CN106640028A - 一种两井连通循环增强型地热系统完井方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两井连通循环增强型地热系统完井方法，其特点为：通过在注水井中注入水，水在注水井直井段内进行低效热交换，随后沿水平集热井进入地热储层，水与地热储层通过耐高温套管进行充分高效的热交换后进入采热井，高温热水通过采热井内的内外涂有隔热材料的技术套管形成的隔热保护层后，采出地面，采出热水用于发电。

Description

一种两井连通循环增强型地热系统完井方法

技术领域

本发明涉及地热开采技术领域，具体涉及一种两井连通循环增强型地热系统完井方法。

背景技术

资源与环境是人类赖以生存、繁衍和发展的基本条件，资源环境与可持续发展已成为人类共同面临的重大问题。近一个世纪以来，全世界的人口增长了2倍，能源和天然资源的消费增长了10倍，对不可再生能源的利用已经大大超出了环境所能承受的能力，空气污染和全球变暖严重威胁人类的生存环境，地热资源作为一种清洁无污染的可再生能源，在人们环保意识越来越强烈的今天，也受到越来越多的关注。

地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，能够从地壳内科学、合理地开发出来的高温岩石中的热量、地热流体中的热量及其伴生的有用组分。地球是一个巨大的储热体，从地面越往下温度越高，正常地温梯度为每1000m增加20℃左右，当地面温度为10℃时，正常地温梯度情况下，地下4000m处地层温度大约为90℃。由于构造原因，全球不同地区的地温梯度差别较大，使得不同地区的同一深度的地层温度差别较大，部分地区的地温梯度大于正常地温梯度时就形成高温地热储层，全球有很多地区在地下4000m处地层温度超过200℃就形成了异常高温地热储层，该储能储存了很高的热量，即称为地热能。我国地热资源丰富，市场潜力巨大，发展前景广阔。加快开发利用地热资源不仅对调整能源结构、节能减排、改善环境具有重要意义。为贯彻《可再生能源法》，根据《可再生能源发展“十三五”规划》，制定了《地热能开发利用“十三五”规划》，规划阐述了地热能开发利用的指导方针和目标、重点任务、重大布局，以及规划实施的保障措施等，该规划是“十三五”时期我国地热能开发利用的基本依据。

地热能分为水热型地热和干热岩型地热，水热型地热是地下储层中有高温热水，干热岩型地热为地下储层为高温岩石，世界目前开采和利用地热资源主要是水热型地热，即从地面钻井到高温地热储层，然后将地下热水采出地面来发电，干热岩型为将水从地面注入到地下，通过与高温岩石接触后吸收热量加热水体，然后高温水体返排到地面来发电，该系统称为增强型地热系统，未来资源潜力更大的是干热岩型地热的开采，即增强型地热发电系统。

增强型地热系统已有的开发方式为：在具有地热能储层的地区，在地面相距1000米的两个位置向地下钻两口井，然后在两口井的地下地热储层位置同时进行压裂，将储层岩石压成裂缝，将两口井压裂的裂缝连通，在地下通过压裂的裂缝将两口井连通，然后通过地面高压泵从其中一口井向地下注常温水，水通过高温储层裂缝流动，同时吸收热量，然后热水从另一口井采出到地面进行发电。但该系统存在的不足为：钻两口井后需要进行压裂，1000m长的压裂费用大概需要600万，压裂的费用昂贵，增加了开发成本。

基于以上的分析，地热能的开发成本高昂，如果能够研发一套只需要钻一口井同时不需要压裂方式就能开采地热能的技术，会大大降低开发成本。基于以上分析，本发明专利设计了一种两井连通循环增强型地热系统完井方法，旨在填补我国在增强型地热系统一种两井连通循环增强型地热系统完井方法的空缺，与已有开发方式相比，该系统只需要钻两口井口井进行对接，通过水体的循环来吸收利用地热能，通过该开发系统的设计来降低地热能开发成本，以实现对地热能的安全、高效、可持续、低成本的开发和利用。

发明内容

本发明的目的在于为增强型地热系统开发成井提供一种两井连通循环增强型地热系统完井方法，以提高开发地热资源的高效性、安全性、可持续性。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种两井连通循环增强型地热系统完井方法，主要由注水井和采水井组成，由注水井、采水井连通形成U型井身结构，采水井井型为直井，注水井井型为水平井，注水井井身结构包括直井段和水平段；在钻井之前，需要在预先选定的地热储层上部选择相距2000m的两点，作为注水井、采水井的地面坐标；然后向地下先钻一口采水井到地热储层，然后钻注水井，在注水井钻井过程中，先钻成直井段，直井段达到地热储层中，然后钻水平段，直到钻到采水井在地热储层中的位置，注水井的水平段钻穿采水井的直井段，实现两口井的连通，水平段长度为2000m。在地热储层中钻注水井水平段之前，需要将磁导向仪器下入到注水井直井段底部，该磁导向仪器起到定向的作用，即指引注水井水平段钻井过程中钻遇采水井在地热储层中的位置。

注水井、采水井连通后形成U型井身结构，然后从注水井注入常温水，水从注水井直井段技术套管流到水平段技术套管，因为水平段技术套管在地热储层中，地热储层热量源源不断的传递到技术套管内，水在该水平段技术套管内流动时吸收热量变成高温水，然后高温水从水平段技术套管流到采水井技术套管，然后从采水井技术套管流到地面进行发电。

本发明中所述注水井水平段技术套管尺寸大于采水井下部技术套管尺寸，该设计注水井水平段技术套管尺寸较大，水在大尺寸的水平段技术套管内流动速度较慢，水在所述技术套管内的流动时间较长，即水吸收地热储层热量的时间就较长，热传递效果更好，水温变得更高，热水达到地面后发电效率更好。

本发明中所述采水井技术套管分为上部技术套管和下部技术套管，且采水井下部技术套管尺寸小于采水井上部技术套管尺寸，是因为高温热水在采水井技术套管中从下向上流动时，由于压强作用，采水井下部技术套管内水的压力比上部技术套管内水的压力大，由于水的三相态是由水的温度和压力决定的，当水的温度一定时，水受到的压力较大时为液态，相反压力较小时变为气态，因此，采水井技术套管内的高温热水在下部技术套管处时压力大，为液态，在上部技术套管处时压力小，液态水变成气态。液态水变成气态后体积膨胀，压力增大，有可能会挤毁上部的技术套管，为了避免水井上部技术套管不被挤毁，所以增大上部技术套管尺寸，缓冲液态水变成气态后体积膨胀带来的压力。

注水井直井段技术套管与注水井水平段技术套管尺寸不同，在所述变径段会形成水流囤积，对水流进行缓冲，可以在保证注入流量、压力不变的前提下，不会注入空气等杂质，空气在注水井水平段技术套管内占用传热空间，影响传热效果。

附图说明

附图1为本发明的横截面示意图。

1注水井直井段、2注水井水平段、3采水井、4注水井表层套管、5注水井直井段技术套管、6注水井水平段技术套管、7采水井上部技术套管、8采水井下部技术套管、9采水井表层套管。

具体实施方式

以下结合附图1，详细说明本发明，如下：

一种两井连通循环增强型地热系统完井方法主要1注水井直井段、2注水井水平段、3采水井、4注水井表层套管、5注水井直井段技术套管、6注水井水平段技术套管、7采水井上部技术套管、8采水井下部技术套管、9采水井表层套管组成。

本发明是在地热储层地理位置、方位、深度等参数确定的情况下，在地热储层上部首先钻一口直井，即为采水井3，采水井3的井型为直井，首先使用374.4mm钻头开钻，下入272.8mm表层套管9并注水泥固井，目的是隔离表层复杂地质结构；然后使用250.6mm的耐高温钻头钻至地热储层，然后下入大尺寸的采水井上部技术套管7和小尺寸的采水井下部技术套管8，并注水泥固井后封井。

注水井钻井时，注水井直井段1钻到地热储层，注水井的井型为水平井，顺序为注水井直井段1、注水井水平段2，采用水平井技术可充分增大井筒与地层换热面积，注水井水平段2的长度为2000m以上。注水井1钻井时，首先使用444.2mm钻头开钻，随后下入406.1mm注水井表层套管4并注水泥固井，隔离地层表层复杂地质结构；其次使用374.4mm钻头钻至地热储层造斜点，下入注水井直井段技术套管5并固井；随后使用250.6mm钻头与耐高温磁导向仪器定向造斜。

注水井直井段技术套管5与注水井水平段技术套管6尺寸不同，在所述变径段形成水流囤积，对水流进行缓冲，可以在保证流量，压力的前提下，不会注入空气等杂质，空气在注水井水平段技术套管6内占用传热空间，影响传热效果。

钻注水井水平段2时，通过耐高温磁导向仪器进行定向，实时控制钻头在地热储层中钻进的方向，直到注水井水平段2达到到采水井3在地热储层中的位置，注水井水平段2钻穿采水井下部技术套管8，实现两口井的连通。

一种两井连通循环增强型地热系统完井方法通过从注水井直井段1注入常温水，水从注水井直井段技术套管5流到注水井水平段技术套管6，因为注水井水平段技术套管6在地热储层中，地热储层热量源源不断的传递到注水井水平段技术套管6，水在注水井水平段技术套管6内流动时吸收热量变成高温水，然后高温水从注水井水平段技术套管6流到采水井下部技术套管8，然后高温从采水井上部技术套管7流到地面进行发电。

Claims (3)

1.一种两井连通循环增强型地热系统完井方法，其特征在于：完井井身结构由注水井、采水井连通形成的U型井身结构；在地热储层中所述注水井钻水平段之前，将磁导向仪器下入到注水井井段底部进行定向。

2.根据权利要求1所述的一种两井连通循环增强型地热系统完井方法，其特征在于：所述注水井水平段技术套管尺寸大于采水井下部技术套管尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种两井连通循环增强型地热系统完井方法，其特征在于：所述采水井下部技术套管尺寸小于采水井上部技术套管尺寸。