一种基于多相态CO2的层位式地热强化开采方法

技术特征：
1.一种基于多相态co2的层位式地热强化开采方法，其特征在于，具体步骤为：a、首先利用钻机在地面向下进行钻设，使钻孔穿过上覆地层到达干热岩储层中形成竖井，竖井分成上覆地层段和干热岩储层段；b、在钻机上安装定向钻头，并将定向钻头伸入至干热岩储层，使定向钻头从竖井沿同一水平方向在干热岩储层不同深度依次钻进形成三个水平钻井，且从上至下分别设定为第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井，并在退钻时排渣排浆；接着利用钻机从地面钻设监测井，使监测井的终孔位置处于第一水平钻井正上方的上覆地层内；c、在竖井的上覆地层段和干热岩储层段交界处安装高压密封器，对竖井的干热岩储层段进行封堵；然后将绝热注液管一端和绝热抽采管一端均伸入竖井内、并穿过高压密封器，其中绝热注液管一端伸入第二水平钻井中，并在绝热注液管一端安装耐温压封隔器对第二水平钻井进行封堵；绝热抽采管一端处于竖井的干热岩储层段；d、绝热注液管另一端与co2泵体的出口连接，绝热抽采管另一端与换热器的进口连接，换热器的热量排出口通过传热管路与发电装置连接，换热器的流体排出口与低温冷凝管一端连接，低温冷凝管另一端与co2泵体的进口连接，接着将监测装置送入监测井的终孔位置，监测装置通过光纤数据传输线与地面上的多源数据反演系统连接，完成多相态co2地热开采系统的布设工作；e、开始进行地热开采工作时，先启动co2泵体一段时间，使其将低温冷凝管内的高压低温液态co2流体经由绝热注液管注入第二水平钻井内，低温液态co2流体在第二水平钻井内受到地热温度影响持续升温，此时液态co2流体吸热过程中发生瞬态相变形成co2气体，由于第二水平钻井被封堵，其产生的高压膨胀作用对第二水平钻井周围干热岩进行冲击致裂，完成一次冲击致裂过程，然后重复上述过程再启动co2泵体一段时间，如此经过多次循环致裂过程后，使第二水平钻井周围的干热岩形成复杂的裂隙网络，同时监测装置实时对下方的地质情况进行监测，并将监测数据反馈给多源数据反演系统多源数据反演系统根据监测数据对地热层的致裂情况进行确定，并根据致裂情况调整co2泵体的注入压力和注入流量，直至监测到第二水平钻井通过裂隙网络分别与第一水平钻井和第三水平钻井发生贯通时，停止co2泵体工作完成致裂过程；f、当裂隙网络将第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井相互贯通时，由于持续多次循环注入的液态co2流体在地热温度及气化产生的压力共同作用下，液态co2流体相变形成co2气体会变成处于超临界状态的co2流体，接着由于第一水平钻井和第三水平钻井内的气压较低，此时处于超临界状态的co2流体沿着裂隙网络进入第一水平钻井和第三水平钻井内，并持续进行吸热，最终经由竖井进入绝热抽采管内；g、高温co2流体经过绝热抽采管进入换热器，在换热器内经过辐射换热过程将分离出来的热量通过传热管路进入发电装置进行发电，换热完成后降温的co2气体进入低温冷凝管，通过低温冷凝管降温作用使co2气体重新液化成液态co2进行储藏；h、待换热器分离出来的热量值低于设定值时，重复步骤e至g，从而提高换热器分离出来的热量值，如此循环，最终实现对干热岩的地热开采。2.根据权利要求1所述的一种基于多相态co2的层位式地热强化开采方法，其特征在于，所述监测装置包括微震监测探头、超声波探头和气体监测探头，且各个探头均采用热绝缘包裹方式用于隔离高温。
3.根据权利要求1所述的一种基于多相态co2的层位式地热强化开采方法，其特征在于，所述第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井的钻井直径均为150-180mm，钻井长度均处在200-300m范围。4.根据权利要求1所述的一种基于多相态co2的层位式地热强化开采方法，其特征在于，所述第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井在空间层位上的方位角误差小于5
°
，第三水平钻井布置在竖井井底位置，第二水平钻井和第一水平钻井分别布置在第三水平钻井上方60m、120m位置。5.根据权利要求1所述的一种基于多相态co2的层位式地热强化开采方法，其特征在于，所述高压密封器最大耐受压力为150mpa，最大耐受温度为500℃。6.根据权利要求1所述的一种基于多相态co2的层位式地热强化开采方法，其特征在于，所述耐温压封隔器能够承受的最大温度为600℃，最大压力为200mpa。7.根据权利要求1所述的一种基于多相态co2的层位式地热强化开采方法，其特征在于，所述绝热注液管和绝热抽采管均采用柔性材料，且能够承受的最大温度为500℃；绝热注液管的管径为80mm，绝热抽采管的管径为150mm。8.根据权利要求1所述的一种基于多相态co2的层位式地热强化开采方法，其特征在于，所述co2泵体的注入压力可调控范围为10-70mpa，注入流量范围为5-10l/min。

技术总结
本发明公开了一种基于多相态CO2的层位式地热强化开采方法，采用“单主井改造提热—副井监测”的开采模式，大大减小了钻井成本，提高了单一钻井的利用效率；利用液态CO2注入地热层时受热后相变膨胀致裂原理增加体积改造范围，并且在相变致裂的同时，随着内部压力及温度的持续增加，使CO2气体变成处于超临界状态的CO2流体，在致裂完成后，此时使超临界状态的CO2流体与地热层换热后携带大量的地热能，最后高温超临界状态的CO2流体进入换热器内进行换热降温，使其提取的热量用于发电装置进行发电，换热完成后降温的CO2气体通过低温冷凝管降温重新液化成液态CO2，从而实现了CO2工质的闭环利用；最终提高了地热资源的整体开采效率。率。率。


技术研发人员：徐吉钊 翟成 余旭 孙勇 陈爱坤 石克龙 丁熊 吴西卓 蔡渝梁 王帅 徐鹤翔 王宇 黄婷
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.05.07
技术公布日：2022/6/28