Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Tief¬ bohrbrunnen zur Gewinnung von geo hermischer Energie, wobei aus dem Tiefbohrbrunnen mit Hilfe eines geeigne¬ ten Wärmeträgermediums die geother ische Wärmeenergie auf die Erdober läche gefördert wird und nach einem Wärmeentzug das Wärme rägermedium aus Umweltschutz¬ gründen in die Erde zurückgepreßt wird.

Es ist bekannt, daß zur Ausbeutung de3 Wärmeinhaltes der Erde, d. h. der geothermischen Energie ein Wärme¬ trägermedium erforderlich ist. Dieses Medium kann zum Beispiel Wasser, Erdöl oder irgendein geeignetes gas¬ förmiges Medium sein. Diese Medien nehmen in der Tiefe der Erde die Temperatur des umgebenden Erdreiches auf und gelangen teilweise auf natürlichem Wege, in Porm von Quellen oder Geiser auf die Erdoberfläche, aller¬ dings in den letzten Jahrzehnten erfolgt ihre Aus¬ beutung im allgemeinen durch Tief ohrbrunnen.

Die Gewinnung der geothermischen Energie wirft in dieser Porm zwei grundsätzliche Probleme auf. Einer¬ seits darf das zur Oberfläche geförderte Wärmeträger¬ medium, in erster Linie Thermalwasser, wegen seines hohen Mineralsalzgehaltes nach dem Wärmeentzug aus Umweltschutzgründen meistens nicht in Oberflächenge¬ wässer geführt werden, andererseits -senken infolge der ständigen Wasserentnahme sowohl der Lagerstätten¬ druck als auch die Wasservorräte und demzufolge auch die Ergiebigkeit der Brunnen in 5-15 Jahren auf einen Bruchteil.

Eine international akzeptierte Lösung der Probleme

der Wasserabführung bedeutet das Zurückpressen,CRück- injektierung)des Wassers in die Erde. Das Wesen dieses Verfahrens besteht darin, daß zur Gewinnung von geo¬ themischer Energie zwei Tiefbohrbrunnen gefertigt werden, von denen der eine als Pörderbrunnen, während der andere als Zurückpreßbrunnen funktioniert. Beide Brunnen werden auf die gleiche Tiefe bzw. flüssigkeits¬ aufnehmende Schicht angelegt, so daß durch das Zurück¬ pressen des Mediums gleichzeitig auch der Lagerstätten- druck erhöht wird, was wiederum die Lebensdauer des Brunnens erhöht. Im Interesse der Vermeidung einer Interferenz werden die beiden Brunnen voneinander in einer Entfernung von 1 bis 1,5 km verlegt oder im Palle von aus einem Punkt ausgehenden schräg gebohrten Brunnen soll diese Entfernung zwischen den Bdαrlochfuß- punkten eingehalten werden. Diese letztere Lösung ist ^' insofern günstiger, daß auf der Erdoberfläche keine Ver indungsleitungen zwischen den beiden Brunnen und keine gesonderte Pumpenanlagen benötigt werden. Aber die Anfertigung der beiden Brunnen ist auch bei dieser Lösung mit erheblichen Kosten verbunden.

Zur Gewinnung von geothermischer Energie ist noch die Wärmegewinnungstechnologie der sogenannten warmen trockenen Gesteine (hot dry stone) bekannt. Hier werden auch zwei Brunnen verlegt und diese werden miteinander über eine tiefliegende Hochtemperatur¬ zone durch Hydrofrac-Verfahren (Schichtspaltung) ver¬ bunden und in dieser Weise das in den einen Brunnen eingedrückte Wasser im trockenen heißen Gestein er- wärmt über den anderen Brunnen auf die Erdoberfläche gelangt. Von hier wird das Wasser nach dem Wärmeent- zug in den ersten Brunnen zurückgepreßt und dieser Zyklus wiederholt sich von vorne. Diese Lösung wird einerseits ebenfalls durch die Fertigungskosten der

beiden Brunnen recht teuer, andererseits auch durch das ziemlich kostspielige Hydrofrac-Verfahren, wobei die Bodenschicht meistens in vertikaler Richtung ge¬ spaltet wird.

Die zu lösende Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens und eines Tiefbohrbrunnens zur Gewinnung von geo hermischer Energie, die die Gewinnung dieser Energie mit wesentlich niedrigeren Investitionskosten verwirklichen als die bekannten Lösungen, aber die gleichzeitig eine umweltfreundliche Gewinnungstechno¬ logie ermöglichen und die Wasservorräte der flüssig- keitsspeichernden Schichten nur im geringen Maße in Anspruch nehmen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zur Herausgewinnung der geothermischen Energie geeignete Wärmeträgermedium in einem im gleichen Tiefbohrbrunnen ausgebildeten System aus der Erde herausgefördert und in die Erde zurückge¬ preßt wird, wobei der nach oben strömende geförderte und-der nach unten strömende έurückgepreßte Wärme¬ trägerstrom voneinander wärmeisoliert geführt werden und das Wärmeträgermedium in eine solche Bodenschicht zurückgepreßt wird, die von der Pörderschicht des Wärmeträgermediums durch eine die unmittelbare Ver- bindung der beiden Schichten in der Umgebung des

Tiefbohrbrunnens verhindernde, doch in einer größeren horizontalen Entfernung den hydraulischen Kontakt ge¬ gebenenfalls zulassende Sperrschicht getrennt ist.

Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig wenn im Tiefbohr¬ brunnen die Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums periodisch gewechselt wird und die frühere Einpreß-

schicht als Pörderschich , während ^" die frühere Pörder- schicht als Einpreßschicht benutzt wird.

Als Wärme ägermedium können erfindungsgemäß ver¬ schiedene geeignete Medien verwendet werden, vorzugs- weise Wasser, Dampf, Gas oder Erdöl.

Im Sinne der Erfindung ist es auch möglich, daß bei gleichzeitiger oder nacheinander erfolgender Ein¬ speicherung und Entnahme des Wärmeträgermediums ein unterirdisches Wärmespeichersystem betrieben wird.

Der zur Durchführung dss erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Tiefbohrbrunnen besteht aus teleskopartig ineinander passenden Rohrsätzen, wobei die immer längeren Rohrsätze einen immer geringeren Durchmesser aufweisen und wo der untere Abschnitt des längsten und innersten Rohrsatzes mit wenigstens einer den

Durchtritt des Wärmeträgermediums zulassenden Öffnung versehen is .

Pur diesen Tiefbohrbrunnen ist es erfindungsgemäß kennzeichnend, daß der den innersten Rohrsatz um- gebende und mit diesem einen Ringraum bildende Rohr¬ satz bis zu einer zum Einpressen des rückgeführten Wärmeträgermediums geeigneten Schicht ausgebaut ist und sein unterer Abschnitt ebenfalls mit wenigstens einer den Durchtritt des Wärme rägermediums zulassen- den Öffnung versehen ist, wobei der innerste Rohr- εatz in der Länge des ihn umgebenden Rohrsatzes mit einer Wärmeisolierung versehen ist.

Die Erfindung wird ausführlicher mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels anhand der beigelegten Zeichnung erläutert. Die einzige Pigur der Zeichnung zeigt einen zur Gewinnung von geothermischer Energie, ge¬ eigneten erfindungsgemäßen Tiefbohrbrunnen, im Längs-

schnitt .

Wie es der Zeichnung zu entnehmen ist, geht die er- findungsgemäße Lösung aus einer in an sich bekannten teleskopartigen Brunnengestaltung aus, die im gege- benen Ausführungsbeispiel aus drei ineinander ange¬ ordneten Rohrsätzen 1, 2, 3 besteht, wobei die einzel¬ nen Roh aä ze mit immer kleinerem Durchmesser eine immer größere Länge aufweisen. Die Ringräume zwischen den einzelnen Rohrsätzen sind am Ende der Rohrsätze 1 und 2 jeweils mit einer Stopfbuchse 4 bzw. 5 abge¬ schlossen.

Von den Rohrsätzen reicht der innerste und längste Rohrsatz 3 bis zu einer Tiefe, d.h. bis zu einer Boden¬ schicht 6, woher das Wärmeträgermedium, gegebenenfalls das Thermalwasser gefördert werden soll« Der untere Abschnitt des Rohrsatzes 3 ist mit mindestens einer Öffnung versehen, die den Durchtritt des Wärmeträger¬ mediums in das Innere des Rohrsatzes 3 (oder umgekehrt) ermöglicht. Diese Öffnung kann z. B. eine Spalte oder eine Perforation im unteren Abschnitt sein, oder auch das Ende des Rohrsatzes 3 - Im Rohrsatz 3 ist eine Unterwassermotorpumpe 7 angeordnet, die mit einer Rohrleitung 8- verbunden ist, die das entnommene Wärme- t ^' rägermedium (Thermalwasser) zur Stelle der Wärmever- Wertung ührt. Das abgekühlte Medium wird über eine Rohrleitung 9 in einen Ringraum 10 zurückgeführt, der zwischen dem Rohrsatz 3 und dem Rohrsatz 2 ausgebildet ist. Der den Rohrsatz 3 umgebende Rohrsatz 2 reicht bis zu einer Tiefe, d. h» bis zu einer Bodenschicht 11, die für das Zurückpressen der rückgeführte Wärme- trägermediums geeignet ist, und die von der Pörder- schicht , d. h. von der Bodenschicht 6 durch mindestens eine Sperrschicht getrennt ist, die die unmittelbare

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Verbindung der beide Schichten, z. B. eine Durch- strö uhg, in der Umgebung des Tiefbohrbrunnens ver¬ hindert. In einer größeren horizontalen Entfernung ist es aber nicht ausgeschlossen, sogar gegebenen- falls vorteilhaft, wenn die beiden Bodenschichten 6 und 11 miteinander in Kontakt treten.

Der untere Abschnitt des Rohrsatzes 2 ist im Bereich der Bodenschicht 11 ebenfalls mit mindestens einer Öffnung, z. B. mit einer Perforation versehen,- die den Durchtritt des Wärmeträgermediums durch die Wandung des Rohrsatzes 2 ermöglicht.

Die Tiefe der Bodenschicht 11 (Ξinpreßschicht) wird bei einem schon bestehenden Brunnen durch die Verle¬ gungstiefe des Rohrsatzes 2 bzw« durch die Lage der zum Einpressen geeigneten Schichten oberhalb des Rohr¬ satzendes bestimmt. Im Falle eines neuen Tiefbohr- brunnens ist es aber vorteilhaft das untere Ende des Rohrsatzes 2 so nahe zum Fußpunkt des Rohrsatzes 3 heranzubringen und die Durchtrittsöffnungen der beiden Ro rsätze relativ zueinander mit einem solchen Ab¬ stand auszubilden, daß zwischen der Förderschicht und der Einpreßschicht noch keine Interferenz auftreten kann, aber das Einpressen des rückgeführten Wärme¬ trägermediums auf die Förderschicht eine den Lager- stättendruck erhöhende Wirkung ausüben kann.

Das beschriebene System wäre aber noch unbrauchbar, weil das in den Ringraum 10 zurückgepreßte, abge¬ kühlte Wärmeträgermedium den Wärmeinhält des im Rohr¬ satz 3 nach oben strömenden Wärmeträgermediums ent- ziehen würde und ein Wärmeausgleich stattfinden würde« Um das zu verhindern, müssen die beiden, in entgegen¬ gesetzte Richtung strömende ^' Medienströme durch eine Yärmeisolierung geeigneter Qualität und Größe ge-

trennt werden. Aus diesem Gr nde ist der Rohrsatz 3 in der Länge des Rohrsatzes 2 mit einer Wärmeiso¬ lierung 12 versehen.

Das erfindungsgemäße System arbeitet wie folgt:

Zunächst wird mit Hilfe der Unterwassermotorpumpe 7 aus der Bodenschicht 6 über den innersten Rohrsatz 3 Wärmeträgermedium, im gegebenen Ausführungsbeispiel Thermalwasser mit einer Temperatur von 90 C, gefördert und über die Rohrleitung 8 zur Stelle des Wärmeent- zuges geleitet. Das hier auf etwa 20 bis 40°C abge¬ kühlte und an Mineralsalzen reiche Thermalwasser wird über die Rohrleitung 9 in den Tief ohrbrunnen, d« h. in den Ringraum 10 zwischen dem Rohrsatz 3 und dem Rohrsatz 2 zurückgeführt und auf diesem Wege in die Bodenschicht 11 zurückgepreßt, wobei die Wärme¬ isolierung 12 verhindert, daß das inzwischen im Rohr¬ satz 2 nach oben strömende Thermalwasser abgekühlt wird. Es ist dabei vorteilhaft, wenn der Wärmeentzug aus dem geförderten Thermalwasser und dann dessen Zurückpressen in die Erde in einem vollkommen ge¬ schlossenen, unter Überdruck stehenden System er¬ folgt, das verhindert, daß das Thermalwasser durch die Umgebungsluft eventuell schädlichen chemischen Vorgängen ausgesetzt wird.

Das beschriebene Verfahren kann nach einer Weile (z. B. in jeder Heizperiode) umgedreht werden, und diejenige Bodenschicht, die früher als Förderschicht funktionierte, kann nun zur Aufnahme des rückge¬ führten Thermalwassers dienen und umgekehrt. Dadurch können die vorhandenen Wasservorräte praktisch im Kreislauf, sehr rationell ausgenutzt werden, ohne daß bedeutende Verluste auftreten» Nach dem gleichen Prinzip kann dieses System auch als ein Wärmespeicher-

system betrieben werden»

Unter bestimmten Umständen ist es auch möglich, daß die beiden Bodenschichten 6, 11 als Förderschichten benutzt werden und das geförderte Thermalwasser der beiden Schichten für verschiedene Zwecke verwendet wird. In diesem Falle muß das abgekühlte Wärmeträger« medium natürlich in anderer Weise abgeführt werden.