidverbindungsleitung (46; 446; 646) zwischen dem zweiten nutzbaren Bereich (20; 420; 620) und dem ersten nutzbaren Bereich (10; 410; 610).
23. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , gekennzeichnet durch
mittelbares Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereichs (120; 220; 320; 520) mit der ersten Erschließungsstätte (140; 240; 340; 540) und dem ersten nutzbaren Bereich (1 10; 210; 310; 510),
Bestimmen einer zweiten Erschließungsstätte (150; 250; 350; 550), die dem zweiten nutzbaren Bereich (120; 220; 320; 520) zugeordnet ist,
Herstellen einer zweiten zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung
(152; 252; 352; 452; 552) zwischen der zweiten Erschließungsstätte (150; 250; 350; 550) und dem zweiten nutzbaren Bereich (120; 220; 320; 520), und Herstellen einer zweiten nicht-zuordnungsgemäß erschließenden Fluidverbindungsleitung (154; 254; 354; 554) zwischen der zweiten Erschließungsstätte (150; 250; 350; 550) und dem ersten nutzbaren Bereich (1 10; 210; 310; 510), und
dadurch Ausbilden eine sogenannt Doppelt-Kreuz-Vernetzung von zwei nutzbaren Bereichen und zwei zugeordneten Erschließungsstätten.
24. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , gekennzeichnet durch
mittelbares Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereichs (220) mit der ersten
Erschließungsstätte (240) und dem ersten nutzbaren Bereich (210),
Identifizieren von mindestens einem weiteren dritten (230) oder noch weiteren
(insgesamt: m) nutzbaren Bereichen, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt, und Vernetzen des zweiten (220) und jedes weiteren m-ten (230) nutzbaren Bereichs jeweils mittelbar mit der ersten Erschließungsstätte (240) und dem ersten nutzbaren Bereich
(210), und
dadurch Ausbilden einer sogenannt parallelen und mittelbaren Vernetzung von m nutzbaren Bereichen mit dem ersten nutzbaren Bereich.
25. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , gekennzeichnet durch
mittelbares Vernetzen des zweiten nutzbaren Bereichs (320) mit der ersten
Erschließungsstätte (340) und dem ersten nutzbaren Bereich (310),
Identifizieren von mindestens einem weiteren dritten (330) oder noch weiteren (insgesamt: m) nutzbaren Bereichen, wobei m eine natürliche Zahl ist und 3 < m gilt, und Bestimmen von mindestens einer zweiten (350), dritten (360) oder noch weiteren (insgesamt: m) Erschließungsstätten, Zuweisen von jeder der m Erschließungsstätten (340, 350, 360) zu einem nutzbaren Bereich (310, 320, 330) und Zuordnen an jeden nutzbaren
Bereich (310, 320, 330) und jede Erschließungsstätte (340, 350, 360) von einer, die jeweilige Zuordnung kennzeichnenden Ordnungszahl n, wobei n eine natürlich Zahl ist und 2 < n < m gilt, und,
zusätzlich zu der ersten (n = 1 ) zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung, Herstellen von mindestens einer zweiten (352), dritten (362) oder noch weiteren (insgesamt: m) zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitungen,
Ausbilden der n-ten zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung (358, 368) zwischen der n-ten Erschließungsstätte (350, 360) und dem (n+1 )-ten nutzbaren Bereich (320, 330) und Ausbilden der m-ten zugeordnet erschließenden Fluidverbindungsleitung zwischen der m-ten Erschließungsstätte (360) und dem ersten nutzbaren Bereich (310), und dadurch Ausbilden einer sogenannt ringförmig-serielle Vernetzung von m nutzbaren Bereichen.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass es
für mindestens einen ausgewählten nutzbaren Bereich (210, 220, 230; 310, 320, 330) aus der aus dem ersten bis m-ten nutzbaren Bereich gebildeten Gruppe und der diesem ausgewählten nutzbaren Bereich zugeordneten Erschließungsstätte (240, 250, 260; 340,
350, 360) umfasst:
(i) zusätzlich zu den m nutzbaren Bereichen, Identifizieren von zwei oder mehreren noch weiteren nutzbaren Bereichen, und entweder parallel und mittelbar oder parallel und unmittelbar Vernetzen dieses ausgewählten nutzbaren Bereichs und der diesem Bereich zugeordneten Erschließungsstätte, oder
(ii) zusätzlich zu den m nutzbaren Bereichen, Identifizieren von zwei oder mehreren noch weiteren nutzbaren Bereichen, und Einbinden dieses ausgewählten nutzbaren
Bereichs und die diesem Bereich zugeordnete Erschließungsstätte in eine ringförmigserielle Vernetzung der zwei oder mehreren noch weiteren nutzbaren Bereichen.
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