通过地层进行储能和释能的方法和系统与流程

1.本发明涉及地下储能领域，具体涉及一种通过地层储能和释能的方法和系统。


背景技术：

2.许多可再生能源如太阳能、风能具有日常和季节间歇性，电力输出不稳定，不适合提供基本负载电源，因此很难直接进入电网，解决储能问题是成功扩大可再生能源生产规模的关键所在。因此，如何能大规模地存储多余清洁电力，并且在阳光和风力供应都不足时稳定地传送电力仍是各国都在攻关的技术难题。
3.目前，大规模的电力存储方法，包括使用铅酸电池、锂离子电池、氢燃料电池、压缩空气储能以及抽水储能。其中，铅酸电池、锂离子电池和氢燃料电池储能，由于投资和维护成本较高，并没有得到大规模使用；抽水储能是把水从地势较低位置抽到较高位置，将电能转换为水的重力势能，因此抽水储能方法对地势结构有一定要求，无法应用在地势较为平坦的平原或丘陵地区；压缩空气储能是一项成熟的储能技术，但需要将废弃的矿山或地下洞穴作为储气媒介，因此只能在某些特定区域使用。
4.有鉴于此，亟需一种投资和维护成本较低，且适应多种地形的新的清洁电力存储与释能的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种通过地层进行储能和释能的方法及其系统，部分地解决或缓解现有技术中的上述不足，且其投资和维护成本较低，适应范围广。
6.为了解决上述所提到的技术问题，本发明具体采用以下技术方案：
7.为部分地解决上述技术问题，本发明第一方面，在于提供了一种通过地层进行储能和释能的方法，包括步骤：
8.识别至少一个不含油气的储能地层；
9.对所述储能地层进行水力压裂施工，使得所述储能地层产生至少一个地层裂缝；
10.利用电能驱动注入设备向所述至少一个地层裂缝中注入高压流体，使得所述地层裂缝的宽度增大，从而将电能转化为地层岩石弹性变形能进行存储；
11.利用所述地层裂缝闭合过程中反排的所述高压流体驱动预设的发电设备发电，从而将所述地层岩石弹性变形能转变为电能进行释能。
12.在本发明的一些实施例中，所述水力压裂施工中的压裂液中包括防滤失剂。
13.在本发明的一些实施例中，所述防滤失剂包括：至少一种高分子聚合物，和/或至少一种树脂，和/或至少一种石英砂，和/或至少一种凝胶，和/或至少一种硅酸盐，和/或至少一种硫酸盐，和/或至少一种磷酸盐，和/或至少一种草酸盐，和/或至少一种具有堵塞所述地层的岩石基质孔道效果的颗粒。
14.在本发明的一些实施例中，在向所述至少一个地层裂缝中注入高压流体的步骤之前，还包括步骤：
15.根据水力压裂模型、岩石力学特性以及第一施工参数计算得到所述地层裂缝的三维形体，并根据所述三维形体得到所述地层裂缝的扩展半径；
16.判断所述扩展半径是否等于或大于所述目标半径，且当所述地层裂缝的扩展半径等于或大于所述目标半径时，停止水力压裂施工。
17.在本发明的一些实施例中，注入所述至少一个地层裂缝内的流体压力大于所述地层的最小主应力，且小于所述地层裂缝的扩展压力，使得所述地层裂缝的宽度逐渐变大。
18.在本发明的一些实施例中，利用所述地层裂缝闭合过程中反排的所述高压流体驱动预设的发电设备发电之前，还包括步骤：
19.判断至少一个所述地层裂缝的宽度是否等于或大于预设的目标宽度，若是，停止向所述注入设备提供电能，以使所述注入设备停止向所述至少一个地层裂缝注入所述高压流体。
20.在本发明的一些实施例中，在向所述至少一个地层裂缝中注入高压流体之前，还包括步骤：在地下或地面设置至少一个用于存储所述流体的蓄水池。
21.在本发明的一些实施例中，利用所述地层裂缝闭合过程中反排的所述高压流体驱动预设的发电设备发电的步骤，具体包括步骤：
22.监测是否有发电需求，且当监测到有发电需求时，开启所述地层裂缝对应的井筒连通至地面的反排管道上的控制阀门，使得所述地层裂缝中的所述高压流体通过所述反排管道被反排至地面，并驱动所述发电设备发电；否则，继续监测是否有发电需求。
23.在本发明的一些实施例中，所述高压流体包括：杀菌剂，和/或除垢剂，和/或矿物盐,和/或防滤失剂。
24.第二方面，本发明还提供了一种通过地层进行储能和释能的系统，包括：
25.地层识别装置，用于识别至少一个不含油气的储能地层；
26.水力压裂施工装置，用于对所述储能地层进行水力压裂施工，使得所述储能地层产生至少一个地层裂缝；
27.注入装置，用于向所述至少一个地层裂缝中注入高压流体，使得所述至少一个地层裂缝的宽度增大，从而将电能转化为地层岩石弹性变形能进行存储；
28.发电装置，用于当所述地层裂缝中的所述高压流体在所述地层裂缝闭合过程中岩石挤压作用下进行反排时，在所述高压流体的驱动下将所述地层岩石弹性变形能转变为电能。
29.在本发明的一些实施例中，该系统还包括：
30.蓄水池，用于存储所述高压流体，所述蓄水池与所述地层裂缝对应的井筒通过反排管道相连，且所述井筒或反排管道内设置有控制阀门；
31.监测装置，与所述控制阀门相连，用于监测当前是否有发电需求，且当监测到有发电需求时，生成表示开启所述控制阀门的第一控制指令，并发送到所述控制阀门，使得所述井筒通过所述反排管道与所述蓄水池相连通；否则，继续监测是否有发电需求。有益效果
32.本发明通过识别至少一个不含油气的储能地层，然后对所识别到的储能地层进行水力压裂施工，使得该储能地层中产生至少一个地层裂缝；再利用电能驱动注入设备向地层裂缝中注入高压流体，使得地层裂缝的宽度增大，从而将电能转化为地层岩石弹性变形
能进行存储，进而实现低投资和低维护成本的储能。其中，上述步骤中的电能来源于风力发电或太阳能发电等可再生能源。
33.进一步地，在地层裂缝逐渐闭合过程中，由于地层岩石的挤压作用，将裂缝内的高压流体反排到地面驱动预设的发电设备发电，即将地层裂缝的弹性变形能转化为电能，从而实现了在太阳能或风能不足的情况下稳定地供电。
34.本发明的方法及系统可在日照或风力充足时，将利用日照或风力产生的电能转化为岩石弹性变形能进行存储，并在需要的时候再将电能释放到电网，对风力发电或太阳发电并网调峰有重大的意义。
35.本发明可应用于地下多孔和可渗透的岩层，例如，页岩地层、碳酸盐地层、砂岩地层等，其中，由于页岩分布范围广、类型多，在陆相和海相盆地都有沉积，因此，将页岩地层作为储能地层适用地域广泛，不受地表地势条件的约束；另一方面，由于页岩地层的渗透率极低，当地层裂缝中存储有高压流体时，只有极少量的高压流体会滤失到地层岩石孔隙中，即页岩地层可以长时间存储地层裂缝中的高压流体，也即是说页岩地层具有较高的储能效率；此外，由于本方法可以用于埋深只有几百米的不含油气的页岩地层，施工难度小，投资与维护的成本较低。
36.本发明公开的方法还涉及水力压裂法，水力压裂法作为石油天然气领域的一项成熟的技术，已得到大规模使用，因此相关施工配套设备容易获得，成本可控。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
38.图1是本发明一示例性实施例中通过地层进行储能和释能的方法的流程示意图；
39.图2是对垂直井和水平井进行水力压裂的系统示意图；
40.图3a是本发明一示例性实施例中电动注入设备将蓄水池中的流体注入页岩地层中的地层裂缝的示意图；
41.图3b是本发明一示例性实施例中将地层裂缝内的高压流体反排到蓄水池并驱动发电设备发电的示意图；
42.图4a是本发明另一示例性实施例中电动注入设备将蓄水池中的流体注入页岩地层中的地层裂缝的示意图；
43.图4b是本发明另一示例性实施例中将地层裂缝内的高压流体反排到蓄水池并驱动发电设备发电的示意图,；
44.图5是本发明一示例性实施例中通过地层进行储能和释能的系统的装置示意图。
具体实施方式
45.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.本文中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
47.本文中的“流体”可以是但不限于气体、液体、乳浊液、浆体和具有类似于液体流动的流动特性的固体颗粒流。例如，流体可以包括具有化学添加剂的水基液体。此外，化学添加剂可以包括但不限于酸、凝胶、氯化钾、表面活性剂等。
48.本文中的“地层”或“储层”是地下多孔和可渗透的岩层(例如，页岩地层、砂岩地层、碳酸盐岩地层等)，可充当流体的储存空间。通常这些流体可以是水、烃类或气体。本文中，将这种多孔且可渗透，并可存储高压流体的岩层统称为“储能地层”。其中，页岩地层由于能够长时间在其内部裂缝中存储流体，因此，本文中以页岩地层作为优选实施例，对本技术的储能和释能方法和系统进行说明。
49.本文中的“水力压裂”或“压裂”或“破裂”是指地层岩石在外力作用(例如高压流体)下产生裂缝并扩展。
50.本文中的“水力压裂裂缝”或“地层裂缝”或“裂缝”是水力压裂施工后在地层内创造的岩石开口缝隙，术语“水力压裂裂缝”或“地层裂缝”或“裂缝”可以互换。
51.本文中的“井底压力(bottom-hole pressure)”是指井筒内水力压裂裂缝(地层裂缝)起始深度或深度附近的压力。当摩擦损失可以忽略时，井底压力等于水力压裂裂缝的裂缝压力。
52.本文中的“井筒”是指在地层中钻出或插入导管而形成的洞。一般情况下，井筒是圆柱形的，因此井筒的截面可能是圆形的。另外，井筒可能有任何其他截面。井筒可以是裸眼的,即裸眼井筒(open-hole wellbore)，也可以对井筒内壁胶结套管制成套管井筒(cased wellbore)。
53.本文中的“地层裂缝的宽度”或“裂缝宽度”是指垂直地层裂缝面方向上两壁的相对位移距离。当假定地层裂缝为圆形(或在工程实践中可认为该地层裂缝为圆形或近似圆形)时，地层裂缝的“扩展半径”是指该圆形的半径(参见图3a中双向箭头r所示)，术语“地层裂缝的宽度”或“裂缝宽度”可以互换。
54.本文中的“恒定”或“不变”并不意味着所指定的项目的绝对变化为零，而是用于指定的项目的变化非常小，在工程实践可以认为该项目保持恒定。例如，本文中“井底压力不变”一词也有“近似恒定的井底压力”的含义，或者，本文中的“扩展半径保持不变”实际上是指地层裂缝的“扩展半径”在高压流体的作用下，“基本保持不变”或者“近似恒定”，或者，本文中的“地层裂缝的宽度不变”实际上是指“地层裂缝的宽度”在高压流体的作用下，“基本保持不变”或者“近似恒定”。还应当认识到，在本公开中使用的词语“相等/等于”并不意味着指定的项目完全相同，而是用于指定在工程实践中具有可忽略的差异的两个项目。例如，本披露中的“相等/等于”一词也可以有“近似相等/等于”的含义。实施例一
55.页岩分布广泛且渗透率极低，在石油天然气领域，页岩地层通常被看作常规油气藏的上覆密封层，可以防止油气向上运移从而挥发到地面。同时，页岩地层本身也可作为流体的存储介质，且由于页岩地层极低的渗透率，可以长时间储存内部地层裂缝中的高压流
体，只有极少量的流体会滤失到地层岩石孔隙中，比如美国橡树岭国家实验室(oak ridge national laboratory)长达几十年把带有放射性的流体废料注入页岩地层的人造地层裂缝中从而达到永久保存的目的。因此，优选地，本发明通过将高压流体存储在多孔且可渗透的页岩地层的人造裂缝(也即水力压裂施工形成的地层裂缝)中，从而实现长时间能量存储的目的，即将页岩地层作为储能地层。当然，本发明还可以应用于其他多孔和可渗透的岩层。
56.参见图1，本发明提供了一种通过地层进行储能和释能的方法。
57.在步骤s100中，识别至少一个不含油气的储能地层(即储层)。
58.在一些实施例中，不含油气的储能地层包括：已经开采枯竭的原油气储层(depleted oil and gas formations)。
59.在一些实施例中，可采用直观法识别储能地层(优选为页岩地层)的相关信息(如，地层的埋藏深度和地层厚度)，例如，通过钻井获取岩芯来识别地层的埋藏深度和地层厚度。在另一些实施例中，还可采用间接法识别地层的相关信息，例如，解释测井/录井数据和地震数据反演法。
60.在步骤s102中，对储能地层进行水力压裂施工，使得储能地层产生至少一个地层裂缝。
61.在水力压裂施工期间，注入的压裂液通过地面设施泵入井筒中，如图2中通过第一地面设施240、第二地面设施250将压裂液分别泵入垂直井210和水平井220中。一旦该垂直井210和水平井220的井底压力达到地下岩层230(即，储能地层)的破裂压力(即井底压力大于或等于该破裂压力)，该垂直井210中的第一水力压裂裂缝260、第二水力压裂裂缝262将从该垂直井210周围起裂并扩展到地下岩层230直到泵注停止(即停止水力压裂施工)，相应地，该水平井220中的第三水力压裂裂缝264、第四水力压裂裂缝266、第五水力压裂裂缝268、第六水力压裂裂缝270将从该水平井220周围起裂并扩展到地下岩层230中直到泵注停止。如图2所示，水力压裂裂缝(例如，图2中的第一水力压裂裂缝260、第三水力压裂裂缝264、第四水力压裂裂缝266)可以形成平面的几何形状并且沿着垂直于页岩地层的最小主应力f的方向扩展。然而，在某些地质条件下，一些水力压裂裂缝(例如，图2中的第二水力压裂裂缝262、第五水力压裂裂缝268、第六水力压裂裂缝270)可与预先存在的天然裂缝相互作用形成复杂的裂缝几何形状。
62.在实际应用中，可根据不同的储能需求和储能地层的力学特性来确定地层裂缝的扩展程度，例如，若需要储存较多的能量，则需要设计较长的地层裂缝，若需要储存相对较少的能量，则需要设计较短的地层裂缝，因此，可预先根据实际需求来设定地层裂缝的设计参数，例如扩展半径(或称扩展长度)，从而当判断出地层裂缝的扩展半径达到设计要求时，则停止泵注压裂液(也即停止水力压裂施工)，使得地层裂缝逐渐停止扩展。
63.在一些实施例中，在向至少一个地层裂缝注入高压流体的步骤之前(即，执行步骤s104之前)，还包括步骤：
64.判断地层裂缝的扩展半径是否达到预设的目标半径，且当判断出地层裂缝的扩展半径达到目标半径时，停止水力压裂施工，使得地层裂缝逐渐停止扩展。
65.具体地，在一些实施例中，判断地层裂缝的扩展半径是否达到预设的目标半径的步骤，具体包括步骤：根据预先构建的水力压裂模型、岩石力学特性以及第一施工参数计算
得到地层裂缝的三维形体，并根据三维形体得到地层裂缝的扩展半径；然后，判断地层裂缝的扩展半径是否等于或大于目标半径。
66.在一些实施例中，水力压裂模型可采用二维的pkn模型、kgd模型、radial模型以及拟三维模型和全三维模型，第一施工参数为地面设施(即水力压裂施工装置中的注入设备)的施工参数，包括：压裂液的注入速率、总体注入体积、压裂液粘度。
67.当然，在另一些实施例中，何时停止水力压裂施工可由工作人员结合相关工作经验进行判断，例如，工作人员可根据工作经验，结合压裂液的注入速率、总体注入体积以及压裂液粘度判断或计算停止水力压裂施工的时间。
68.优选地，在一些实施例中，预设的目标半径由专业技术人员根据储能地层的力学特性进行设定，在保证地层裂缝具有一定存储能力的同时，避免地层裂缝的扩展半径过大对储能地层造成损伤。
69.在一些实施例中，水力压裂施工过程中将制造出多个地层裂缝，具体实施时，为避免地层裂缝的扩展半径过大而对储能地层造成损伤，优选地，当监测到存在有一个地层裂缝的扩展半径等于或大于预设的目标半径时，即停止水力压裂施工。当然，在其他实施例中，也可以是判断出所有地层裂缝的平均扩展半径等于或等于预设的目标半径时，停止水力压裂施工。
70.可以理解的是，停止水力压裂施工时，地层裂缝不会立即停止扩展，只有当地层裂缝内的流体压力与破裂压力趋于平衡时，也即流体压力小于破裂压力时，地层裂缝才停止扩展，因此，为避免地层裂缝的扩展半径过大，优选地，在一些实施例中，当地层裂缝的扩展半径近似等于(或接近)目标半径时(例如，扩展半径＝目标半径
×
0.90-0.95时)，即停止水力压裂施工。
71.优选地，为降低地层裂缝内的压裂液向周围岩石滤失的速率，使得储能地层内的地层裂缝具备长时间存储压裂液或高压流体的能力，在一些实施例中，步骤s102中的水力压裂施工中的压裂液中添加有防滤失剂。
72.优选地，在一些实施例中，防滤失剂可以包括：至少一种高分子聚合物，和/或至少一种树脂，和/或至少一种凝胶等添加剂，防滤失剂注入地层裂缝后,覆盖在地层裂缝表面，形成渗漏率极低的盖层，此外，防滤失剂还可以是具有堵塞储能地层岩石基质孔道效果的颗粒，比如微纳米材料，颗粒在滤失过程中填塞到地层裂缝周围的岩石基质孔道中，降低储能地层的渗透率，起到防滤失效果。
73.在一些实施例中，防滤失剂可以包括：至少一种硅酸盐，和/或至少一种硫酸盐，和/或至少一种磷酸盐，和/或至少一种草酸盐，硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、草酸盐可与地层矿物阳离子反应生成沉淀物堵塞地层岩石基质孔道。
74.在步骤s104中，利用电能驱动注入设备向至少一个地层裂缝中注入高压流体，使得至少一个地层裂缝的宽度增大，从而将电能转化为地层岩石弹性变形能进行存储。
75.进一步地，在一些实施例中，在步骤s104中，注入至少一个地层裂缝内的流体压力大于储能地层的最小主应力，且小于地层裂缝的扩展压力，使得地层裂缝的宽度逐渐变大，且扩展半径保持不变或保持恒定(由于流体压力小于地层裂缝的扩展压力，因此，地层裂缝不会发生扩展，即保持裂缝的扩展半径不变或恒定)。
76.当然，在另一些实施例中，地层裂缝的扩展半径保持不变或保持恒定可以理解为
在一段时间内保持不变或恒定。例如，因高压流体的作用，使得地层裂缝的宽度发生变化时，其扩展半径也会逐渐发生变化(也即继续发生扩展)，但在一定时间内(例如，一小时)，扩展半径的变化在工程实践中可以忽略不计；或者，因高压流体的作用，使得地层裂缝进行扩展时，但经过一定时间，该高压流体中所添加的颗粒物体等会将继续扩展的裂缝进行填充或部分填充。
77.优选地，在一些实施例中，储能地层的最小主应力可以通过小型压裂(diagnostic fracturing injection test)或回流辅助小型压裂(rapid injection-flowback test)测试获得。地层裂缝的扩展压力可以通过分析水力压裂施工停泵后压降曲线的瞬时关井压力(instantaneous shut-in pressure)获得。
78.在一些实施例中，在步骤s104中，具体包括步骤：实时监测注入的流体压力，并判断注入的流体压力是否大于地层最小主应力，且小于地层裂缝的扩展压力；
79.若是，保持当前向地层裂缝注入高压流体的第二施工参数；否则，调整向地层裂缝注入高压流体的第二施工参数(即注入设备的施工参数)，使得当前流体压力始终保持在扩展压力和储能地层最小主应力之间。
80.在一些实施例中，第二施工参数包括：流体的注入速率和总体注入体积，具体地，可通过调节注入设备注入高压流体的速率或注入的流体量调整流体压力，并可通过预先安装的压力监测装置来监测流体压力。
81.具体地，在一些实施例中，在向至少一个地层裂缝中注入高压流体之前(即执行步骤s104之前)，还包括步骤：在地下或地面设置至少一个用于存储流体的蓄水池。其中，该蓄水池与水力压裂施工中的井筒通过管道(例如，地面管道)相连通。
82.优选地，在一些实施例中，可预先在蓄水池内的流体中可加入一种或多种添加剂(也即，可在注入地层裂缝的流体中加入一种或多种添加剂)，例如，杀菌剂、除垢剂、矿物盐(如，kcl,nacl,cacl2,nasio4等)以及防滤失剂，其中，矿物盐用于平衡储能地层的电解质。
83.当蓄水池设置在地面上时，优选地，为减少流体的损耗，在一些实施例中，蓄水池设置有用于防止流体蒸发的遮挡结构，例如，在蓄水池上方覆盖有塑料或金属薄膜。
84.在步骤s106中，判断至少一个地层裂缝的宽度是否等于或大于预设的目标宽度，若是，执行步骤s108，即停止向注入设备提供电能，以使注入设备停止向至少一个地层裂缝注入高压流体，从而保持井底压力不变使得地层裂缝的宽度不变(此时，由于井筒与蓄水池、注入设备之间的管道均处于关闭状态，因此，当停止注入高压流体后，井底压力保持不变)；否则执行步骤s110，继续向至少一个地层裂缝中注入高压流体。
85.其中，地层裂缝的宽度根据地层裂缝的高度、地层裂缝的扩展半径和井底压力计算得到，可以理解的是，地层裂缝中不同位置的宽度并不相等，优选地，在一些实施例中，步骤s106中的“地层裂缝的宽度”是指所有地层裂缝的平均宽度；当然，在其他实施例中，步骤s106中的“地层裂缝的宽度”也可以是指任一地层裂缝的宽度。
86.例如，在一些实施例中，在向地层裂缝注入高压流体的过程中，获取所有地层裂缝的宽度数据，并对所有地层裂缝的宽度进行平均得到所有地层裂缝的平均宽度，当该平均宽度等于或大于预设的目标宽度时，即停止向注入设备供电，以使得注入设备停止向地层裂缝注入高压流体。
87.在一些实施例中，地层裂缝的目标宽度由专业人员预先根据储能地层的力学特性
和不同的储能需求进行设定，在保证地层裂缝具有一定存储能力的同时，避免地层裂缝的宽度过大对储能地层造成损伤。可以理解的是，由于存在多个地层裂缝，为避免地层裂缝的宽度过大而对储能地层造成损伤，优选地，当监测到(或判断出)存在有一个地层裂缝的宽度等于或大于预设的目标宽度时，即执行步骤s108，停止向注入设备提供电能，以使注入设备停止向至少一个地层裂缝注入高压流体，从而保持井底压力不变使得裂缝宽度不变。
88.当然，在另一些实施例中，当监测到向注入设备供应的电力不足时(比如,天气变化造成太阳能或风能发电供应不足，具体地，当太用能和风能的发电全部或大部分都被供电的终端用户消耗，没有多余的电量供给注入设备的情况)，即执行步骤s108，停止向注入设备提供电能，以使注入设备停止向至少一个地层裂缝注入高压流体，从而保持井底压力不变使得裂缝宽度不变。
89.例如，在一些实施例中，参见图3a和图3b，当停止向注入设备提供电能，以使注入设备停止向至少一个地层裂缝注入高压流体时，同时关闭第一地面管道330(即，用于注入高压流体的注入管道)对应的控制阀门(此时，由于第二地面管道370，即用于高压流体反排的反排管道对应的控制阀门处于常闭状态)，使得地层裂缝与井筒内的高压流体无法通过第一、二地面管道反排到蓄水池/地面，此时，地层裂缝以及井筒内的高压流体的总体积保持不变(高压流体的滤失量在工程实践中可以忽略不计)，从而保持井底压力不变，使得地层裂缝的宽度保持不变。
90.在步骤s112中，监测是否有发电需求，且当监测到有发电需求时，执行步骤s114，利用因至少一个地层裂缝闭合而反排的高压流体驱动预设的发电设备发电，从而将地层岩石弹性变形能转变为电能；否则，继续监测是否有发电需求。
91.进一步地，在一些实施例中，蓄水池与地层裂缝对应的井筒之间通过管道(例如，注入管道和反排管道)相连，且当停止向地层裂缝注入高压流体后，反排管道和注入管道均处于关闭状态(具体地，反排管道、注入管道内的控制阀门处于关闭状态)，因此，当监测到有发电需求时，开启反排管道对应的控制阀门以使得反排管道流通，从而使得地层裂缝内的高压流体能够在岩石挤压作用下，通过反排管道反排到蓄水池中，同时驱动发电设备发电。
92.例如，参见图3a和图3b，蓄水池与井筒相连的第一地面管道330(即，注入管道)和第二地面管道370(即，反排管道)中均设置有控制地面管道流通与闭合的控制阀门，且在停止向地层裂缝注入高压流体之后到监测到需要发电之前，第一地面管道对应的控制阀门处于关闭状态，当监测到需要发电(例如，相应的控制系统，或者第一发电设备，或者相应工作人员会接收到外部，例如电网或其他控制系统发送来的供电请求)时，与该控制阀门相连的控制系统，或者第一发电设备360开启井筒和蓄水池之间的第二地面管道370对应的控制阀门(当然，也可由工作人员手动开启)，从而使得井筒与蓄水池之间连通，进而在岩石挤压作用下，地层裂缝内的高压流体被反排到蓄水池中，并驱动第一发电设备360的叶轮转动以进行发电；当然若没有收到供电请求，则井筒和蓄水池之间的第二地面管道370将始终保持关闭状态，即第二管道内的控制阀门处于常闭状态，此时，继续监测是否存在供电需求即可。
93.进一步地，将该发电设备接入电网，即可实现稳定地对用电设备进行供电。
94.具体地，在一些实施例中，预先在蓄水池或蓄水池与井筒相连的管道中设置至少一个发电设备，且该发电设备与电网相连。在停止向地层裂缝中注入高压流体后，且蓄水池
与井筒之间的管道处于开启状态(或流通状态)时，由于受到岩石挤压，地层裂缝内的流体压力(大于地层最小主应力，且小于地层裂缝扩展压力)远高于蓄水池内的水压，因此，地层裂缝的高压流体在岩石挤压的作用下反排到蓄水池中，并推动发电设备的叶轮转动发电，使得地层裂缝周围岩石弹性变形能转化为电能，实现与发电设备相连的电网的稳定供电。在地层裂缝逐渐闭合的过程中，地层裂缝内的流体压力逐渐降低，当地层裂缝完全闭合时候，地层裂缝内的流体压力降低至地层最小主应力，地层裂缝周围岩石弹性变形能得到完全释放，即岩石弹性变形能完全转化为电能(忽略高压流体在地面管道和井筒运移中的摩擦损耗)。
95.在一些实施例中，当监测到有供电需求时，可通过开启设置在井筒与蓄水池之间的管道上的控制阀门，从而在岩石挤压作用下，使得地层裂缝内的流体反排并驱动发电设备发电。例如，参见图4a和图4b，在停止向至少一个地层裂缝注入高压流体后，井筒与蓄水池之间的第三地面管道430内的阀门也处于关闭状态(此时，注入管道和反排管道为同一管道，即第三地面管道430)，当监测到需要发电时，开启井筒和蓄水池之间的第三地面管道430对应的控制阀门，此时，在岩石挤压作用下，地层裂缝中的高压流体通过该第三地面管道430被反排入蓄水池中，并驱动第二发电设备410(也即第二注入设备)的叶轮转动以进行发电；若没有监测到供电需求，则井筒和蓄水池之间的地面管道430始终保持关闭(具体地，关闭第三地面管道对应的控制阀门)。
96.通过步骤s104、s106、s108、s112以及s114的往复循环即可实现电能的循环储存和释放，例如，白天把过剩的太阳能电力以储能地层裂缝周围岩石的弹性变形能存储起来，在夜间无法进行太阳能发电时，则将储能地层的弹性变形能再转化为电能，并释放到电网进行供电，当然，该电能还可来源于风力发电或其他可再生资源发电。实施例二
97.例如，在本发明公开的其中一个实施例中，如图3a所示，电网供电驱动第一注入设备310(即电动注入设备)把第一蓄水池320中的流体经过第一地面管道330和第一井筒340注入到第一页岩地层350内的第七水力压裂裂缝380中，使得地层裂缝的宽度扩张，裂缝周围岩石发生弹性变形储存能量。
98.其中，假设地层裂缝为圆形(或在工程实践中可认为该地层裂缝为圆形或近似圆形)，且圆形裂缝的扩展半径500m(扩展半径如图3a的双向箭头r所示),距离地面500米，岩石的平均杨氏模量为20gpa，裂缝内流体压力比页岩地层最小主应力高3mpa,根据断裂力学，可算得裂缝周围页岩地层弹性变形储存的能量为2.8
×
10
11
j,即78530kw
·
h。待停止向裂缝注入流体且监测到有发电需求后，如图3b所示，页岩地层350内的第七水力压裂裂缝380逐渐闭合，并挤压裂缝内流体，使得流体(即，高压流体)经过第一井筒340和第二地面管道370被反排入第一蓄水池320，从而驱动第一发电设备360叶轮转动发电，并将电力并入电网。实施例三
99.优选地，为了简化施工装置，在一些实施例中，发电设备和注入设备为同一设备，将注入设备设置在地面管道中，当连接电网时，该注入设备(即发电设备)开始工作，此时，井筒与蓄水池、注入设备之间的地面管道处于开启状态/流通状态(具体地，开启设置在井筒或地面管道内的控制阀门)，该注入设备的叶轮驱动蓄水池中的流体流经地面管道进入
到井筒中，使得水力压裂施工制造的至少一个地层裂缝变宽，即将电能转化为地层裂缝的弹性变形能，当监测到/判断出至少一个地层裂缝的宽度大于或等于目标宽度时，注入设备停止向井筒内注入流体，并使得井筒与蓄水池、注入设备之间的地面管道处于关闭状态/不流通状态(具体地，关闭设置在地面管道或井筒内的控制阀门)，使得井底压力保持不变从而使地层裂缝的宽度保持不变，当监测到有发电需求时，开启地面管道对应的控制阀门即可，在岩石的挤压作用下，地层裂缝内的高压流体逐渐通过井筒与底面管道反排到蓄水池中，在此过程中，反排的流体推动注入设备的叶轮转动发电，且裂缝逐渐闭合。
100.例如，在本发明公开的其中一个实施例中，如图4a所示，电网供电驱动第二注入设备(即，第二发电设备，也即电动注入设备)410把蓄水池420中的流体经过第三地面管道430和第二井筒440注入到第二页岩地层450内的第八水力压裂裂缝460中，使得裂缝宽度扩张，裂缝周围岩石发生弹性变形储存能量。如图4b所示，第二页岩地层450内的第八水力压裂裂缝460闭合时，挤压裂缝内的流体。使得流体(即，高压流体)从第八水力压裂裂缝460内反排，经过第二井筒440和第三地面管道430流入第二蓄水池420，驱动第二注入设备410叶轮转动发电，并将电力并入电网。
101.优选地，在一些实施例中，为了防止水力压裂裂缝(即，地层裂缝)在其他非页岩地层起裂和扩展，该方法还包括步骤：在井筒位于储能地层上端的部位设置套管。具体地，通常需要在裸眼井筒胶结套管直至所识别的储能地层埋藏深度的上部。
102.优选地，为了让水力压裂裂缝能更容易地从所识别的储能地层起裂，在一些实施例中，对储能地层进行水力压裂施工的步骤，还包括步骤：对水力压裂施工中的井筒位于储能地层中的井筒内部进行射孔作业。具体地，可以在所识别的储能地层的厚度内(即储能地层埋藏深度的上部和下部边界内)进行射孔作业。
103.优选地，在一些实施例中，流体或压裂液中的防滤失剂包括：至少一种高分子聚合物，和/或至少一种树脂，和/或至少一种石英砂，和/或至少一种凝胶，和/或至少一种硅酸盐，和/或至少一种硫酸盐，和/或至少一种磷酸盐，和/或至少一种草酸盐，和/或至少一种具有堵塞储能地层的岩石基质孔道效果的颗粒。实施例四
104.本发明还提供了一种用于地层存储能量的系统，参见图5，装置包括：
105.地层识别装置02，用于识别至少一个不含油气的储能地层；
106.水力压裂施工装置04，用于对储能地层进行水力压裂施工，使得储能地层产生至少一个地层裂缝；
107.注入装置06，用于向至少一个地层裂缝中注入高压流体，使得至少一个地层裂缝的宽度增大，从而将电能转化为地层岩石弹性变形能进行存储。
108.优选地，在一些实施例中，水力压裂施工装置04和注入装置06为同一装置。
109.在一些实施例中，该系统还包括：第一控制装置08，与水力压裂施工装置04相连，用于判断至少一个地层裂缝的扩展半径是否达到预设的目标半径，且当判断出扩展半径达到目标半径时，第一控制装置向水力压力施工装置发出表示停止注入压裂液的第二控制指令，以使得水力压裂施工装置停止水力压裂施工。
110.在一些实施例中，第一控制装置08具体包括：
111.第一计算模块082，用于根据预先构建的水力压裂模型、岩石力学特性以及第一施
工参数计算得到地层裂缝的三维形体，并根据三维形体得到地层裂缝的扩展半径；
112.第一判断模块084，用于判断地层裂缝的扩展半径是否等于或大于目标半径，且当判断出地层裂缝的扩展半径等于或大于目标半径时，生成表示停止注入压裂液的第二控制指令，并发送至水力压力施工装置，以使得水力压裂施工装置停止水力压裂施工。
113.在一些实施例中，水力压裂模型可采用二维的pkn模型、kgd模型、radial模型以及拟三维模型和全三维模型，第一施工参数为地面设施(即水力压裂施工装置中的注入设备)的施工参数，包括：压裂液的注入速率、总体注入体积、压裂液粘度。
114.在一些实施例中，该系统还包括：第二控制装置10，与注入装置06相连，用于判断至少一个地层裂缝的宽度是否等于或大于预设的目标宽度，若是，生成表示停止注入高压流体的第三控制指令，并发送至注入装置06，以使得注入装置06停止向至少一个地层裂缝注入高压流体，使得地层裂缝的宽度保持不变。
115.在一些实施例中，第二控制装置10也用于监测注入装置06的供电是否充足，若否，生成表示停止注入高压流体的第三控制指令，并发送至注入装置06，以使得注入装置06停止向至少一个地层裂缝注入高压流体，使得地层裂缝的宽度保持不变。
116.具体地，在一些实施例中，注入装置06安装在注入管道(即连通蓄水池和井筒，且供流体注入的管道)内，当注入装置06停止向至少一个地层裂缝注入高压流体后，注入装置06使得注入管道处于关闭状态/不流通状态，具体地，注入装置06关闭注入管道内的阀门。
117.在一些实施例中，该系统还包括：发电装置12，用于当至少一个地层裂缝中的高压流体在岩石挤压作用下进行反排时，在高压流体的作用下将地层岩石弹性变形能转变为电能。
118.在一些实施例中，该系统还包括：蓄水池14，与注入装置06相连，用于存储流体。
119.进一步地，在一些实施例中，蓄水池与地层裂缝对应的井筒之间通过反排管道相连，且井筒或反排管道内设置有用于控制井筒或反排管道开启(即流通)或关闭(即不流通)的控制阀门，相应地，该系统还包括：监测装置，与控制阀门相连，用于监测是否有发电需求，当监测到有发电需求时，生成表示开启反排管道的控制阀门的第一控制指令，并发送到控制阀门，以控制该控制阀门开启，即使得蓄水池和井筒相连通，否则，继续监测是否有发电需求。
120.具体地，在一些实施例中，蓄水池和井筒之间的该反排管道常态为关闭状态/不流通状态(具体地，反排管道内的阀门常态为关闭状态)，当发电装置12接收到一个监测装置发送来的表示开启反排管道对应的控制阀门的第一控制指令(例如，来自于与发电装置12相连的电网或其他控制系统的控制指令，或由工作人员发出的控制指令)时，发电装置12将打通井筒和蓄水池之间的反排管道(具体地，开启该反排管道对应的控制阀门)，使得在岩石挤压作用下，地层裂缝内的高压流体经过反排管道被反排到蓄水池中，并驱动发电装置12的叶轮转动以进行发电，若发电装置12没有收到表示开启反排管道的控制阀门的控制指令，则该发电装置12始终将反排管道保持关闭状态，此时，监测模块继续监测是否有供电需求，当然，在另一些实施例中，可以由工作人员判断是否有供电需求，并由工作人员自行控制注入/反排管道内阀门的开闭。
121.在一些实施例中，注入装置06包括：
122.流体注入模块062，用于向至少一个地层裂缝注入高压流体；
123.压力监测模块064，用于实时监测注入的流体压力；
124.压力判断模块066，与流体注入模块062和压力监测模块064相连，用于判断注入的流体压力是否大于储能地层最小主应力，且小于地层裂缝的扩展压力，若是，压力判断模块066无操作，否则，压力判断模块066生成表示调节第二施工参数(即流体注入模块062的工作参数)的第四控制指令，并发送至流体注入模块062，以控制流体注入模块062调整第二施工参数，使得当前流体压力的大小始终保持在扩展压力和储能地层最小主应力之间。
125.优选地，为了简化系统，在一些实施例中，发电装置12与注入装置中06的流体注入模块062为同一设备，也即注入管道和反排管道为同一管道，例如，在一些实施例中，该系统中无需另外设置发电装置12，其中，流体注入模块062设置在蓄水池14与井筒相连的管道中，当向注入装置06供电，并开启流体注入模块062时，流体注入模块062驱动蓄水池14中的流体进入地层裂缝中，此时，流体注入模块062(也即发电装置12)将蓄水池与井筒之间的管道保持关闭状态，当监测到有发电需求时，流体注入模块062(即发电装置12)接收到一个外部发送来的表示供电需求的控制指令，然后该流体注入模块062打通连接蓄水池和井筒之间的管道，使得地层裂缝内的高压流体在岩石挤压作用下通过该管道反排到蓄水池14中，并推动设置管道中的流体注入模块062的叶轮转动发电。实施例五
126.本发明第三方面在于，提供了一种非临时的计算机程序产品，其中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，控制计算机程序产品所在设备执行如实施例一所述方法的步骤。
127.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
128.本发明的“一个实施例”或“实施例”，意味着描述的与实施例有关的特定特征、结构或特性包含在本公开内容的至少一个实施例中。不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指同一个实施例，也不一定是与其他实施例相互排斥的单独或替代实施例。此外，术语“一”和“一个”在此不表示数量限制，而是表示存在至少一个引用的项目。此外，描述了一些实施例可以展示而其他实施例不能展示的各种特征。类似地，描述了各种要求，这些要求可能是一些实施例的要求，但不是其他实施例的要求。
129.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。