一种干热岩地热开采方法

1.本发明涉及地热开采技术领域，特别是涉及一种干热岩地热开采方法。


背景技术：

2.随着经济社会的不断发展，人类对能源的需求与日俱增。干热岩是一种清洁、环保可循环利用的再生能源，开发潜力巨大，因此受到了各国的青睐。目前世界上开采干热岩地热的方法是依靠egs系统，也就是从地面向干热岩层钻两口或者是多口注入井和采出井，进行人工压裂后注入低温流体进行取热；egs工程这种取热方法首先在压裂时需要很高的地面施工压力，对施工设备要求较高。其次人工压裂裂缝方向无法有效控制，裂缝连通非常困难，造成取热流体从注入井注入后无法有效进入采出井，取热流体大量流失，回收率极低，严重影响了取热效率。此外也有人提出采取对接井施工的方式来开采干热岩地热资源，虽然这种方式可以提高取热流体的回收率，但由于取热流体是直接通过注入井筒流入采出井，取热流体同干热岩层接触面积小和接触时间短，取热率较低。
3.在申请号为201910312335.x的专利文献出提出了一种垂直向具有倾角的干热岩层钻两口水平井进行取热的方法，但是这种取热方法只有垂直干热岩层井段可以取热，会造成大量井段的浪费，此外由于注入井和采出井都垂直于干热岩层，具有一定的倾角，取热流体可能沿着注入井井筒大量流失到地层中，出现取热流体回收率低的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种干热岩地热开采方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够提升取热流体的回收率，同时可以提升取热效率。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种干热岩地热开采方法，包括如下步骤：
7.步骤一，从地面沿着干热岩地层倾角方向钻取两口上下平行的定向井，定向井倾角与干热岩地层倾角一致；
8.步骤二，从地面向干热岩地层钻取一口与步骤一中的定向井不连通的垂直井，所述垂直井处于两口定向井下端，且垂直井的垂直深度比位于下方的定向井的垂直深度深，垂直井的井底留有水泥塞；
9.步骤三，分别向两口定向井注水，所采用的水为低温水，低温水在沿着两口定向井井筒流动的过程中，接触到干热岩层后在温差的作用下形成裂缝，而在地层倾角、重力和上覆压力的共同作用下裂缝方向将主要斜向下扩展，使得两口定向井之间以及定向井与之间形成裂缝网络系统，在完成一次注水后，焖井5-7天，在此期间注入到定向井中的水在高温的作用下将形成蒸汽，蒸汽进入裂缝网络系统形成蒸汽腔，然后开井吐出蒸汽，接着注水、焖井，多次重复该步骤；
10.步骤四，在上下两口定向井的蒸汽腔连通且达到定向井顶部之后，向垂直井注入蒸汽进行蒸汽吞吐生产，注入压力低于地层破裂压力，在垂直井中监测到两口定向井注入
的水后，表明垂直井的蒸汽腔同两个定向井的蒸汽腔连通，形成蒸汽腔系统，此时垂直井转换为生产井；
11.步骤五，向两口定向井注水，低温水在重力作用下沿着裂缝和蒸汽腔进入垂直井，并在此过程中被干热岩加热为热水，然后利用垂直井中的抽水泵抽取热水，从而采集地热。
12.可选的，步骤一中，选取地层倾角为45
°
～90
°
，温度为450℃～650℃的干热岩地层作为取热地层。
13.可选的，定向井包括上下平行布置的上定向井和下定向井，所述下定向井比上定向井的定向段长度长50m～80m。
14.可选的，所述垂直井的垂直深度比下定向井的垂直深度深80～100m，水泥塞的厚度为5～10m。
15.可选的，步骤三中，定向井注水的注入流量为150方～180方/天。
16.可选的，所述垂直井的上部井段内设有表层套管，所述表层套管与所述垂直井的内壁之间通过隔热水泥固定连接，所述表层套管内部穿设有技术套管，所述技术套管底部穿过所述表层套管后连接有筛管；所述技术套管上部外侧与所述表层套管内侧形成有环形空间，所述技术套管上部外侧固定设置有封隔器，所述封隔器远离所述技术套管的一端与所述表层套管内底部固定密封连接，所述环形空间内填充有隔热介质。
17.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.本发明采用双定向井 非连通垂直井方式进行干热岩地热开采，双定向井按照干热岩地层倾角方向进行钻井，直井位于双定向井下端，下部有5～10m厚的水泥塞，多次重复在定向井注入低温水，使得定向井之间和定向井与垂直井之间形成连通的裂缝体系，然后通过焖井的方式使得双定向井之间的裂缝体系形成连通的蒸汽腔。通过向垂直井注入蒸汽进行蒸汽吞吐，垂直井的蒸汽腔将同两口定向井的蒸汽腔连通，在此基础上两口定向井作为注入井，垂直井作为开采井进行地热开采，则注入的低温水不仅可以长时间接触大面积的干热岩地层，有利于提高取热效率，同时这样的布井方式可以使低温水大量的进入到垂直井中，取热流体回收率低的问题将得到有效的解决，此外通过垂直井进行抽水，在注入水大量进入垂直井的情况下，抽水泵沉没度不足和偏磨的问题将得到很好的解决。
附图说明
19.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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明开采干热岩地热时的状态示意图；
21.图2为本发明蒸汽腔连通系统示意图；
22.附图标记说明：1、定向井；1-1、下定向井；1-2、上定向井；2、垂直井；3、表层套管；4、隔热水泥；5、隔热介质；6、封隔器；7、技术套管；8、隔热油管；9、筛管；10、抽水泵；11、干热岩地层；12、裂缝网络系统；13、蒸汽腔连通系统。
具体实施方式
23.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，所描述的实施例仅仅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。
24.本发明的目的是提供一种干热岩地热开采方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够提升取热流体的回收率，同时可以提升取热效率。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.如图1和图2所示，本发明提供一种干热岩地热开采方法，包括如下步骤：
27.步骤一、通过地质手段获取干热岩地层的地质条件数据，选地层倾角为60
°
、温度超过550℃的干热岩地层作为取热地层，从地面沿着干热岩地层11钻取两口定向井1，分别是下定向井1-1和上定向井1-2，这两口定向井1为上下平行状态，两者之间的距离为50m，倾角同干热岩底层11倾角一致，且下定向井1-1要比上定向井1-2的定向段长度长80m；
28.步骤二、从地面向干热岩地层11钻取一口垂直井2，该垂直井2与步骤一中的下定向井1-1和上定向井1-2不连通，其位置处于下定向井1-1和上定向井1-2下端，垂直深度比下定向井1-1的垂直深度深90m，井底留有5m厚的水泥塞；垂直井2上部井段下入表层套管3，使用隔热水泥4进行固井，然后在表层套管3内部下入技术套管7；技术套管7上部外侧壁使用封隔器6，将技术套管7与表层套管3之间的上部环形空间封隔起来，两者之间的环形空间内填充隔热介质5，技术套管7下部连接筛管9；
29.步骤三、在完成上述定向井1和垂直井2的钻井之后，分别向两口定向井1注入低温水，注入流量为180方/天，低温水在沿着两口定向井1井筒流动的过程中，接触到干热岩层11后在温差的作用下形成裂缝，而在地层倾角、重力和上覆压力的共同作用下裂缝方向将主要斜向下扩展，使得两口定向井1之间以及定向井与垂直井之间形成裂缝网络系统12。在完成一次注水后，焖井7天，在此期间注入到定向井筒中的水在高温的作用下将形成蒸汽，蒸汽进入裂缝形成蒸汽腔，然后开井吐出蒸汽，接着注入低温水、焖井，多次重复该步骤；
30.步骤四、下定向井1-1和上定向井1-2蒸汽腔连通且达到顶部之后，向垂直井2注入蒸汽进行蒸汽吞吐生产，注入压力要低于地层破裂压力，待垂直井2中监测到两口定向井1注入的大量水之后，表明垂直井2的蒸汽腔同定向井的蒸汽腔连通，形成了蒸汽腔连通系统13，此时垂直井2转换为生产井。
31.步骤五、将连接隔热油管8的抽水泵10下入到垂直井2中，向下定向井1-1和上定向井1-2分别注入低温水，低温水在重力作用下将沿着裂缝和蒸汽腔连通系统流入垂直井内，并在此过程中被干热岩加热为高温的热水，然后利用垂直井2中的抽水泵10抽取热水，从而采集地热。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。