CN110952928B - 高效开发利用干热岩完井装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效开发利用干热岩完井装置及方法，包含一开套管、二开套管、环形弯曲导流器、绝热管、封隔器和抗高温水泥塞，所述二开套管的末端通过抗高温水泥塞进行封闭，所述二开套管包含依次设置的垂直段、水平段及连接垂直段和水平段的弧形过渡段，所述绝热管与二开套管形状相同且在二开套管内延伸，所述绝热管的末端延伸至抗高温水泥塞且后端设有绝热管孔眼，所述环形弯曲导流器套合于绝热管的外缘且从二开套管的垂直段延伸至绝热管的后端，所述封隔器位于环形弯曲导流器的末端和绝热管的绝热管孔眼前侧之间；由此，本发明能克服现有技术的缺陷，确保低成本且有效地将干热岩热量传递至地面加以利用，利用效率更高，利用效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及干热岩开发利用的技术领域，尤其涉及一种高效开发利用干热岩完井装置及方法。
背景技术
随着传统能源石油天然气与煤炭持续大量开发，其面临日趋枯竭，然而干热岩作为地热资源的一种储量丰富新型清洁可再生能源逐渐被关注。
目前，干热岩开发利用均是通过人工从地面注室温水到地下干热岩层，地面室温水充分吸收干热岩能量转换成高温水，携带地热能量的高温水流经相应通道返排到地面用于发电及取暖等。
现存开发利用干热岩钻完井方法可主要分为两类：一是在储存干热岩区块相距一定距离钻两口连通井，其呈U型状，然后对两口井的干热岩储层实施压裂工艺，最后选取一口井利用高压泵从地面注室温水到地下干热岩储层，从另外一口井返出携带地热能量的高温水，代表专利有《一种两井连通循环增强型地热系统完井方法》、专利公布号CN106640028A，该钻完井方法的实施需要钻取两口井及压裂施工致使干热岩开发利用复杂难度较大、成本较高、施工时所需面积比较大。另一类是在储存干热岩区块钻取一口大位移长水平井，采用单井循环开发利用干热岩，代表专利有《一种单井循环增强型地热系统完井方法》、专利公布号CN106894804A，该钻完井方法需要钻取大位移长水平井段目的在于以确保注入地面室温水能够充分吸取干热岩热量，然而大位移长水平段的钻取对于钻头、井底钻具组合等抗高温要求高，原因在于钻头、井底钻具组合等随着大位移水平段钻进长度增加，其处于高温环境时间增加，同时随着大位移水平段钻进长度增加，对于地面钻井设备要求严格，成本较高。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种高效开发利用干热岩完井装置及方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效开发利用干热岩完井装置及方法，能克服现有技术的缺陷，确保低成本且有效地将干热岩热量传递至地面加以利用，利用效率更高，利用效果更好。
为实现上述目的，本发明公开了一种高效开发利用干热岩完井装置，包含一开套管、二开套管、环形弯曲导流器、绝热管、封隔器和抗高温水泥塞，其特征在于：
所述二开套管的末端通过抗高温水泥塞进行封闭，所述二开套管包含依次设置的垂直段、水平段及连接垂直段和水平段的弧形过渡段，所述绝热管与二开套管形状相同且在二开套管内延伸，所述绝热管的末端延伸至抗高温水泥塞且后端设有绝热管孔眼，所述环形弯曲导流器套合于绝热管的外缘且从二开套管的垂直段延伸至绝热管的后端，所述封隔器位于环形弯曲导流器的末端和绝热管的绝热管孔眼前侧之间以将环形弯曲导流器和绝热管之间进行封隔。
其中：所述一开套管为常规套管，二开套管为传热抗高温套管。
其中：所述一开套管套设于二开套管垂直段的上端。
其中：所述环形弯曲导流器包含导流器垂直段、导流器水平段及位于中间的导流器弧形过渡段，所述导流器垂直段和导流器弧形过渡段为平滑的圆筒状结构，所述导流器水平段为螺旋状结构，所述螺旋状结构为圆筒的周缘向外凸出以形成螺旋状凸起。
其中：所述螺旋状结构的螺旋状凸起的截面为半圆形，其直径与相邻螺旋状凸起的距离相等，所述螺旋状凸起的外缘顶端与二开套管内壁之间的距离为其直径的1/3至1/4。
还公开了一种高效开发利用干热岩完井方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤一：通过一开钻进下入一开套管，再通过二开钻进并下入二开套管，由此，通过小位移短水平井及井身结构采用二开钻进下套管方法，其中，二开钻进可采用短水平段下套管；
步骤二：将环形弯曲导流器和绝热管从二开套管下入；
步骤三：将地面室温水通过环形弯曲导流器与二开套管之间的环空流入井底，地面室温水吸取干热岩热量，高温水通过绝热管孔眼进入绝热管内环空，高温水流出井底通道。
通过上述内容可知，本发明的高效开发利用干热岩完井装置及方法具有如下效果：
1、通过小位移短水平井低成本高效地将干热岩热量传递至地面加以利用，确保低成本且有效地将干热岩热量传递至地面加以利用；
2、地面室温水高速流经环形弯曲导流器平滑段与抗高温技术套管之间环空，然后室温水流经短水平井段时，环形弯曲导流器螺旋状段能够大幅度减小水流速度，延长水流过经环形弯曲导流器装置与二开套管之间水平段环空时间，从而使得室温水在短水平井段能充分吸取干热岩热量，室温水转换成高温水，高温水流经绝热管孔眼进入绝热管，最后高温水经绝热管流出到地表地热能源利用装置，实现了高效利用干热岩的热量。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的高效开发利用干热岩完井装置的结构示意图。
图2显示了本发明的环形弯曲导流器结构示意图。
具体实施方式
参见图1，显示了本发明的高效开发利用干热岩完井装置。
所述高效开发利用干热岩完井装置包含一开套管1、二开套管2、环形弯曲导流器3、绝热管4、封隔器5和抗高温水泥塞7，所述一开套管1为常规套管，二开套管2为传热抗高温套管，所述二开套管2的末端通过抗高温水泥塞7进行封闭，所述二开套管2包含依次设置的垂直段、水平段及连接垂直段和水平段的弧形过渡段，所述一开套管1套设于二开套管2垂直段的上端，所述绝热管4与二开套管2 形状相同且在二开套管2内延伸，所述绝热管4的末端延伸至抗高温水泥塞7且后端设有绝热管孔眼6，所述环形弯曲导流器3套合于绝热管4的外缘且从二开套管2的垂直段延伸至绝热管4的后端，所述封隔器5位于环形弯曲导流器3的末端和绝热管4的绝热管孔眼前侧间以将环形弯曲导流器3和绝热管4之间进行封隔。
由此，本发明的高效开发利用干热岩完井装置中，环形弯曲导流器装置与二开套管之间形成的环空是地面室温水流入井底的通道，室温水被干热岩加热后通过绝热管孔眼进入绝热管，绝热管内的通道是高温水流出井底的通道，封隔器防止高温水进入绝热管与环形弯曲导流器装置之间的环空，二开套管与绝热管水平段的末端采用抗高温水泥塞密封。
其中，参见图2，显示了环形弯曲导流器3的具体实施例，所述环形弯曲导流器3包含导流器垂直段、导流器水平段及位于中间的导流器弧形过渡段，所述导流器垂直段和导流器弧形过渡段为平滑的圆筒状结构，所述导流器水平段为螺旋状结构，所述螺旋状结构为圆筒的周缘向外凸出以形成螺旋状凸起(如图2所示)，而通过这种水平段的螺旋结构，使得大幅度减小水流速度，延长水流过经环形弯曲导流器装置与二开套管之间水平段环空的时间，从而使得室温水在短水平井段能充分吸取干热岩热量。
优选的是，所述螺旋状结构的螺旋状凸起的截面优选为半圆形，其直径与相邻螺旋状凸起的距离相等，所述螺旋状凸起的外缘顶端与二开套管内壁之间的距离为其直径的1/3至1/4，通过这种半圆形的截面以及具体的参数限定，即保证了水流的有效通过，还能使得水流经螺旋状凸起的阻隔而产生紊流和乱流，以充分吸收热量并进行后续流动。
本发明还涉及了一种高效开发利用干热岩完井方法，其包含如下步骤：
步骤一：通过一开钻进下入一开套管，再通过二开钻进并下入二开套管，由此，通过小位移短水平井及井身结构采用二开钻进下套管方法，其中，二开钻进可采用短水平段下套管；
步骤二：将环形弯曲导流器和绝热管从二开套管下入；
步骤三：将地面室温水通过环形弯曲导流器与二开套管之间的环空流入井底，地面室温水吸取干热岩热量，高温水通过绝热管孔眼进入绝热管内环空，高温水流出井底通道。
由此，地面室温水高速流经环形弯曲导流器的平滑部分与二开套管之间环空，然后室温水流经短水平井段时，环形弯曲导流器的螺旋状结构能够大幅度减小水流速度，延长水流过经环形弯曲导流器装置与二开套管之间水平段环空时间，从而使得室温水在短水平井段能充分吸取干热岩热量，室温水转换成高温水，高温水流经绝热管孔眼进入绝热管，最后高温水经绝热管流出到地表地热能源利用装置。
由此可见，本发明的优点在于：
1、通过小位移短水平井低成本高效地将干热岩热量传递至地面加以利用，确保低成本且有效地将干热岩热量传递至地面加以利用；
2、地面室温水高速流经环形弯曲导流器平滑段与抗高温技术套管之间环空，然后室温水流经短水平井段时，环形弯曲导流器螺旋状段能够大幅度减小水流速度，延长水流过经环形弯曲导流器装置与二开套管之间水平段环空时间，从而使得室温水在短水平井段能充分吸取干热岩热量，室温水转换成高温水，高温水流经绝热管孔眼进入绝热管，最后高温水经绝热管流出到地表地热能源利用装置，实现了高效利用干热岩的热量。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (4)
1.一种高效开发利用干热岩完井装置，包含一开套管、二开套管、环形弯曲导流器、绝热管、封隔器和抗高温水泥塞，其特征在于：
所述二开套管的末端通过抗高温水泥塞进行封闭，所述二开套管包含依次设置的垂直段、水平段及连接垂直段和水平段的弧形过渡段，所述绝热管与二开套管形状相同且在二开套管内延伸，所述绝热管的末端延伸至抗高温水泥塞且后端设有绝热管孔眼，所述环形弯曲导流器套合于绝热管的外缘且从二开套管的垂直段延伸至绝热管的后端，所述封隔器位于环形弯曲导流器的末端和绝热管的绝热管孔眼前侧之间以将环形弯曲导流器和绝热管之间进行封隔；
所述环形弯曲导流器包含导流器垂直段、导流器水平段及位于中间的导流器弧形过渡段，所述导流器垂直段和导流器弧形过渡段为平滑的圆筒状结构，所述导流器水平段为螺旋状结构，所述螺旋状结构为圆筒的周缘向外凸出以形成螺旋状凸起，所述螺旋状结构的螺旋状凸起的截面为半圆形，其直径与相邻螺旋状凸起的距离相等，所述螺旋状凸起的外缘顶端与二开套管内壁之间的距离为其直径的1/3至1/4，环形弯曲导流器螺旋状段能够大幅度减小水流速度，延长水流过经环形弯曲导流器装置与二开套管之间水平段环空时间，从而使得室温水在短水平井段能充分吸取干热岩热量，室温水转换成高温水，高温水流经绝热管孔眼进入绝热管，最后高温水经绝热管流出到地表地热能源利用装置，实现了高效利用干热岩的热量。
2.如权利要求1所述的高效开发利用干热岩完井装置，其特征在于：所述一开套管为常规套管，二开套管为传热抗高温套管。
3.如权利要求1所述的高效开发利用干热岩完井装置，其特征在于：所述一开套管套设于二开套管垂直段的上端。
4.一种如权利要求1-3中任一所述的高效开发利用干热岩完井装置的完井方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤一：通过一开钻进下入一开套管，再通过二开钻进并下入二开套管，由此，通过小位移短水平井及井身结构采用二开钻进下套管方法，其中，二开钻进可采用短水平段下套管；
步骤二：将环形弯曲导流器和绝热管从二开套管下入；
步骤三：将地面室温水通过环形弯曲导流器与二开套管之间的环空流入井底，地面室温水吸取干热岩热量，高温水通过绝热管孔眼进入绝热管内环空，高温水流出井底通道。
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