MX2010013737A - Sistema y metodo de captura de calor geotermico de un pozo perforado para generar electricidad. - Google Patents

Abstract

Un sistema de estado sólido de ciclo cerrado general electricidad a partir de calor geotérmico de un pozo mediante el flujo de calor, sin necesidad de grandes cantidades de agua para conducir calor desde la tierra. La presente invención contempla uso para pozos de petróleo o gas agotados y pozos recientemente perforados para generar electricidad en un método ambiental amigable. El calor geotérmico es conducido desde la tierra hasta un elemento intercambiador de calor para calentar el contenido de los tubos. Los tubos están aislados entre el fondo del pozo y la superficie para minimizar la disipación de calor cuando el contenido calentado de los tubos se desplaza hasta la superficie.

Description

SISTEMA Y METODO DE CAPTURA DE CALOR GEOTERMICO DE UN POZO PERFORADO PARA GENERAR ELECTRICIDAD Antecedentes de la Invención La presente invención se relaciona en general con el campo de conversión de energía geotérmica a electricidad. Más específicamente, la presente invención se relaciona con la captura de calor geotérmico desde la profundidad de un pozo perforado y llevar este calor geotérmico a la superficie de la Tierra para generar electricidad en un proceso ambientalmente amigable .

Los pozos que se han perforado para la exploración de petróleo y gas que están agotados, o nunca han producido petróleo o gas, usualmente permanecen abandonados y/o inutilizados y eventualmente pueden rellenarse. Dichos pozos fuero creados a un gran costo y crean un problema ambiental cuando ya no son necesarios para su uso inicial .

Los pozos también pueden perforarse específicamente para producir calor. Aunque se conocen métodos de calor geotérmico/eléctricos y sistemas para usar el calor/energía geotérmica de la profundidad de un pozo (con el fin de producir fluido calentado (líquido o gas) y . generar electricidad a partir de los mismos), estos métodos tienen desventajas ambientales y usualmente son ineficientes en los pozos de petróleo y gas debido a la profundidad de tales REF. : 216487 ozos .

Más específicamente, los sistemas de bombeo de calor geotérmico (GHP, por sus siglas en inglés) y sistemas geotérmicos mejorados (EGS, por sus siglas en inglés) son sistemas bien conocidos en la técnica anterior para recuperar energía de la Tierra. En los sistemas de GHP, el calor geotérmico de la Tierra se usa para calentar un fluidp, tal como agua, la cual después se usa para calentamiento y enfriamiento. El fluido, usualmente agua, en realidad se calienta hasta un punto en el que se convierte a vapor en un proceso denominado conversión de vapor de vaporización instantánea, el cual después de usa para generar electricidad. Estos sistemas usan depósitos de agua existentes o hechos por el hombre para transportar calor desde pozos profundos hasta la superficie. El agua utilizada para estos sistemas es extremadamente peligrososa para el ambiente, porque está llena de minerales, es cáustica y puede contaminar los acuíferos de agua. Tales implementaciones de pozos profundos requieren que exista un depósito de salmuera o que se construya un depósito inyectando grandes cantidades de agua en un pozo de inyección, requiriendo efectivamente el uso de por lo menos dos pozos. Ambos métodos requieren que el agua sucia contaminada se lleve a la superficie. En el caso de sistemas EGS, el agua inyectada dentro de un pozo permea la Tierra al desplazarse sobre roca y otros materiales bajo la superficie terrestre, contaminándose, haciéndose cáustica y peligrosa.

Un sistema basado en agua para generar calor de un pozo presenta problemas significativos y específicos. Por ejemplo, frecuentemente se requiere inyectar en un pozo cantidades extremadamente grandes de agua. Esta agua se calienta y fluye alrededor del interior del pozo para calentarse y después se extrae del pozo para generar electricidad. Esta agua se contamina con minerales y otras sustancias peligrosas, con frecuencia en muy cáustica, y ocasiona problemas talefe como inestabilidad sísmica y disturbios de manifestaciones hidrotérmicas . Adicionalmente , existe un gran potencial para la contaminación de los acuíferos de los alrededores. Esta agua contaminada ocasiona problemas adicionales, tales como el depósito de minerales y la formación severa de escamas en tubos.

La energía geotérmica está presente en cualquier lugar bajo la superficie terrestre. En general, la temperatura de la Tierra aumenta al aumentar la profundidad, desde 204.4-982.2°C (400-1800°F) en la base de la corteza terrestre hasta una temperatura estimada de 3482.2 -4482.2 °C (6300-8100°F) en el centro de la Tierra. Sin embargo, con el fin de que sea útil como una fuente de energía, debe ser accesible a'! pozos perforados. Esto incrementa el costo de perforación asociado con sistemas geotérmicos, y el costo aumenta al aumentar la profundidad.

En un sistema geotérmico convencional, tal como por ejemplo un sistema geotérmico mejorado (EGS) , el agua o un fluido (un líquido o gas) , se bombea a un pozo usando una bomba y un sistema de tuberías . El agua se desplaza entonces sobre la roca caliente hasta un pozo de producción y el "agua o fluido sucio y caliente se transfiere a la superficie para generar electricidad.

Como se mencionó anteriormente en la presente, el fluido (agua) puede en realidad calentarse hasta el punto en el que se convierte a gas/vapor. El fluido calentado o gas/vapor se desplaza entonces hasta la superficie y fuera del pozo. Cuando llega a la superficie, el agua calentada y/o el gas/vapor se usa para energizar una máquina térmica (turbina y generador eléctrico) la cual convierte la energía térmica del agua calentada o gas/vapor a electricidad.

Este tipo de sistema geotérmico convencional es bástante ineficiente en pozos muy profundos por varias razones. En primer lugar para generar un fluido calentado requerido para operar eficientemente varias máquinas térmicas (turbinas y generadores eléctricos) , el fluido debe calentarse hasta cualquier cantidad de grados entre 87.8°C (190°F) y 537.8°C (1000°F) . Por lo tanto el fluido debe obtener calor de la roca caliente de los alrededores . Al captar calor también capta minerales, sal, y acidez, provocando que sea muy cáustico. Con el fin de alcanzar tales temperaturas deseadas en ár as que tienen como desventaja una fuente de calor geotérmico de poca profundidad (es decir, con el fin de calentar el fluidp hasta esta temperatura deseada) , el pozo utilizado debe sér muy profundo. En este tipo de sistema de técnica anterior, las geologías que pueden usarse debido a la necesidad de grandes cantidades de agua están muy limitadas. ) Cuánto más profundo sea el pozo, es más desafiante implementar un sistema basado en agua. Además, cuando el pozo se hace más profundo el gas o el fluido debe desplazarse más para alcanzar la superficie, permitiendo que se disipe más calor. Por lo tanto, el uso de sistemas geotérmicos de generación de electricidad geotérmica convencionales puéde ser bastante ineficiente debido a que grandes longitudes entre el fondo de un pozo y la superficie resultan en la pérdida de calor con más rapidez. Esta pérdida de calor impactaj en la eficacia y economía de generación de electricidad desde este tipo de sistemas. Incluso se requiere más agua en tales pozos profundos, haciendo que los sistemas geotérmicos de generación de electricidad sea desafiante en pozos profundos. :; Consecuentemente, los sistemas geotérmicos de técnicas anteriores incluyen una bomba, un sistema de tuberías enterrado en la tierra, un dispositivo de transferencia de calor por arriba de la tierra y tremendas cantidades de agua circulando a través de la Tierra para captar calor de la roca terrestre caliente. La tierra se usa como fuente de calor para calentar el agua circulante. Un factor importante en la determinación de la factibilidad de dicho sistema geotérmico de técnica anterior es la profundidad del pozo, la cual afecta los costos de perforación,, el costo del tubo y el tamaño de la bomba. Si el pozo tiene que perforarse hasta una gran profundidad, un sistema geotérmico basado en agua puede no ser una fuente de energía alternativa práctica. Además, con frecuencia estos sistemas basados en agua fallan debido a una falta de permeabilidad de la roca caliente en la Tierra, porque el agua inyectada en el pozo nunca llega al pozo de producción que recupera el agua.

Breve Descripción de la Invención La presente invención describe, en general, un sistema y método de conducción de calor geotérmico de manera económica desde un pozo hasta la superficie de la Tierra y después usar este calor para generar electricidad en un sistema de estado sólido de ciclo cerrado. Este sistema y método,, conocido como GTherm, es ambientalmente responsable porque no hay flujo de fluido de la Tierra. Se basa completamente en el flujo de calor de la roca en la profundidad de un pozo a través de materiales sólidos para calentar el contenido de; tubos bombeado en un ciclo cerrado desde y hacia la superficie de la' Tierra .

La presente invención describe un sistema para generar electricidad utilizando calor geotérmico desde el interior de un pozo perforado, que comprende un componente de utilización del calor que tiene un sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado. El sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado incluye un elemento de intercambio de calor ubicado en un nido térmico en un pozo y un material conductor del calor insertado dentro del pozo para conducir calor geotérmico de la roca que rodea al nido térmico hacia el elemento intercambiador de calor. La roca qué rodea al nido térmico calienta el material conductor de calor hasta una temperatura de equilibrio determinada por un área superficial de la roca que rodea al nido térmico, siendo la temperatura de equilibrio una temperatura a la cual la roca que rodea al nido térmico y que genera el calor geotérmico continuamente recupera el calor geotérmico que conduce hacia el material conductor de calor y por arriba de la cual el calor geotérmico generado por la roca que rodea al nido térmico se disipa cuando el material conductor de calor conduce calor desde la roca que rodea al nido térmico hasta el elemento de intercambio de calor. El sistema también incluye un componente generador de electricidad que incluye una máquina térmica, el componente generador de electricidad recibe calor geotérmico del contenido de un componente de tubería que acopla el componente de utilización de calor al componente generador de electricidad, el componente de tubería incluye un conjunto de tubos de flujo descendente y un conjunto de tubos de flujo ascendente, los tubos de flujo ascendente transportan el contenido del componente de, tubería calentado por el elemento intercambiador de calor hasta una superficie del pozo y dentro del componente generador de electricidad. El sistema adicionalmente incluye un aislamiento insertado en el pozo y que rodea sustancialménte por lo menos los tubos de flujo ascendente en por lo menos una posición entre el nido térmico y la superficie del pozo para mantener una temperatura del contenido del sistema de tuberías sustancialménte constante cuando el contenido del sistema de tuberías se bombea a la superficie del pozo. El sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado extrae calor geotérmico del pozo sin exponer la roca que rodea al nido térmico a un flujo de líquido.

En otra modalidad, la presente invención describe un sistema de extracción de calor para generar calor geotérmico del interior de un pozo perforado. El sistema de extracción de calor comprende un material conductor de calor inyectado dentro de un área dentro de un nido térmico cerca de un fondo de un pozo perforado entre un elemento intercambiador dé calor y la roca que rodea al nido térmico para formar un intercambio de calor de estado sólido de ciclo cerrado para calentar el contenido de un sistema de tuberías que fluye dentro y fuera del elemento de intercambio de calor a una temperatura de equilibrio a la cual la roca que rodea al nido térmico y que genera el calor geotérmico recupera continuamente el calor geotérmico que está conduciendo hasta el material conductor de calor y por arriba de la cual se disipa el calor geotérmico generado por la roca que rodea al nido térmico mientras el material conductor conduce calor de la roca que rodea al nido térmico hacia el elemento intercambiador de calor. El material conductor de calor se solidifica para llenar sustancialmente el área dentro del nido térmico para transferir calor desde la roca que rodea al nido térmico y al elemento íntercambiador de calor, el sistema de tuberías lleva el contenido del sistema de tuberías desde una superficie del pozo dentro del nido térmico y transporta los contenidos calentados hasta la superficie del pozo desde el nido térmico. El sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado extrae calor geotérmico del pozo sin exponer la roca que rodea al nido térmico a un flujo de líquido.

En otra modalidad, la presente invención describe un método de generación de electricidad usando calor geotérmico desde el interior de un pozo perforado. El método comprende extraer calor geotérmico de la roca que rodea a un nido térmico ubicado en un sitio dentro de un pozo inyectando un material conductor de calor dentro del nido térmico para rodear un elemento intercambiador de calor para formar un sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado, el material conductor de calor intercambia calor geotérmico de la roca que rodea al nido térmico hacia el elemento intercambiador de calor para calentar el contenido de un sistema de tuberías, el contenido calentado en el nido térmico a una temperatura de equilibrio a la cual la roca que rodea al nido térmico y que genera el calor geotérmico continuamente recupera el calor geotérmico que está intercambiando con el material conductor y por arriba de la cual se disipa el calor geotérmico generado por la roca que rodea al nido térmico mientras el material conductor de calor intercambia calor de la roca que rodea al nido térmico hacia el elemento intercambiador de calor. El método también comprende aislar el sistema de tuberías en por lo menos un punto entre el nido térmico y la superficie del pozo para mantener una temperatura del contenido del sistema de tuberías sustancialmente constante mientras el contenido del sistema de tuberías se bombea a la superficie del pozo. El método adicionalmente comprende bombear el contenido calentado del sistema de tuberías hacia un componente generador de electricidad después de que el contenido calentado del sistema de tuberías llega a la superficie del pozo. El sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado ; extrae calor geotérmico del pozo sin exponer la roca que rodea al nido térmico a un flujo de líquido.

En aún otra modalidad, la presente invención describe- un método de extracción de calor geotérmico del interior de un pozo perforado. El método comprende determinar un tipo de roca a una profundidad de un pozo, un área superficial de la roca a la profundidad del pozo, y un factor de conductividad térmica de la roca a la profundidad del pozo, aumentar el área superficial de la roca hasta un punto deseado en el pozo entre un punto de calor del pozo y un fondo del pozo, y formar un nido térmico dentro del pozo comenzando en el fondo del pozo y finalizando en el punto de calor del pozo. El método también incluye inyectar un material conductor térmico entre la roca que rodea al nido térmico y un elemento intercambiador de calor dentro del nido térmico para formar un sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado para intercambiar calor de la roca que rodea al nido térmico hacia el elemento intercambiador de calor para calentar un contenido de un sistema de tuberías que fluye dentro y fuera del elemento intercambiador de calor a una temperatura de equilibrio a la cual la roca que rodea al nido térmico y que genera el calor geotérmico recupera continuamente el calor geotérmico que intercambia con el material conductor de calor y por arriba de la cual se disipa el calor geotérmico generado por la roca que rodea al nido térmico mientras el material conductor intercambia calor de la roca que rodea ai nido térmico hacia el elemento intercambiador de calor. El método adicionalmente comprende aislar el sistema de tuberías entre el nido térmico y una superficie del pozo. El sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado extrae calor geotérmico del pozo sin exponer la roca que rodea al nido térmico a un flujo de liquido.

Otras modalidades, características y ventajas de la presente invención serán más evidentes a partir de la descripción de las modalidades, consideradas en conjunto con las varias vistas adjuntas de las figuras, que ilustran, a" manera de ejemplo, los principios de la invención. | Breve Descripción de las Figuras La figura 1 es una vista en bloques de un sistema de conformidad con una modalidad de la presente invención que muestra un sistema de ciclo cerrado que tiene tubos, un componente de utilización del calor, y un componente generador de electricidad; la figura 2 es una vista amplificada de un elemento intercambiador de calor de conformidad con una modalidad de la presente invención,- la figura 3 es una vista en sección transversal de tubos en un barreno de un pozo de conformidad con una modalidad de la presente invención; :¡ la figura 4 es un diagrama de flujo que muestra etapas en un método para generar electricidad de conformidad con una modalidad de la presente invención; la figura 5 es una vista en sección transversal de un pozo y un nido térmico de conformidad con una modalidad de la presente invención; y la figura 6 es una vista en sección transversal de un elemento intercambiador de calor de conformidad con una modalidad de la presente invención. J Descripción Detallada de la Invención En la siguiente descripción de la presente invención se hace referencia a las figuras adjuntas las cuales forman parte de la misma, y en las cuales se muestra, a manera de ilustración, modalidades de ejemplo que ilustran los principios de la presente invención y la manera en la que pueden practicarse. Se entenderá que pueden usarse otras modalidades para practicar la presente invención y pueden hacerse cambios estructurales y funcionales a la misma sin alejarse del alcance de la presente invención.

La presente invención conduce económicamente y eficientemente calor geotérmico de la profundidad de un pozo hasta la superficie de la Tierra, y después utiliza esté calor geotérmico para generar electricidad en un sistema de estado sólido de ciclo cerrado. Este sistema sólido de ciclo c ?errado genera electricidad mediante el flujo de calor en lugar de flujo de agua, de tal manera que no requiere grandes cantidades de agua inyectada por separado dentro del pozo.

Con referencia a la figura 12, la presente invención incluye un componente de utilización de calor 10 y un componente generador de calor 20. Como se muestra en la figura 1, el componente de utilización de calor incluye un elemento intercambiador de calor 40, y un material conductor de calor 100 que transfiere calor geotérmico de la roca caliente cerca del fondo 90 del pozo 110 al elemento intercambiador de; calor 40. La presente invención también incluye un sistema de tuberías 50, que comprende uno o más tubos de flujo descendente 60 y uno o más tubos de flujo ascendente 80. El contenido del sistema de tuberías 50, bombeado desde y hasta la superficie por medio de un mecanismo de bombeo 30, incluye un fluido o gas conductor térmico que fluye a través del sistema de ciclo cerrado y transporta calor hasta la superficie del pozo 110. El componente generador de electricidad 20 incluye una máquina térmica 120 la cual convierte el calor a energía eléctrica. La máquina térmica 120 puede incluir- una turbina eléctrica y un generador. El sistema de tuberías 50 acopla entre sí el componente de utilización de calor 10 y el componente generador de electricidad 20.

Los tubos de flujo descendente 60 y los tubos aislados de flujo ascendente 80 del sistema de tuberías 50 pueden aislarse con aislamiento 70. El diámetro de los tubos de,, flujo descendente 60 y los tubos aislados de flujo ascendente 80 utilizados en el sistema de tuberías 50 puede variar, y debe determinarse de acuerdo con los requerimientos de flujo específicos deseados. En otra modalidad, los tubos aislados de flujo descendente 60 y los tubos aislados de flujo ascendente 80 están integrados en un solo elemento, hasta el grado más completo posible, con el fin de simplificar el aislamiento.

En otra modalidad, el o los tubos de flujo descendente 60 y el o los tubos aislados de flujo ascendente 80 están ihechos de un material flexible y pueden enrollarse dentro del pozo. El sistema de tuberías 50 es por lo tanto flexible y comprende varias capas diferentes de cableado de acero resistente a la corrosión enrollado y polímeros termoplásticos a prueba de fugas tales como polietileno, poliamida 11, y/o PVD. El número de capas usadas en cualquier tubo particular en el sistema de tuberías 50 estará determinado como función de la profundidad del pozo y los requerimientos de presión/temperatura .

La utilización del mecanismo de bombeo 30 y el sistema de tuberías 50, el contenido del sistema de tuberías 50, que puede ser un fluido conductor de calor que comprende líquido o gas, es conducido descendentemente a través de uno o más tubos de flujo descendente 60 y al interior del pozo 110. El contenido es bombeado a través del o de los tubos 60 hasta un nivel del pozo 110 en donde hay calor geotérmico significativo que es suficiente para calentar el contenido. Esta profundidad más baja en donde se encuentra el primer calor apropiado se denominará de aquí en adelante el punto de calor 130, ;' aunque se entiende que existe calor geotérmico en muchos niveles y este calor geotérmico se hace mayor al aumentar la profundidad del pozo 110. El área entre el punto de calor 130 y el fondo 90 del pozo 110 se denomina nido térmico 140.

El elemento intercambiador de calor 40 está ubicado en el nido térmico 140 en un punto entre el punto de calor 130 del pozo y el fondo 90 del pozo 110. Los tubos de flujo descendente 60 están acoplados a este elemento intercambiador de calor 40 en un primer lado 150, permitiendo que el contenido pase a través del elemento intercambiador de calor 40 en el primer lado 150 del elemento intercambiador de calor 40. El elemento intercambiador de calor 40 extrae calor geotérmico de la Tierra usando el material conductor de calor 100 que hace contacto con la roca caliente que rodea al nido térmico 140 y utiliza este calor geotérmico para calentar el contenido al pasar a través del elemento intercambiador de calor 40. A diferencia de los sistemas convencionales que simplemente extraerán un fluido calentado de un pozo hacia la superficie superior, y después utilizan un elemento de calentamiento con el fin de calentar más el fluido a nivel de superficie, la presente invención tiene su elemento intercambiador de calor 40 contenido en realidad ;en la profundidad del pozo 110. El elemento intercambiador de calor 40 y el material conductor de calor 100 forman un sistema de extracción de estado sólido de ciclo cerrado en el cual fluye calor en lugar de agua. Este sistema de extracción de estado sólido de ciclo cerrado no tiene impactos ambientales negativos y solo requiere la presencia de roca caliente.: El nido térmico 140 está construido a una profundidad deseada después de que se ha aumentado un área superficial de la roca circundante para asegurar una máxima temperatura y flujo de calor geotérmico generado por la roca. Puede emplearse una variedad de técnicas, discutidas en la presente, para aumentar el área superficial de la roca. El aumento del área superficial de la roca asegura una temperatura de equilibro continua y estacionaria y un flujo máximo de calor geotérmico de la roca circundante y hacia el material conductor de calor 100, el cual se inyecta después de que está construido el nido térmico 140. Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es aumentar el área superficial de la roca que rodea al nido térmico 140 que será construido tanto como sea posible, al hacer esto el calor fluye desde la roca hacia el material conductor de calor 100 hasta el elemento intercambiador de calor 40 al contenido del sistema de tuberías 50.

Un método de aumentar el área superficial de la roca es fracturando la roca que rodea al nido térmico para; crear grietas y hendiduras que expanden el área superficial. La presente invención contempla que pueden usarse muchas maneras de fracturar la roca, incluyendo a través de fracturación hidráulica, mediante la perforación de barrenos en múltiples direcciones como se describe en la presente, y en general cualquier método actual o futuro de ruptura o fracturación de la roca en la profundidad de la superficie terrestre. ¡ Consecuentemente, la temperatura de equilibrio es la temperatura, o intervalo de temperaturas en una modalidad, en el sistema y método de la presente invención a la cual el contenido geotérmico que calienta los contenidos del sistema de tuberías 50 iguala la velocidad a la cual la roca que suministra el calor geotérmico recupera o regenera el calor que se transfiere hacia fuera. Si el calor geotérmico es I transferido hacia fuera por arriba de la temperatura de -equilibrio, el calor geotérmico en la roca caliente se agotará o disipará, y la velocidad y temperatura de la extracción de calor se deteriorara. Si el calor geotérmico se transfiere hacia fuera a la temperatura de equilibro o inferior, la velocidad de la extracción de calor será continua y estacionaria, por lo tanto se logra un sistema de extracción de calor de estado estacionario.

I.

Los elementos intercambiadores de calor generalmente son dispositivos construidos para la transferencia de calor eficiente que típicamente transfieren calor de un fluido a otro. Por lo tanto, dichos elementos intercambiadores de calor incluyen un flujo de fluido en el cual el fluido fluye a través de dos lados del elemento intercambiador de calor, con un fluido que calienta al otro. Éstos se usan ampliamente en muchos procesos de ingeniería. Algunos ejemplos incluyen interenfriadores, precalentadores , hervidores y condensadores en plantas de energía.

La figura 2 es un diagrama que muestra el elemento intercambiador de calor 40 utilizado en la presente invención. Un elemento intercambiador de calor 40 de la presente calienta fluido en un sistema de extracción de calor de estado estacionario de circuito cerrado de conformidad con la presente invención por medio de un flujo de calor, en lugar de un flujo de fluido. Al aplicar la primera ley de la termodinámica a un elemento intercambiador de calor que trabaja en la condición de estado estacionario, obtenemos: µ X = 0 en donde, µ = flujo másico del iésimo fluido ? = cambio de la entalpia específica del iésimo fluido Con referencia a la figura 2, el elemento intercambiador de calor 40 se muestra como un intercambiador de calor de flujo cruzado en el cual el calor fluye perpendicular al fluido el cual necesita calentarse, de tal manera que el flujo de calor 240 pasa a través/alrededor del intercambiador -en una dirección perpendicular, calentando así el fluido 230 el cual fluye a través desde una dirección perpendicular hacia el flujo de calor 240.

En una modalidad, el elemento intercambiador de calor 40 de la presente invención es un intercambiador de calor de alta temperatura ( "HTHE" , por sus siglas en inglés) que comprende un tipo recuperativo de intercambiador de calor de "flujo cruzado", en el cual el fluido intercambia calor en cualquier lado de una pared divisoria. Alternativamente, el elemento intercambiador de calor 40 puede comprender un HTHE que utiliza un diseño regenerativo y/o evaporativo. Independientemente de la configuración del elemento intercambiador de calor utilizado, la presente invención contempla que el fluido que pasa a través del elemento intercambiador de calor 40 se caliente por medio de un flujo de calor generado por la extracción calor .geotérmico de la roca que rodea al nido térmico 140, en lugar de un flujo de más de un fluido.

En otra modalidad, el elemento intercambiador de calor 40 incluye una pluralidad de capilares más pequeños 170. El contenido entra en el elemento intercambiador de calor 40 desde el o los tubos de flujo descendente 60, en donde se dispersa, fluyendo a través de cada uno de la pluralidad de capilares más pequeños 170. Los capilares 170 pueden ser más delgados que uno o más tubos de flujo descendente 60. Por ejemplo, la pluralidad de capilares 170 puede tener un diámetro más pequeño que el o los tubos de flujo descendente 60, permitiendo con ello que el contenido se caliente más rápidamente al pasar a través de los capilares 170, aumentando así la eficiencia global del elemento intercambiador de calor 40. En otra modalidad, el flujo combinado de los capilares 170 del elemento intercambiador de calor 40 debe ser capaz de acomodar un flujo igual o mayor que el o los tubos de flujo descendente 60 y el o los tubos de flujo ascendente 80.

En aún otra modalidad, el elemento intercambiador de calor 40 puede comprender una lámina de tubo enchapada con titanio, en donde la lámina de tubo puede formarse a partir de un acero aleado basado en níquel o ferrítico. En esta forma, el elemento intercambiador de calor 40 es capaz de operar eficientemente bajo condiciones de alta temperatura/presión. Además, el espesor del titanio puede variar de acuerdo con las condiciones específicas de temperatura y/o presión bajo las cuales opera el elemento intercambiador de calor 40.

Se entiende que existen otros tipos de elementos intercambiadores de calor 40 conocidos en la técnica los cuales pueden usarse también en la presente invención. Los ejemplos incluyen pero no se limitan a intercambiadoires de calor paralelos y/o intercambiadores de calor de; flujo inverso. En modalidades alternativas, puede usarse cualesquiera de estos tipos de intercambiadores. Una consideración primaria en el diseño del elemento intercambiador de calor 40 será asegurar su operación eficiente bajo condiciones de alta temperatura/presión.

Adicionalmente , cualquiera de tales elementos intercambiadores de calor 40 utilizados en la presente invención debe dimensionarse para ajustarse al barreno 190 del pozo 110.'.

Adicionalmente, los componentes internos del elemento intercambiador de calor 40 pueden incluir diferentes formas diseñadas para maximizar la cantidad de calor transferido al sistema de tuberías 50 dentro del elemento intercambiador de calor 40 para calentar el contenido tanto como sea posible.

Aún con referencia a la figura 1, el o los tubos de flujo ascendente 80 del sistema de tuberías 50 están acoplados al elemento intercambiador de calor 40 en un segundo lado opuesto 160 del elemento intercambiador de calor 40. El o los tubos de flujo ascendente 80 extraen el contenido calentado del elemento intercambiador de calor 40 y llevan el contenido calentado desde el punto de calor 130 en el pozo 110 hasta la parte superior 180, o superficie. El barreno 190 desde el punto de calor 130 hasta la parte superior 180 del pozo 110 está completamente aislado para evitar la pérdida de calor. El elemento intercambiador de calor 40 y el sistema de tuberías 50 forman un ciclo cerrado que separa los contenidos del ambiente creando un sistema completamente amigable al ambiente.

En una modalidad, el fluido que necesita calentarse (o, también como se emplea aquí, el contenido del sistema de tuberías 50) debe optimizarse para transportar calor. Un ejemplo de dicho fluido es un anticongelante utilizado en automóviles. También pueden usarse como fluido gas o agua. Adicionalmente, el fluido no debe tener ninguna propiedad corrosiva, y el material utilizado para construir el sistema de tuberías 50 necesita ser resistente al fluido. Ademas, el fluido está presurizado dentro del sistema de tuberías 50 de tal manera que el sistema debe ser capaz de soportar la presión generada por la profundidad del pozo 110 y el mecanismo de bombeo 30, cuando se bombea el fluido a través del sistema. El fluido utilizado es ambientalmente inerte y no provoca problemas ambientales si se rompe el sistema de tuberías 50.

Aún con referencia a la figura 1 y a la construcción de un sistema de conformidad con la presente invención, una vez que el sistema de tuberías 50 y el elemento intercambiador de calor 40 están completamente instalados en el pozo 110, el nido térmico 140 se llena completamente con el material conductor de calor 100. Una vez que el material conductor de calor 100 llena el nido térmico 140, el resto del barreno del pozo 110 se llena con aislamiento 70. El material conductor de calor 110 debe tener propiedades de conducción de calor y permitírsele adherir y solidificar dentro del nido térmico 140. El material conductor térmico 100 está diseñado para retener y conducir calor eficientemente, mantener una temperatura sustancialmente constante a través del nido térmico 140. El material conductor térmico 100 conecta la roca caliente que rodea al nido térmico 140 con el elemento intercambiador de calor 40, creando el componente de utilización de calor 10.

El material conductor de calor 100 utilizado en la presente invención puede adoptar muchas formas. Generalmente, puede usarse cualquier sustancia o material que conduzca calor a las temperaturas requeridas dentro de un pozo 110. Ejemplos de tales sustancias o material incluyen pero no se limitan a lechada, lechada mejorada, plástico, cerámica, cerámica mejorada, metal fundido tal como por ejemplo cobre, o cualquier combinación de éstos.

Adicionalmente, la presente invención contempla que también se inyecten uno o más materiales adicionales en un pozo 110 (vía un tubo tal como un tubo de gran diámetro 210) y pueden usarse para capturar y conducir calor geotérmico generado del área superficial de la roca. Ejemplos de dicho material adicional incluyen, pero no se limitan a, cojinetes de bolas, perlas, alambre o malla metálica y tubos. Tales materiales adicionales aumentan la conducción del calor geotérmico llenando grietas y hendiduras en la roca que rodea al nido térmico. Al expandir el área superficial de la roca que rodea al nido térmico 140 y usando el material adicional, se expande la capacidad del material conductor de calor 100. El propio material adicional aumenta el área superficial de conducción, lo que significa que el calor geotérmico conducido desde la roca que rodea al nido térmico 140 se libera sobre áreas superficiales más grandes proporcionadas por la introducción de los materiales adicionales dentro del nido térmico 140. El material conductor de calor 100, inyectado dentro del nido térmico 140 a través de tubo de gran diámetro 210, también llena estas grietas y hendiduras alrededor del material adicional y solidifica, sumándose a las capacidades de conducción mediante el incremento del área superficial. Por lo tanto, el material conductor de calor 100 puede usarse junto con dicho material adicional para aprovechar el incremente en el área superficial de la roca que rodea! al nido térmico 140.

La presente invención también contempla, en otra modalidad, que dichos materiales adicionales podrían , usarse sin material conductor de calor 100. Materiales adicionales como se describen en la presente también conducen « calor geotérmico desde la roca que rodea al nido térmico hasta el elemento intercambiador de calor 40. En una modalidad en donde se usa el material conductor de calor 100 junto con los materiales adicionales como se describe en la presente, el material conductor de calor 100 se une con los materiales adicionales y solidifica alrededor de los mismos.

La figura 3 ilustra un diagrama en sección transversal para un pozo 110 en el cual se utiliza el sistema de la presente invención. El barreno 190 del pozo 110 tiene colocado dentro del mismo el o los tubos de flujo descendente 60 y el o los tubos de flujo ascendente 80. Un espacio entre la pared 200 del barreno 190 y el o los tubos de flujo descendente 60 y el o los tubos de flujo ascendente 80 se llena con aislamiento 70. Un tubo de diámetro grande 210 se llena con el material conductor de calor 100, de tal manera que el material conductor de calor 100 rodea el o los tubos de ; flujo descendente 60 y el o los tubos de flujo ascendente 80.

Como se explicó aquí anteriormente, este material conductor de calor 100 puede endurecerse pero no expandirse, sin provocar presión en el sistema de tuberías 50' ó el elemento intercambiador de calor 40. Una vez que el material conductor de calor 100 se ha insertado dentro del pozo 110 y se ha endurecido alrededor del elemento intercambiador de calor 40 y el sistema de tuberías 50 en el nido térmico 140, comenzará a calentarse hasta que se caliente completamente y alcance una temperatura de la roca que rodea al nido térmico 140 en el fondo 90 del pozo 110. Cuando el material conductor de calor 100 alcanza esta temperatura de equilibrio térmico, intercambia el calor geotérmico desde la roca caliente que rodea al nido térmico 140 hacia el elemento intercambiador de calor 40. La porción restante del pozo 110 se llena con aislamiento 70 que mantiene el contenido calentado caliente mientras se desplaza ascendiendo por el pozo 110 a través del o de los tubos de flujo ascendente 80. Esto minimiza la pérdida de energía de tal maneta que el contenido puede usarse más eficientemente para la generación de energía en la parte superior 180 del pozo 110. Consecuentemente, el material conductor de calor 100 opera como un tipo de "ruta de calentamiento" que rodea al elemento intercambiador de calor 40 en el pozo 110. Esta ruta de calentamiento maximiza el calor del contenido y extiende el elemento intercambiador de calor 40 en la roca caliente creando el componente de utilización de calor 10.

Más específicamente, el calor geotérmico de la roca caliente en el pozo 110 calienta el material conductor de calor 100 hasta que el sistema alcanza una temperatura de equilibrio. Cuando el sistema alcanza la temperatura de equilibrio, el material conductor de calor 100 debe estar tan caliente como la roca caliente que rodea al nido térmico 140. Por lo tanto, cuando el contenido del sistema de tuberías 50 entra al nido térmico 140 comienza a calentarse inmediatamente. Cuando el contenido llega al fondo 90 se calienta por completo. Cuando el contenido regresa al nido térmico 140 no pierde calor porque el material conductor de calor 100 ha alcanzado la temperatura de equilibrio. El uso del material conductor de calor 100 dentro del pozo 110 asegura un sistema que maximiza en forma única el transporte de calor desde el nido térmico 140 del pozo 110 hasta la parte superior 180. La combinación de un nido térmico 140 y un aislamiento 70 es especialmente efectivo para pozos profundos en donde la longitud del pozo 110 ocasiona la pérdida de calor.

Debe entenderse que la temperatura de equilibrio puede diferir en cada pozo y para diferentes contenidos dependiendo de una variedad de factores. Por ejemplo, el tipo de roca presente dentro de un pozo puede ser un factor en la determinación de la profundidad, el tamaño, y los materiales utilizados en la construcción de un nido térmico 140 y él tipo y la calidad del material conductor de calor 100. El área superficial de la roca en el pozo influye en la conductividad térmica de la roca, produciendo diferentes intervalos de temperaturas para la temperatura de equilibrio. Por lo tanto, la temperatura de equilibrio puede ser un intervalo de í temperaturas y puede variar de acuerdo con el calor necesario que se obtendrá para calentar el contenido hasta un punto deseado .

Como una característica adicional, el material conductor de calor 100 proporciona estabilidad adicional al sistema, minimizando los efectos de mayor temperatura y aumentando la integridad y resistencia del elemento intercambiador de calor 40. Más específicamente, cuando el material conductor dé calor 100 se endurece, éste proporciona soporte estructural adicional para el elemento intercambiador de calor 40, el material conductor de calor 100 endurecido proporciona soporte estructural adicional para el sistema de tuberías 50 ? el o los tubos de flujo descendente 60 y el o los tubos de! flujo ascendente 80 que están bajo presión. Consecuentemente, el material conductor de calor 100 se suma a la rigidez del sistema. Adicionalmente , el material conductor de calor 100 mejora la estabilidad del. sistema protegiendo los componentes del sistema tal como el elemento intercambiador de calor 40 y el contenido del sistema de tuberías 50 del ambiente cáustico dentro del pozo.

Aún con referencia a la figura 1, el contenido calentado fluye hacia fuera del componente de utilización de calqr 10 y hacia el componente generador de electricidad 20!. Más específicamente, el contenido calentado fluye fuera déjl pozo 110 y hacia la máquina térmica 120 ubicada en la superficie, en donde el calor del contenido se usa para generar electricidad utilizando técnicas bien conocidas en el área técnica. 11 La figura 4 es un diagrama de flujo que describe ,¡: etapas ? de un proceso para extraer calor geotérmico y generar electricidad utilizando el sistema y método de la presente invención. Un pozo 110 se perfora y entuba a través;' de la horadación 190, y el área superficial de la rocalla una profundidad deseada se incrementa en la etapa 300. Esta etapa incluye determinar la localización y el tamaño apropiados para ? un nido térmico 140 una vez que se estiman el punto de calor 130 y el fondo 90 del pozo 110. Junto con la figura 1 y 2, se construye un nido térmico 140 como en la etapa 310 insertando un elemento intercambiador de calor 40 que tiene el o los tubos de flujo descendente 60 fluyendo hacia un primer lado 150, y el o los tubos de flujo ascendente 80 fluyendo fuera de un segundo lado opuesto 160 se colocan en un pozo 110 a una profundidad deseada. El punto de inicio de la profundidad deseada es el punto de calor 130 y está determinado como una función de la temperatura deseada a la cual se calentará el contenido del sistema de tuberías 50, con base en el tipo y el área superficial de la roca circundante. La longitud del nido térmico 140 determina la longitud del elemento intercambiador de calor 40 y consecuentemente la configuración de los componentes internos del elemento intercambiador de calor 40.

Una vez que el elemento intercambiador de calor 40 y el sistema de tuberías 50 se han instalado en el pozo Í10, el nido térmico 140 se llena completamente con el material conductor de calor 100 desde el fondo hasta arriba en la etapa 320. Esto se logra inyectando el material conductor de calor 100 dentro del pozo 110 a través del tubo de diámetro mayor 210. En una modalidad alternativa, se inserta un tercer tubo dentro del pozo 110 para bombear el material conductor de calor 100 dentro del pozo 110. Después, el tercer tubo se extrae del fondo 90 del pozo 110 mientras se bombea el material conductor de calor 100 dentro del pozo 110, hasta que alcanza el punto de calor 130. El pozo 110 se llena después con aislamiento 70 desde el punto de calor 130 hasta la parte superior 180 del pozo 110 como se muestra en la etapa 330.

Una vez que el nido, térmico 140 se ha llenado completamente con el material conductor de calor 100 y se ha extraído completamente el tercer tubo 210 del pozo 110, el material conductor de calor 100 comenzará a endurecerse y aumentará su temperatura hasta que se alcance la temperatura de equilibrio, conduciendo así calor geotérmico desde la roca caliente que rodea al nido de calor 140 en el fondo 90 del pozo 110 hasta el elemento intercambiador de calor 40 como en la etapa 340. Una vez que el material conductor de calor 100 alcanza la temperatura de equilibrio, se bombea un fluido o gas dentro del pozo 110, a través de uno o más tubos de flujo descendente 60 y dentro del elemento intercambiador de1 calor 40 como en la etapa 350. Este fluido o gas forma el contenido del sistema de tuberías 50 y se calentará geotérmicamente en el elemento intercambiador de calor 40 para formar un sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado como en la etapa 360. El contenido regresa después ascendiendo del pozo 110 a través del o de los tubos de flujo ascendente 80. El aislamiento 70 inyectado en el pozo 110 ayuda a mantener el contenido calentado caliente mientras asciende a través del pozo 110, minimizando la pérdida de energía de tal manera que el calor puede usarse para la generación de energía.

El contenido calentado fluye entonces fuera del pozo 110 y hacia el componente generador de electricidad 20 y la máquina térmica 120 en la superficie, en donde se usa él calor del contenido para generar electricidad como en la etapa 370 utilizando técnicas bien conocidas en el área técnica.

En una modalidad alternativa, como se discutió arriba, el sistema puede incluir múltiples materiales adicionales utilizados junto con el material conductor de calor 100. La figura 5 ilustra una vista conceptual en sección transversal de un pozo 110. La figura 5 ilustra un nido térmico 140 de conformidad con la presente invención en la cual se han perforado varios agujeros 220 en la roca que rodea al nido térmico 140 para aumentar el área superficial llenando los varios agujeros 220 con los materiales adicionales. En la figura 5, el calor geotérmico fluye desde las grietas y hendiduras formadas en la roca al perforar los varios agujeros 220. La presente invención contempla que, antes de construir el nido térmico 140, el área superficial de la roca aumentará tanto como sea posible para maximizar el flujo de1 calor geotérmico desde la roca circundante y hacia el elemento intercambiador de calor 40 a través del material conductor de calor 100. El uso de materiales adicionales también permite que se caliente más del fluido a una temperatura deseada y por lo tanto que se genere más electricidad.

En otra modalidad, el sistema puede incluir múltiples componentes intercambiadores de calor y/o elementos intercambiadores de calor con muchas configuraciones diferentes de componentes internos. También son posibles diferentes configuraciones de los componentes internos del elemento intercambiador de calor 40. Al aumentar el tiempo en que están los contenidos del sistema de tuberías 50 dentro del elemento intercambiador de calor 40 aumenta la cantidad de fluido o gas que puede calentarse dentro del nido térmico 140. Una de tales configuraciones es una formación helicoidal en la cual los componentes internos son una serie de tubos entrelazados. Otras configuraciones tales como tubos trenzados como se muestra en la figura 6 ejemplifican la modalidad en la cual al aumentar la longitud del tubo (y, por lo tanto, la distancia que debe recorrer el contenido dentro del elemento intercambiador de calor 40) aumenta la cantidad de contenido que pueden calentarse .

Se entenderá que pueden usarse otras modalidades y que pueden hacerse cambios estructurales y funcionales sin alejarse del alcance de la presente invención. Las descripciones anteriores de las modalidades de la invención se han presentado para los propósitos de ilustración y descripción. No pretenden ser exhaustivas o limitar la invención a las formas precisas descritas. Consecuentemente, son posibles muchas modificaciones y variaciones en vista de las enseñanzas anteriores. Por ejemplo, pueden implementarse múltiples elementos intercambiadores de calor 40 dentro de un nido térmico 140. Adicionalmente , puede utilizarse cualquier configuración de un elemento intercambiador de calor 40 que aumente el tiempo en que los contenidos del sistema de tuberías permanecen en el elemento intercambiador de calor. Asimismo, pueden perforarse múltiples barrenos en la roca que rodea al nido de calor para crear más área superficial, y tales barrenos pueden usarse para perforar agujeros verticalmente , horizontalmente, diagonalmente , o en cualquier ángulo para crear más área superficial a través de la cual puede fluir energía geotérmica. Por lo tanto se pretende que el alcance de la invención no esté limitado por esta descripción detallada.

Se hace constar que con relación a esta fecha, él mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (100)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un sistema para generar electricidad utilizando calor geotérmico del interior de un pozo perforado, caracterizado porque comprende : un componente de utilización del calor que tiene un sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado, el sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado incluye un elemento intercambiador de calor ubicado dentro de un nido térmico en un pozo y un material conductor de calor insertado dentro del pozo para conducir calor geotérmico desde la roca que rodea al nido térmico hasta el elemento intercambiador de calor, en donde la roca que rodea al nido térmico calienta el material conductor de calor hasta una temperatura de equilibrio determinada por un área superficial de la roca que rodea al nido térmico, siendo la temperatura de equilibrio una temperatura a la cual la roca que rodea al nido térmico y que genera el calor geotérmico, recupera continuamente el calor geotérmico que conduce; hacia el material conductor de calor y por arriba de la cual el calor geotérmico generado por la roca que rodea al nido térmico se disipa cuando el material conductor de calor conduce calor desde la roca que rodea al nido térmico hasta el elemento intercambiador de calor; un componente generador de electricidad que incluye una máquina térmica, el componente generador de electricidad recibe calor geotérmico del contenido de un componente de tubería que acopla el componente de utilización de calor al componente generador de electricidad, el componente de tubería incluye un conjunto de tubos de flujo descendente y un conjunto de tubos de flujo ascendente, los tubos de flujo ascendente transportan el contenido del componente de tubería calentado por el elemento intercambiador de calor hasta una superficie del pozo y hacia el interior del componente generador de electricidad; y un aislamiento insertado en el pozo y que rodea sustancialmente por lo menos los tubos de flujo ascendente en por lo menos una posición entre el nido térmico y la superficie del pozo para mantener una temperatura del contenido del sistema de tuberías sustancialmente constante cuando el contenido del sistema de tuberías se bombea a la superficie del pozo, en donde el sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado extrae calor geotérmico del po¡zo sin exponer la roca que rodea al nido térmico a un flujo de líquido.

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de equilibrio aumenta al aumentar el área superficial de la roca que rodea al nido térmico. - ' ' i

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, i? caracterizado porque por lo menos se perfora un Barreno adicional en la roca para aumentar el área superficial' de la roca. ¡ i l

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 3 , caracterizado porque adicionalmente comprende por lo menos un material adicional inyectado dentro del nido térmico, en donde por lo menos un material adicional es por lo menos un cojinete de bolas . '.}.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque adicionalmente comprende por lo ménos un ;i material adicional inyectado dentro del nido térmico, en donde por lo menos un material adicional es por lo menos una perla.

6. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque adicionalmente comprende por lo menos un material adicional inyectado dentro del nido térmico, en donde ¦ ¦ í por lo menos un material adicional es por lo menos un material de malla metálica. ;i¡

7. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los tubos de flujo descendente son flexibles. :¡: ¦í

8. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los tubos de flujo ascendente son flexibles.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los tubos de flujo descendente y los tubos de flujo ascendente incluyen una pluralidad de capas de cableado de acero enrollado resistente a la corrosión. \

10. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los tubos de flujo descendente se acoplan a un primer lado del elemento intercambiador de calor.

11. El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque los tubos de flujo ascendente están acoplados a un segundo lado del elemento intercambiador de calor.

12. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento intercambiador de,: calor incluye una pluralidad de capilares.

13. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el contenido de los tubos de flujo descendente se dispersa a través de la pluralidad de capilares después de entrar al elemento intercambiador de calor.

14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque cada capilar en la pluralidad de capilares tiene un diámetro más pequeño que un diámetro de los tubos de flujo descendente, permitiendo con ello que el contenido del sistema de tuberías se caliente rápidamente cuando el contenido pasa a través de la pluralidad de capilares.

15. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es un fluido conductor de calor ambientalmente inerte que no hierve cuando se calienta dentro del nido térmico.

16. El sistema de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es agua .

17. El sistema de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es un gas .

18. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material conductor de calor se solidifica sustancialmente en el nido térmico después de ser inyectado dentro del área entre la roca que rodea al nido térmico y el sistema de tuberías.

19. El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el material conductor de calor es lechada .

20. El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el material conductor de calor es metal fundido .

21. El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el material conductor de calor es cerámica.

22. El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el material conductor de calor es material de malla.

23. El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el material conductor de calor es plástico.

24. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque después que el nido térmico se llena con el material conductor, el pozo se llena con el aislamiento.

25. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material conductor de calor se inyecta en el nido térmico a través de un tubo insertado a través de un barreno y se extrae una vez que el nido térmico se ha ¦ ¡' . r llenado con el material conductor. ;¡

26. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material conductor estabiliza la presión en el sistema de tuberías y el elemento intercambiador de calor dentro del nido térmico.

27. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de equilibrio ¡es un intervalo de temperaturas determinado por lo menos en parte por un área superficial de la roca dentro del nido térmico.

28. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento intercambiador de calor tiene forma helicoidal en el cual el sistema de tuberías dentro del elemento intercambiador de calor comprende por lo menos un tubo trenzado para aumentar la distancia en la que fluye el contenido del sistema de tuberías dentro del elemento intercambiador de calor.

29. Un sistema de extracción de calor para generar calor geotérmico del interior de un pozo perforado, caracterizado porque comprende: ' un material conductor de calor inyectado dentro . de un área dentro de un nido térmico cerca de un fondo de un pozo perforado entre un elemento intercambiador de calor y la roca que rodea al nido térmico para formar un intercambio de calor de estado sólido de ciclo cerrado para calentar contenidos de un sistema de tuberías que fluyen dentro y fuera del elemento de intercambio de calor a una temperatura de equilibrio a la cual la roca que rodea al nido térmico y que genera el calor geotérmico recupera continuamente el calor geotérmico que está conduciendo hasta el material conductor de calor y por arriba de la cual se disipa el calor geotérmico generado por la roca que rodea al nido térmico mientras el material conductor de r calor conduce calor desde la roca que rodea al nido tiérmico hasta el elemento intercambiador de calor, en donde el material conductor de calor se solidifica para llenar sustancialmente el área dentro del nido térmico para transferir calor desde la roca que rodea al nido térmico y al elemento intercambiador de calor, el sistema de tuberías lleva el contenido del sistema de tuberías desde una superficie del pozo dentro del nido térmico y transporta el contenido calentado hasta la superficie del pozo desde el nido térmico, en donde el sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado extrae calor geotérmico del pozo sin exponer la roca que rodea al nido térmico a un flujo de líquido.

30. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque la temperatura de equilibrio aumenta al aumentar el área superficial de la roca que rodea al nido térmico .

31. El sistema de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque por lo menos se perfora un barreno adicional en la roca para aumentar el área superficial de la roca. !

32. El sistema de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque adicionalmente comprende por lo menos un material adicional inyectado dentro del nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es por lo menos un coj inete de bolas .

33. El sistema de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque adicionalmente comprende por lo menos un material adicional inyectado dentro del nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es por lo menos una perla.

34. El sistema de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque adicionalmente comprende por lo menos un material adicional inyectado dentro del nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es por lo menos un material de malla metálica.

35. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el sistema de tuberías incluye un conjunto de tubos de flujo descendente flexibles que transportan el contenido del sistema de tuberías hacia el elemento intercambiador de calor, y un conjunto de tubos de flujo ascendente flexibles que transportan el contenido del sistema de tuberías fuera del elemento intercambiador de calor .

36. El sistema de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque cada uno de los tubos de !! flujo descendente y los tubos de flujo ascendente incluyen una pluralidad de capas de cableado de acero enrollado resistente a la corrosión.

37. El sistema de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque el elemento intercambiador de calor incluye una pluralidad de capilares. ¡

38. El sistema de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque el contenido de los tubos de flujo descendente se dispersan a través de la pluralidad de I 44 capilares después de entrar al elemento intercambiador de calor.

39. El sistema de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque cada capilar en la pluralidad de capilares tiene un diámetro más pequeño que un diámetro de los tubos de flujo descendente, permitiendo con ello que el contenido del sistema de tuberías se caliente rápidamente cuando el contenido pasa a través de la pluralidad de i ¦ capilares . j ¡;

40. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el contenido del sistema de tubérías es un fluido conductor de calor ambientalmente inerte que no hierve cuando se calienta dentro del nido térmico.

41. El sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es i ¦ agua. j !' .

42. El sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es un gas .

43. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el material conductor de calor es lechada. .«

44. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el material conductor de calor és metal fundido.

45. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el material conductor de calor es cerámica.

46. El sistema de conformidad con la reivindicación 29,. caracterizado porque el material conductor de calor es material de malla.

47. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el material conductor de calor es plástico. j ;

48. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el material conductor de calor estabiliza la presión en el sistema de tuberías y el éíemento intercambiador de calor dentro del nido térmico.

49. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, ! i caracterizado porque la temperatura de equilibrio' es un intervalo de temperaturas determinado por lo menos en parte por un área superficial de la roca dentro del nido térmico.

50. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el elemento intercambiador de calor tiene i ? forma helicoidal en el cual el sistema de tuberías dentro del elemento intercambiador de calor comprende por lo menos un tubo trenzado para aumentar la distancia en la que fluye el contenido del sistema de tuberías dentro del elemento intercambiador de calor. . l I:

51. Un método de generación de electricidad usando calor geotérmico del interior de un pozo perforado, caracterizado porque comprende : ! extraer calor geotérmico de la roca que rodea a jun nido térmico ubicado en un sitio dentro de un pozo inyectando un material conductor de calor dentro del nido térmico para rodear un elemento intercambiador de calor para formar un sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado, el material conductor de calor intercambia calor geotérmico de la roca que rodea al nido térmico hacia el elemento intercambiador de calor para calentar el contenido de un sistema de tuberías, el contenido calentado en el nido térmico a una temperatura de equilibrio a la cual la roca que rodea al nido térmico y que genera el calor geptérmico continuamente recupera el calor geotérmico que intercambia con el material conductor y por arriba de la cual se disipa el calor geotérmico generado por la roca que rodea al nido térmico mientras el material conductor de calor intercambia calor de la roca que rodea al nido térmico hacia el elemento intercambiador de calor; aislar el sistema de tuberías en por lo menos un punto entre el nido térmico y la superficie del pozo para mantener una temperatura del contenido del sistema de tuberías sustancialmente constante mientras el contenido del sistema de tuberías es bombeados a la superficie del pozo; y bombear el contenido calentado del sistema de tuberías hacia un componente generador de electricidad después de que el contenido calentado del sistema de tuberías alcanza la superficie del pozo, en donde el sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado extrae calor geotérmico del pozo sin exponer la roca que rodea al nido térmico a un flujo de líquido .

52. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque adicionalmente comprende aumentar un área superficial de la roca que rodea al nido térmico para aumentar la temperatura de equilibrio.

53. El método de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque adicionalmente comprende perforar por lo menos un barreno en la roca que rodea al nido térmico.

54. El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado porque adicionalmente comprende inyectar por lo menos un material adicional en el nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es por lo menos un cojinete de bolas . ;

55. El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado porque adicionalmente comprende inyectar por lo menos un material adicional en el nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es por lo menos una perla.

56. El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado porque adicionalmente comprende inyectar por lo menos un material adicional en el nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es por lo menos un material de malla metálica. :!;

57. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque adicionalmente comprende bombear el contenido del sistema de tuberías dentro del elemento intercambiador de calor en un conjunto de tubos de flujo descendente flexibles y fuera del elemento intercambiador de calor en un conjunto de tubos de flujo ascendente flexibles.

58. El método de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque cada uno de los tubos de flujo descendente y los tubos de flujo ascendente incluyen una pluralidad de capas de cableado de acero enrollado resistente a la corrosión.

59. El método de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque adicionalmente comprende dispersar el contenido del sistema de tuberías en una pluralidad de capilares acoplados al sistema de tuberías en el nido térmico.

60. El método de conformidad con la reivindicación 59, caracterizado porque cada capilar en la pluralidad de capilares tiene un diámetro más pequeño que un diámetro de los tubos de flujo descendente, permitiendo con ello : que el contenido del sistema de tuberías se caliente rápidamente cuando el contenido pasa a través de la pluralidad de capilares.

61. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es un fluido conductor de calor ambientalmente inerte que no hierve cuando se calienta dentro del nido térmico.

62. El método de conformidad con la reivindicación 61, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es agua .

63. El método de conformidad con la reivindicación 61, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es un gas .

64. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque adicionalmente comprende inyectar el material conductor de calor dentro del nido térmico, el material conductor de calor se solidifica sustancialménte en el nido térmico después de ser inyectado dentro del área entre la roca que rodea al nido térmico y el sistema de tuberías.

65. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el material conductor de calor es lechada .

66. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el material conductor de calor es metal fundido . ;

67. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el material conductor de calor es cerámica.

68. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el material conductor de calor es un material de malla.

69. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el material conductor de calor es plástico .

70. El método de conformidad con la reivindicación 64, caracterizado porque la inyección de material conductor de calor en el nido térmico adicionalmente comprende insertar un tubo a través de un barreno y extraer el tubo una vez que el nido térmico se ha llenado con el material conductor.

71. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque la extracción de calor geotérmico adicionalmente comprende dar forma helicoidal al elemento intercambiador de calor, en el cual el sistema de tuberías dentro del elemento intercambiador de calor comprende por lo menos un tubo trenzado para aumentar la distancia en la que fluye el contenido del sistema de tuberías dentro del elemento intercambiador de calor.

72. Un método de extracción de calor geotérmico del interior de un pozo perforado, caracterizado porque comprende: determinar un tipo de roca a una profundidad de un pozo, un área superficial de la roca a la profundidad del pozo, y un factor de conductividad térmica de la roca a la profundidad del pozo; aumentar el área superficial de la roca hasta Un punto deseado en el pozo entre un punto de calor del pozo y un fondo del pozo; formar un nido térmico dentro del pozo comenzando en el fondo del pozo y finalizando en el punto de calor del pozo; inyectar un material conductor de calor entre la roca que rodea al nido térmico y un elemento intercambiador de calor dentro del nido térmico para formar un sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado para intercambiar calor de la roca que rodea al nido térmico hacia elemento intercambiador de calor para calentar un contenido de un sistema de tuberías que fluye dentro y fuera del elemento intercambiador de calor a una temperatura de equilibrio a la cual la roca que rodea al nido térmico y que genera el calor geotérmico recupera continuamente el calor geotérmico que intercambia con el material conductor de calor y por arriba de la cual se disipa el calor geotérmico generado por la roca que rodea al nido térmico mientras el material conductor de calor intercambia calor de la roca que rodea al nido térmico hacia elemento intercambiador de calor; y aislar el sistema de tuberías entre el nido térmico y una superficie del pozo, en donde el sistema de extracción de calor de estado sólido de ciclo cerrado extrae calor geotérmico del pozo sin exponer la roca que rodea al nido térmico a un flujo de líquido.

73. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque el incremento del área superficial de la roca que rodea al nido térmico aumenta la temperatura de equilibrio.

74. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque aumentar el área superficial de la roca adicionalmente comprende perforar por lo menos un barreno en la roca que rodea al nido térmico.

75. El método de conformidad con la reivindicación 74, caracterizado porque adicionalmente comprende inyectar por lo menos un material adicional en el nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es por lo menos un cojinete de bolas .

76. El método de conformidad con la reivindicación 74, caracterizado porque adicionalmente comprende inyectar por lo menos un material adicional en el nido térmico, en dónde el por lo menos un material adicional es por lo menos una perla.

77. El método de conformidad con la reivindicación 74, caracterizado porque adicionalmente comprende inyectar por lo menos un material adicional inyectado en el nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es por lo menos un material de malla metálica. ,

78. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque adicionalmente comprende bombear el contenido del sistema de tuberías hacia el elemento intercambiador de calor en un conjunto de tubos de flujo descendente flexibles y fuera del elemento intercambiador de calor en un conjunto de tubos de flujo ascendente flexibles.

79. El método de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque adicionalmente comprende dispersar el contenido del sistema de tuberías en una pluralidad de capilares acoplados al sistema de tuberías dentro del nido térmico.

80. El método de conformidad con la reivindicación 79, caracterizado porque cada capilar en la pluralidad de capilares tiene un diámetro más pequeño que un diámetro de los tubos de flujo descendente, permitiendo con ello que el contenido del sistema de tuberías se caliente rápidamente cuando el contenido pasa a través de la pluralidad de capilares.

81. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es ambientalmente inerte, calienta fluido conductor que no hierve cuando se calienta dentro del nido térmico.

82. El método de conformidad con la reivindicación 81, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es agua.

83. El método de conformidad con la reivindicación 81, caracterizado porque el contenido del sistema de tuberías es un gas .

84. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque el material conductor de calor es lechada. ?

85. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque el material conductor de calor es metal fundido. ¡

86. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque el material conductor de calor es cerámica.

87. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque el material conductor de calor es un material de malla.

88. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque el material conductor de calor es plástico.

89. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque la inyección de .un material conductor de calor en el nido térmico adicionalmente comprende insertar un tubo a través de un barreno y extraer el tubo una vez ¡que el nido térmico se ha llenado con el material conductor de calor.

90. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque aislar el sistema de tubería adicionalmente comprende aislar el sistema de tuberías en por lo menos un punto entre el nido térmico y la superficie del pozo.

91. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque la temperatura de equilibrio está en un intervalo de temperaturas.

92. El método de conformidad con la reivindicación 72, caracterizado porque la extracción de calor geotérmico adicionalmente comprende dar forma helicoidal al elemento intercambiador de calor, en el cual el sistema de tuberías dentro del elemento intercambiador de calor comprende por lo menos un tubo trenzado para aumentar una distancia en '[la que fluye el contenido del sistema de tuberías dentro del elemento intercambiador de calor.

93. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el área superficial de la roca que rodea al nido térmico aumenta al fracturar la roca que rodea al nido térmico .

94. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque adicionalmente comprende por lo menos un material adicional inyectado dentro del nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es una varilla térmica.

95. El sistema de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el área superficial de la roca que rodea al nido térmico aumenta al fracturar la roca que rodea al nido térmico.

96. El sistema de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque adicionalmente comprende por lo menos un material adicional inyectado dentro del nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es una varilla térmica.

97. El método de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque al aumentar un área superficial í de la roca que rodea al nido térmico para aumentar la temperatura de equilibrio adicionalmente comprende fracturar el área superficial de la roca que rodea al nido térmico.

98. El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado porque la perforación de por lo menos un barreno en la roca que rodea al nido térmico adicionalmente comprende inyectar por lo menos un material adicional en el nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional es una varilla térmica.

99. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque aumentar un área superficial de la roca que rodea al nido térmico para aumentar la temperatura de equilibrio adicionalmente comprende fracturar el área superficial de la roca que rodea al nido térmico.

100. El método de conformidad con la reivindicación 74, caracterizado porque la perforación de por lo menos un barreno en la roca que rodea al nido térmico adicionalmente comprende inyectar por lo menos un material adicional en el nido térmico, en donde el por lo menos un material adicional Íes una varilla térmica.