CN103983035A - 一种基于压裂技术的双井回灌地热开发系统 - Google Patents

一种基于压裂技术的双井回灌地热开发系统 Download PDF

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Abstract

一种基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，包括第一、二回灌井以及设置在第一、二回灌井之间的取水井，取水井分别通过设置在热储层中的裂缝与第一、二回灌井相连通；取水井经除砂器与换热器的放热侧入口相连，换热器的放热侧出口分别与第一、二回灌井相连，换热器的吸热侧与用户的采暖管网相通。由于取水井分别通过设置在热储层中的裂缝与第一、二回灌井相连通，且裂缝设置在热储层中，因此，本发明能够通过裂缝地热尾水100％回灌进入热储层，保证地热资源的可持续开发，减少了地热尾水对环境和生态的不利影响；同时地热尾水在流经裂缝时，极大的增加了流体与热储层的换热面积，提高了换热功率。

Description

一种基于压裂技术的双井回灌地热开发系统
技术领域
本发明涉及一种地热开发系统，尤其涉及一种基于压裂技术的双井回灌地热开发系统。
背景技术
地热资源作为一种清洁可再生能源在人们环保意识越来越强烈的今天也受到越来越多的关注。随着地热能的广泛应用，利用地热能采暖/发电越来越受到人们的重视。传统的地热水开采系统有不回灌和回灌两种：不回灌系统只设置开采井，抽出的地热水被送往用户或用来发电，经利用后废弃；回灌系统设置开采井和回灌井，开采井抽出的水在用户放出热量后再返回回灌井，这种开采方式可有效补充热储压力和含水量；另外，回灌系统一般都采用间接利用地热的开发方式，即通过表面式换热器，以地热水加热二次水，二次水进入热用户系统循环供热，这可避免由于地热水中含有硫化氢等成分而对系统的管道和设备造成腐蚀，从而可延长使用寿命和减少维修费用。由此可见，回灌系统结合间接利用地热的开发方式具有极大的优势，但这种地热开发方式存在的最大的问题是尾水回灌率低，这会造成热储中的热水含量逐渐降低，不能保证地热资源的可持续开采，并且大量尾水会对环境和生态造成不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，该系统尾水回灌率高，换热效率高且对环境无污染。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括第一、二回灌井以及设置在第一、二回灌井之间的取水井，取水井分别通过设置在热储层中的裂缝与第一、二回灌井相连通；取水井经除砂器与换热器的放热侧入口相连，换热器的放热侧出口分别与第一、二回灌井相连，换热器的吸热侧与用户的采暖管网相通。
所述的裂缝为对称的双翼缝，且第一、二回灌井对称的分布在裂缝两端。
所述的裂缝是采用水力喷砂射孔压裂技术造缝得到的。
所述的取水井和第一、二回灌井均为直井，且深度相同，取水井最深处位于热储层。
所述的取水井和第一、二回灌井在钻取时采用裸眼完井方式进行完井。
所述的换热器的放热侧出口与用户的采暖管网之间设置有热泵，且换热器的放热侧出口分为两路，一路依次与热泵入口阀门和热泵的放热侧入口相连，另一路经地热回水阀门与热泵的放热侧出口管路汇合于注入管路，注入管路分为两路，一路与第一回灌井相连，另一路与第二回灌井相连，热泵的吸热侧与用户的采暖管网相通。
所述的注入管路上设置有注入泵，且第一回灌井的入口设置有第一注入控制阀，第二回灌井的入口设置有第二注入控制阀。
所述的换热器的吸热侧出口处设置有第一循环泵，热泵的吸热侧入口处设置有热泵出口阀门和第二循环泵。
所述的取水井中设置有潜水泵。
所述的除砂器为旋流除砂器，换热器为板式换热器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的取水井分别通过设置在热储层中的裂缝与第一、二回灌井相连通，由于裂缝设置在热储层中，因此，本发明一方面能够通过裂缝地热尾水100％回灌进入热储层，保证地热资源的可持续开发，减少了地热尾水对环境和生态的不利影响；另一方面地热尾水在流经裂缝时，极大的增加了流体与热储层的换热面积，提高了换热功率。此外，本发明不仅可以实现供暖，还能够用来发电或是热电联产，应用范围广泛。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1、取水井，2—第一回灌井，3—第二回灌井，4—除砂器，5—换热器，6—热泵，7—用户，8—注入泵，9—第一注入控制阀，10—第一循环泵，11—第二注入控制阀，12—地热回水阀门，13—热泵入口阀门，14—热泵出口阀门，15—第二循环泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明供暖系统由井下部分和地面部分组成，井下部分包括取水井1、潜水泵、第一回灌井2、第二回灌井3以及设置在热储层中的裂缝，其具体连接关系为：取水井1设置在第一、二回灌井2，3之间，且取水井1分别通过裂缝3与第一、二回灌井2，3相连通；取水井1和第一、二回灌井2，3均为直井，且深度相同，取水井1最深处位于热储层，取水井1中设有潜水泵。
本发明的井下部分由取水井1和第一、二回灌井2，3构成对井系统，在钻取水井时，根据实际热负荷要求，通过地质勘探确定符合设计要求的取热地层层位，并根据地质情况选择钻井方式，本发明采用裸眼完井的方式进行取水井1和第一、二回灌井2，3的完井作业，当钻至目的层段顶部时，采用套管固井，继续钻进直至钻穿目的层，目的层裸露；裂缝是采用相应的压裂技术(例如水力喷砂射孔压裂技术)在热储层中造缝得到的，根据热储层的厚度合理控制缝高，裂缝半长为100m，支撑剂选择石英砂或陶粒，在压裂施工的同时采用微地震法进行裂缝方位和长度的测量，压裂结束后，沿着裂缝的延伸方向开始钻第一、二回灌井2，3，由于人工压裂裂缝为对称的双翼缝，所以第一、二回灌井2，3分布在裂缝的两端，第一、二回灌井2，3为直井，且均布置在距离取水井100m的位置，深度与取水井相同，保证第一、二回灌井2，3通过裂缝与取水井1贯通，最后在取水井1下入潜水泵。
地面部分包括除砂器4、换热器5、热泵6、用户7的采暖管网、注入泵8、第一注入控制阀9、第二注入控制阀11、第一循环泵10、第二循环泵15、地热回水阀门12、热泵入口阀门13、热泵出口阀门14，且除砂器4优选为旋流除砂器，换热器5优选为板式换热器，其具体连接关系为：取水井1经除砂器4与换热器5的放热侧入口相连，换热器5的放热侧出口分为两路，一路依次与热泵入口阀门13和热泵6的放热侧入口相连，另一路经地热回水阀门12与热泵6的放热侧出口管路汇合于注入管路，注入管路上设有注入泵8，且注入管路分为两路，一路经第一注入控制阀8与第一回灌井2相连，另一路经第二注入控制阀9与第二回灌井3相连，热泵6的吸热侧与用户7的采暖管网相通，且热泵6的吸热侧入口处设置有热泵出口阀门14和第二循环泵15；换热器5的吸热侧与用户7的采暖管网相通，且换热器5的吸热侧出口处设置有第一循环泵10。
本发明的地面部分的安装过程如下：在取水井1的井口安装旋流除砂器，目的是防止地热水中的砂粒进入地面换热系统，然后构建地面换热系统，地面换热系统由板式换热器和热泵组成，流经旋流除砂器的地热水被送入板式换热器，与用户7的采暖管网中的流体对流换热，加热用户7的采暖管网中的流体，板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便的优势，换热器的换热面积根据热负荷和进出口水温计算，用户采暖管网中的循环水的循环由第一循环泵10具体实现，从板式换热器流出的热水进入热泵6加热热泵6中的循环工质，热泵6中的循环工质再将吸收的热量用于补偿供暖热量，即回收地热尾水的余热，地热水由热泵流出后进入注入泵8，注入泵8为高压柱塞泵，耐压高，流量可调节，通过注入泵8地热尾水随即被分别送入第一、二回灌井2，3，第一、二回灌井2，3的注入量分别由第一注入控制阀9和第二注入控制阀11进行调节，地热尾水由此进入热储层中的裂缝。
本发明的工作过程如下：地热水由潜水泵抽出，经旋流除砂器进入板式换热器，地热水通过换热器与热用户系统的循环水间接相隔换热，不进入用户系统管道。热泵在调峰时使用，当地热水供暖负荷不足时，启用热泵，回收地热尾水中的余热，补充供暖热量。地热水经过换热器及热泵放热后进入注入泵，在注入泵加压后，返回回灌井，并通过热储裂缝回灌入热储。这种供暖方式几乎不消耗地热水。
本发明地热开发系统采用“双井回灌”(由一口取水井和两口回灌井即第一、二回灌井组成)开发方式，本发明的操作步骤是：先打开潜水泵，调节潜水泵的流量使之与实际热负荷相匹配，通过潜水泵将地热水抽提至地面，地热水经过旋流除砂器进入板式换热器，如果经过板式换热器换热后，能满足实际热负荷需要，那么关闭热泵入口阀门13，打开地热回水阀门12，地热水无需经过热泵6，但如果实际热负荷增大，仅凭板式换热器不能满足实际热负荷时，打开热泵入口阀门13，关闭地热回水阀门12，使地热尾水再经过热泵6进行放热，最终，地热尾水从热泵6流出经注入泵8加压后分别进入第一、二回灌井2，3，由热储层中的裂缝进入取水井1，注入泵8选择高压柱塞泵，流量可通过变频器调节，调节注入泵8的流量，使其与潜水泵的流量相匹配，保证把地热尾水全部通过第一、二回灌井回灌入热储，第一、二回灌井的注入量是分别通过第一、二注入控制阀9，11进行分配的。
本发明利用压裂技术构建双井回灌地热开发系统，一方面采用油田压裂技术在热储中造缝，使得地热尾水通过热储裂缝能100％回灌进入热储，运行稳定，减少了地热尾水对环境和生态的不利影响。另一方面地热尾水在流经热储裂缝时，极大的增加了流体与热储的换热面积，并且地面换热时与热泵技术相结合，提高了换热功率。

Claims (10)

1.一种基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：包括第一、二回灌井(2，3)以及设置在第一、二回灌井(2，3)之间的取水井(1)，取水井(1)分别通过设置在热储层中的裂缝(3)与第一、二回灌井(2，3)相连通；取水井(1)经除砂器(4)与换热器(5)的放热侧入口相连，换热器(5)的放热侧出口分别与第一、二回灌井(2，3)相连，换热器(5)的吸热侧与用户(7)的采暖管网相通。
2.根据权利要求1所述的基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：所述的裂缝为对称的双翼缝，且第一、二回灌井(2，3)对称的分布在裂缝两端。
3.根据权利要求1或2所述的基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：所述的裂缝是采用水力喷砂射孔压裂技术造缝得到的。
4.根据权利要求1所述的基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：所述的取水井(1)和第一、二回灌井(2，3)均为直井，且深度相同，取水井(1)最深处位于热储层。
5.根据权利要求1所述的基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：所述的取水井(1)和第一、二回灌井(2，3)在钻取时采用裸眼完井方式进行完井。
6.根据权利要求1所述的基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：所述的换热器(5)的放热侧出口与用户(7)的采暖管网之间设置有热泵(6)，且换热器(5)的放热侧出口分为两路，一路依次与热泵入口阀门(13)和热泵(6)的放热侧入口相连，另一路经地热回水阀门(12)与热泵(6)的放热侧出口管路汇合于注入管路，注入管路分为两路，一路与第一回灌井(2)相连，另一路与第二回灌井(3)相连，热泵(6)的吸热侧与用户(7)的采暖管网相通。
7.根据权利要求6所述的基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：所述的注入管路上设置有注入泵(8)，且第一回灌井(2)的入口设置有第一注入控制阀(9)，第二回灌井(3)的入口设置有第二注入控制阀(11)。
8.根据权利要求6所述的基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：所述的换热器(5)的吸热侧出口处设置有第一循环泵(10)，热泵(6)的吸热侧入口处设置有热泵出口阀门(14)和第二循环泵(15)。
9.根据权利要求1所述的基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：所述的取水井(1)中设置有潜水泵。
10.根据权利要求1所述的基于压裂技术的双井回灌地热开发系统，其特征在于：所述的除砂器(4)为旋流除砂器，换热器(5)为板式换热器。
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