CN106415151A - 利用干热岩石裂纹区域的地热设备 - Google Patents
利用干热岩石裂纹区域的地热设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106415151A CN106415151A CN201580015588.0A CN201580015588A CN106415151A CN 106415151 A CN106415151 A CN 106415151A CN 201580015588 A CN201580015588 A CN 201580015588A CN 106415151 A CN106415151 A CN 106415151A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wellhole
- fluid
- geo
- heat
- supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims description 33
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 85
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 claims description 23
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 19
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 8
- 208000031481 Pathologic Constriction Diseases 0.000 description 5
- 210000001215 vagina Anatomy 0.000 description 5
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 206010011376 Crepitations Diseases 0.000 description 1
- 241001269238 Data Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/20—Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
- E21B43/17—Interconnecting two or more wells by fracturing or otherwise attacking the formation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
一种通过将诸如水那样的流体循环通过地面之下至少700m、或者1000、3000或4000m的裂纹的地质地层来开发地热能的设备,所述设备包括:至少一个从地面向下引向所述地质地层的供应井孔(2)、至少一个将诸如水那样的加热流体从所述地质地层传输到地面的返回井孔(4)、以及连接供应井孔和返回井孔(2、4)的吸热结构,所述吸热结构包括位于地质地层内的一系列液力平行或准平行传热表面,横贯这些传热表面,热量从所述地质地层传输到诸如水那样的所述流体。
Description
技术领域
本发明涉及开发地热能的设备,并涉及使用深处地质地层产生此设备的方法。
背景技术
WO96/23181披露了利用废弃离岸油井来抽取地热能的做法,抽取的地热能又可被转化为电能而供应给用户。这里,两个3000m深的井被分别用作供应井孔和返回井孔,两个深井在其下端处由大致水平钻出的环路互连,该环路长度为1000m,直径为21.5cm。700m3/h的水量循环通过该环路,其入口温度为20℃。该出版物简单地假定水将以90℃的温度返回,该温度是连接环路所在地层的温度,因此可提供40MW的热能。该假定被认为是不够精确的。使用以上披露的方法,业已发现返回水的温度只刚好高于供应水温度几度,而为了提供40MW的地热,该环路必须比上述长度大60倍。
发明内容
本发明涉及开发地热能的设备,该设备使诸如水那样的流体循环通过地面之下至少700m,或者1000、3000或4000m深的地质地层,所述设备包括至少一个从地面向下引向所述地质地层的供应井孔、至少一个将诸如水那样的加热流体从所述地质地层传输到地面的返回井孔,以及连接供应井孔和返回井孔的吸热结构,所述吸热结构包括一系列位于地质地层内液力平行或准平行的传热表面,热量横贯这些传热表面而从所述地质地层传输到诸如水那样的所述流体。
如此的地热设备总体上在岩石上产生裂纹以获得通向地下热源的通路,如此的地热设备通常可能诱发地震,因此,本发明的实施例设计成限制地震的风险。此外,根据本发明实施例的地热设备限制如下的风险:不能够在供应井孔和返回井孔之间形成通过热岩石质量的水力连通。
本发明还涉及为用于开发地热能的设备形成有裂纹的地质地层的方法,该设备使诸如水那样的流体循环通过地面之下至少700m或者1000、3000或4000m深的开裂的地质地层,所述方法包括:钻探出至少一个从地面向下引向所述地质地层的供应井孔,形成从供应井孔底部出发的第一井孔,该第一井孔相对于供应钻孔成一定角度,可选地为大致的水平方向;钻探出至少一个返回井孔,其用来将诸如水那样的被加热流体从所述地质地层传输到地面,该返回井孔可选地是其深度比供应井孔浅,形成从返回井孔底部出发的第二井孔,该第二井孔相对于供应钻孔成一定角度,可选地为大致的水平方向,且其在水平方向和垂直方向上与第一井孔分开一定距离;在第一和第二井孔之间的所述地质地层内产生裂纹区域,以形成一系列液力平行或准平行的传热表面,这些传热表面允许热量从所述裂纹地质地层传输到在供应井孔和返回井孔之间循环的诸如水那样的所述流体。
本发明例如适用于从干热的岩石(HDR)地层开发地热能。为了补偿如此地层的低热传导率,本发明通过非常大的传热表面来抽取热能,所述传热表面可由地质地层提供并涉及到一系列许多液力平行或准平行的传热表面。
根据本发明实施例,这样的非常大的传热表面面积由供应井孔和返回井孔的成角度的、最好是水平的区段之间的裂纹区域形成,供应井孔和返回井孔的区段在水平方向和垂直方向上彼此分开一定距离,例如,200至1000m,或250至800m,或300至750m。裂纹区域例如可通过以下方法产生:膨胀已存在的裂纹,使用炸药炸开成角度的、例如水平的第一和第二井孔之间的岩石,或通过冷却和加热在供应井孔和返回井孔的成角度的或水平的区段之间建立起裂纹,供应井孔和返回井孔的区段在水平方向和垂直方向上彼此分开一定距离,例如,200至1000m,或250至800m,或300至750m,和/或利用作用在岩石上的液压力来形成裂纹,后一方法是首选的方法。为了避免由于液力平行的传热表面之间液力阻力的差异引起循环流体不可预见的流动状况,本发明可利用多级过程来形成液力平行的传热表面。此外,可利用流动计量来确定与井孔不同区段相交的诸裂纹中的流动阻力。
在根据本发明实施例的地热设备中,大量的热岩石位于紧靠传热表面的附近。例如,根据本发明实施例为加热诸如水那样流体并产生热水而设计的地热设备,对于该设备要提供的每kW热能,较佳地具有至少20,000m3的位于每个传热表面10米之内的岩石。
因此,在本发明的一个方面,提供一种如以上引言段落内所定义种类的用来开发地热能的设备,所述设备的特征在于,它具有给定的名义功率,单位为MW,该名义功率定义为每秒由所述结构从裂纹地层中吸收的热量,其特征还在于,所述多个和液力平行或准平行的传热表面包括至少一个钻出的吸热孔,以及其特征还在于,所述地层的岩石体积至少约为15,000,000m3,较佳地至少为20,000,000m3,并乘上所述名义功率。
这些数字代表了比任何现有技术的经济上可行的输出的设备所考虑的远大得多的岩石质量。
本发明人业已发现,从足够大体积的岩石中形成热量抽取的最有效方式是在热岩石的深处形成一系列液力平行或准平行的传热表面。术语“液力平行”意味着流体的流动以平行方式存在,但这些界面的几何形状不一定在数学上是平行的。
本发明部分地基于如下的认识:由于岩石的热传导率很低,所以离传热表面几十米的岩石将不会贡献很多的热能。因此,从传热的观点来看,大量相对地紧密间距开的液力平行或准平行的传热接口是更加有效。
根据本发明的实施例,流体的供应井孔和返回井孔的深度通常超过3km,较佳地超过5km,最为较佳地是大于6km。此外,根据本发明的实施例,多个准平行的或液力平行的传热界面在该深度上形成在干的岩石上,以便提供足够体积的热岩石而通过所要求的设备寿命来供应所需要的热量。
因此,根据第二方面,本发明提供用来开发地热能的设备,该设备通过使诸如水那样的流体循环通过地面以下至少700m,或者大于1000m、3000m、4000m深度的地质地层,其包括带有如上所述的裂纹区域的地质地层。最小深度范围由以下事实限定:本发明立足于使用液力学技术来形成一系列液力平行、接近垂直的裂纹。用液力学方式形成的裂纹是沿着垂直于最小应力的方向形成的。根据经验,水平裂纹将出现在大约小于600至700m的深度处,因为这些深度处的地球的过度负载提供了最小主应力。如果在这些相对浅的条件下施加压力,则裂纹最大可能沿着水平平面形成,因为岩石在该方向上比任何其他方向更容易分开。随着深度增加超过700m,过载的应力趋于变成主导的应力。由于液力学方式形成的裂纹是沿着垂直于最小应力的方向形成的,所以,大于700m深度处生成的裂纹趋于在垂直方向上定向。
根据本发明另一方面,上述类型的用于开发地热能的设备的特征在于,所述吸热结构包括多个液力平行或准平行的传热界面,它们从供应井孔的成角度或水平区段到返回井孔的成角度或水平区段以平行流动关系布置,并位于深处。
由于岩石温度随着深度增大而增大,让流体在最大深度处流过液力平行或准平行的传热表面,这将允许用来从热岩石中抽取热量的诸如水那样的流体中的最高温度上升,因此最大程度地取出热能。
较佳地,提供液力平行流动的相邻传热层之间的距离约为15m,例如,5至25m,最好至少为10m。另一方面,该间距应小于约50m,以限制该设备的实体范围。根据本发明的设备可只具有单个供应井孔和单个返回井孔。然而,该设备可布置有多个供应井孔,它们最好围绕公共的返回井孔沿圆周等距离间距开。例如,在一个特定实施例中,三个供应井孔可围绕单个返回井孔布置。应该指出的是,返回井孔可以是单个钻出的孔,或是紧密间距开的直径较小的孔簇,它们显现出基本上与较大直径的单个井孔相同的热量和压力损失。
较佳地,供应井孔和返回井孔的上端可以彼此靠近地布置,可选地让诸孔偏转向下,以便引入介于供应井孔和返回井孔的端部之间的很大间距。较佳地,该间距约为500至1000m。如此的设备结构允许设备在地面上有紧凑的结构,但同时允许传热接口在深处有必要的尺寸大小。
一般地,诸孔垂直地钻入到地质地层内,直到遇到坚硬的岩石,这允许钻探方向容易偏转。较佳地,偏转在孔的(半)水平区段的所期望的深度上方至少100m处起始,更加较佳地,至少500m处起始,实际的起始点由技术上可达到的、在就地的地质条件下所用钻探技术的累积角度来确定。最终将用作为供应井孔的孔垂直地延伸500至2000m的额外距离。一般地,在大部分HDR地层所存在的几公里的深度处,如此地层裂纹所沿着的平面方向性地定向和对齐在大致垂直的平面内。对某些如此的地层研究已经达到这样的程度:地层最可能裂开所沿着的垂直平面的罗经方向是已知的。如果罗经方向不知,或罗经方向是作为附加的测量,则可从至少一个垂直井(其既可以是供应井孔也可以是返回井孔)的底部采取罗经定向的内芯采样,对颗粒定向和地壳构造应力,分析该内芯及其腾出的地室,结合地层上可供的地球物理数据进行该分析,可允许确定最大可能发生垂直裂纹所沿着的平面的方向。也可采用其他替代的方法来确定裂纹平面的方向,诸如地球物理测程,安装光纤来测量筒壳的变形,压力泄露测试或形成其方向可由注入放射性示踪剂而确定的试验裂纹。
在对地层最可能发生裂纹的平面确定罗经方向之后,可沿大致垂直于此平面的罗经方向的方向钻探一个或多个另外的孔。尽管较佳地是在第一和第二成角度的或基本上水平的孔和裂纹平面之间达到垂直,但绝对的垂直不是关键。第一和第二成角度的或基本上水平的孔可以一定的角度与期望的裂纹平面相交,所述角度偏离垂直线高达约45度。术语“近似垂直”是要包括如此的变体。与裂纹垂直线的偏离角范围可从小至0度到大至60度,诸如是30度至约45度。孔的准确布置是由地层的温度梯度和钻探的操作成本所确定的权衡。一般地,由于较佳地是延伸第一和第二成角度的或大致水平的孔通过HDR地层,直到运行时在循环流体中达到至少约125℃的温度为止,所以附加的钻探量会是地层温度梯度的函数。第一和第二成角度的或大致水平的孔延伸通过HDR地层的最小距离必须足以容纳多个液力平行的传热表面,其后这些传热表面将沿着第一和第二倾斜的或大致水平的孔形成。该最小距离是所需传热表面的数量乘以传热表面之间的间距之积的函数。
密封件可放置在第一或第二底部孔的一个或多个部分内,即,与传热表面相交,倘若传热表面的流动阻力小于其他传热接口,密封件则布置成密封隔断。
在运行中,第一和第二底部区段内的流体以相同的绝对方向流动。这意味着:例如,在一个底部区段内,流动朝向该区段的端部,而在另一底部区段内,流体远离该区段的端部流动。任何液力平行或准平行的传热表面的液力回路包括一段供应孔长度、相对的界面和一段返回孔长度。如果将界面选择为更靠近返回孔,那么,返回孔的长度减小,但供应孔的长度增大同样的数量。因此,所有的液力平行或准平行的传热表面的液力回路是相同的。这允许液力平行或准平行的传热表面内的流动散布开去。
在岩石质量中产生裂纹区域包括以下的过程:
使第一和第二孔的部分密封隔开,
通过泵送密封区段内的流体,直到达到打开或断裂压力且岩石发生泄漏,由此增大密封区段内的压力,
此时,连同流体一起注入压裂支撑剂,以便一旦压力已经减小使形成的裂纹保持打开,
通过让流体流出并重复几次该过程,直到水平的第一和第二孔完成全部长度,或直到形成至少为15,000,000m3的开裂岩石质量的热交换面积,由此减小密封区段内的压力。
附图说明
为了更好地理解本发明,现将参照附图中所示的示范实施例来描述本发明,附图中:
图1是根据本发明实施例的地热设备的示意性侧视图,
图2是地质地层与图1设备的传热接口的示意平性面图。
具体实施方式
本发明将参照特殊的实施例并参照某些附图进行描述,但本发明不局限于此,本发明却仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性的没有限制性。在附图中,某些元件的尺寸可以夸大,为图示的目的不按比例绘出。如果在本描述和权利要求书中使用了术语“包括”,那么它不排除其它的元件或步骤。如果在涉及单数名词时使用了不定冠词或定冠词,例如,“一”或“一个”、“该”,那么,除非某些情形特殊地陈述之外,它应包括该名词的复数。
此外,本描述和权利要求书中出现的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用来在类似元件之间加以区分,并不一定描述顺序的次序或按年月顺序的次序。应该理解到,在合适的情况下,如此使用的术语可以互换,这里描述的本发明的实施例也能够以不同于这里所描述或图示的其他顺序进行操作。
图1和2是示意图,示出不同深度处的各元件,就好似其间的岩石是透明的。图1和2中所示的地热设备具有一系列位于地面之下的地质地层内的液力平行或准平行的传热表面10。传热表面位于水平底部区段6、8之间,它们分别被描述为供应孔和返回孔2、4的第一和第二水平底部区段,供应孔和返回孔2、4的水平底部区段6、8沿着水平方向(“X”和“Z”)和垂直方向(“Y”)彼此分离一定距离,该距离诸如是200至1000m,或250至800m,或300至750m。因此,传热表面10是沿所有三个正交方向X、Y、Z延伸的结构。传热表面10示意性地显示为平行的板片,然而,在实践中,这些表面的准确形状将由岩石如何裂开方式来确定。选择裂纹区域,以产生可改进传热的平行流路径。
该设备包括供应孔2和返回孔4,供应孔2的内直径至少为15.0cm,例如,15.0cm或19.0cm或21.2cm或31.3cm,其从注入井头16延伸,返回孔4的内直径为15.0cm,例如,15.0cm或19.0cm或21.2cm或31.3cm,其从生产井头18延伸。供应孔2形成的深度比返回孔4的深度大一定距离,例如,该距离为250m,例如为250至500m。然而,返回孔也可形成得比供应孔深。大致水平的底部区段6、8分别形成在供应孔和返回孔2、4的底部处。供应孔和返回孔2、4的底部区段6、8通过一系列液力平行或准平行的传热表面10互连,这些表面的间距由关闭岩石裂纹的方式确定。较佳地,裂纹区域建立在该区域内以提供供应孔和返回孔之间的流动连通。如图2所示,井头16、18位于横跨具有液力平行的传热接口10的开裂区域对角线的角上。
钻孔2、4基本上垂直地钻入到地质地层内,直到遇到所想的坚硬岩石地层,其允许安全地形成与底部区段的垂直线的偏离,最好在(半)水平底部区段的期望的深度之上的100m,更佳地为500m:偏离的实际起始点由就地的地质条件下所用钻探技术的技术上可达到的累积角度确定。最终将用作为供应孔之用的孔垂直地延伸一附加的距离D,该距离诸如是200至1500m,或250至2000m,或300至3000m,视需要达到期望名义功率的岩石体积而定。一般地说,在存在大部分HDR地层的几公里深度处,如此地层裂纹所沿着的平面方向性地定向并对齐在大致垂直的平面内。尽管对某些此类地层已经研究到如下程度,即地层最可能开裂所沿着的垂直平面的罗经方向已经知道,但如果这是未知的或要作为要添加的测量,则可从至少一个垂直井的底部采取罗经定向的内芯采样,就颗粒定向和地壳构造应力,分析该内芯及其腾出的地室,结合地层上可得的其他地球物理数据进行该分析,可允许确定最大可能发生垂直裂纹所沿着的平面的方向。也可采用其他替代的方法来确定裂纹平面的方向,诸如地球物理测程,安装光纤来测量筒壳的变形,压力泄露试验或形成其方向可由注入放射性示踪剂而确定的试验裂纹。
在对地层最可能发生裂纹的平面确定罗经方向之后,可沿大致垂直于此类平面的罗经方向的方向钻探一个或多个另外的孔。尽管较佳地是在偏转的钻孔和期望的开裂平面之间达到垂直度,但绝对的垂直度不是关键。偏转的井可以一定的角度与期望的裂纹平面相交,所述角度偏离垂直线高达约45度。术语“近似垂直”是要包括如此的变型。偏离的第一和第二底部区段6、8延伸通过HDR地层的最小距离应该足以容纳多个准平行的传热表面,其后这些传热表面将沿着第一和第二底部区段6、8形成。该最小距离是所需传热表面的数量乘以传热表面之间的间距之积的函数。
在运行中,第一和第二底部区段6、8内的流体以相同的绝对方向流动。这意味着:例如,在底部区段8内,流动朝向该区段的端部,而在底部区段6内,流体远离该区段的端部流动,如图1中所示。任何液力平行或准平行的传热表面10的液力回路包括一段钻孔2的长度、相对的界面10和一段钻孔4的长度。如果将界面10选择为紧靠钻孔4,那么,钻孔4的长度减小,但钻孔2的长度增大同样的数量。因此,所有的液力平行或准平行的传热表面10的液力回路是相同的。这允许液力平行或准平行的传热表面10内的流动以有控制的方式散布开去。
供应孔和返回孔2、4的上部可设置有一个或多个盲筒壳,用来使钻孔与该区域内周围的地下水层密封开来。对筒壳区段的深度、尺寸和强度的选择应根据当地的地质条件、孔的完整性以及法规来进行。每个孔在不同直径的一个或多个区段内钻探。通过安装盲筒壳和灌注水泥,以在钻探下一区段之前,形成与周围地层合适地密封的稳定钻孔,由此完成除了最后一个区段之外的所有区段。其结果,连续区段的直径逐渐地减小。这样,当选择其他钻孔区段的直径时,就应考虑最后区段的最小内直径。每个区段的长度由深度范围来确定,其可以考虑到就地的地质条件、钻孔的完整性和法规的安全和环境友好的方式进行钻探。
在地面上,供应孔和返回孔2、4通过管线12连接到具有单独的热交换器的外壳14的一侧。诸如潜水电动泵或直线轴泵的生产泵安装在返回孔4的垂直部分内。辅助循环泵可位于(未示出)单独的热交换器和供应孔16的井头之间。
较佳地,单独热交换器的另一侧与各种热消耗器具流体连通,热消耗器具例如是散热器、热空气加热器和热水箱、地区采暖系统和/或发电系统。
以下是形成一系列液力平行或准平行的传热接口的方法,这样的传热界面位于地面之下的地质地层内,例如,深度高达6km的深处。该方法设计成减小发生地震事件的风险。在钻探出钻孔的水平底部区段之后,为了限定水平区段的形状、定位任何预先存在的裂纹以及识别地层的强度,可运行地球物理工具来进行。连同应力测量值一起来使用这些信息,以对多级过程确定运行参数,从而加强或形成人工造成的裂纹,诸如打开或裂开压力、有待施加的压力形成、以及为打开或形成裂纹并使它们保持打开而需向下泵送的流体和压裂支撑剂量。一旦已知运行参数,例如通过使用敞开孔填实器或水泥来密封水平底部区段的部分,并且通过泵送密封区段内诸如水那样的流体,直到达到打开或碎裂压力和岩石发生泄漏为止,使密封区段内的压力增大。此时,连同流体一起将诸如级配砂石或人造陶瓷材料的压裂支撑剂注入,以便一旦压力已经减小,使已形成的裂纹保持打开。最后,通过让流体流出,来减小密封区段内的压力。重复该过程若干次,直到完成水平底部区段的全部长度,或直到开裂岩石区域内形成足够大的热交换面积,开裂岩石质量的最小尺寸至少为每MW的名义功率是15,000,000m3,较佳地是至少为20,000,000m3,较佳的裂纹间距约为15m,诸如5m至25m且小于50m。
在供应孔和返回孔中已经形成液力平行或准平行传热界面之后,通过在供应孔中注入诸如水那样的流体并形成通过返回孔的流体来进行流动试验。在该试验过程中,测量至少沿着水平底部区段的流体速度,例如,通过运行流动计量仪或至少沿着钻孔的水平区段安装流动计量仪,以便确定与钻孔相交的液力平行或准平行传热表面的流动阻力。在流动阻力低的传热表面与钻孔相交的地方,流体速度会急剧变化。为了避免由于短路而不理想地引起流体的冷却,传热表面应具有类似的流动阻力:较佳地,具有最低流动阻力的传热表面10的流动阻力差异应小于因子10,较佳地小于因子5,较佳地小于因子2。如果与其余部分相比,一个或多个传热表面的流动阻力太低,例如,使得流体的主导流量流过该一个或多个传热表面,则与传热表面相交的钻孔部分被密封住,例如,通过使用开孔的填塞器或灌注水泥,注入诸如水泥的堵塞剂、土丸或自固化的材料以便堵塞传热表面。在堵塞剂注入之后,除去密封件并清洁钻孔,以便移去残留在钻孔内的任何堵塞剂。
本发明具有这样的优点:不需要构造通过大量钻孔的地下热交换器。根据本发明的实施例,采用岩石的开裂是以经济和安全的方式来形成多个热交换表面,即,减小地震的危险。
应该理解到,本发明不以任何方式被上述的示范实施例所限制,而是可以多种方式改变和修改,这不脱离本发明的精神和附后权利要求书的范围。
Claims (19)
1.一种通过将流体循环通过地质地层来开发地热能的设备,所述设备包括:
至少一个从地面向下引向所述地质地层的供应井孔、至少一个将加热流体从所述地质地层传输到地面的返回井孔、以及连接供应井孔和返回井孔的吸热结构,所述吸热结构包括位于地质地层内的一系列液力平行或准平行的传热表面,横贯这些传热表面,热量从所述地质地层传输到所述流体,还包括:
从供应井孔的底部出发的第一底部孔,其延伸远离供应井孔;
从返回井孔的底部出发的第二底部孔,其延伸远离返回井孔,并在水平和垂直方向(X、Y、Z)上与第一底部孔分开一定距离,所述液力平行或准平行的传热表面流体地连接到第一和第二底部孔。
2.如权利要求1所述的设备,其特征在于,密封件放置在第一或第二底部孔的与传热表面相交的一个或多个部分内,倘若传热表面的流动阻力小于其他传热界面,则密封件布置成密封隔断。
3.如任何前述权利要求所述的设备,其特征在于,所述距离是200至1000m。
4.如任何前述权利要求所述的设备,其特征在于,所述地质地层是地面之下的至少700m的深度处,可选的是大于4km。
5.如任何前述权利要求所述的设备,其特征在于,所述流体是水。
6.如任何前述权利要求所述的设备,其特征在于,所述第一和第二底部孔沿与地质地层的断裂平面的罗经方向大致垂直的方向延伸。
7.如任何前述权利要求所述的设备,其特征在于,所述第一和第二底部孔沿水平方向延伸。
8.如任何前述权利要求所述的设备,其特征在于,提供液力平行流的相邻热界面层之间的距离是10至25m。
9.如任何前述权利要求所述的设备,其特征在于,其适于使流体沿相同的方向流过第一和第二底部孔。
10.一种形成地质地层的方法,所述地质地层用于通过让流体循环通过地面之下的所述地质地层来开发地热能的设备,所述方法包括:
钻探出从地面向下引向所述地质地层的至少一个供应井孔,
形成从供应井孔底部出发的第一井孔,该第一井孔远离供应井孔延伸;
钻探出至少一个返回井孔,用来将加热的流体从所述地质地层传输到地面,
形成从返回井孔底部出发的第二井孔,该第二井孔远离返回井孔延伸,并在水平和垂直方向(X、Y、Z)上与第一井孔分开一定距离;
在第一和第二井孔之间的所述地质地层内产生断裂区域,以形成一系列液力平行或准平行的传热表面,当所述流体在供应井孔和返回井孔之间循环时,传热表面允许将热量从所述地质地层传输到所述流体。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,断裂区域的产生包括以下的过程:
使第一和第二孔的部分密封隔开,
通过泵送密封区段内的流体,直到达到打开或断裂压力并使岩石发生泄漏,由此增大密封区段内的压力,
与此同时,连同流体一起注入压裂支撑剂,以便一旦压力已经减小时使已形成的裂纹保持打开,
通过让流体流出并重复该过程数次,直到水平的第一和第二孔全部长度完成,或直到形成至少为15,000,000m3的开裂岩石质量的热交换面积,由此减小密封区段内的压力。
12.如权利要求10或11所述的方法,其特征在于,通过在供应孔中注入流体并形成通过返回孔的流体来进行流动试验,
测量流体至少沿着第一和第二孔的流动速度,以便确定与第一和第二孔相交的液力平行或准平行传热表面的流动阻力,如果一个或多个传热表面的流动阻力低于其他液力平行或准平行传热表面的流动阻力,则与该传热表面相交的第一或第二孔的部分被密封隔断。
13.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述距离是200至1000m。
14.如权利要求10至13中任一项所述的方法,其特征在于,所述地质地层是地面之下的至少700m的深度处,可选的是大于4km。
15.如权利要求10至14中任一项所述的方法,其特征在于,所述流体是水。
16.如权利要求10至15中任一项所述的方法,其特征在于,所述第一和第二底部孔形成为沿与地质地层的断裂平面的罗经方向大致垂直的方向延伸。
17.如权利要求10至16中任一项所述的方法,其特征在于,所述第一和第二底部孔形成为沿水平方向延伸。
18.如权利要求10至17中任一项所述的方法,其特征在于,提供液力平行流的相邻热界面层之间的距离为10至25m。
19.如权利要求1至9中任一项所述的系统或如权利要求10至18中任一项所述的方法在发电、地区采暖计划中的热量分配、或向商用楼或私家楼供热,或工业生产过程中的应用。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP14158342 | 2014-03-07 | ||
EP14158342.7 | 2014-03-07 | ||
BE2014/0153A BE1022154B1 (nl) | 2014-03-07 | 2014-03-10 | Geothermische inrichting die een fractuurzone in een warm droog gesteente gebruikt |
BE2014/0153 | 2014-03-10 | ||
PCT/EP2015/054777 WO2015132404A1 (en) | 2014-03-07 | 2015-03-06 | Geothermal plant using hot dry rock fissured zone |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106415151A true CN106415151A (zh) | 2017-02-15 |
CN106415151B CN106415151B (zh) | 2019-07-26 |
Family
ID=52737075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201580015588.0A Active CN106415151B (zh) | 2014-03-07 | 2015-03-06 | 利用干热岩石裂纹区域的地热设备 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106415151B (zh) |
HK (1) | HK1232281A1 (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112127862A (zh) * | 2019-06-05 | 2020-12-25 | 新奥科技发展有限公司 | 地热单井压裂方法 |
US20210131745A1 (en) * | 2019-07-10 | 2021-05-06 | Rabindranath Sharma | Thermal Energy Storage and Retrieval System |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3863709A (en) * | 1973-12-20 | 1975-02-04 | Mobil Oil Corp | Method of recovering geothermal energy |
US3878884A (en) * | 1973-04-02 | 1975-04-22 | Cecil B Raleigh | Formation fracturing method |
US4200152A (en) * | 1979-01-12 | 1980-04-29 | Foster John W | Method for enhancing simultaneous fracturing in the creation of a geothermal reservoir |
CN1179206A (zh) * | 1995-01-27 | 1998-04-15 | 艾恩纳·兰格塞特 | 用于将地热能传递给携带能量液体的地下孔道及其生产方法 |
US20070107901A1 (en) * | 2004-05-14 | 2007-05-17 | Maguire James Q | In-situ method of fracturing gas shale and geothermal areas |
US20100307756A1 (en) * | 2008-02-15 | 2010-12-09 | Reinhard Jung | Geothermal circulation system |
DE102010017154A1 (de) * | 2010-05-31 | 2011-12-01 | Michael Z. Hou | Verfahren zur Herstellung eines Geothermie-Systems sowie Geothermiesystem |
CN102536174A (zh) * | 2012-03-01 | 2012-07-04 | 邱世军 | 一种纵向开采地热能方法 |
CH706301A1 (de) * | 2012-03-20 | 2013-09-30 | Geo En Suisse Ag | Verfahren zur Herstellung einer Anlage zur Extraktion von Wärme aus einer Gesteinsformation. |
WO2013169242A1 (en) * | 2012-05-09 | 2013-11-14 | Halliburton Energy Services, Inc. | Enhanced geothermal systems and methods |
-
2015
- 2015-03-06 CN CN201580015588.0A patent/CN106415151B/zh active Active
-
2017
- 2017-06-16 HK HK17105995.5A patent/HK1232281A1/zh unknown
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3878884A (en) * | 1973-04-02 | 1975-04-22 | Cecil B Raleigh | Formation fracturing method |
US3863709A (en) * | 1973-12-20 | 1975-02-04 | Mobil Oil Corp | Method of recovering geothermal energy |
US4200152A (en) * | 1979-01-12 | 1980-04-29 | Foster John W | Method for enhancing simultaneous fracturing in the creation of a geothermal reservoir |
CN1179206A (zh) * | 1995-01-27 | 1998-04-15 | 艾恩纳·兰格塞特 | 用于将地热能传递给携带能量液体的地下孔道及其生产方法 |
US20070107901A1 (en) * | 2004-05-14 | 2007-05-17 | Maguire James Q | In-situ method of fracturing gas shale and geothermal areas |
US20100307756A1 (en) * | 2008-02-15 | 2010-12-09 | Reinhard Jung | Geothermal circulation system |
DE102010017154A1 (de) * | 2010-05-31 | 2011-12-01 | Michael Z. Hou | Verfahren zur Herstellung eines Geothermie-Systems sowie Geothermiesystem |
CN102536174A (zh) * | 2012-03-01 | 2012-07-04 | 邱世军 | 一种纵向开采地热能方法 |
CH706301A1 (de) * | 2012-03-20 | 2013-09-30 | Geo En Suisse Ag | Verfahren zur Herstellung einer Anlage zur Extraktion von Wärme aus einer Gesteinsformation. |
WO2013169242A1 (en) * | 2012-05-09 | 2013-11-14 | Halliburton Energy Services, Inc. | Enhanced geothermal systems and methods |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112127862A (zh) * | 2019-06-05 | 2020-12-25 | 新奥科技发展有限公司 | 地热单井压裂方法 |
US20210131745A1 (en) * | 2019-07-10 | 2021-05-06 | Rabindranath Sharma | Thermal Energy Storage and Retrieval System |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
HK1232281A1 (zh) | 2018-01-05 |
CN106415151B (zh) | 2019-07-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
McClure et al. | The fracture-compliance method for picking closure pressure from diagnostic fracture-injection tests | |
CN104265242B (zh) | 地热井的地热提取方法 | |
CA2819164A1 (en) | Method of determining reservoir pressure | |
NO20181199A1 (en) | A real-time fluid monitoring system and method | |
US20160003026A1 (en) | Method of determining reservoir pressure | |
US20150096748A1 (en) | Systems and methods for enhancing steam distribution and production in sagd operations | |
Liu et al. | Analysis of an enhanced closed-loop geothermal system | |
Sun et al. | Integrated fracture characterization and flow profiling with distributed temperature sensing | |
WO2015132404A1 (en) | Geothermal plant using hot dry rock fissured zone | |
Wang et al. | A single-well EGS configuration using a thermosiphon | |
CN106415151B (zh) | 利用干热岩石裂纹区域的地热设备 | |
WO2017116261A1 (ru) | Способ определения параметров трещины гидроразрыва пласта в скважине | |
CN206477824U (zh) | 开发地热能的设备 | |
Montegrossi et al. | 3D natural state model of the Menengai geothermal system, Kenya | |
Chen et al. | Modeling transient circulating mud temperature in the event of lost circulation and its application in locating loss zones | |
Forbes et al. | Natural fracture characterization at the Utah FORGE EGS test site—discrete natural fracture network, stress field, and critical stress analysis | |
US11939847B2 (en) | Fluid flow control in a hydrocarbon recovery operation | |
Henninges et al. | Wireline distributed temperature measurements and permanent installations behind casing | |
Sheng et al. | Analysis of Interwell Connectivity of Tracer Monitoring in Carbonate Fracture‐Vuggy Reservoir: Taking T‐Well Group of Tahe Oilfield as an Example | |
Meng et al. | Numerical simulation of fracture temperature field distribution during oil and gas reservoir hydraulic fracturing based on unsteady wellbore temperature field model | |
Drury | Borehole temperature logging for the detection of water flow | |
Radioti et al. | Thermal response test in borehole heat exchangers equipped with fiber optics | |
RU2528307C1 (ru) | Способ исследования скважины | |
Tureyen et al. | A study on the production and reservoir performance of the Germencik geothermal field | |
Sun et al. | Fracture Characterization and Flow Profiling with Distributed Temperature Sensing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1232281 Country of ref document: HK |
|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: WD Ref document number: 1232281 Country of ref document: HK |