CN109931036A - 石油或天然气开采中地热与油气共采的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地热能开发技术领域，具体指一种石油或天然气开采中地热与油气共采方法，包括以下的工艺流程：生产井完成钻井后下入套管并固井，在地层高温段进行导热固井，在地层低温段进行隔热固井；在油层或气层处从套管内射孔压裂作为生产通道，在油层或气层以上位于地层高温段的不同高度内从套管向岩层分段射孔、压裂，并向裂缝内填充导热填料形成从套管延伸到岩层的导热带；各分段射孔处下入短管并胀管密封套管上的射出的通孔；在套管内放入输送管，输送管的底端伸入油层或气层处；在油层或气层以上分段射孔段以下安装封隔器；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器冷凝段，输送管从重力热管换热器内穿出。

Description

石油或天然气开采中地热与油气共采的方法

技术领域

本发明涉及能源开发技术领域，具体指一种石油或天然气开采中地热与油气共采的方法。

背景技术

能源工业是国民经济的基础产业，是实现现代化的物质基础，世界各国都把建立可靠、安全、稳定的能源供应保障体系作为国民经济的战略问题之一。

地热资源是一种无污染的清洁可再生能源，目前单独对地表中深层的地热利用必须进行钻井、下套管、固井、取热、换热，才能形成可以取热利用的地热井。

石油、天然气作为关系国计民生和国家经济安全的重要战略物资，在我国开发、生产、利用技术已非常成熟，已生产和正在开发石油井、天然气井遍布全国。

石油、天然气井的深度一般在地下1000米～7000多米，井下岩层有大量的地热能源，温度高、储量巨大；石油、天然气为了生产，深井已经形成，石油、天然气一般是从套管内的管中排出，石油、天然气井的套管与排出管之间的环空空间在油、气生产过程中闲置不用。油井、天然气井开采功能单一，资源开采过于局限。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的缺陷，提供一种石油或天然气开采中地热与油气共采的方法。

本发明的技术方案如下：

石油或天然气开采中地热与油气共采方法，包括以下的工艺流程：生产井完成钻井后下入套管并固井，在地层高温段进行导热固井，在地层低温段进行隔热固井；在油层或气层处从套管内射孔压裂作为生产通道，在油层或气层以上位于地层高温段的不同高度内从套管向岩层分段射孔、压裂，并向裂缝内填充导热填料形成从套管延伸到岩层的导热带；各分段射孔处下入短管并胀管密封套管上的射出的通孔；在套管内放入输送管，输送管的底端伸入油层或气层处；在油层或气层以上短管以下安装封隔器；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器冷凝段，输送管从重力热管换热器内穿出。

还包括调节管，调节管底端穿过封隔器伸入油层，调节管的上端穿出重力热管换热器冷凝段并设置阀门。

所述固井的工艺过程如下：

（1）钻井达到设计的深度后，向井筒内下入套管，套管外径小于井筒直径；

（2）固井：先向套管注入隔热水泥浆在套管外形成隔热水泥环，再向套管注入导热水泥浆在套管外形成导热水泥环完成固井。

所述固井工艺中的隔热水泥浆由普通水泥与水混合配置，所述导热水泥浆由普通水泥、导热填料和水混合配置，所述导热水泥浆中普通水泥与导热填料的重量配比为100:（5-100），其中导热填料的细度为0.04mm-0.5mm。

所述的导热填料包括石墨烯、高导热碳粉、银、铜、金、铝、钠、钼、钨、锌、镍、铁、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或几种成分。

所述套管对应于导热水泥环段为重力热管换热器的蒸发段，套管对应于隔热水泥环段为重力热管换热器的绝热段，所述的重力热管换热器冷凝段包括壳体、螺旋板，所述螺旋板安装于壳体内，壳体内安装竖直的螺旋板作为重力热管换热器的管程，套管和与其连接的壳体一起作为重力热管换热器的壳程，所述螺旋板的内部中空，该螺旋板的中心位置处沿着其轴线方向上设置有一输出管，所述输出管的上端贯穿壳体顶端并向外延伸，所述输出管与该螺旋板的中心端连通，所述螺旋板的外围端设置有一横向的输入管，所述输入管的一端与螺旋板的外围端连通，所述输入管的另一端贯穿壳体侧壁并向外延伸；壳体的侧壁上还设置一连通管。地热井中，按照地面利用所需的温度界定地层高温段和低温段的温度范围，高于地面利用所需温度的地热井段为高温段，低于地面利用所需温度的地热井段为低温段。

本发明的有益效果在于：

1. 除了对新建的石油井、天然气井在建设期间采用本发明方法所述的设计，实现地热与石油或天然气共采，还可以对已经建好或者废弃的石油井、天然气井进行改造，即在建好的石油井、天然气井的地层高温段设置导热带，下入封隔器和短管，实现地热与石油或天然气共采。

2. 本发明由于在地层高温段设置导热水泥环和导热带，使封隔器上部位于套管内壁和输送管外壁之间的液态工质能快速地吸收地层中高温岩层的热量受热蒸发，地层低温段设置隔热水泥环可避免上升的蒸汽热量损失。

3. 本发明通过连通管对封隔器上部的空间进行抽真空，封隔器上部的液态工质受热生成蒸汽上升传热，蒸汽在真空空间内传热快，传热效率可达95%以上，从而实现热量快速从地层高温段向重力热管换热器传递，使封隔器上部套管与输送管之间的空间一直保持高温状态，保证输出管上部石油或者天然气温度不降低，防止输出管内的石油或者天然气上升过程中因为温度降低导致结蜡、结垢而堵塞，提高生产井产量与设备的生产效率，同时重力热管换热器可最大限度地利用地热进行换热，从而将热源传递给需要加热的客体。

附图说明

图1为本发明所述生产井结构示意图；

图2为重力热管换热器俯视图；

图中各序号及对应的结构名称如下：

1-套管，2-生产通道，3-导热带，4-短管，5-通孔，6-输送管，7-封隔器，8-调节管，9-阀门，10-井筒，11-隔热水泥环，12-导热水泥环，13-壳体，14-螺旋板，15-输出管，16-输入管，17-连通管，18-油层或气层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1

石油或天然气开采中地热与油气共采方法，包括以下的工艺流程：生产井完成钻井后下入套管1并固井，在地层高温段进行导热固井，在地层低温段进行隔热固井；在油层或气层处从套管内射孔压裂作为生产通道2，在油层或气层以上位于地层高温段的不同高度内从套管向岩层分段射孔、压裂，并向裂缝内填充导热填料形成从套管1延伸到岩层的导热带3；各分段射孔处下入短管4并胀管密封套管上的射出的通孔5，保证套管1不泄压，能正常工作；在套管内放入输送管6，输送管6的底端伸入油层或气层处，生产井生产石油时，输送管6内输送石油，生产井生产天然气时输送管6输送天然气；在油层或气层以上短管4以下安装封隔器7；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器，输送管6从重力热管换热器内穿出。

还包括调节管8，调节管底端穿过封隔器7伸入油层，调节管的上端穿出重力热管换热器冷凝段并设置阀门9，调节管8只需在石油井生产中设置，在天然气井生产中天然气直接从输送管中输出无需另设调节管8调节套管1内的压力，在石油井生产中，调节管8可调节封隔器7以下套管1内的压力，因为在石油生产过程中产生的伴生气聚集在封隔器7以下的套管内，在封隔器7下部的压力达到封隔器的承压能力之内就要通过阀门9进行泄压，避免封隔器作用失效，此外，从调节管8排出的伴生气可作为燃烧或者供热用。

所述固井的工艺过程如下：

（1）钻井达到设计的深度后，向井筒10内下入套管1，套管外径小于井筒直径；

（2）固井：先向套管1注入隔热水泥浆在套管外形成隔热水泥环11，再向套管1注入导热水泥浆在套管外形成导热水泥环12完成固井，套管底部设置有能使水泥浆流向外部的通孔，从而进入套管与井筒之间的间隙内。

所述固井工艺中的隔热水泥浆由普通水泥与水混合配置，所述导热水泥浆由普通水泥、导热填料和水混合配置，所述导热水泥浆中普通水泥与导热填料的重量配比为100:（5-100），其中导热填料的细度为0.04mm-0.5mm。

所述的导热填料包括石墨烯、高导热碳粉、银、铜、金、铝、钠、钼、钨、锌、镍、铁、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或几种成分。

所述套管1对应于导热水泥环12段为重力热管换热器的蒸发段，套管1对应于隔热水泥环11段为重力热管换热器的绝热段，所述的重力热管换热器冷凝段包括壳体13、螺旋板14，所述螺旋板14安装于壳体13内，壳体13内安装竖直的螺旋板14作为重力热管换热器的管程，套管1和与其连接的壳体13一起作为重力热管换热器的壳程，所述螺旋板14的内部中空，该螺旋板14的中心位置处沿着其轴线方向上设置有一输出管15，所述输出管15的上端贯穿壳体13顶端并向外延伸，所述输出管15与该螺旋板14的中心端连通，所述螺旋板14的外围端设置有一横向的输入管16，进入螺栓板14内，所述输入管16的一端与螺旋板的外围端连通，所述输入管16的另一端贯穿壳体13侧壁并向外延伸；壳体13的侧壁上还设置一连通管17，传热工质从输入管16的一端进入螺旋板14内，吸热升温后从输出管15输出。

本发明的工作原理如下：

油层或气层18的石油或天然气经过生产通道2进入封隔器7下部的套管1内，并通过输送管6向生产井的外部输送，通过封隔器7将石油或天然气与套管上部的空间隔开，在封隔器7上部对应于地层高温段设置导热水泥环12和导热带3，可使远离井筒的岩层中的热量快速且源源不断的进入套管1进行热量交换，在封隔器7上部对应于地层低温段设置隔热水泥环11避免套管内的热量损失；连通管17外连接抽真空装置对该重力热管换热器的内部进行抽真空，抽真空之后再通过所述连通管17往该重力热管换热器的壳程内部加入液态工质，然后将所述连通管密封。液态工质会在蒸发段吸收来自地热层的热量，然后液态工质升温汽化，沿着套管1与输送管6之间的环空空间上升，汽化的工质上升到地面以上的冷凝段时，会与所述螺旋板14内的传热工质行换热工作，换热之后重力热管换热器壳程的汽态工质会凝结成液态，在重力的作用下回流到蒸发段再次受热蒸发，如此循环，所述螺旋板14内的传热工质从输入管16进入并吸热升温后从输出管15输出，从而将热源传递给需要加热的物体；采用本发明所述的方法实现石油与地热共采或天然气与地热共采，充分利用套管与输出管之间的环空空间，从而实现一井多采。

本发明所述的方法，由于在地层高温段设置导热水泥环12和导热带3，使封隔器7上部位于套管1内壁和输送管6外壁之间的液态工质能快速地吸收地层中高温岩层的热量受热蒸发，地层低温段设置隔热水泥环11可避免上升的蒸汽热量损失；另外通过连通管17对封隔器上部的空间进行抽真空，封隔器7上部的液态工质受热生成蒸汽上升传热，蒸汽在真空空间内传热快，传热效率可达95%以上，从而实现热量快速从地层高温段向重力热管换热器传递，使封隔器上部套管1与输送管6之间的空间一直保持高温状态，保证输出管6上部石油或者天然气温度不降低，防止输出管内的石油或者天然气上升过程中因为温度降低导致结蜡、结垢而堵塞，提高生产井产量与设备的生产效率，同时重力热管换热器可最大限度地利用地热进行换热，从而将热源传递给需要加热的客体。

除了对新建的石油井、天然气井在建设期间采用本发明方法所述的设计，实现地热与石油或天然气共采，还可以对已经建好或者废弃的石油井、天然气井进行改造，即在建好的石油井、天然气井的地层高温段设置导热带3，下入封隔器7和短管4，实现地热与石油或天然气共采。

Claims (6)

1.石油或天然气开采中地热与油气共采方法，其特征在于，包括以下的工艺流程：生产井完成钻井后下入套管（1）并固井，在地层高温段进行导热固井，在地层低温段进行隔热固井；在油层或气层处从套管内射孔压裂作为生产通道（2），在油层或气层以上位于地层高温段的不同高度内从套管向岩层分段射孔、压裂，并向裂缝内填充导热填料形成从套管（1）延伸到岩层的导热带（3）；各分段射孔处下入短管（4）并胀管密封套管上的射出的通孔（5）；在套管内放入输送管（6），输送管（6）的底端伸入油层或气层处；在油层或气层以上短管（4）以下安装封隔器（7）；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器冷凝段，输送管（6）从重力热管换热器内穿出。

2.如权利要求1所述的石油或天然气开采中地热与油气共采方法，其特征在于，还包括调节管（8），调节管底端穿过封隔器（7）伸入油层，调节管的上端穿出重力热管换热器冷凝段并设置阀门（9）。

3.如权利要求1所述的石油或天然气开采中地热与油气共采方法，其特征在于，所述固井的工艺过程如下：

（1）钻井达到设计的深度后，向井筒（10）内下入套管（1），套管外径小于井筒直径；

（2）固井：先向套管（1）注入隔热水泥浆形在套管外成隔热水泥环（11），再向套管（1）注入导热水泥浆在套管外形成导热水泥环（12）完成固井。

4.如权利要求3所述的石油或天然气开采中地热与油气共采方法，其特征在于，所述固井工艺中的隔热水泥浆由普通水泥与水混合配置，所述导热水泥浆由普通水泥、导热填料和水混合配置，所述导热水泥浆中普通水泥与导热填料的重量配比为100:（5-100），其中导热填料的细度为0.04mm-0.5mm。

5.如权利要求4所述的石油或天然气开采中地热与油气共采方法，其特征在于，所述的导热填料包括石墨烯、高导热碳粉、银、铜、金、铝、钠、钼、钨、锌、镍、铁、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或几种成分。

6.如权利要求3所述的石油或天然气开采中地热与油气共采方法，其特征在于，所述套管（1）对应于导热水泥环（12）段为重力热管换热器的蒸发段，套管（1）对应于隔热水泥环（11）段为重力热管换热器的绝热段，所述的重力热管换热器冷凝段包括壳体（13）、螺旋板（14），所述螺旋板（14）安装于壳体（13）内，壳体（13）内安装竖直的螺旋板（14）作为重力热管换热器的管程，套管（1）和与其连接的壳体（13）一起作为重力热管换热器的壳程，所述螺旋板（14）的内部中空，该螺旋板（14）的中心位置处沿着其轴线方向上设置有一输出管（15），所述输出管（15）的上端贯穿壳体（13）顶端并向外延伸，所述输出管（15）与该螺旋板（14）的中心端连通，所述螺旋板（14）的外围端设置有一横向的输入管（16），所述输入管（16）的一端与螺旋板的外围端连通，所述输入管（16）的另一端贯穿壳体（13）侧壁并向外延伸；壳体（13）的侧壁上还设置一连通管（17）。