一种干热岩地热开采方法及开采装置与流程

1.本发明涉及干热岩开采领域，更具体地说，涉及一种干热岩地热开采方法及开采装置。


背景技术：

2.干热岩(hot dry rock，hdr)是地球内部热能的一种赋存介质，自20世纪70年代美国los alamos国家实验室提出干热岩地热能的概念以来，干热岩的定义也在不断发展，最新的《地热能术语》中对干热岩的定义为内部不存在或仅存在少量流体，温度高于180℃的异常高温岩体。据保守估计，地壳中干热岩(通常指3～10km深处)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。中国地质调查局的评价数据显示，中国大陆3～10km深处的干热岩资源总量为2.5
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1025j(合856万亿吨标煤)，若能开采出2％，就相当于我国2015年全国一次性能耗总量的4400倍。
3.常规干热岩资源的开发主要利用增强型地热系统(enhanced geothermal system，egs)来提取其内部的热量。增强型地热系统通过水力压裂等工程手段在地下深部低渗透性高温岩体中形成人工裂缝，利用回灌井注水，注入的水沿着储层裂缝和节理或者人造缝网运动并与周边的岩石发生热交换，产生了高温高压水或水汽混合物。从生产井中提取高温蒸汽到地面后，通过热交换及地面循环装置用于发电和综合利用。利用之后的温水又通过回灌井注入到地下干热岩体中,从而达到循环利用的目的。
4.近年来，压裂是否诱发地震一直是干热岩领域最为争议的话题，前人曾根据统计学、构造学和地震学等对二者是否存在因果关系进行了分析，观点不一。但可以肯定的是，干热岩压裂过程中必定会对周围环境造成一定的扰动，2017年韩国浦项市发生里氏5.5级地震，震源深度9km，相关研究认为此次地震是由几公里外的浦项地热井人工压裂引起的，随后韩国政府关停了浦项地热发电项目。另外，干热岩储层岩性主要是各种变质岩或结晶岩体，水力压裂施工裂缝起裂和延伸困难，地面施工压力高，对施工设备等性能要求极高。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种干热岩地热开采方法及开采装置。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种干热岩地热开采方法，该开采方法包括：
7.第一建井步骤：生产直井建井；
8.第二建井步骤：螺旋型注入井建井，该螺旋型注入井的螺旋段围绕于该生产直井外；
9.注采步骤：向螺旋型注入井注入低温水，并通过举升泵将进入生产直井内的高温混合物抽出。
10.在本发明所述的干热岩地热开采方法中，该第一建井步骤具体为：
11.垂直钻进生产直井至干热岩储层；
12.在生产直井内固定生产套管固井；
13.对生产直井的干热岩井段进行负压深穿透射孔完井。
14.在本发明所述的干热岩地热开采方法中，该生产直井包括第一直井段和第二直井段，该第一直井段井深为400
‑
600米，该第二直井段井深为2500
‑
3500米。
15.在本发明所述的干热岩地热开采方法中，该第二建井步骤具体为：
16.垂直钻进注入井直井段；
17.在注入井直井段内固定生产套管固井；
18.在注入井直井段底部采用欠平衡钻井方式钻进形成注入井螺旋段。
19.在本发明所述的干热岩地热开采方法中，该注入井直井段包括第三直井段和第四直井段，该第三直井段井深为400
‑
600米，该第四直井段井深为2000
‑
2500米，该注入井螺旋段井深为2500
‑
3500米，该注入井螺旋段的螺旋半径为80
‑
120米，该注入井螺旋段的螺距为80
‑
120米。
20.在本发明所述的干热岩地热开采方法中，该注采步骤包括：
21.向生产直井内下入生产管柱和举升泵；
22.在该生产直井内位于该干热岩储层和上覆地层连接处设置封堵环空区域的封隔器，该封隔器固定套设于该生产管柱外。
23.在本发明所述的干热岩地热开采方法中，该生产管柱包括设置于该封隔器上方的隔热油管、以及设置于封隔器下方的普通油管，该隔热油管和普通油管固定连接并连通。
24.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种干热岩地热开采装置，该开采装置包括生产直井、螺旋型注入井，该螺旋型注入井的螺旋段围绕于该生产直井外，该开采装置还包括可下入至该生产直井内的生产管柱和举升泵。
25.在本发明所述的干热岩地热开采装置中，该开采装置还包括设置于生产直井内、并位于该干热岩储层和上覆地层连接处用于封堵环空区域的封隔器。
26.在本发明所述的干热岩地热开采装置中，该生产管柱包括设置于该封隔器上方的隔热油管、以及设置于封隔器下方的普通油管，该隔热油管和普通油管固定连接并连通。
27.实施本发明的干热岩地热开采方法及开采装置，具有以下有益效果：实施本发明的干热岩地热开采方法时，通过分别建设生产直井和螺旋型注入井，并使得螺旋型注入井呈螺旋状环绕于生产直井外围，在向螺旋型注入井内注入低温水时，低温水可沿螺旋型注入井渗入干热岩储层内，相较于直井或水平井，螺旋型注入井可大大增加低温水与干热岩储层接触的面积可体积，达到更好的开采效果。在注采过程中，可向螺旋型注入井内注入低温水，低温水沿螺旋型注入井流动并渗入干热岩储层裂缝内与干热岩进行热交换，吸收了干热岩热量的水及其混合物逐渐流入生产直井内，最后由举升泵举升至生产直井外进行开发利用。本技术中，可在向螺旋型注入井内注入低温水的同时，通过举升泵将生产直井内的高温混合物抽出，实现同步循环注采，大大提高了注采效率，同时降低了开发成本。
附图说明
28.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
29.图1是本发明干热岩地热开采方法的流程示意图；
30.图2是本发明干热岩地热开采装置的结构示意图。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
32.如图1所示，在本发明的干热岩地热开采方法第一实施例中，该开采方法包括：
33.s101第一建井步骤：生产直井10建井；
34.s102第二建井步骤：螺旋型注入井11建井，该螺旋型注入井11的螺旋段18围绕于该生产直井10外；
35.s103注采步骤：向螺旋型注入井11注入低温水，并通过举升泵12将进入生产直井10内的高温混合物抽出。
36.实施本发明的干热岩地热开采方法时，通过分别建设生产直井10和螺旋型注入井11，并使得螺旋型注入井11呈螺旋状环绕于生产直井10外围，在向螺旋型注入井11内注入低温水时，低温水可沿螺旋型注入井11渗入干热岩储层100内，相较于直井或水平井，螺旋型注入井11可大大增加低温水与干热岩储层100接触的面积可体积，达到更好的开采效果。在注采过程中，可向螺旋型注入井11内注入低温水，低温水沿螺旋型注入井11流动并渗入干热岩储层100裂缝内与干热岩进行热交换，吸收了干热岩热量的水及其混合物逐渐流入生产直井10内，最后由举升泵12举升至生产直井10外进行开发利用。本技术中，可在向螺旋型注入井11内注入低温水的同时，通过举升泵12将生产直井10内的高温混合物抽出，实现同步循环注采，大大提高了注采效率，同时降低了开发成本。
37.在本实施方式中，该第一建井步骤具体为：
38.垂直钻进生产直井10至干热岩储层100；
39.在生产直井10内固定生产套管固井；
40.对生产直井10的干热岩井段进行负压深穿透射孔15完井。
41.具体的，该生产直井10包括第一直井段13和第二直井段14，该第一直井段13井深为400
‑
600米，该第二直井段14井深为2500
‑
3500米。
42.优选的，采用311.2mm钻头垂直钻进生产直井10形成第一直井段13，下244.48mm表层套管固井，表层套管鞋深度500m。其次，更换215.9mm钻头继续钻进生产直井10形成第二直井段14至干热岩储层100，下139.7mm生产套管固井，生产套管鞋深度3000m。最后，下深穿透射孔15枪对生产直井10的干热岩井段2500
‑
3000m实施负压射孔15完井，射孔15孔眼沟通干热岩储层100的天然微裂缝。
43.在本实施方式中，该第二建井步骤具体为：
44.垂直钻进注入井直井段；
45.在注入井直井段内固定生产套管固井；
46.在注入井直井段底部采用欠平衡钻井方式钻进形成注入井螺旋段。
47.具体的，该注入井直井段包括第三直井段16和第四直井段17，该第三直井段16井深为400
‑
600米，该第四直井段17井深为2000
‑
2500米，该注入井螺旋段井深为2500
‑
3500米，该注入井螺旋段的螺旋半径为80
‑
120米，该注入井螺旋段的螺距为80
‑
120米。
48.优选的，采用311.2mm钻头垂直钻进螺旋型注入井11形成第三直井段16，下244.48mm表层套管固井，表层套管鞋深度500m。其次，更换215.9mm钻头继续钻进螺旋型注入井11形成第四直井段17至干热岩储层100顶部，下139.7mm生产套管固井，技术套管鞋深
度2500m。最后，更换118mm钻头实施螺旋注入井的螺旋段18欠平衡钻进，控制螺旋段18螺旋半径和螺距为100m左右，完钻垂深为2700m，螺旋型注入井11的螺旋段沟通干热岩储层100天然微裂缝，该螺旋段为裸眼井。
49.进一步的，该注采步骤包括：
50.向生产直井10内下入生产管柱19和举升泵12；
51.在该生产直井10内位于该干热岩储层100和上覆地层200连接处设置封堵环空区域的封隔器20，该封隔器20固定套设于该生产管柱19外。
52.通过设置生产管柱19和举升泵12，可将流入生产直井10内的高温混合抽出并进行热量利用。通过设置封隔器20，可实现对生产直井10内的混合液进行坐封，避免溢出。
53.进一步的，为减少高温混合物在被举升过程中与外界进行热交换，该生产管柱19包括设置于该封隔器20上方的隔热油管21、以及设置于封隔器20下方的普通油管22，该隔热油管21和普通油管22固定连接并连通。
54.如图2所示，在本发明的干热岩地热开采装置第一实施例中，该开采装置包括生产直井10、螺旋型注入井11，该螺旋型注入井11的螺旋段18围绕于该生产直井10外，该开采装置还包括可下入至该生产直井10内的生产管柱19和举升泵12。
55.使用本发明的干热岩地热开采装置时，通过分别建设生产直井10和螺旋型注入井11，并使得螺旋型注入井11呈螺旋状环绕于生产直井10外围，在向螺旋型注入井11内注入低温水时，低温水可沿螺旋型注入井11渗入干热岩储层100内，相较于直井或水平井，螺旋型注入井11可大大增加低温水与干热岩储层100接触的面积可体积，达到更好的开采效果。在注采过程中，可向螺旋型注入井11内注入低温水，低温水沿螺旋型注入井11流动并渗入干热岩储层100裂缝内与干热岩进行热交换，吸收了干热岩热量的水及其混合物逐渐流入生产直井10内，最后由举升泵12举升至生产直井10外进行开发利用。本技术中，可在向螺旋型注入井11内注入低温水的同时，通过举升泵12将生产直井10内的高温混合物抽出，实现同步循环注采，大大提高了注采效率，同时降低了开发成本。
56.进一步的，该开采装置还包括设置于生产直井10内、并位于该干热岩储层100和上覆地层200连接处用于封堵环空区域的封隔器20。
57.通过设置生产管柱19和举升泵12，可将流入生产直井10内的高温混合抽出并进行热量利用。通过设置封隔器20，可实现对生产直井10内的混合液进行坐封，避免溢出。
58.进一步的，为减少高温混合物在被举升过程中与外界进行热交换，该生产管柱19包括设置于该封隔器20上方的隔热油管21、以及设置于封隔器20下方的普通油管22，该隔热油管21和普通油管22固定连接并连通。
59.优选的，为防止举升泵12和封隔器20在高温环境内出现损坏，该举升泵12为耐高温举升泵12，该封隔器20为耐高压高温可回收式封隔器20。
60.此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“层叠”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发
明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。