CN109595834A - 一种放射状组合u型地热开发方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放射状组合U型地热开发方法法，包括以下步骤S1、进行出水井的钻井和水力劈裂，出水井为竖井；S2、进行第一圈注水井的钻井和水力劈裂，其中，第一圈注水井包括多个第一注水井，在沉积层范围内，第一注水井为竖井，在地下热能储层范围内，第一注水井包括竖井和连接竖井的多层横井，横井方向均指向出水井，每个第一注水井距离出水井的距离相同。本发明形成莲花型放射状的地下劈裂区，大大增加了传统地热开采方式的劈裂区范围，连通的劈裂区均是朝着中心出水井方向，大大减小了无效劈裂区范围，减小注水井的注水损失。可以降低水力短路的危机风险。仅出水井需布置保温层，相比传统多个出水井，可节省布置保温层的费用。

Description

一种放射状组合U型地热开发方法

技术领域

本发明涉及地热开发领域，尤其涉及一种放射状组合U型地热开发方法。

背景技术

地热作为一种清洁能源正受到全世界的日益关注。其中干热岩地热资源具有储量大、使用过程中没有废气排放、不受气候自然条件影响、出井温度高、电力供用中可作为基本负荷或高峰负荷等优势，成为我国近年来地热开发的重点领域。

干热岩是一般温度大于200℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。干热岩地热开采需要通过水力劈裂等方式，人造地下储热水库，而后将水不断循环注入、热交换、抽出，供发电或供暖等途径利用。

地热开发的一个关键工艺就是通过水力劈裂激发地下热能储层，创建不低于200万m²有效换热面积的地下水库。其中，井场布置形式、横竖井钻井方式最终决定了激发的热能储层的有效换热面积，而注水井、出水井的布置方式则决定了热能开发的效率和功率。传统的地热开发方法存在如下缺陷：

(1)不重视井场布置形式，主要采用双井或三井模式，这样的布井方式难以通过水力劈裂形成广泛的地下裂隙区。

(2)一般采用竖井钻井方式，通过高压注水，产生沿竖井径向四面扩散的水力劈裂区，而背离出水井(生产井)一侧的水力劈裂区实际上是无效劈裂区，这样将产生大量注水损耗，即注入的水流入无效劈裂区，又无法抽取利用。

(3)当前常规采用的双井(1个注水井、1个出水井)或者三井(1个注水井、2个出水井)模式，一旦高温岩体二次劈裂等原因形成水流短路(即在注水井和出水井之间形成短路径的、贯穿的、宽度较大的裂缝，注水井注入储层的水流未充分停留和热交换，直接被出水井抽出)，将废弃大部分已激发的岩体，甚至需要重新打井和再造水力劈裂区来恢复生产。双井模式一旦发生水流短路，将面临停产危机，三井模式一旦发生水流短路，将面临产能减半危机，危机风险较高。

(4)当前常规采用的双井或者三井模式，都是采用1个注水井，1个或2个出水井的布置方式。一般情况下，注水井无需做保温层，出水井需要做保温层，这种注水井和出水井的布置方式，当井数超过2时，将增加布设保温层费用，另一方面单个出水井的出水量较小，可实现的热能发电装机也相应较小。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有技术中存在的上述不足之处。

为实现上述目的，本发明提供一种放射状组合U型地热开发方法，包括S1、进行出水井的钻井和水力劈裂，出水井为竖井；S2、进行第一圈注水井的钻井和水力劈裂，其中，第一圈注水井包括多个第一注水井，在沉积层范围内，第一注水井为竖井，在地下热能储层范围内，第一注水井包括竖井和连接竖井的多层横井，横井方向均指向出水井，每个第一注水井距离出水井的距离相同。

优选地，在沉积层范围内，出水井的管壁埋设有金属套管，同时设置有保温层，在地下热能储层范围内，出水井的管壁为裸壁。

优选地，在沉积层范围内，第一注水井为竖井，埋设有金属管套，在地下热能储层范围内，竖井和横井的管壁均为裸璧。

优选地，出水井的横截面积为所有进水井的横截面积的总和。

优选地，在步骤S2之后，方法还包括：S3、在第一圈注水井的外围，进行第二圈注水井的钻井和水力劈裂，其中，第二圈注水井包括多个第二注水井，第二注水井和第一注水井的数量相等，每个第二注水井位于径向射线上，径向射线为出水井指向每个第一个注水井的射线，第二注水井和第一注水井结构完全相同。

进一步优选地，在步骤S3之后，方法还包括：

S4、按照S3的方式，在第二圈注水井的外围，进行N圈注水井的钻井和水力劈裂，N为正整数，N大于等于3。

本发明得有益效果：(1)本发明的井场布置形式，可形成莲花型放射状的地下劈裂区，大大增加了传统地热开采方式的劈裂区范围。(2)本发明的井场布置形式，所形成的放射状地下劈裂区，连通的劈裂区均是朝着中心出水井方向，大大减小了无效劈裂区范围，减小注水井的注水损失。(3)本发明的一个出水井和多个注水井的组合U型布置方式，若某一注水井与出水井之间发生水力短路，可直接关闭该注水井，其他注水井仍可以正常工作，可以降低水力短路的危机风险。(4)本发明出水井采用较粗管径的大井形式，出水量大，热能装机和热能开采功率也相应提高。(5)本发明采用的一个出水井和多个注水井的布置方式，仅出水井需布置保温层，相比传统多个出水井，可节省布置保温层的费用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种地热开发的放射状井场布置图；

图2为本发明实施例提供的一种某一径向的出水井和注水井组合U型开发剖面；

图3为本发明实施例提供的另一种地热开发的放射状井场布置图；

图4为本发明实施例提供的另一种某一径向的出水井和注水井组合U型开发剖面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1和图2，本发明提供一种放射状组合U型地热开发方法，包括以下步骤：

S1、进行出水井1的钻井和水力劈裂，出水井1的钻井方式为简单的竖井方式。

S2、进行第一圈注水井的钻井和水力劈裂，其中，第一圈注水井包括8个第一注水井2，如图2，地表以下依次为沉积层001和地下热能储层范围002，在沉积层001范围内，第一注水井2的钻井方式为简单的竖井方式，在地下热能储层范围002内，第一注水井包括竖井21和连接竖井的多层横井22，横井22方向均指向出水井1，每个第一注水井2距离出水井1的距离相同。

在一个示例中，在沉积层001范围内，出水井1的管壁埋设有金属套管，同时设置有保温层，在地下热能储层002范围内，出水井1的管壁为裸壁。

在一个示例中，在沉积层001范围内，第一注水井2的钻井方式为简单的竖井方式，埋设有金属管套，在地下热能储层002内，竖井21和横井22的管壁均为裸璧，可利用水力劈裂技术创造沿竖井和多层横井径向的裂隙。

在一个示例中，出水井的横截面积为所有进水井的横截面积的总和。

实施例2

如图3和图4，在实施例1的基础上，在步骤S2之后，本发明实施例提供的方法还包括：S3、在第一圈注水井的外围，进行第二圈注水井的钻井和水力劈裂，其中，第二圈注水井包括8个第二注水井3，第二注水井3和第一注水井2的数量相等，每个第二注水井2位于径向射线上，径向射线为出水井1指向每个第一个注水井2的射线，第二注水井2和第一注水井1的结构完全相同，只是位置不同。需要注意的是，很明显从图3中，可以看出每个第二注水井2和1个第一注水井2，以及出水井1在一条直线上，其中，横井不联通，但是在一条直线上。

在一个示例中，注水井管径设计为300mm，按16个注水井井口面积之和计算，设计出水井管径为1200mm。

在一个示例中，应用高压向16个注水井注入冷水，其水温为20℃，水流经地下热能储层002，流经相互连通且朝着出水井方向的裂隙，充分换热，由位于中心的出水井1抽出热水，其水温达到200℃，驱动热能机实现高功率发电。

实施例1和实施例2，分别给出了注水井只有一圈和只有两圈的情况，可根据探明的地热储层范围，进行第三、第四圈，甚至更多圈，其注水井的结构和第一注水井的结构都相同，只是在更外围，每个横井都指向出水井，每圈层注水井布置不错位，可有效保证劈裂区003朝着中心方向形成裂隙通道，不产生过多的无效破裂区，避免注水损失。

有益效果

(1)本发明的井场布置形式，可形成莲花型放射状的地下劈裂区，大大增加了传统地热开采方式的劈裂区范围。

(2)本发明的井场布置形式，所形成的放射状地下劈裂区，连通的劈裂区均是朝着中心出水井方向，大大减小了无效劈裂区范围，减小注水井的注水损失。

(3)本发明的一个出水井和多个注水井的组合U型布置方式，若某一注水井与出水井之间发生水力短路，可直接关闭该注水井，其他注水井仍可以正常工作，可以降低水力短路的危机风险。

(4)本发明出水井采用较粗管径的大井形式，出水量大，热能装机和热能开采功率也相应提高。

(5)本发明采用的一个出水井和多个注水井的布置方式，仅出水井需布置保温层，相比传统多个出水井，可节省布置保温层的费用

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种放射状组合U型地热开发方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

S1、进行出水井的钻井和水力劈裂，所述出水井为竖井；

S2、进行第一圈注水井的钻井和水力劈裂，其中，所述第一圈注水井包括多个第一注水井，在沉积层范围内，所述第一注水井为竖井，在地下热能储层范围内，所述第一注水井包括竖井和连接竖井的多层横井，所述横井方向均指向所述出水井，每个第一注水井距离所述出水井的距离相同。

2.根据权利要求1所述的放射状组合U型地热开发方法，其特征在于，在沉积层范围内，所述出水井的管壁埋设有金属套管，同时设置有保温层，在地下热能储层范围内，所述出水井的管壁为裸壁。

3.根据权利要求1所述的放射状组合U型地热开发方法，其特征在于，在沉积层范围内，所述第一注水井为竖井，埋设有金属管套，在地下热能储层范围内，竖井和横井的管壁均为裸璧。

4.根据权利要求1所述的放射状组合U型地热开发方法，其特征在于，所述出水井的横截面积为所有进水井的横截面积的总和。

5.根据权利要求1所述的放射状组合U型地热开发方法，其特征在于，在所述步骤S2之后，所述方法还包括：

S3、在第一圈注水井的外围，进行第二圈注水井的钻井和水力劈裂，其中，第二圈注水井包括多个第二注水井，第二注水井和第一注水井的数量相等，每个第二注水井位于径向射线上，所述径向射线为所述出水井指向每个第一个注水井的射线，第二注水井和第一注水井结构完全相同。

6.根据权利要求5所述的放射状组合U型地热开发方法，其特征在于，在所述步骤S3之后，所述方法还包括：

S4、按照S3的方式，在第二圈注水井的外围，进行N圈注水井的钻井和水力劈裂，N为正整数，N大于等于3。