CN108489124A - 一种地热井下多回路换热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地热井下多回路换热方法，该方法通过在地热储层中钻出一个注水井、采水井和若干换热分支井，换热分支井为连通注水井和采水井的水平井，注水井中有中心注水管、井管封隔器和井底封堵座，采水井中有的中心采水管、井下封堵器和井底封堵座，中心采水管通过井管封隔器固定在采水井中，注水井、采水井、换热分支井和井下封堵器、井管封隔器之间形成的蛇形换热回路，换热介质在蛇形换热回来中流动完成与地热储层的热交换。本发明能够减少地质预测风险，减少压裂风险，使用可控制的工程施工方法，达到热交换的目的，并提出定点注入模式，控制热交换效率，增加了工程可操作性，提高地热储层的热能利用率。
Description
技术领域
本发明涉及地热井采取地下热能技术领域，特别是涉及一种地热井下多回路换热方法。
背景技术
干热岩是指埋深超过2000m、温度超过150℃的地下高温岩体，其特点是岩体中很少有地下流体存在。干热岩的热能赋存于各种变质岩或结晶岩类岩体中，较常见的干热岩有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。一个温度超过150℃的地下高温岩体的存在，一定会给周围的地温环境带来很大的异常，所以许多研究人员也把地温梯度是否超异常来研究地下是否存在干热岩体。
目前，人们对干热岩的开发利用，主要是发电。干热岩发电的基本原理是：通过深井将高压水注入地下2000～6000m的岩层，使其渗透进入岩层的缝隙并吸收地热能量；再通过另一个专用深井（相距约200～600m左右）将岩石裂隙中的高温水、汽提取到地面；取出的水、汽温度可达150～200℃，通过热交换及地面循环装置用于发电；冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。水通过深井注入地下干热岩体，渗透进入岩层的缝隙并吸收地热能量，即在干热岩体内形成热交换，包括三种模式：
1.人工高压裂隙模式：即通过人工高压注水到井底，干热的岩石受水冷缩作用形成很多裂隙，水在这些裂隙间穿过，即可完成进水井和出水井所组成的水循环系统热交换过程；
2.天然裂隙模式：即充分利用地下已有的裂隙网络。已有的裂隙虽然一方面阻止了人工高压注水裂隙的发育，但另一方面当人工注水时，原先的裂隙会变宽或错位更大，增强了裂隙间的透水性。在这种模式下，可进行热交换的水量更大，而且热量交换得更充分；
3.天然裂隙－断层模式：这种模式除了利用地下天然的裂隙，还利用天然的断层系统，这两者的叠加使得热交换系统的渗透性更好。该模式的最大优势也是最大的挑战，即不需通过人工高压裂隙的方式连接进水井和出水井，而是通过已经存在的断层来连接位于进水井和出水井之间的裂隙系统。
干热岩的开采主要是建立地下热交换系统，而上述人工高压裂隙模式、天然裂隙模式、天然裂隙－断层模式，需要对地下地质条件有高度的认识，工程风险大，钻采成功率难以控制。由于干热岩的热能赋存于各种变质岩或结晶岩类高强度的岩体（黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等）中，人工压裂连通的成本大，且成功率也难以控制。另外对于中温地热储层的地热利用，温度在150℃以下，这部分地热利用也可以通过换热利用，通常采用单井同心双层管换热，但换热效率低。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种地热井下多回路换热方法，提高注入水与地热储层接触面积与接触时间，并使用注水井的中心管定点注水工艺控制热交换效率，与使用自然裂隙连通、人工压裂连通相比，增加了工程可操作性，提高热储层的地热利用率。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种地热井下多回路换热方法，所述地热井包括注水井、采水井和换热分支井，所述多回路换热方法包括以下步骤：
Step1、在施工区域开设若干地质探井，对地下地热储层的地层温度和岩性信息进行采集；
Step2、根据Step1中收集的地热储层温度和孔隙率、岩石强度等岩性信息计算注水井和采水井的间距，以及连通注水井和采水井的水平井井眼直径；
Step3、根据上述步骤的结果分别钻取注水井和采水井至地热储层底部，下入井底封堵座；
Step4、依据地热储层的热能和开采目标，确定地热储层中的换热分支井的数量，在注水井中侧钻换热分支井，并将侧钻分支井与采水井对接连通，对注水井和采水井进行混凝土固井并在井口设置井口座固定；
Step5、在注水井中下入中心注水管至底部的换热分支井的井眼上方，以井管封隔器固定，之后注水井中间隔两个换热分支井设置一个井管封隔器直至注水井中接近地热储层上表面位置设置井管封隔器完成对中心注水管的安装；
Step6、在采水井中，从下向上每间隔两个换热分支井设置井下封堵器；
Step7、在采水井中下入中心采水管至顶部的换热分支井的井眼上方，然后以井管封隔器固定；
Step8、通过中心注水管向注水井底部注入换热介质，换热介质在换热分支井、注水井、采水井和井下封堵器、井管封隔器之间形成的蛇形回路内流动并与地热储层完成热交换，之后通过中心采水管抽出。
为了更好地实现本发明，所述换热分支井为连通注水井和采水井的水平井，所述注水井中设置有中心注水管、井管封隔器和井底封堵座，所述采水井中设置有的中心采水管、井下封堵器和井底封堵座，所述中心采水管通过井管封隔器固定在采水井中。
进一步地，所述注水井、采水井、换热分支井和井下封堵器、井管封隔器之间形成的蛇形换热回路，换热介质在蛇形换热回来中流动完成与地热储层的热交换。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明能够减少地质预测风险，减少压裂风险，使用可控制的工程施工方法，达到热交换的目的，并提出定点注入模式，控制热交换效率，增加了工程可操作性，提高干热岩的热能利用率。
附图说明
图1为三换热分支井为例实施本发明的结构示意图。
其中：1、地热储层；2、注水井；3、采水井；4、中心注水管；5、中心采水管；6、井管封隔器；7、井下封堵器；8、井底封堵座；9、第一水平井；10、第二水平井；11、第三水平井；12、井口座。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，以三换热分支井为例实施本发明，一种地热井下多回路换热方法，所述地热井包括注水井2、采水井3和换热分支井，所述多回路换热方法包括以下步骤：
Step1、在施工区域开设若干地质探井，对地下储热的地热储层1的地层温度和岩性信息进行采集；
Step2、根据Step1中收集的干地热储层温度和孔隙率、岩石强度等岩性信息计算注水井和采水井的间距，以及连通注水井和采水井的水平井井眼直径；
Step3、根据上述步骤的结果分别钻取注水井2和采水井3至地热储层1底部，下入井底封堵座8；
Step4、依据地热储层1的热能和开采目标，确定地热储层1中的换热分支井的数量，在注水井2中侧钻第一水平井9、第二水平井10和第三水平井11，并将第一水平井9、第二水平井10和第三水平井11与采水井3对接连通，对注水井2和采水井3进行混凝土固井并在井口设置井口座12固定；
Step5、在注水井2中下入中心注水管4至第一水平井9的井眼上方，以井管封隔器6固定，之后在注水井2中第三水平井11的井眼上方设置井管封隔器6完成对中心注水管4的安装；
Step6、在采水井3中，位于第二水平井10的井眼和第三水平井11井眼之间设置井下封堵器7；
Step7、在采水井3中下入中心采水管5至第三水平井11井眼上方，然后以井管封隔器6固定；
Step8、通过中心注水管4向注水井2底部注入换热介质，换热介质在注水井2、采水井3、第一水平井9、第二水平井10、第三水平井11和井下封堵器7、井管封隔器6之间形成的蛇形回路内流动并与地热储层1完成热交换，之后通过中心采水管5抽出。
综上所述，通过本实施例的描述，可以使本技术领域人员更好的实施本方案。
Claims (3)
1.一种地热井下多回路换热方法，所述地热井包括注水井（2）、采水井（3）和换热分支井，其特征在于所述多回路换热方法包括以下步骤：
Step1、在施工区域开设若干地质探井，对地下储热的地热储层（1）的地层温度和岩性信息进行采集；
Step2、根据Step1中收集的地热储层地层温度和孔隙率、岩石强度等岩性信息计算注水井和采水井的间距，以及连通注水井和采水井的水平井井眼直径；
Step3、根据上述步骤的结果分别钻取注水井（2）和采水井（3）至地热储层（1）底部，下入井底封堵座（8）；
Step4、依据地热储层（1）的热能和开采目标，确定地热储层（1）中的换热分支井的数量，在注水井（2）中侧钻换热分支井，并将侧钻分支井与采水井（3）对接连通，对注水井（2）和采水井（3）进行混凝土固井并在井口设置井口座（12）固定；
Step5、在注水井（2）中下入中心注水管（4）至底部的换热分支井的井眼上方，以井管封隔器（6）固定，之后注水井（2）中间隔两个换热分支井设置一个井管封隔器（6）直至注水井（2）中接近地热储层（1）上表面位置设置井管封隔器（6）完成对中心注水管（4）的安装；
Step6、在采水井（3）中，从下向上每间隔两个换热分支井设置井下封堵器（7）；
Step7、在采水井（3）中下入中心采水管（5）至顶部的换热分支井的井眼上方，然后以井管封隔器（6）固定；
Step8、通过中心注水管（4）向注水井（2）底部注入换热介质，换热介质在换热分支井、注水井（2）、采水井（3）和井下封堵器（7）、井管封隔器（6）之间形成的蛇形回路内流动并与地热储层（1）完成热交换，之后通过中心采水管（5）抽出。
2.根据权利要求1所述的一种地热井下多回路换热方法，其特征在于：所述换热分支井为连通注水井（2）和采水井（3）的水平井，所述注水井（2）中设置有中心注水管（4）、井管封隔器（6）和井底封堵座（8），所述采水井（3）中设置有的中心采水管（5）、井下封堵器（7）和井底封堵座（8），所述中心采水管（5）通过井管封隔器（6）固定在采水井（3）中。
3.根据权利要求2所述的一种地热井下多回路换热方法，其特征在于：所述注水井（2）、采水井（3）、换热分支井和井下封堵器（7）、井管封隔器（6）之间形成的蛇形换热回路，换热介质在蛇形换热回来中流动完成与地热储层的热交换。
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