CN111043780B - 水热型多分支定向采灌地热井及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水热型多分支定向采灌地热井及施工方法，地热井包括主井及多个分支井；主井延伸至主井热储层，主井内设有相连接的一开套管和二开套管，二开套管的顶部插设于一开管套的底部中；每个分支井包括相连接的造斜井段和采热井段，采热井段通过造斜井段与二开套管的侧壁连通，每个采热井段分别延伸至一个分支热储层。本发明可以广泛应用于地热田开发，节约井场土地资源的同时，提高地下地热资源的利用率，节省人力物力资源。

Description

水热型多分支定向采灌地热井及施工方法

技术领域

本发明属于地热井钻采领域，更具体地，涉及一种水热型多分支定向采灌地热井及施工方法。

背景技术

地热资源是指贮存在地球内部的可再生热能，一般集中分布在构造板块边缘一带，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热资源是一种十分宝贵的综合性矿产资源，其功能多，用途广，是一种洁净的能源资源，可供发电、采暖等利用。地热资源的综合开发利用，其社会、经济和环境效益均很显著，在发展国民经济中已显示出越来越重要的作用。我国有关机构、地矿与石油、煤炭等部门十分重视地热资源的勘查研究和开发利用，每年调拨大量资金，除发展高温地热资源的发电利用外，同时也发展中低温地热资源的直接利用，即以西部的藏南与滇西、华北及东南沿海一带形成的“三大片”地区，作为全国地热勘查研究和开发利用的重点地区，并与典型地热田试验性开发利用示范点相结合，取得了重大成果，推动了全国地热资源开发利用的发展。

目前，国内水热型地热资源作为清洁供暖能源发展迅速，对地热的需求以城镇居住区供暖为主，但在已建成的市区找到足够大的一系列地热井施工井场并非容易的事情，一方面，井场选定的地面位置与地下地热资源的位置匹配经常存在偏差，另一方面，即使选定的井场，同一位置经常需要部署多口生产井或回灌井才能满足地面对地热能的需求。现在通常的做法是，在同一井场地面上沿一定方向采取一定间隔设置多个井口位置，分别实施多口不同侧钻方位地热井施工。由于地面施工空间的限制，多口地热井的井口位置间距经常满足不了钻探的需要。因此，地热资源无法有效开采或回灌，一定程度上影响了地热能的开发利用。

因此，有必要研发一种新型地热井，减小地面施工所需的占地面积，在有效的节约地面井场土地资源的同时，提高地下地热资源的利用率，实现采灌量的实时控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种水热型多分支定向采灌地热井，解决地热井井场占地面积较大的问题，提高地热田开采过程中地热的开采回灌效率，降低地热采灌井综合成本，有效的节约地面井场土地资源的同时，提高地下地热资源的利用率。

为了实现上述目的，本发明提供一种水热型多分支定向采灌地热井，包括主井及多个分支井；所述主井延伸至主井热储层，所述主井内设有相连接的一开套管和二开套管，所述二开套管的顶部插设于所述一开管套的底部中；每个所述分支井包括相连接的造斜井段和采热井段，所述采热井段通过所述造斜井段与所述二开套管的侧壁连通，每个所述采热井段分别延伸至一个分支热储层。

优选地，还包括主井分流管及多个分支井分流管，所述主井分流管由所述主井的井口延伸穿过所述一开套管和所述二开套管，从而与所述主井热储层连通，每个所述分支井分流管由所述主井的井口延伸穿过所述一开套管、所述二开套管至一个所述造斜井段。

优选地，所述主井分流管及分支井分流管的管壁上设有隔热层。

优选地，相邻分支井的采热井段之间的距离大于或等于500m，且每个所述分支井的采热井段底部与所述二开套管之间的距离大于或等于500m。

优选地，所述二开套管中设有主井桥塞，所述主井桥塞位于主井热储层上方，每个所述分支井与所述二开套管的连接处设有分支井桥塞。

优选地，所述造斜井段为单弯造斜井段或双弯造斜井段。

优选地，所述采热井段的轴向与竖直方向的夹角不大于90°。

本发明另一方面提供一种施工方法，所述施工方法用于制造上述水热型多分支定向采灌地热井，所述施工方法包括：

1)确定地热井的主井地面施工位置、分支井数及主井和各分支井的钻遇目的层的深度与位置；

2)确定主井和各分支井的钻遇目的层厚度及主井和各分支井之间的距离；

3)在主井地面施工位置进行一开井段施工并下入一开套管，然后进行二开井段施工并下入二开套管；

5)从二开井段开始进行各分支井的造斜井段的施工；

6)从所述造斜井段下钻，进行采热井段施工，直到达到分支井目的层深度。

优选地，还包括：

7)在每个所述分支井与所述二开套管连接处下入分支井桥塞。

优选地，从所述造斜井段下钻，减小下钻斜度或垂直下钻，进行采热井段施工。

本发明的有益效果在于：

1、在主井内设置多个分支井，使主井和各分支井同时或分别进行地热的开采或回灌，在节约了井场土地资源的同时，提高了地热资源的采灌效率，使地热井的建造不受地面场地面积的限制；主井热储层和分支热储层可以分别为不同或相同的热储层，扩大了地热井的采热范围，保证地热能的供应。

2、设置主井分流管及多个分支井分流管，使主井及各分支井可以单独形成一个采灌系统，在地热采灌过程中，使主井及各分支井既可以合采合灌，也可以分采分灌，便于根据热能采灌的需求进行调控。

3、设置主井桥塞和各分支井桥塞，用于暂时封闭某些分支，通过单独控制各储层的桥塞开闭，增大或减小地热井的热能产量或回灌量。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的水热型多分支定向采灌地热井的结构示意图。

图2示出了根据本发明的水热型多分支定向采灌地热井的分流管的施工方式示意图。

图3示出了根据本发明的水热型多分支定向采灌地热井的立体结构示意图。

图4示出了根据本发明的水热型多分支定向采灌地热井的主井及各分支井的俯视图。

图5示出了根据本发明的水热型多分支定向采灌地热井的井口处分流管的布局图。

附图标记说明

1、主井；2、一开套管；3、二开套管；4、分支井桥塞；5、主井桥塞；6、主井热储层；7、分支井热储层；8、分支井；9、造斜井段；10、采热井段；11、主井分流管；12、分支井分流管；13、地表；

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的水热型多分支定向采灌地热井，包括主井及多个分支井；主井延伸至主井热储层，主井内设有相连接的一开套管和二开套管，二开套管的顶部插设于一开管套的底部中；每个分支井包括相连接的造斜井段和采热井段，采热井段通过造斜井段与二开套管的侧壁连通，每个采热井段分别延伸至一个分支热储层。

具体地，在主井内设置多个分支井，使主井和各分支井同时或分别进行地热的开采或回灌，在节约了井场土地资源的同时，提高了地热资源的采灌效率，使地热井的建造不受地面场地面积的限制。

主井热储层和分支热储层可以分别为不同或相同的热储层，扩大了地热井的采热范围，保证地热能的供应。

作为优选方案，还包括主井分流管及多个分支井分流管，主井分流管由主井的井口延伸穿过一开套管和二开套管，从而与主井热储层连通，每个分支井分流管由主井的井口延伸穿过一开套管、二开套管至一个造斜井段。

具体地，设置主井分流管及多个分支井分流管，使主井及各分支井可以单独形成一个采灌系统，在地热采灌过程中，使主井及各分支井既可以合采合灌，也可以分采分灌，便于根据热能采灌的需求进行调控。

当主井及各分支井同时作为生产井使用时，主井的井口为统一的热能出口，当主井及各分支井同时作为回灌井使用时，主井的井口为统一的回灌入口；当主井和各分支井需要一部分作为生产井，一部分作为回灌井时，采用主井分流管及分支井分流管将主井及个分支井单独通过分流管连接到井口，使主井及各分支井形成单独的连通系统。

作为优选方案，主井分流管及分支井分流管的管壁上设有隔热层。

具体地，设置隔热层，可以有效减少在采热过程中，管壁散发的热能，也可以防止在分采分灌时，开采和回灌的管路相邻导致的开采管路中热能的散失，同时有利于计量各井眼的生产或回灌温度。

作为优选方案，相邻分支井的采热井段之间的距离大于或等于500m，且每个分支井的采热井段底部与二开套管之间的距离大于或等于500m。

具体地，各分支井之间、各分支井与主井之间的距离大于500m，可防止地热井在使用期间发生热突破。

作为优选方案，二开套管中设有主井桥塞，主井桥塞位于主井热储层上方，每个分支井与二开套管的连接处设有分支井桥塞。

具体地，设置主井桥塞和各分支井桥塞，通过单独控制各桥塞的开闭，暂时封闭某些分支，增大或减小地热井的热能产量或回灌量。

作为优选方案，造斜井段为单弯造斜井段或双弯造斜井段。

作为优选方案，采热井段的轴向与竖直方向的夹角不大于90°。

具体地，采热井段的轴向为竖直方向可以有效避免砂岩固结差造成的井壁垮塌或出砂情况，但是在采用有效防砂手段后，采热井段也可以保留适当角度，以增大暴露面积，增大产量或回灌量。

一种施工方法，该施工方法用于制造上述水热型多分支定向采灌地热井，包括：

1)根据地面地热需求条件与地下地热资源位置匹配状况确定地热井的主井地面施工位置、分支井数及主井和各分支井的钻遇目的层的深度与位置；

2)根据对地热能量的需求与地层产能情况确定主井和各分支井的钻遇目的层厚度及主井和各分支井之间的距离，主井和各分支井在目的层的间距应考虑在使用期防止热突破为限，一般应大于等于500m；

3)在主井地面施工位置进行一开井段施工并下入一开套管，然后进行二开井段施工并下入二开套管；

根据分支的数量及是否需要设置分流管，确定一开井段选取的钻头及一开套管的尺寸，一般分支越多选取的钻头及一开套管尺寸越大，在采用合采合灌模式时不需要设置主井导流管及各分支井导流管，如果采用分采分灌模式需要设置主井导流管及各分支井导流管；

5)从二开井段开始进行各分支井的造斜井段的施工，根据地层情况确定造斜井段为单弯造斜井段还是双弯造斜井段，如果地层为砂岩层，则采用双弯造斜井段；

6)从造斜井段下钻，进行采热井段施工，直到达到分支井目的层深度。

作为优选方案，还包括：

7)在每个分支井与二开套管连接处下入分支井桥塞。

具体地，通过单独控制各个桥塞，封闭或打开各分支，来减小或增大热能产量或回灌量。

作为优选方案，从造斜井段下钻，减小下钻斜度或垂直下钻，进行采热井段施工。

具体地，减小下钻斜度或垂直下钻可以有效避免砂岩固结差造成的井壁垮塌或出砂情况。

实施例

图1示出了本实施例的水热型多分支定向采灌地热井的结构示意图；

图2示出了本实施例的水热型多分支定向采灌地热井的分流管的施工方式示意图；图3示出了本实施例的水热型多分支定向采灌地热井的立体结构示意图；图4示出了本实施例的水热型多分支定向采灌地热井的主井及各分支井的俯视图；图5示出了本实施例的水热型多分支定向采灌地热井的井口处分流管的布局图。

如图1至图5所示，该水热型多分支定向采灌地热井，包括主井1及3个分支井8；主井1延伸至主井热储层6，主井1内设有相连接的一开套管2和二开套管3，二开套管3的顶部插设于一开管套2的底部中；每个分支井8包括相连接的造斜井段9和采热井段10，采热井段10通过造斜井段9与二开套管3的侧壁连通，造斜井段9为双弯造斜井段，采热井段10的轴向沿竖直方向，每个采热井段10分别延伸至一个分支井热储层7，主井热储层6与3个分支井热储层7为相同热储层，合采相同层位砂岩热储，相邻分支井8的采热井段10之间的距离为500m，且每个分支井8的采热井段10底部与二开套管3之间的距离为500m，二开套管3中设有主井桥塞5，主井桥塞5位于主井热储层6上方，每个分支井8与二开套管3的连接处设有分支井桥塞4，主井1和四个分支井8都作为生产井，即采用合采模式。

当需要采用分采分灌模式时，将主井分流管11由主井1的井口延伸穿过一开套管2和二开套管3，从而与主井热储层6连通，将3个分支井分流管12由主井1的井口延伸穿过一开套管2、二开套管3至一个造斜井段9，实现主井1及3个分支井8分别形成单独的连通系统，使主井1和各分支井8的一部分作为生产井，同时另一部分作为回灌井，主井分流管11及分支井分流管12的管壁上设有隔热层。

主井1的井口至地表13上。

制造上述水热型多分支定向采灌地热井的施工方法，包括：

1)确定地热井的主井地面施工位置、分支井数及主井和各分支井的钻遇目的层的深度与位置；

2)确定主井和各分支井的钻遇目的层厚度及主井和各分支井之间的距离；

3)在主井地面施工位置进行一开井段施工并下入一开套管，然后进行二开井段施工并下入二开套管；

5)从二开井段开始进行各分支井的造斜井段的双弯造斜施工；

6)从造斜井段垂直下钻，进行采热井段施工，直到达到分支井目的层深度。

7)在每个分支井与二开套管连接处下入分支井桥塞。

通过单独控制各个桥塞，封闭或打开各分支，来减小或增大热能产量或回灌量。

当主井及各分支井同时作为生产井使用时，主井的井口为统一的热能出口，当主井及各分支井同时作为回灌井使用时，主井的井口为统一的回灌入口；当主井和各分支井需要一部分作为生产井，一部分作为回灌井时，采用主井分流管及分支井分流管将主井及个分支井单独通过分流管连接到井口，使主井及各分支井形成单独的连通系统。

以华北某个地热田为例，为给M小区供暖，采用本实施例的水热型多分支定向采灌地热井及施工方法，建造一组具有三个分支井的地热井，其中主井与3个分支井合采相同层位砂岩热储，在目的层井段间距500米，该多分支井地热井的水流量相当于原单井的四倍，达到提高了地热产出效率，减少地面井口占地面积的效果。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种水热型多分支定向采灌地热井，其特征在于，包括主井及多个分支井；所述主井延伸至主井热储层，所述主井内设有相连接的一开套管和二开套管，所述二开套管的顶部插设于所述一开套管的底部中；每个所述分支井包括相连接的造斜井段和采热井段，所述采热井段通过所述造斜井段与所述二开套管的侧壁连通，每个所述采热井段分别延伸至一个分支热储层；

主井分流管及多个分支井分流管，所述主井分流管由所述主井的井口延伸穿过所述一开套管和所述二开套管，从而与所述主井热储层连通，每个所述分支井分流管由所述主井的井口延伸穿过所述一开套管、所述二开套管至一个所述造斜井段。

2.根据权利要求1所述的水热型多分支定向采灌地热井，其特征在于，所述主井分流管及分支井分流管的管壁上设有隔热层。

3.根据权利要求1所述的水热型多分支定向采灌地热井，其特征在于，相邻分支井的采热井段之间的距离大于或等于500m，且每个所述分支井的采热井段底部与所述二开套管之间的距离大于或等于500m。

4.根据权利要求1所述的水热型多分支定向采灌地热井，其特征在于，所述二开套管中设有主井桥塞，所述主井桥塞位于主井热储层上方，每个所述分支井与所述二开套管的连接处设有分支井桥塞。

5.根据权利要求1所述的水热型多分支定向采灌地热井，其特征在于，所述造斜井段为单弯造斜井段或双弯造斜井段。

6.根据权利要求1所述的水热型多分支定向采灌地热井，其特征在于，所述采热井段的轴向与竖直方向的夹角不大于90°。

7.一种施工方法，其特征在于，所述施工方法用于制造根据权利要求1-6中任意一项所述的水热型多分支定向采灌地热井，所述施工方法包括：

1)确定地热井的主井地面施工位置、分支井数及主井和各分支井的钻遇目的层的深度与位置；

2)确定主井和各分支井的钻遇目的层厚度及主井和各分支井之间的距离；

3)在主井地面施工位置进行一开井段施工并下入一开套管，然后进行二开井段施工并下入二开套管；

5)从二开井段开始进行各分支井的造斜井段的施工；

6)从所述造斜井段下钻，进行采热井段施工，直到达到分支井目的层深度。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，还包括：

7)在每个所述分支井与所述二开套管连接处下入分支井桥塞。

9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，其中，从所述造斜井段下钻，减小下钻斜度或垂直下钻，进行采热井段施工。

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