[发明专利]地热热量采收机

说明书

使用热量采收机从地质地层中提取热能。在一些实施方式中，所述热量采收机是通过穿过热岩石定向钻探而创造的直流、闭合回路、地下热量采收机。提取的热能可以转换或转化为其他形式的能量。

交叉引用

本申请要求于2015年9月24日提交的美国临时申请号62/232,271的权益，该美国临时申请的全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

传统的热液地热能(hydrothermal geothermal energy)可以通过将井钻进地下含水层中而从地球提取，该地下含水层已经被共同定位的岩浆侵入所加热。可以以蒸汽、加热的盐水或二者的混合物的形式从含水层提取加热的水，并且通常将该加热的水用于发电。虽然地球地壳中在商业可达深度(例如10km内)内普遍存在高温岩石(例如，高于200℃)，但是这样的资源可能很少与天然地下水库共同定位。热液地热资源还可能经受水存量耗尽，除非通过再注入流体来补充此类存量，这在水供应有限的区域造成了困难。

自然共同定位的热量和流体资源的稀缺性导致了对工程或增强的地热系统(engineered or enhanced geothermal system,EGS)的开发。EGS可以通过水力压裂法在热岩体内创造裂纹网络，并继而将水引入新创造的裂纹中以从岩石提取热量。EGS的优点是可以在地质热资源内人工创造水库。然而，EGS在控制裂缝网络通路方面遭受到困难，遭受注入的流体的损失，遭受岩石中矿物质的滤掉，以及遭受因裂缝周围岩石的快速局部冷却而导致的热量提取下降。

发明内容

本文认识到需要改进的用于从地质地层中提取热量的系统和方法(本文也称为“地热热量采收”)。本公开内容提供了用于通过从岩体中提取热量来产生地热能的闭合回路系统，诸如通过钻探钻孔并用管道系统包围钻孔以及随后引导工作流体(例如，水)穿过管道系统来提取热量。周围岩石将热量传递给所述管道系统的至少一部分。冷工作流体在其流动穿过管道系统的热量采收部分时被引导(例如，泵送)到所述管道系统中并且被周围岩石加热。这样的系统可以有利地保持工作流体被包含在闭合回路内，其中使工作流体流失到周围岩石的风险降低或最小，并且基本上没有与从岩石地层的水提取相关联的环境问题。

在一些实施方式中，通过穿过热岩石定向钻探热量采收机的至少一部分来创造直流、闭合回路、地下热量采收机(本文中也称为“热量采收机”)。所述热量采收机(heatharvester)的两个或更多个独立钻探部分(例如，包括两个或更多个独立钻探的井部分)可以用一个或多个耦接件进行连接以创造地下热量采收机的完整回路。可以使用传导性水泥或水泥浆来增加或改善热量向热量采收机中的流动。例如，可以使用传导性水泥或水泥浆来增加或改善在主传热区域中热量向热量采收机中的流动。每当所述流体比周围岩石更热时，绝缘性水泥或水泥浆就可以用于减少或阻止自所述热量采收机的热量的损失。定向钻探可以通过在目标地层的高温部分内创造具有足够长度(和/或宽度)的热量采收机来允许增加或最大化热量提取。作为系统，热量采收机的现场可以以各种方式塑形以增加或最大化热量提取。可以穿过具有已知的高传导率的岩石定向钻探热量采收机以增加或最大化热产出。例如，本公开内容的热量采收机可以用于从地质地层中可持续地提取热能(本文中也称为“热量”)。提取的热能可以转换或转化为其他形式的能量。

本公开内容的一方面涉及一种地热热量采收系统，该系统包括具有第一节段、第二节段和第三节段的闭合流体流动路径，其中所述第一节段、所述第二节段和所述第三节段安设在地面(surface)下方，使得在使用期间工作流体沿着依次包括所述第一节段、所述第二节段和所述第三节段的方向被引导穿过所述闭合流体流动路径，其中所述闭合流体流动路径包括共同定位(co-located)于所述地面处的流体入口和流体出口，以及其中(i)所述第二节段可以基本上是非热绝缘的，(ii)所述第三节段可以是热绝缘的，并且(iii)所述第一节段和所述第三节段可以相对于所述第二节段以大于约0°的角度定向。