CN106978993A - 一种中深部砂岩地热水平井开采方法及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种中深部砂岩地热水平井开采方法及结构，在砂岩地热储层上建造水平井，形成由竖直井和水平井组合的生产井，最终形成开采和回灌的地热生成井的新技术和方法；其中水平井为单个水平井或多个平行的水平井；提高了钻井与储层的有效接触表面积，增大开采和回灌效率，大幅增加地热井的产量，提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及地热资源开采技术领域，具体涉及一种中深部砂岩地热水平井开采方法及结构。
背景技术
地热能资源可分为浅层地热、水热型和干热岩型，在我国地热资源大部分以中低温的水热为主，主要分布在东南沿海和内陆盆地中。目前，已经发现的水热型地热2900多处，总计天然放热量相当于750万吨标准；其中，我国已经探明的深部水热型地热资源多为盆地型的砂岩储层。
相关技术中，地热资源的开采是向地热资源的储层打入一口(或几口)竖直方向的地热井，其中一口(或几口)作为回灌井注入较低温度的水，另一口(或几口)作为抽水井提取出较高温度的水，地热水回灌即将地热尾水通过人工加压或自然回灌的方式注入到开采中的热储层。但是，在中深部水热型地热资源的开采和回灌中长期以来都是竖直方向的地热井，导致垂直井开采和回灌的效率低下，尤其是在中深部的砂岩地热资源中，使得抽取和回灌的流量特别低，这使得地热资源的利用率较差，经济效益低。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的实施例提供了一种提高开采效率的中深部砂岩地热水平井开采方法及结构。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种中深部砂岩地热水平井开采方法，包括以下步骤：
(1)选取中深部砂岩地热田的目标储层，采用满眼钻具钻取竖直井，所述竖直井的底部至所述目标储层的目标深度处停止；
(2)下放外层套管于所述竖直井的上部，并选用适宜的水泥浆在固井水泥环处进行固井；
(3)采用复合钻进的方式，对所述竖直井进行增斜钻进，形成倾斜分支井3；
(4)沿所述倾斜分支井进行水平钻进，利用套管开窗技术，采用组合导向钻具钻取水平分支井，所述组合导向钻具包括加重钻杆、无磁钻铤、螺旋稳定器和PDC钻头，所述加重钻杆、无磁钻铤、螺旋稳定器和PDC钻头从上往下依次螺纹连接；
(5)每间隔一定深度向所述目标储层下部的不同方向钻取水平分支井，直至所述竖直井的底部，并固井；
(6)所述水平分支井的底部下放封隔器，并在所述水平分支井上建造射孔，然后下入生产套管，形成导流通道，进行测井；
(7)重复步骤(1)～(6)形成多个地热井，对所述地热井进行洗井和测井；
(8)采用抽吸泵抽取所述目标储层热水，热水通过所述地热井到达地面；
(9)开采出的热水进行热量利用，热量利用后的冷水或换热介质经所述地热井回灌至所述目标储层中。
优选地，所述PDC钻头为聚晶金刚石复合片钻头。
优选地，步骤(5)中的深度大于所述砂岩地热储层的降水漏斗影响半径。
优选地，所述射孔建造要根据砂岩渗透率并进行水力测试，对水层中的水的压力、水的温度和水质都要进行测试。
优选地，所述地热井是单水平井的回灌井、开采井或多水平井的回灌井、开采井。
优选地，所述换热介质为CO2和土酸的混合物。
优选地，步骤(6)中，洗井的方法采用气举和气水混合洗井的方法，若效果不好可以采用压入土酸方式进行洗井。
本发明实施例还提供了一种中深部砂岩地热水平井开采结构，包括竖直井、倾斜分支井和水平井，所述竖直井位于砂岩地热储层，沿所述竖直井的下部增斜钻进形成多个所述倾斜分支井，采用组合导向钻具沿每一所述倾斜分支井进行水平钻进形成多个所述水平分支井。
优选地，所述竖直井的直径不小于0.4m，其倾斜角度不超过1.5°。
优选地，所述目标储层的厚度最小为20m，其孔隙度大于20％，渗透率大于0.38μm2。
优选地，所述组合导向钻具还包括1.5°的单弯螺杆，所述单弯螺杆与所述螺旋稳定器组合后与所述PDC钻头螺纹连接。
优选地，所述水平分支井的倾斜角度小于5°，钻进距离为500m～3000m。
优选地，相邻水平分支井之间相隔距离大于所述目标储层的降水漏斗影响半径。
与相关技术比较，本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例的中深部砂岩地热水平井开采方法，采用水平分支井开采砂岩地热水，增加开采面积、开采和回灌的效率，提高地热井的地热开采产量；而多个水平分支井进一步提高了地热水开采和回灌的效率；射孔与砂岩的天然裂隙形成渗流网络，形成阻力很小的回灌或抽吸路线，提高了开采和回灌效率，减小地面沉降的几率；水平分支井解决了竖直井中的水锥问题，降低了水锥发生的几率，减小水锥对开采的影响，延长地热水开采期，提高开采量和经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例的流程示意图；
图2是本发明实施例的单水平井的回灌井结构示意图；
图3是本发明实施例的单水平井的开采井结构示意图；
图4是本发明实施例的多水平井的回灌井结构示意图；
图5是本发明实施例的多水平井的开采井结构示意图；
图6是本发明实施例的多水平井的开采井抽采示意图；
图7是本发明实施例的组合导向钻具结构示意图；
其中，目标储层1、竖直井2、倾斜分支井3、水平分支井4、单水平井的回灌井11、单水平井的开采井12、多水平井的回灌井13、多水平井的开采井14、加重钻杆41、无磁钻铤42、螺旋稳定器43、PDC钻头44、单弯螺杆45、外层套管5、固井水泥环6、封隔器7、射孔8、生产套管9。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
参照附图1、2、3、4，本发明的实施例提供了一种中深部砂岩地热水平井开采方法，包括以下步骤：
(1)选取中深部砂岩地热田的目标储层1，采用满眼钻具钻取竖直井2，所述竖直井2的底部至所述目标储层1的目标深度处停止；
进一步地，所述竖直井2的直径不小于0.4m，其倾斜角度不超过1.5°；
进一步地，所述目标储层1的厚度最小为20m，其孔隙度大于20％，渗透率大于0.38μm2；
(2)下放外层套管5于所述竖直井2的上部，并选用适宜的水泥浆在固井水泥环6处进行固井；
(3)采用复合钻进的方式，对所述竖直井2进行增斜钻进，形成倾斜分支井3；
(4)沿所述倾斜分支井3进行水平钻进，利用套管开窗技术，采用组合导向钻具钻取水平分支井4，所述组合导向钻具包括加重钻杆41、无磁钻铤42、螺旋稳定器43和PDC钻头44，所述加重钻杆41、无磁钻铤42、螺旋稳定器43和PDC钻头44从上往下依次螺纹连接；
所述加重钻杆41的钻杆柱在井内高速回转时，所述螺旋稳定器43保持所述加重钻杆41的平稳运转，使所述PDC钻头44的轴线尽可能接近钻孔中心线，减轻加重钻杆41的钻杆柱弹性系统在井内的径向和轴向的剧烈振动；减少所述加重钻杆41和PDC钻头44的偏磨，保证取心质量，防止井斜；所述无磁钻铤42在所述加重钻杆41的下端起加重作用，所述加重钻杆41传递钻机扭矩给井底的PDC钻头44，并负责传输钻井液到所述PDC钻头44；
进一步地，所述PDC钻头44为聚晶金刚石复合片钻头，适用于中硬岩层的钻进；
进一步地，所述组合导向钻具还包括1.5°的单弯螺杆45，所述单弯螺杆45与所述螺旋稳定器43螺纹配合连接；
(5)每间隔一定深度向所述目标储层1下部的不同方向钻取另一所述水平分支井4，直至所述竖直井2的底部，并固井；
进一步地，所述水平分支井4的倾斜角度小于5°，钻进距离为500m～3000m；
进一步地，相邻水平分支井4之间相隔距离大于所述目标储层1的降水漏斗影响半径；
(6)所述水平分支井4的底部下放封隔器7，并在所述水平分支井4上建造射孔8，然后下入生产套管9，形成导流通道，进行测井；
射孔8建造要根据砂岩渗透率并进行水力测试，对水层中的水的压力、水的温度和水质都要进行测试；
(7)重复步骤(1)～(6)形成多个地热井，对所述地热井进行洗井和测井；
洗井的方法采用气举和气水混合的方法洗井，根据洗井效果可进一步选择压入土酸方式洗井；
进一步地，所述地热井是单水平井的回灌井11、单水平井的开采井12或多水平井的回灌井13、多水平井的开采井14；
(8)采用抽吸泵抽取目标储层1的热水，热水通过所述单水平井的开采井12或多水平井的开采井14到达地面；
(9)开采出的热水进行热量利用，热量利用后的冷水或换热介质经所述单水平井的回灌井11或多水平井的回灌井13回灌至所述目标储层1中。
所述换热介质为CO2和土酸的混合物，热量利用后的冷水或换热介质的回灌可防止因地热储层水分抽走而出现的环境效应。
参照附图5，本发明实施例还提供了一种中深部砂岩地热水平井开采结构，包括竖直井2、倾斜分支井3和水平分支井4，所述竖直井2位于砂岩地热目标储层1中，沿所述竖直井2的下部增斜钻进形成多个所述倾斜分支井3，采用组合导向钻具沿每一所述倾斜分支井3进行水平钻进形成多个所述水平分支井4；所述水平分支井4上设置射孔8。
采用多个水平分支井4开采砂岩地热水，增加了开采面积，提高了开采和回灌的效率，提高地热井的地热开采产量；射孔8与砂岩的天然裂隙形成渗流网络，形成阻力很小的抽吸或回灌路线，提高了开采和回灌效率，减小地面沉降的几率；水平分支井4解决了竖直井2中的水锥问题，降低了水锥发生的几率，减小水锥对开采的影响，延长地热水开采期，提高开采量和经济效益。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种中深部砂岩地热水平井开采方法，其特征在于：
包括以下步骤：
(1)选取中深部砂岩地热田的目标储层，采用满眼钻具钻取竖直井，所述竖直井的底部至砂岩地热储层的目标深度处停止；
(2)下放外层套管于所述竖直井的上部，并选用适宜的水泥浆在固井水泥环处进行固井；
(3)采用复合钻进的方式，对所述竖直井进行增斜钻进，形成倾斜分支井；
(4)沿所述倾斜分支井进行水平钻进，利用套管开窗技术，采用组合导向钻具钻取水平分支井，所述组合导向钻具包括加重钻杆、无磁钻铤、螺旋稳定器和PDC钻头，所述加重钻杆、无磁钻铤、螺旋稳定器和PDC钻头从上往下依次螺纹连接；
(5)每间隔一定深度向砂岩热储层下部的不同方向钻取水平分支井，直至所述竖直井的底部，并固井；
(6)所述水平分支井的底部下放封隔器，并在所述水平分支井上建造射孔，然后下入生产套管，形成导流通道，进行测井；
(7)重复步骤(1)～(6)形成多个地热井，对所述地热井进行洗井和测井；
(8)采用抽吸泵抽取砂岩地热储层热水，热水通过所述地热井到达地面；
(9)开采出的热水进行热量利用，热量利用后的冷水或换热介质回灌至所述砂岩地热储层中。
2.根据权利要求1所述的一种中深部砂岩地热水平井开采方法，其特征在于：步骤(1)中，所述砂岩地热储层的厚度最小为20m，其孔隙度大于20％，渗透率大于0.38μm2；所述竖直井的直径不小于0.4m，其倾斜角度不超过1.5°。
3.根据权利要求1所述的一种中深部砂岩地热水平井开采方法，其特征在于：步骤(4)中，所述水平分支井的倾斜角度小于5°，钻进距离为500m～3000m；所述组合导向钻具还包括1.5°的单弯螺杆，所述单弯螺杆与所述螺旋稳定器组合后与所述PDC钻头螺纹连接；所述PDC钻头为聚晶金刚石复合片钻头。
4.根据权利要求1所述的一种中深部砂岩地热水平井开采方法，其特征在于：
步骤(5)中的深度大于所述砂岩地热储层的降水漏斗影响半径。
5.根据权利要求1所述的一种中深部砂岩地热水平井开采方法，其特征在于：
步骤(7)中所述地热井是单水平井的回灌井、开采井或多水平井的回灌井、开采井。
6.一种中深部砂岩地热水平井开采结构，其特征在于：包括竖直井、倾斜分支井和水平井，所述竖直井位于砂岩地热目标储层，沿所述竖直井的下部增斜钻进形成多个所述倾斜分支井，采用组合导向钻具沿每一所述倾斜分支井进行水平钻进形成多个所述水平分支井。
7.根据权利要求6所述的一种中深部砂岩地热水平井开采结构，其特征在于：所述砂岩地热储层的厚度最小为20m，其孔隙度大于20％，渗透率大于0.38μm2；所述竖直井的直径不小于0.4m，其倾斜角度不超过1.5°。
8.根据权利要求6所述的一种中深部砂岩地热水平井开采结构，其特征在于：
所述水平分支井的倾斜角度小于5°，钻进距离为500m～3000m；所述组合导向钻具还包括1.5°的单弯螺杆，所述单弯螺杆与所述螺旋稳定器组合后与所述PDC钻头螺纹连接。
9.根据权利要求6所述的一种中深部砂岩地热水平井开采结构，其特征在于：
相邻水平分支井之间相隔距离大于所述砂岩地热储层的降水漏斗影响半径。
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