CN110005386A - 一种地热资源同井注采循环利用方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种地热资源同井注采循环利用装置，包括固定在地面上的基座和通过基座安装的生产管柱，所述生产管柱内设置有内衬复合隔热管，在所述生产管柱的顶部和底部分别通过油管锚和封隔器与内衬复合隔热管连接，其中，所述油管锚为中空结构并在生产管柱和内衬复合隔热管之间形成采出水回流通道，所述封隔器的边缘为封闭结构并在内衬复合隔热管内形成地热水采出通道，还包括注采循环利用方法，通过同井注采的方式实现高温地层水的开采和低温地层水的回注，而且简化了故障处理的工序，节约了场地和投入成本，提高了效率。

Description

一种地热资源同井注采循环利用方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及地热注采技术领域，具体涉及一种地热资源同井注采循环利用方法及装置。

背景技术

地热资源是指贮存在地球内部的可再生热能，它不仅是一种十分宝贵的综合性矿产资源，还是一种洁净的能源资源，其功能多，用途广，可供发电、采暖等利用，多年的实践表明，地热资源的综合开发利用，其社会、经济和环境效益均很显著，在发展国民经济中已显示出越来越重要的作用。

目前地热资源开采，主要采用单井采高温地层水，经过地面换热器利用，另一口井对低温地层水进行同层回注工艺。这种工艺技术投入成本高，井必须成对出现(1采1注)，占地面积也大。针对这种情况，设计了同井注采循环利用工艺管柱，1口井实现高温地层水的开采，同时实现了同井将低温地层水回注到同层，节约了场地和投入成本。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种地热资源同井注采循环利用装置，包括固定在地面上的基座和通过基座安装的生产管柱，所述生产管柱内设置有内衬复合隔热管，在所述生产管柱的顶部和底部分别通过油管锚与封隔器和内衬复合隔热管连接，其中，所述油管锚为中空结构并在生产管柱和内衬复合隔热管之间形成采出水回流通道，所述封隔器的边缘为封闭结构并在内衬复合隔热管内形成地热水采出通道；

所述地热水采出通道通过地面换热装置与采出水回流通道形成循环通路，位于所述油管锚上方的内衬复合隔热管上安装有螺杆泵，位于封隔器两侧的所述生产管柱上分别设有地热水采出带和采出水回注带，在所述内衬复合隔热管的底部对应地热采出带的位置处设有母堵，并且在所述母堵内设有次级防砂筛管。

本发明实施例的特征还在于，所述内衬复合隔热管在所述螺杆泵的安装位置上设置有多功能悬挂封隔器，所述多功能悬挂封隔器的环边与生产管柱内壁支撑连接，且所述多功能悬挂封隔器为中空结构。

本发明实施例的特征还在于，所述地面换热装置通过输导管连接有设在基座上的上部管柱，所述上部管柱通过插管与螺杆泵连通。

本发明实施例的特征还在于，所述地热水采出带上固定安装有初级防砂筛网，且在所述内衬复合隔热管与生产管柱的底部之间设有缓流空间，所述缓流空间内设有固定安装在生产管柱和内衬复合隔热管上呈海鸥状的阻流片。

本发明实施例的特征还在于，所述生产管注和内衬复合隔热管之间还固定安装有若干个均匀分布的弹性复位固定桩，所述弹性复位固定桩包括分别固定安装在生产管注内壁和内衬复合隔热管外壁上的固定基座，所述固定基座之间通过弹簧柱塞连接。

本发明实施例的特征还在于，所述内衬复合隔热管内壁上呈螺旋状安装有导流片，且在内衬复合隔热管中心设有直流通道，所述导流片均与内衬复合隔热管呈°～°夹角，所述导流片的开口朝下。

另外，本发明还提供了一种地热资源同井注采循环利用方法，通过在同一口井内同时放入生产管柱和内衬复合隔热管，并且将生产管柱和内衬复合隔热管的两端分别通过油管锚和封隔器固定支撑，在内衬复合隔热管的顶部设置有多功能悬挂封隔器，且在所述多功能悬挂封隔器上安装有螺杆泵，在生产管柱和内衬复合隔热管之间形成采出水回流通道，并在内衬复合隔热管内形成地热水采出通道，通过螺杆泵的泵出作用使得地热水采出通道通过地面换热装置与采出水回流通道形成回路循环利用地热，具体包括如下步骤：步骤100、开启螺杆泵，通过螺杆泵的泵出作用将地热水从地热水采出通道中采出，并输送至地面换热装置中与市政供暖水进行热能交换；

步骤200、交换热能后的采出水通过采出水回流通道重新回注至地下采层进行热能补充。

本发明实施例的特征还在于，所述多功能悬挂封隔器还直接与生产管柱连接，起到支撑固定生产管柱和内衬复合隔热管的作用，所述螺杆泵通过卡合的方式安装在多功能悬挂封隔器上且连通内衬复合隔热器和上部管柱。

本发明实施例的特征还在于，在步骤200中，采出水的回注具体步骤为：

步骤201、将交换热能后的采出水输入到基础增压泵中进行增压，将回注压力增加至基础压力6.9Mpa～7.8Mpa；

步骤202、将增压至基础压力的采出水注入调节增压泵中，对采出水进行周期性的波动增压，使采出水的回注压力在6.9Mpa～17.2Mpa之间波动。

本发明实施例的特征还在于，还包括在抽采中期，对地层的射孔或压裂，具体的步骤为：

确定需要进行射孔的地热水采出带和采出水回注带，取出母堵、次级防砂筛管和阻流片，并且通过井下安装聚能射孔枪的方式进行炸裂射孔，在地热水的采出带还包括压裂，通过地面的高压泵车通过内衬复合隔热管向地热水采出带输送高压水进行反冲压裂，在反冲压裂的同时注入孔隙支撑剂。

本发明实施例具有如下优点：

本发明通过采用同井注采循环利用的工艺管柱，1口井实现高温地层水的开采和低温地层水的回注，节约了场地和投入成本，与此同时通过改进多功能悬挂封隔器的应用，将螺杆泵和位于生产井内的管柱以活动连接的方式固定，当发生故障时无需再另行固定管柱就可以直接取出螺杆泵等故障组件进行维护处理，以快速修复相应的故障，不需要起出全井管柱，简化了工序，节省时间和费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明缓流空间结构示意图；

图3为本发明弹性复位固定桩安装结构示意图；

图4为本发明注采工艺的流程示意图；

图中：1-基座；2-生产管柱；3-内衬复合隔热管；4-油管锚；5-封隔器；6-采出水回流通道；7-地热水采出通道；8-地面换热装置；9-螺杆泵；10-地热水采出带；11-采出水回注带；12-母堵；13-次级防砂筛管；14-多功能悬挂封隔器；15-上部管柱；16-插管；17-初级防砂筛网；18-缓流空间；19-阻流片；20-弹性复位固定桩；21-固定基座；22-弹簧柱塞；23-导流片；24-直流通道。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明提供了一种地热资源同井注采循环利用装置，以同井注采的方式采出地热水，节省了打井的生产成本和土地成本，并通过地面换热装置利用其热能，再将采出水全部回注至采出地层来恢复其热能，实现地热能的往复循环再利用，具体地，该装置包括固定在地面上的基座1和通过基座1安装的生产管柱2，所述生产管柱2内设置有内衬复合隔热管3，在所述生产管柱2的顶部和底部分别通过油管锚4与封隔器5和内衬复合隔热管3连接，其中，所述油管锚4为中空结构并在生产管柱2和内衬复合隔热管3之间形成采出水回流通道6，所述封隔器5的边缘为封闭结构并在内衬复合隔热管3内形成地热水采出通道7，利用内衬复合隔热管3能够降低管内热量损失，实现生产管柱2内外的隔离，防止采出水在同井回注的过程吸收高温地热水的热量，从而保证高温地层水排采到地面时具有较高的温度。

所述地热水采出通道7通过地面换热装置8与采出水回流通道6形成循环通路，位于所述油管锚4上方的内衬复合隔热管3上安装有螺杆泵9，位于封隔器5两侧的所述生产管柱2上分别设有地热水采出带10和采出水回注带11，在所述内衬复合隔热管3的底部对应地热采出带10的位置设有母堵12，并且在所述母堵12内设有次级防砂筛管13。

所述内衬复合隔热管3在所述螺杆泵9的安装位置上设置有多功能悬挂封隔器14，所述多功能悬挂封隔器14的环边与生产管柱2内壁支撑连接，该多功能悬挂封隔器14能够起到固定生产管柱2和内衬复合隔热管3的作用，在本发明中，它还能够起到连接位于地下的内衬复合隔热管3和螺杆泵9的作用，将这两者分割开，形成一个可活动连接的结构，且所述多功能悬挂封隔器14为中空结构。进一步地，所述地面换热装置8通过输导管连接有设在基座1上的上部管柱15，所述上部管柱15通过插管16与螺杆泵8连通。

在上述中，本实施方式中，由于是同井注采，在井管内将会产生不同的压力，在这个非平衡力的作用下会使得内衬复合隔热管3发生晃动，影响这个工艺的进行，而该晃动则是为了克服井内的非平衡力，不能采用常规固井的方式来进行固定，为了解决上述问题，在本技术方案中在所述生产管注2和内衬复合隔热管3之间固定安装有若干个均匀分布的弹性复位固定桩20，该弹性复位固定桩20具有支撑和弹性复位的能力，即能够起到支撑作用，当受到非平衡力使得内衬复合隔热管3发生偏离时将会及时通过弹性作用力将其复位，不会使其在长期的晃动中产生不利的影响，而且还会因为其弹性复位作用削减其非平衡力。具体的，所述弹性复位固定桩20包括分别固定安装在生产管注2内壁和内衬复合隔热管3外壁上的固定基座21，所述固定基座21之间通过弹簧柱塞22连接。

由于采用活动连接的结构，当用于生产的螺杆泵9出现故障需要维修时，不需要起出全井管柱，只需要起出多功能悬挂封隔器14以上管柱和插管即可完成取出螺杆泵9进行维修处理，简化了工序，节省时间和费用。

另外，由于在井内采用多功能悬挂封隔器14进行固定和支撑，因此，当需要起出井内固定的生产管柱2时，就首先需要通过配套的专用捞矛下井打捞多功能悬挂封隔器14，通过上提解封，再继续加大上提的拉力，使得封隔器Y441和LEP封隔器解封，起出井内管柱。

在上述的基础上，由于地热水是直接从地层中抽取出来，那么必然在地热水中将会蕴含大量的泥沙，而在地热水的应用中，防砂就是必要的工作，而又因为地热水的应用和油气开采不一致，常规的、成熟的油气开采的防砂并不适用于本发明。因此，基于本技术方案的特征，开发出如下方式的防砂技术方案，具体如下所述。

第一步：在所述地热水采出带10上固定安装有初级防砂筛网17，且因为在所述内衬复合隔热管3与生产管柱2的底部之间设有缓流空间18，因此所述缓流空间18内设有固定安装在生产管柱2和内衬复合隔热管3上呈海鸥状的阻流片19。通过该设置的方式在于，首先，通过初级防砂筛网17的筛选作用能够阻止泥沙进入管道中，因此能够起到第一步的过滤作用，由于泥沙不能够完全通过过滤的作用去除，因此必然还会有泥沙进入管道内，由于在地热的应用中将会利用地层压力来开采地热水，因此地热水在开采的时候由于地层压力和地面的抽采作用将会形成具有一定流速的水流，如果是任由水流直接进入内衬复合隔热管3那么必然将会带入大量的泥沙，其后果就是堵塞管道或者对设备产生磨蚀作用，因此，基于上述考虑在缓流空间18内设置成海鸥状的阻流片19，改变水流直接进入管道的流向，使其能够产生阻力使得蕴含在其中的泥沙沉降下来，不会随着地热水进入管道。

第二步：所述内衬复合隔热管3内壁上呈螺旋状安装有导流片23，且在内衬复合隔热管3中心设有直流通道24，所述导流片23均与内衬复合隔热管3呈30°～45°夹角，所述导流片23的开口朝下。由于在内衬复合隔热管3内部增设导流片23，那么将会使得贴壁流会沿着导流片23呈螺旋状上升，而在螺旋上升的过程则会降低流体的动能，其携带能力又会进一步地降低，从而使其携带的泥沙由于自重的原因自然沉降，避免泥沙大量进入位于地面的设备中，降低对设备的磨蚀。另外，本发明还提供了一种地热资源同井注采循环利用方法，通过在同一口井内同时放入生产管柱和内衬复合隔热管，并且将生产管柱和内衬复合隔热管的两端分别通过油管锚和封隔器固定支撑，在生产管柱和内衬复合隔热管之间形成采出水回流通道，并在内衬复合隔热管内形成地热水采出通道，在内衬复合隔热管的顶部设置有多功能悬挂封隔器，且在所述多功能悬挂封隔器上安装有螺杆泵，通过螺杆泵的泵出作用使得地热水采出通道通过地面换热装置与采出水回流通道形成回路循环利用地热，如图4所示，具体包括如下步骤：

步骤100、开启螺杆泵，通过螺杆泵的泵出作用将地热水从地热水采出通道中采出，并输送至地面换热装置中与市政供暖水进行热能交换；

步骤200、交换热能后的采出水通过采出水回流通道重新回注至地下采层进行热能补充。

所述多功能悬挂封隔器还直接与生产管柱连接，起到支撑固定生产管柱和内衬复合隔热管的作用，所述螺杆泵通过卡合的方式安装在多功能悬挂封隔器上且连通内衬复合隔热器和上部管柱。

在上述注采方法中，由于地层的环境不一样，对于一些孔渗结构不好的地层则必要采用射孔或者压裂的方式去增强孔渗作用，改善地层的环境，提高其产量。

因此，在本技术方案中还包括在抽采中期对地层的射孔或压裂，具体的步骤为：

确定需要进行射孔的地热水采出带和采出水回注带，取出母堵、次级防砂筛管和阻流片，并且通过井下安装聚能射孔枪的方式进行炸裂射孔，需要注意的是，射孔可以针对于地热水的开采和低温水的回注，而压裂则只针对于地热水的回注，这是由于回注的过程中压力时人为控制的，可以通过压力的控制来实现低温水的回注，不需要进行压裂，从而可以保护地层结构以及降低开采成本，而且一般来说，在该工艺中，回注的位置是上一次的采集带，因此通过回注压力的改变来综合利用原有的地层结构，无需再次进行压裂。

在地热水的采出带还包括压裂，通过地面的高压泵车通过内衬复合隔热管向地热水采出带输送高压水进行反冲压裂，在反冲压裂的同时注入孔隙支撑剂。需要注意的是，本技术方案中压裂并不简单是直接对地层压裂，它也不仅仅存在于开采初期，而是存在于开采的任意时期，只要是必要的时刻均可以对地层进行压裂，而在压裂的过程中还可以利用这个压裂的压力对管道进行反冲，来疏通采集通道，已达到最优的开采效果。

另外，在步骤200中，采出水的回注具体步骤为：

步骤201、将交换热能后的采出水输入到基础增压泵中进行增压，将回注压力增加至基础压力6.9Mpa～7.8Mpa；

步骤202、将增压至基础压力的采出水注入调节增压泵中，对采出水进行周期性的波动增压，使采出水的回注压力在6.9Mpa～17.2Mpa之间波动。

通过周期性的应用波动增压方式来进行低温水的回注，能够利用压力的波动性来改变孔隙的堵塞，使其在不需要使用压裂的前提下也能够很好的进行回注。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种地热资源同井注采循环利用装置，包括固定在地面上的基座(1)和通过基座(1)安装的生产管柱(2)，所述生产管柱(2)内设置有内衬复合隔热管(3)，其特征在于，在所述生产管柱(2)的顶部和底部分别通过油管锚(4)与封隔器(5)和内衬复合隔热管(3)连接，其中，所述油管锚(4)为中空结构并在生产管柱(2)和内衬复合隔热管(3)之间形成采出水回流通道(6)，所述封隔器(5)的边缘为封闭结构并在内衬复合隔热管(3)内形成地热水采出通道(7)；

所述地热水采出通道(7)通过地面换热装置(8)与采出水回流通道(6)形成循环通路，位于所述油管锚(4)上方的内衬复合隔热管(3)上安装有螺杆泵(9)，位于封隔器(5)两侧的所述生产管柱(2)上分别设有地热水采出带(10)和采出水回注带(11)，在所述内衬复合隔热管(3)的底部对应地热采出带(10)的位置处设有母堵(12)，并且在所述母堵(12)内设有次级防砂筛管(13)。

2.根据权利要求1所述一种地热资源同井注采循环利用装置，其特征在于，所述内衬复合隔热管(3)在所述螺杆泵(9)的安装位置上设置有多功能悬挂封隔器(14)，所述多功能悬挂封隔器(14)的环边与生产管柱(2)内壁支撑连接，且所述多功能悬挂封隔器(14)为中空结构。

3.根据权利要求1所述一种地热资源同井注采循环利用装置，其特征在于，所述地面换热装置(8)通过输导管连接有设在基座(1)上的上部管柱(15)，所述上部管柱(15)通过插管(16)与螺杆泵(8)连通。

4.根据权利要求1所述一种地热资源同井注采循环利用装置，其特征在于，所述地热水采出带(10)上固定安装有初级防砂筛网(17)，且在所述内衬复合隔热管(3)与生产管柱(2)的底部之间设有缓流空间(18)，所述缓流空间(18)内设有固定安装在生产管柱(2)和内衬复合隔热管(3)上呈海鸥状的阻流片(19)。

5.根据权利要求1所述一种地热资源同井注采循环利用装置，其特征在于，所述生产管注(2)和内衬复合隔热管(3)之间还固定安装有若干个均匀分布的弹性复位固定桩(20)，所述弹性复位固定桩(20)包括分别固定安装在生产管注(2)内壁和内衬复合隔热管(3)外壁上的固定基座(21)，所述固定基座(21)之间通过弹簧柱塞(22)连接。

6.根据权利要求1所述一种地热资源同井注采循环利用装置，其特征在于，所述内衬复合隔热管(3)内壁上呈螺旋状安装有导流片(23)，且在内衬复合隔热管(3)中心设有直流通道(24)，所述导流片(23)均与内衬复合隔热管(3)呈30°～45°夹角，所述导流片(23)的开口朝下。

7.一种地热资源同井注采循环利用方法，通过在同一口井内同时放入生产管柱和内衬复合隔热管，并且将生产管柱和内衬复合隔热管的两端分别通过油管锚和封隔器固定支撑，在内衬复合隔热管的顶部设置有多功能悬挂封隔器，且在所述多功能悬挂封隔器上安装有螺杆泵，其特征在于，在生产管柱和内衬复合隔热管之间形成采出水回流通道，并在内衬复合隔热管内形成地热水采出通道，通过螺杆泵的泵出作用使得地热水采出通道通过地面换热装置与采出水回流通道形成回路循环利用地热，具体包括如下步骤：步骤100、开启螺杆泵，通过螺杆泵的泵出作用将地热水从地热水采出通道中采出，并输送至地面换热装置中与市政供暖水进行热能交换；

步骤200、交换热能后的采出水通过采出水回流通道重新回注至地下采层进行热能补充。

8.根据权利要求7所述一种地热资源同井注采循环利用方法，其特征在于，所述多功能悬挂封隔器还直接与生产管柱连接，起到支撑固定生产管柱和内衬复合隔热管的作用，所述螺杆泵通过卡合的方式安装在多功能悬挂封隔器上且连通内衬复合隔热器和上部管柱。

9.根据权利要求7所述一种地热资源同井注采循环利用方法，其特征在于，在步骤200中，采出水的回注具体步骤为：

步骤201、将交换热能后的采出水输入到基础增压泵中进行增压，将回注压力增加至基础压力6.9Mpa～7.8Mpa；

步骤202、将增压至基础压力的采出水注入调节增压泵中，对采出水进行周期性的波动增压，使采出水的回注压力在6.9Mpa～17.2Mpa之间波动。

10.根据权利要求7所述一种地热资源同井注采循环利用方法，其特征在于，还包括在抽采中期，对地层的射孔或压裂，具体的步骤为：

确定需要进行射孔的地热水采出带和采出水回注带，取出母堵、次级防砂筛管和阻流片，并且通过井下安装聚能射孔枪的方式进行炸裂射孔，在地热水的采出带还包括压裂，通过地面的高压泵车通过内衬复合隔热管向地热水采出带输送高压水进行反冲压裂，在反冲压裂的同时注入孔隙支撑剂。