CN111535739B - 一种水热型地热井产热能评价系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水热型地热井产热能评价系统，包括控制单元和分别与该控制单元连接的钻探装置、热能检测装置、爆破压裂装置、灌浆装置；控制单元用于控制所有装置和单元的运行；钻探装置包括钻井，控制单元控制钻井钻探到一级深度、二级深度以及深层深度；热能检测装置包括温度检测件，温度检测件通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的热能进行检测；爆破压裂装置用于在温度检测件分别对每级深度进行热能检测的同时对该深度进行横向爆破；本发明提供一种能对地热井不同深度横向纵向的温度进行检测，同时还能检测常用层和储热层热能的水热型地热井产热能评价系统及方法。
Description
技术领域
本发明属于地热地质领域，具体涉及一种水热型地热井产热能评价系统及评价方法。
背景技术
目前水热型地热资源是以蒸汽为主的地热资源和以液态水为主的地热资源的统称，水热型地热资源作为清洁供暖能源发展迅速，同时为了推行低碳经济的国策，我省近几年明显加快了地热资源勘查工作，对于地热钻井，特别是对于大口径的钻井多采用石油钻机或水源钻机，地热钻井包括三大系统，提升系统、旋转系统、循环系统，主要设备有八大件，天车、游动滑车、大钩、水龙头、转盘、绞车、泥浆泵、井架等，绞车等；对于地热资源的合理利用能有效的解决能源问题，同时对于地热井产热能的合理评价能保证热能符合使用需求，但是现有技术中缺少对于地热井产热能评价的方法。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种能对地热井不同深度横向纵向的温度进行检测，利用温度检测数据来计算产热能，同时还能检测常用层和储热层热能的水热型地热井产热能评价系统及方法。
本发明的技术方案是：一种水热型地热井产热能评价系统，包括控制单元和分别与该控制单元连接的钻探装置、热能检测装置以及爆破压裂装置；
所述控制单元用于控制所有装置和单元的运行；
所述钻探装置包括钻井，钻井与控制单元连接，控制单元控制钻井钻探到一级深度、二级深度以及深层深度；
所述热能检测装置包括温度检测件，温度检测件通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的热能进行检测，温度检测件还与控制单元连接；
所述爆破压裂装置用于接收控制单元的信号，在温度检测件分别对每级深度进行热能检测的同时对该深度进行横向爆破。
上述控制单元还与压力检测装置、孔隙率检测单元、数据分析处理单元以及数值显示单元连接；
上述压力检测装置包括压力检测件，压力检测件通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的压力进行检测，压力检测件与上述控制单元连接；
上述孔隙率检测单元包括孔隙率测量仪，孔隙率测量仪与上述控制单元连接用于检测不同储热层的孔隙率；
上述数据分析处理单元用于分析和处理所有检测到的数据，并将检测到的数据整理成数字表格，用于后续分析整理；
上述数值显示单元用于将数据分析处理单元的数据显示出来，以便更直观的理解。
上述热能检测装置还包括一级套管、二级套管、三级套管和封隔器；所述一级套管、二级套管、三级套管分别对应送入到一级深度、二级深度以及深层深度；所述封隔器的驱动装置与上述控制单元连接，控制单元能控制封隔器运动到不同的深度对不同深度的热能进行封隔。
上述爆破压裂装置采用的压裂技术为限流压裂技术或者水力喷裂技术，利用导线将爆破压裂装置分别送入到一级套管、二级套管或三级套管，爆破压裂装置对一级套管、二级套管或三级套管进行爆破处理，利用爆破装置将套管壁爆破，爆破后射孔，射孔后利用水源将裂孔压裂，使裂孔产生裂缝，在产生裂纹后，向其内部注入导热填料，在添加导热填料后，使裂缝延伸到预设的长度，之后控制单元控制热能检测装置采集裂缝横向温度。
上述温度检测件为温度传感器，温度检测件通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的热能进行检测，温度传感器与上述控制单元连接；所述压力检测件为压力传感器，压力检测件通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的压力进行检测，压力传感器与上述控制单元连接，温度传感器和压力传感器用于检测不同位置横向和纵向温度以及压力。
一种水热型地热井产热能评价方法：
1)利用控制单元启动钻探装置的钻井使先钻探到一级深度，具体钻探方法与现有技术中的钻探方法相同；
2)在钻探装置钻探到一级深度后，向其内部下一级套管，使一级套管进入到一级深度；
3)在一级套管的底部安装浮箍；
4)爆破压裂装置放入到一级套管中，利用爆破压裂装置对一级套管进行爆破处理；
5)向钻孔内注入导热材料，导热材料后进入到孔壁出现的横向裂纹内，裂纹会延伸到预设的长度；
6)产生横向裂纹后，将热能检测装置的温度检测件通过电缆放入到钻孔中一级深度中，分别对一级深度的横向和纵向温度进行检测；
7)压力检测装置的压力检测件和孔隙率检测单元的孔隙率测量仪也都通过电缆放入到钻孔中对该层深度的压力和孔隙率进行检测；
8)一级深度的温度检测完成后，利用控制单元继续启动钻探装置的钻井使继续向下钻探到二级深度，具体钻探方法与现有技术中的钻探方法相同；
9)在钻探装置钻探到二级深度后，向其内部下二级套管，使二级套管进入到二级深度；
10)在二级套管的底部安装浮箍；
11)启动控制单元控制封隔器运动到一级深度对热能进行封隔；
12)将爆破压裂装置放入到二级套管中，利用爆破压裂装置对二级套管进行爆破处理；
13)向钻孔内注入导热材料，导热材料后进入到孔壁出现的横向裂纹内，裂纹会延伸到预设的长度；
14)产生横向裂纹后，将热能检测装置的温度检测件通过电缆放入到钻孔中二级深度中，分别对二级深度的横向纵向温度进行检测；
15)压力检测装置的压力检测件和孔隙率检测单元的孔隙率测量仪也都通过电缆放入到钻孔中对该层深度的压力和孔隙率进行检测；
16)二级深度的温度检测完成后，利用控制单元继续启动钻探装置的钻井使继续向下钻探到深层深度；
17)在钻探装置钻探到深层深度后，向其内部下三级套管，使三级套管进入到深层深度，深层深度为储热层，储热层的热能检测方法与二级深度的热能检测方法相同；
18)所有的数据检测好之后发送给数据分析处理单元对数据进行分析和处理同时显示在数值显示单元的显示屏上。
本发明的有益效果：
本发明提供的水热型地热井产热能评价系统主要是对地热井的产热能进行合理的评价，而地热能在不同的深度分布是不相同的，本发明对地热井产热能分级检测，确定每级地热储量，根据每级地热储量确定需要钻探到几级深度才能满足供暖季的使用需求；
本发明能够逐点的采集地热井的纵向和横向温度，保证地热能检测的全面性；
本发明利用封隔器将每级热能分开检测，这样使得每级深度的储热能互不影响，能保证对热能检测的准确性。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明对不同深度的热能进行检测的示意图；
图3为本发明水热型地热井产热能评价方法的流程图。
附图标记说明：
1、控制单元；
2、钻探装置；2-1、钻井；
3、热能检测装置；3-1、温度检测件；3-2、一级套管；3-3、二级套管；3-4、三级套管；3-5、封隔器；
4、爆破压裂装置；
5、数值显示单元；
6、压力检测装置；6-1、压力检测件；
7、孔隙率检测单元；7-1、孔隙率测量仪；
8、数据分析处理单元。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本发明实施例提供了一种水热型地热井产热能评价系统，包括控制单元1和分别与该控制单元1连接的钻探装置2、热能检测装置3以及爆破压裂装置4；
所述控制单元1用于控制所有装置和单元的运行；
所述钻探装置2包括钻井2-1，钻井2-1与控制单元1连接，控制单元1控制钻井2-1钻探到一级深度、二级深度以及深层深度；
所述热能检测装置3包括温度检测件3-1，温度检测件3-1通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的热能进行检测，温度检测件3-1还与控制单元1连接；
所述爆破压裂装置4用于接收控制单元1的信号，在温度检测件3-1分别对每级深度进行热能检测的同时对该深度进行横向爆破。
进一步地，所述控制单元1还与压力检测装置6、孔隙率检测单元7、数据分析处理单元8以及数值显示单元5连接；
所述压力检测装置6包括压力检测件6-1，压力检测件6-1通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的压力进行检测，压力检测件6-1与上述控制单元1连接；
所述孔隙率检测单元7包括孔隙率测量仪7-1，孔隙率测量仪7-1与上述控制单元1连接用于检测不同储热层的孔隙率；
所述数据分析处理单元8用于分析和处理所有检测到的数据，并将检测到的数据整理成数字表格，用于后续分析整理；
所述数值显示单元5用于将数据分析处理单元的数据显示出来，以便更直观的理解。
进一步地，所述热能检测装置3还包括一级套管3-2、二级套管3-3、三级套管3-4和封隔器3-5；所述一级套管3-2、二级套管3-3、三级套管3-4分别对应送入到一级深度、二级深度以及深层深度；所述封隔器3-5的驱动装置与上述控制单元1连接，控制单元1能控制封隔器3-5运动到不同的深度对不同深度的热能进行封隔。
进一步地，所述爆破压裂装置4采用的压裂技术为限流压裂技术或者水力喷裂技术，利用导线将爆破压裂装置4分别送入到一级套管3-2、二级套管3-3或三级套管3-4，爆破压裂装置4对一级套管3-2、二级套管3-3或三级套管3-4进行爆破处理，利用爆破装置将套管壁爆破，爆破后射孔，射孔后利用水源将裂孔压裂，使裂孔产生裂缝，在产生裂纹后，向其内部注入导热填料，在添加导热填料后，使裂缝延伸到预设的长度，之后控制单元1控制热能检测装置3采集裂缝横向温度。
进一步地，所述温度检测件3-1为温度传感器，温度检测件3-1通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的热能进行检测，温度传感器与上述控制单元1连接；所述压力检测件6-1为压力传感器，压力检测件6-1通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的压力进行检测，压力传感器与上述控制单元1连接，温度传感器和压力传感器用于检测不同位置横向和纵向温度以及压力。
一种水热型地热井产热能评价方法，包括以下步骤：
1)利用控制单元1启动钻探装置的钻井2-1使先钻探到一级深度，具体钻探方法与现有技术中的钻探方法相同；
完成钻井施工前的准备工作，如井孔定位、钻机就位等；
安装干冰钻井液循环利用系统相关设备，并连通干冰钻井液输送管路，干冰钻井液相关设备包括干冰钻井液高压注入泵、颗粒状干冰制得装置、C02气体制冷换热器、固气分离装置、排气检测装置；
钻井施工，钻进过程中颗粒状干冰作为钻井液，经过钻杆和钻头内部通道到达井孔底部，经一系列钻井液功能后，携带岩屑由钻杆与井壁之间的环形空间返回地面，然后经过固气分离装置、制冷换热器，重新生成颗粒状干冰，再次被注入到井底，确保各工序有序进行；
依次循环进行，直至钻进目标层，钻井结束；
2)在钻探装置2钻探到一级深度后，向其内部下一级套管3-2，使一级套管3-2进入到一级深度；
3)在一级套管3-2的底部安装浮箍；
4)将爆破压裂装置4放入到一级套管3-2中，利用爆破压裂装置4对一级套管3-2进行爆破处理，爆破压裂装置4利用现有技术中的水力喷裂技术，水力喷裂技术包括致裂装置，这时启动致裂装置，致裂装置将一级套管3-2的套管壁爆破，套管壁爆破后向套筒壁破裂孔通入压力致裂水射孔，使钻孔内壁出现明显横向裂纹后，停止注入致裂水；
5)这时向钻孔内注入导热材料，导热材料后进入到孔壁出现的横向裂纹内，裂纹会延伸到预设的长度；
6)产生横向裂纹后，将热能检测装置3的温度检测件3-1通过电缆放入到钻孔中一级深度中，分别逐点对一级深度的横向和纵向温度进行检测；
7)压力检测装置6的压力检测件6-1和孔隙率检测单元7的孔隙率测量仪7-1也都通过电缆放入到钻孔中对该层深度的压力和孔隙率进行检测；
8)一级深度的温度检测完成后，利用控制单元1继续启动钻探装置的钻井2-1使继续向下钻探到二级深度，具体钻探方法与现有技术中的钻探方法相同；
9)在钻探装置2钻探到二级深度后，向其内部下二级套管3-3，使二级套管3-3进入到二级深度；
10)在二级套管3-3的底部安装浮箍；
11)启动控制单元1控制封隔器3-5运动到一级深度对热能进行封隔；本发明中封隔器3-5采用现有技术中现有的封隔器3-5，现有技术中的封隔器3-5包括中心管和位于中心管外侧的锁紧机构、执行机构、密封机构、控制装置等，封隔器3-5的控制装置与本发明的控制单元1连接，控制单元1控制将一级套管3-2与二级套管3-3的连接处密封；
12)将爆破压裂装置4放入到二级套管3-3中，利用爆破压裂装置4对二级套管3-3进行爆破处理，爆破压裂装置4利用现有技术中的水力喷裂技术，水力喷裂技术包括致裂装置，致裂装置通过封隔器3-5的中心孔进入到二级套管3-3的下方，这时启动致裂装置，致裂装置将二级套管3-3的套管壁爆破，套管壁爆破后向套筒壁破裂孔通入压力致裂水射孔，使钻孔内壁出现明显横向裂纹后，停止注入致裂水；
13)这时向钻孔内注入导热材料，导热材料后进入到孔壁出现的横向裂纹内，裂纹会延伸到预设的长度；
14)产生横向裂纹后，将热能检测装置3的温度检测件3-1通过电缆放入到钻孔中二级深度中，分别对二级深度的横向纵向温度进行检测；
15)压力检测装置6的压力检测件6-1和孔隙率检测单元7的孔隙率测量仪7-1也都通过电缆放入到钻孔中对该层深度的压力和孔隙率进行检测；
16)二级深度的温度检测完成后，利用控制单元1继续启动钻探装置的钻井2-1使继续向下钻探到深层深度，具体钻探方法与现有技术中的钻探方法相同；
17)在钻探装置2钻探到深层深度后，向其内部下三级套管3-4，使三级套管3-4进入到深层深度，深层深度为储热层，储热层的热能检测方法与二级深度的热能检测方法相同；
18)所有的数据检测好之后发送给数据分析处理单元对数据进行分析和处理同时显示在显示屏上。
综上所述，本发明提供的水热型地热井产热能评价系统及方法，能对地热井不同深度横向纵向的温度进行检测，同时还能分别检测常用层和储热层热能，能综合的评估地热井的产热能。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种水热型地热井产热能评价系统，其特征在于，包括控制单元(1)和分别与该控制单元(1)连接的钻探装置(2)、热能检测装置(3)以及爆破压裂装置(4)；
所述控制单元(1)用于控制所有装置和单元的运行；
所述钻探装置(2)包括钻井(2-1)，钻井(2-1)与控制单元(1)连接，控制单元(1)控制钻井(2-1)钻探到一级深度、二级深度以及深层深度；
所述热能检测装置(3)包括温度检测件(3-1)，温度检测件(3-1)通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的热能进行检测，温度检测件(3-1)还与控制单元(1)连接；
所述爆破压裂装置(4)用于接收控制单元(1)的信号，在温度检测件(3-1)分别对每级深度进行热能检测的同时对该深度进行横向爆破。
2.如权利要求1所述的一种水热型地热井产热能评价系统，其特征在于，所述控制单元(1)还与压力检测装置(6)、孔隙率检测单元(7)、数据分析处理单元(8)以及数值显示单元(5)连接；
所述压力检测装置(6)包括压力检测件(6-1)，压力检测件(6-1)通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的压力进行检测，压力检测件(6-1)与所述控制单元(1)连接；
所述孔隙率检测单元(7)包括孔隙率测量仪(7-1)，孔隙率测量仪(7-1)与所述控制单元(1)连接用于检测不同储热层的孔隙率；
所述数据分析处理单元(8)用于分析和处理所有检测到的数据，并将检测到的数据整理成数字表格，用于后续分析整理；
所述数值显示单元(5)用于将数据分析处理单元的数据显示出来，以便更直观的理解。
3.如权利要求1所述的一种水热型地热井产热能评价系统，其特征在于，所述热能检测装置(3)还包括一级套管(3-2)、二级套管(3-3)、三级套管(3-4)和封隔器(3-5)；所述一级套管(3-2)、二级套管(3-3)、三级套管(3-4)分别对应送入到一级深度、二级深度以及深层深度；所述封隔器(3-5)的驱动装置与所述控制单元(1)连接，控制单元(1)能控制封隔器(3-5)运动到不同的深度对不同深度的热能进行封隔。
4.如权利要求3所述的一种水热型地热井产热能评价系统，其特征在于，所述爆破压裂装置(4)采用的压裂技术为限流压裂技术或者水力喷裂技术，利用导线将爆破压裂装置(4)分别送入到一级套管(3-2)、二级套管(3-3)或三级套管(3-4)，爆破压裂装置(4)对一级套管(3-2)、二级套管(3-3)或三级套管(3-4)进行爆破处理，利用爆破装置将套管壁爆破，爆破后射孔，射孔后利用水源将裂孔压裂，使裂孔产生裂缝，在产生裂纹后，向其内部注入导热填料，在添加导热填料后，使裂缝延伸到预设的长度，之后控制单元(1)控制热能检测装置(3)采集裂缝横向温度。
5.如权利要求2所述的一种水热型地热井产热能评价系统，其特征在于，所述温度检测件(3-1)为温度传感器，温度检测件(3-1)通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的热能进行检测，温度传感器与所述控制单元(1)连接；所述压力检测件(6-1)为压力传感器，压力检测件(6-1)通过电缆放入到钻孔中用于对一级深度、二级深度以及深层深度的压力进行检测，压力传感器与所述控制单元(1)连接，温度传感器和压力传感器用于检测不同位置横向和纵向温度以及压力。
6.一种水热型地热井产热能评价方法，其特征在于，
1)利用控制单元(1)启动钻探装置的钻井(2-1)使先钻探到一级深度，具体钻探方法与现有技术中的钻探方法相同；
2)在钻探装置(2)钻探到一级深度后，向其内部下一级套管(3-2)，使一级套管(3-2)进入到一级深度；
3)在一级套管(3-2)的底部安装浮箍；
4)爆破压裂装置(4)放入到一级套管(3-2)中，利用爆破压裂装置(4)对一级套管(3-2)进行爆破处理；
5)向钻孔内注入导热材料，导热材料后进入到孔壁出现的横向裂纹内，裂纹会延伸到预设的长度；
6)产生横向裂纹后，将热能检测装置(3)的温度检测件(3-1)通过电缆放入到钻孔中一级深度中，分别对一级深度的横向和纵向温度进行检测；
7)压力检测装置(6)的压力检测件(6-1)和孔隙率检测单元(7)的孔隙率测量仪(7-1)也都通过电缆放入到钻孔中对该层深度的压力和孔隙率进行检测；
8)一级深度的温度检测完成后，利用控制单元(1)继续启动钻探装置的钻井(2-1)使继续向下钻探到二级深度，具体钻探方法与现有技术中的钻探方法相同；
9)在钻探装置(2)钻探到二级深度后，向其内部下二级套管(3-3)，使二级套管(3-3)进入到二级深度；
10)在二级套管(3-3)的底部安装浮箍；
11)启动控制单元(1)控制封隔器(3-5)运动到一级深度对热能进行封隔；
12)将爆破压裂装置(4)放入到二级套管(3-3)中，利用爆破压裂装置(4)对二级套管(3-3)进行爆破处理；
13)向钻孔内注入导热材料，导热材料后进入到孔壁出现的横向裂纹内，裂纹会延伸到预设的长度；
14)产生横向裂纹后，将热能检测装置(3)的温度检测件(3-1)通过电缆放入到钻孔中二级深度中，分别对二级深度的横向纵向温度进行检测；
15)压力检测装置(6)的压力检测件(6-1)和孔隙率检测单元(7)的孔隙率测量仪(7-1)也都通过电缆放入到钻孔中对该层深度的压力和孔隙率进行检测；
16)二级深度的温度检测完成后，利用控制单元(1)继续启动钻探装置的钻井(2-1)使继续向下钻探到深层深度；
17)在钻探装置(2)钻探到深层深度后，向其内部下三级套管(3-4)，使三级套管(3-4)进入到深层深度，深层深度为储热层，储热层的热能检测方法与二级深度的热能检测方法相同；
18)所有的数据检测好之后发送给数据分析处理单元(8)对数据进行分析和处理同时显示在数值显示单元(5)的显示屏上。
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