CN106894804A - 一种单井循环增强型地热系统完井方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单井循环增强型地热系统完井方法，其特点主要包括：表层套管、普通技术套管、耐高温技术套管、油管、射孔孔眼和耐高温扶正器。一种单井循环增强型地热系统完井方法能够使地层深部地热能量得以有效传递到地面，其具体实现过程如下：从地面向普通技术套管与油管形成的环形空间中注入水，水在环形空间从上部往下部流动，当水流到环形空间底部时，水流经射孔孔眼入油管内，然后水在油管内从下部向上部流动，最终流到地面接收装置。地热储层温度在200℃以上，储层热量经耐高温技术套管传递到耐高温技术套管与油管形成的环形空间，流经环形空间的水吸收耐高温技术套管与油管形成的环形空间的热量，水吸收热量之后温度升高，然后高温水流经油管到地面接收装置进行发电。

Description

一种单井循环增强型地热系统完井方法

技术领域

本发明涉及地热开采技术领域，具体涉及一种单井循环增强型地热系统完井方法。

背景技术

不可再生常规能源不断地开发(石油、天然气及煤等)以及开发带来的资源与环境问题日益严峻，然而地热资源作为一种清洁、低碳、安全、高效的可再生能源进入了我人们视野。地热能主要分为水热型地热和干热岩型地热，目前世界上开采和利用地热资源主要是水热型地热，然而对于干热岩型地热的开采与利用具有广阔前景。干热岩型地热是指地下储层为高温岩石，其开采的主要方法是将水从地面注入到地下，通过水与高温岩石接触吸收热量加热水体，经高温水体返排到地面来发电，该系统称为增强型地热系统，干热岩型地热的开发在未来能源发展中具有很大潜力。

目前增强型地热系统开发方式为：在具有地热能储层的地区，在地面相距1000米的两个位置向地下钻两口井，然后在两口井的地下地热储层位置同时进行压裂，压裂将使储层产生裂缝，裂缝连通两口井，然后通过地面高压泵从其中一口井向地下注常温水，水通过高温储层裂缝流动，同时吸收地热能量，热水从另一口井采出到地面进行发电。然而针对于该系统存在几点不足：(1)该系统需要钻两口井，每一口地热井的费用都至少需要1000万人民币，钻井费用昂贵，增加了开发成本；(2)钻两口井后需要进行压裂，1000m长的压裂费用大概需要600万，压裂的费用昂贵，增加了开发成本。基于以上分析，干热岩型地热能开发成本高昂，因此迫需我们研发一种只需钻一口井同时不需要压裂方式就能开采地热能的技术，以此来降低干热岩型地热能开发成本。

基于以上分析，本发明专利设计了一种单井循环增强型地热系统完井方法，旨在填补我国在增强型地热系统完井方法的空缺，与已有开发方式相比，该系统只需要钻一口井不需要压裂，通过水体的循环来吸收利用地热能，通过该开发系统的设计来降低地热能开发成本，以实现对地热能的安全、高效、可持续、低成本的开发和利用。

发明内容

本发明目的在于为增强型地热系统提供一种单井循环增强型地热系统完井方法，以此更加高效地开发利用地热资源。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种单井循环增强型地热系统完井方法主要由表层套管、普通技术套管、耐高温技术套管、射孔孔眼、油管和耐高温扶正器组成。

一种单井循环增强型地热系统完井方法，通过在地面向普通技术套管与油管形成的环形空间中注入水，水通过普通技术套管与油管形成的环形空间从上部往下部流到井眼底部时进入射孔孔眼，通过射孔孔眼进入油管内，水在油管内从下部向上部流动，然后流到地面接收装置；地热储层温度在200℃以上，储层热量通过耐高温技术套管传递到耐高温技术套管与油管形成的环形空间，水在耐高温技术套管与油管形成的环形空间中流动时，吸收耐高温技术套管与油管形成的环形空间中的热量，水体通过吸热形成高温水，高温水再通过油管流到地面接收装置进行发电。

一种单井循环增强型地热系统完井方法，特点有：完井采用的井身结构为水平井型，水平井的水平段长度达2000m，从地面注入的水在普通技术套管与油管形成的环形空间中流过时，有较长的时间吸收从地热储层岩石传递到所述环形空间中的热量，经过传热过程，所述环形空间中水在流到射孔孔眼处时，温度非常高，此后，高温水通过孔眼流入到油管内，从下向上流动，流出到地面。

油管的水平段采用耐高温材料，油管的垂直段采用普通材料，但油管的垂直段内壁和外壁上各涂有隔热涂层，为了达到对油管内液体的保温作用，因为地层有一定的地温梯度，地层越深温度越高，同理，地层越浅温度越低，因此在垂直井眼段从下向上地层温度越来越低，到地面是温度大概为10℃左右，所以油管的垂直段内壁和外壁上各涂有隔热涂层为了防止水在垂直段油管内流动时散发热量。

技术套管与油管的底部通过水泥封堵，该设计防治水流动到地热储层中去，而是让技术套管与油管形成的环形空间中的水通过射孔孔眼流进油管内。

油管的水平段靠近底部位置处开有孔眼，该孔眼为技术套管与油管形成的环形空间中的水流进油管提供通道。

地热储层中油管的水平部分安装有耐高温扶正器，在油管周围安装耐高温扶正器是为了使水平段油管在水平段的技术套管内居中放置，因为重力作用，在无外力作用时，水平段油管会靠近技术套管界面的下部位置，使得油管距离技术套管界面下部较近、距离技术套管界面上部较远，因为技术套管周围是地热储层中的高温岩石，所以在油管不居中时，油管距离技术套管界面上部的岩石也较远，传热效率降低，因此在安装耐高温扶正器后，油管在技术套管内居中，传热效果较好。

本发明有如下优点：(1)本发明将地面常温水通过所述环形空间进入油管，然后通过油管流动到地面，该过程实现了闭合循环，该闭合循环在单口井的完井井身结构中实现，成本较低；(2)本发明中长段水平井设计为水在流动过程中吸热提供了较长时间，达到较好的热传递效果，而不再需通过压裂施工来达到较高的热传递效果，显著降低地热开采成本。

附图说明

附图1为本发明结构示意图。

图中标号：表层套管1、普通技术套管2、耐高温技术套管3、耐高温扶正器4、油管5、射孔孔眼6、耐高温涂层7、技术套管与油管形成的环形空间8、水泥塞9、耐高温水泥10、水泥11。

具体实施方式

以下结合附图1，详细说明本发明，如下：

一种单井循环增强型地热系统完井方法，主要表层套管1、普通技术套管2、耐高温技术套管3、耐高温扶正器4、油管5、射孔孔眼6、耐高温涂层7、技术套管与油管形成的环形空间8、水泥塞9组成。

本发明是在热储层地理位置、方位、深度等参数确定的情况下，以水平井的方式钻开地热储层，顺序为直井、造斜和水平井。在预定地点开钻；所钻井为二开水平井，采用水平井技术可充分增大井筒与地层换热面积，水平段可以达到距井口水平距离2000m以上的范围；使用310.9mm的钻头开钻，一开下入244.3mm表层套管1后注水泥11固井，目的是隔离表层复杂地质结构；二开使用215.9mm钻头钻至造斜点上部，随后使用215.9mm耐高温钻头进行造斜并沿储层走向延伸水平段2000m以上的距离。如果是不稳定的沉积岩，造斜点上部可以下入177.8mm普通技术套管2并进行注水泥11固井，造斜点下部下入177.8mm耐高温技术套管3并注耐高温水泥10固井。

然后下入油管5，油管5是一种内外油管壁都有耐高温涂层7的一种油管5，耐高温涂层7由具有一定强度的航空隔热材料组成，耐高温涂层7可以防止油管5内的高温液体散热，起到保温作用。造斜点以下可以使用101.6mm的油管5同时使用耐高温扶正器4对下部油管5进行居中，造斜点以上可以使用139.7mm的油管5，油管5可以使内外环境隔离，保证油管5内的水蒸气的温度保持不变。

在地面注入一定体积的耐高温水泥10，随后注入一定体积的隔离液，通过清水推动至油管5底部，高温水泥10在油管5底部凝固，目的是使井底油管5保持居中位置，以保证开采时有更高的热转换效率。

从地面下入射孔枪对油管5底部进行射孔，在油管5底部形成六个射孔孔眼4，油管5与耐高温套管3连通，射孔孔眼4在油管5壁上均匀分布，六个射孔孔眼4的面积之和与油管5内截面积相等，以此保证水蒸气以均匀的流动速率进入油管5。

一种单井循环增强型地热系统完井方法在地面向普通技术套管2与油管5环形空间8中注入水，水通过普通技术套管2与油管5环形空间8从上部往下部流到井眼底部时进入射孔孔眼4，通过射孔孔眼4进入油管5内，水在油管5内从下部向上部流动，然后流到地面接收装置；地热储层温度在200℃以上，储层热量通过耐高温技术套管3传递到耐高温技术套管3与油管5环形空间8，水在耐高温技术套管3与油管5环形空间8中流动时，吸收耐高温技术套管3与油管5环形空间8中的热量，水体通过加热形成高温水，高温水再通过油管5流到地面接收装置进行发电。

Claims (1)

1.一种单井循环增强型地热系统完井方法，其特征在于：完井井身结构由垂直段、弯曲段和水平段组成；技术套管与油管的底部通过水泥封堵；所述技术套管的水平段采用耐高温技术套管；所述油管的水平段采用耐高温油管；所述油管的水平段靠近底部位置处开有孔眼；所述油管的垂直段内外管壁涂有隔热层；耐高温扶正器安装在所述油管的水平部分。