一种干热岩分支井同井同步注采方法及注采装置与流程

1.本发明涉及干热岩开采领域，更具体地说，涉及一种干热岩分支井同井同步注采方法及注采装置。


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。为了提高地热资源利用率，水力压裂已成为形成增强型地热系统的关键手段。现有技术中，通常采用双井配合的方式进行注采，钻井和注采井场面积要求多，施工成本较高；且在压裂过程中，水力裂缝在空间上如何形成最优化、最大化的增强型地热系统尚未明确，可能存在地热资源的利用率低等问题，制约干热岩储层开发的商业化应用。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种干热岩分支井同井同步注采方法及注采装置。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种干热岩分支井同井同步注采方法，该注采方法包括：
6.钻井步骤：钻取主井、上分支注入井和下分支生产井，该上分支注入井和下分支生产井均与主井连通，该上分支注入井的注入水平井和下分支生产井的生产水平井均位于干热岩储层，且该注入水平井位于该生产水平井的上方；
7.压裂步骤：对注入水平井实施控上缝压裂，对生产水平井实施控下缝压裂，在注入水平井和生产水平井之间形成人工裂缝缝网结构；
8.注采步骤：向上分支注入井注入低温水，并通过举升泵将进入下分支生产井内的高温混合物抽出。
9.在本发明所述的干热岩分支井同井同步注采方法中，该压裂步骤具体为：
10.对注入水平井实施控上缝压裂，在注入水平井的上方和下方分别形成非对称的第一上缝和第一下缝，该第一上缝的高度小于第一下缝的高度；
11.对生产水平井实施控下缝压裂，在生产水平井的上方和下方分别形成非对称的第二上缝和第二下缝，该第二上缝的高度大于第二下缝的高度。
12.在本发明所述的干热岩分支井同井同步注采方法中，该对注入水平井实施控上缝压裂的方法具体为：
13.向压裂液中注入上浮转向剂；
14.在控上缝压裂过程中，通过上浮转向剂控制第一上缝向上延伸；
15.对生产水平井实施控下缝压裂的方法具体为：
16.向压裂液中注入下沉转向剂；
17.在控下缝压裂过程中，通过下沉转向剂控制第二下缝向下延伸。
18.在本发明所述的干热岩分支井同井同步注采方法中，该注采步骤还包括：
19.向下分支生产井内下入生产管柱和举升泵；
20.在该主井和下分支生产井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。
21.在本发明所述的干热岩分支井同井同步注采方法中，该上分支注入井与主井的连接口位于该封隔器上方。
22.在本发明所述的干热岩分支井同井同步注采方法中，该生产管柱包括设置于该主井内的隔热油管、以及设置于下分支生产井内的普通油管，该隔热油管和普通油管固定连接并连通。
23.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种干热岩分支井同井同步注采装置，该注采装置包括主井、与主井连通的上分支注入井、以及与主井连通的下分支生产井，该上分支注入井的注入水平井和下分支生产井的生产水平井均位于干热岩储层，且该注入水平井位于该生产水平井的上方；
24.该注采装置还包括可下入至注入水平井内进行控上缝压裂的控上缝压裂设备、可下入至生产水平井内进行控下缝压裂的控下缝压裂设备、以及可下入至该下分支生产井内的生产管柱和举升泵。
25.在本发明所述的干热岩分支井同井同步注采装置中，该注采装置还包括固定套设于该生产管柱外并用于封堵环空区域的封隔器，该封隔器设置于该主井和下分支生产井连接处。
26.在本发明所述的干热岩分支井同井同步注采装置中，该生产管柱包括设置于该主井内的隔热油管、以及设置于下分支生产井内的普通油管，该隔热油管和普通油管固定连接并连通。
27.在本发明所述的干热岩分支井同井同步注采装置中，该举升泵为耐高温举升泵，该封隔器为耐高压高温可回收式封隔器。
28.实施本发明的干热岩分支井同井同步注采方法及注采装置，具有以下有益效果：实施本发明的干热岩分支井同井同步注采方法时，通过在干热岩储层内分别设置上分支注入井和下分支生产井，且上分支注入井和下分支生产井共用主井，在人工压裂过程中，分别对注入水平井和生产水平井实施控上缝压裂和控下缝压裂，既可以在注入水平井和生产水
平井之间形成人工裂缝缝网结构，又可以避免在注入水平井上方和生产水平井下方形成较大裂缝，诱发安全事故。在进行注采时，可向上分支注入井注入低温水，低温水由注入水平井和生产水平井之间的裂缝进入水平生产井，并与干热岩储层进行热交换，吸收了干热岩储层热量的低温水变成高温水汽混合物进入水平生产井内，最后由举升泵举升至主井外进行开发利用。本技术中，可在向上分支注入井内注入低温水的同时，通过举升泵将下分支生产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
29.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
30.图1是本发明干热岩分支井同井同步注采方法的流程示意图；
31.图2是本发明干热岩分支井同井同步注采装置的结构示意图。
具体实施方式
32.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。
33.如图1所示，在本发明的干热岩分支井同井同步注采方法第一实施例中，该注采方法包括：
34.s101钻井步骤：钻取主井10、上分支注入井11和下分支生产井12，该上分支注入井11和下分支生产井12均与主井10连通，该上分支注入井11的注入水平井13和下分支生产井12的生产水平井14均位于干热岩储层100，且该注入水平井13位于该生产水平井14的上方；
35.s102压裂步骤：对注入水平井13实施控上缝压裂，对生产水平井14实施控下缝压裂，在注入水平井13和生产水平井14之间形成人工裂缝；
36.s103注采步骤：向上分支注入井11注入低温水，并通过举升泵16将进入下分支生产井12内的高温混合物抽出。
37.实施本发明的干热岩分支井同井同步注采方法时，通过在干热岩储层100内分别设置上分支注入井11和下分支生产井12，且上分支注入井11和下分支生产井12共用主井10，在人工压裂过程中，分别对注入水平井13和生产水平井14实施控上缝压裂和控下缝压裂，既可以在注入水平井13和生产水平井14之间形成人工裂缝，又可以避免在注入水平井13上方和生产水平井14下方形成较大裂缝，诱发安全事故。在进行注采时，可向上分支注入井11注入低温水，低温水由注入水平井13和生产水平井14之间的裂缝进入水平生产井，并与干热岩储层100进行热交换，吸收了干热岩储层100热量的低温水变成高温水汽混合物进入水平生产井内，最后由举升泵16举升至主井10外进行开发利用。本技术中，可在向上分支注入井11内注入低温水的同时，通过举升泵16将下分支生产井12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。
38.本技术中，通过将注入井设置于生产井上方，可便于水从高度向低处流动，提高循环开采的效率。
39.在本实施方式中，该压裂步骤具体为：
40.对注入水平井13实施控上缝压裂，在注入水平井13的上方和下方分别形成非对称
的第一上缝20和第一下缝21，该第一上缝20的高度小于第一下缝21的高度。对生产水平井14实施控下缝压裂，在生产水平井14的上方和下方分别形成非对称的第二上缝23和第二下缝22，该第二上缝23的高度大于第二下缝22的高度。
41.该控上缝压裂和控下缝压裂步骤不分先后，可以是先后实施，也可以是同步实施。
42.在本实施方式中，该对注入水平井13实施控上缝压裂的方法具体为：
43.向压裂液中注入上浮转向剂；
44.在控上缝压裂过程中，通过上浮转向剂控制第一上缝20向上延伸。
45.在进行控上缝压裂时，上浮转向剂能够在第一上缝20顶部形成低渗透人工隔层，控制人工裂缝向上延伸。
46.同样的，对生产水平井14实施控下缝压裂的方法具体为：
47.向压裂液中注入下沉转向剂；
48.在控下缝压裂过程中，通过下沉转向剂控制第二下缝22向下延伸。
49.在进行控下缝压裂时，下沉转向剂能够在第二下缝22底部形成低渗透人工隔层，控制人工裂缝向下延伸。
50.优选的，第一下缝21和第二上缝23均为多个，且第一上缝20和第二上缝23交替设置。且在进行控上缝压裂和控下缝压裂时，还会在注入水平井13和生产水平井14之间的干热岩储层100形成次生微裂缝24。
51.进一步的，该注采步骤还包括：
52.向下分支生产井12内下入生产管柱15和举升泵16；
53.在该主井10和下分支生产井12连接处设置封堵环空区域的封隔器17，该封隔器17固定套设于该生产管柱15外。
54.进一步的，该上分支注入井11与主井10的连接口位于该封隔器17上方。
55.通过设置封隔器17，可避免下分支生产井12内的高温混合物由环空区域漫入上分支注入井11内。进一步的，在注入低温水时，可直接向环空区域内注入低温水，由于有封隔器17的存在，低温水只能由环空区域流入上分支注入井11。因此，只需要使用一根生产管柱15就能实现对高温混合物的抽取，同时实现对低温水的注入，降低生产成本。
56.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15包括设置于该主井10内的隔热油管18、以及设置于下分支生产井12内的普通油管19，该隔热油管18和普通油管19固定连接并连通。
57.如图2所示，在本发明的干热岩分支井同井同步注采装置第一实施例中，该注采装置包括主井10、与主井10连通的上分支注入井11、以及与主井10连通的下分支生产井12，该上分支注入井11的注入水平井13和下分支生产井12的生产水平井14均位于干热岩储层100，且该注入水平井13位于该生产水平井14的上方；该注采装置还包括可下入至注入水平井13内进行控上缝压裂的控上缝压裂设备、可下入至生产水平井14内进行控下缝压裂的控下缝压裂设备、以及可下入至该下分支生产井12内的生产管柱15和举升泵16。
58.使用本发明的干热岩分支井同井同步注采装置时，通过在干热岩储层100内分别设置上分支注入井11和下分支生产井12，且上分支注入井11和下分支生产井12共用主井10，在人工压裂过程中，分别使用控上缝压裂设备和控下缝压裂设备对注入水平井13和生产水平井14实施控上缝压裂和控下缝压裂，既可以在注入水平井13和生产水平井14之间形
成人工裂缝，又可以避免在注入水平井13上方和生产水平井14下方形成较大裂缝，诱发安全事故。在进行注采时，可向上分支注入井11注入低温水，低温水由注入水平井13和生产水平井14之间的裂缝进入水平生产井，并与干热岩储层100进行热交换，吸收了干热岩储层100热量的低温水变成高温水汽混合物进入水平生产井内，最后由举升泵16举升至主井10外进行开发利用。本技术中，可在向上分支注入井11内注入低温水的同时，通过举升泵16将下分支生产井12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。
59.在本实施方式中，该注采装置还包括固定套设于该生产管柱15外并用于封堵环空区域的封隔器17，该封隔器17设置于该主井10和下分支生产井12连接处。优选的，该上分支注入井11与主井10的连接口位于该封隔器17上方。
60.通过设置封隔器17，可避免下分支生产井12内的高温混合物由环空区域漫入上分支注入井11内。进一步的，在注入低温水时，可直接向环空区域内注入低温水，由于有封隔器17的存在，低温水只能由环空区域流入上分支注入井11。因此，只需要使用一根生产管柱15就能实现对高温混合物的抽取，同时实现对低温水的注入，降低生产成本。
61.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15包括设置于该主井10内的隔热油管18、以及设置于下分支生产井12内的普通油管19，该隔热油管18和普通油管19固定连接并连通。
62.优选的，为防止举升泵16和封隔器17在高温环境内出现损坏，该举升泵16为耐高温举升泵16，该封隔器17为耐高压高温可回收式封隔器17。
63.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。
64.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。