CN112627797B - 一种异型羽状地热井开发系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种异型羽状地热井开发系统，包括注入井、生产井和干热岩储层，位于所述注入井和所述生产井之间岩体被压裂，形成连通所述注入井和所述生产井的裂隙网络。其特征在于：所述注入井包括注入井垂直段、注入井造斜段和注入井主井段；所述注入井主井段向下倾斜延伸；沿所述注入井主井段向下延伸方向，在不同的平面上设置N层分支井；所述生产井位于注入井的上方H处，所述生产井的结构与所述注入井的注入井垂直段、注入井造斜段和注入井主井段平行；所述注入井和所述生产井在所述干热岩储层的体对角方向上布置。
Description
技术领域
本发明属于深部干热岩地热能开发利用领域，特别涉及一种异型羽状地热井开发系统。
背景技术
干热岩地热资源具有储量大、温度高、利用过程无碳排放等优点，在未来可再生能源发展领域应用潜力巨大。但高温干热岩地热资源往往埋藏深和渗透性差，导致高品质地热能利用效率低。增强型地热系统作为深部干热岩地热能开发的有效技术手段，在近年来得到广泛的关注。其中，完整的增强型地热系统是由循环工质、注采井、有效的裂隙网络和特定的目标热储层组成。由此可以看出，合理的布井方案设计及应用是深层干热岩地热资源高效开发的关键。
专利CN 202020566317.2，一种干热岩水平井多分支连通换热系统，采用多流道连通方法改变工质的流动方向，增强工质与岩体的换热。
专利CN 201820398305.6，一种干热岩双层水平多分支换热井系统，采用多组水平井与多组分支井相连通的方法，提高工质的过流面积。
专利CN 201711127849.5，一种采用水平井开发干热岩地热能的工艺方法，采用“两注一采”的水平布井方案与分段压裂相结合的方法，提高地热能的开发效率。
专利CN201710263932.9，一种双水平循环超临界二氧化碳开发干热岩的方法，采用超临界二氧化碳作为压裂和循环介质实现碳封存，避免水岩作用，提高干热岩地热资源的经济性开发。
专利CN201710182823.4，单井干热岩热能提取系统，采用井下放置换热器的方式，实现热能的提取。
在以上干热岩地热资源的开发模式中，大都采用水平井布置方案提高工质的过流面积来提高增强型地热系统的开发效率。根据报道，在国际上规定干热岩开发的注入速率为80kg/s，热储体积大于1000m3。但这样的方式难以实现热储层的立体开发，局部岩体的降温还会导致储层内部的地应力场分布不均，在注入井附近压应力降低明显，在生产井附近压应力有上升趋势，从而导致热产能降低、注入压力升高、热突破时间提前。
综上所述，随着储层改造技术的成熟，依据目前所存在的问题提出采热率高、开发成本低的干热岩资源开发模式具有重要意义。
发明内容
本发明的目的：为了提高深部干热岩地热资源的利用效率，实现大储层地热能的立体开发，特提供一种异型羽状地热井开发系统。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种异型羽状地热井开发系统，包括注入井、生产井和干热岩储层，位于所述注入井和所述生产井之
间岩体被压裂，形成连通所述注入井和所述生产井的裂隙网络。其特征在于：
所述注入井包括注入井垂直段、注入井造斜段和注入井主井段；所述注入井主井段向下倾斜延伸；
沿所述注入井主井段向下延伸方向，在不同的平面上设置N层分支井；
所述生产井位于注入井的上方H处，所述生产井的结构与所述注入井的注入井垂直段、注入井造斜段和注入井主井段平行；
所述注入井和所述生产井在所述干热岩储层的体对角方向上布置。
进一步地，根据权利要求1所述的异型羽状地热井开发系统，其特征在于，所述注入井主井段与所述注入井主井段侧面同一层的分支井在同一水平面上相交。每一层的分支井为两支，述注入井主井段两侧的分支井之间的夹角为α，α取值[60°，150°]。
每一层的分支井还可以错位排列。
每一层的分支井还可以均向下以一定的倾角β钻取。
本发明的有益效果是：1、井身结构简单；2、注入井控制换热区域大，水力裂隙网络构造丰富，降低了注入压力；3、分支井的分层布置和主井的延伸，可实现储层的立体式开发，换热效率提高；4、可根据热储层体积的大小，改变注入井中的分支井的长度、夹角和层数以及主井段的长度；5、该系统可适用于多种复杂地层。
附图说明
图1为本发明的结构简图。
图2为本发明图1的正等轴测图。
图3为本发明井身结构左视图。
图4为本发明图3的正等轴测图。
图5为本发明注入井分支井交错示意图。
图6为本发明注入井分支井下倾示意图。
图7为本发明分支井不同夹角α下的生产温度变化图。
图中：1.注入井；11.注入井垂直段；12.注入井造斜段；13.注入井主井段；14.第一层水平分支井；15.第二层水平分支井；16.第三层水平分支井；17.第四层水平分支井；2.生产井；3.干热岩储层。
具体实施方式
本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合图1、图2、图3、图4、图5、图6对本发明作以下描述。上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布局方向来确定的。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示。
实施案例1
(1)依据地质勘测数据确定干热岩储层3的位置和体积参数；
(2)建立干热岩储层3的三维模型，确定注入井1和生产井2的位置和井身结构相关参数；
(3)依据干热岩储层3的体积，规划注入井1两侧的分支井长度L1、L2、L3、L4，确定分支井层数和层间距h；
(4)在干热岩储层3中钻取注入井垂直段11、注入井造斜段12、注入井主井段13，以及生产井2对应的井身结构，并完成地热井固井；
(5)确定分支井的夹角α，在注入井1两侧相应的位置，应用套管开窗技术，钻取第一层水平分支井14、第二层水平分支井15、第三层水平分支井16和第四层水平分支井17，并完成地热井固井；
(6)应用分段压裂技术，在注入井1的注入井主井段13、第一层水平分支井14、第二层水平分支井15、第三层水平分支井16、第四层水平分支井17和生产井2中进行分段压裂，构造干热岩储层3的裂隙网络；
(7)通过注入井1向干热岩储层3中注入携热循环工质，循环工质依次经过注入井垂直段11、注入井造斜段12、注入井主井段13，流入各层的水平分支井；在井口压力下，低温工质进入裂隙网络进行换热，在迁移过程中低温工质逐渐变为高温工质汇入生产井2中；高温流体经生产井2排出地面并完成高品质热量的做功，再通过注入井1注入干热岩储层3。
根据本发明方案，建立三维干热岩储层开发模型，其模拟运行年限为40年。热储层位于埋深3800米至4350米处，体积为550米×550米×550米。注入井位于储层的下部位，生产井位于储层的上部位，水平分支井的井长均为100米，第一层水平分支井位于埋深4180米处。当h为51.96米，H为300米，超临界二氧化碳作为循环工质时，在注入速率为50kg/s，注入温度为60℃，不考虑工质漏失条件下，对比本发明方案与传统双井开发模式的差异，分别对不同的分支井夹角α下的热提取性能进行分析，选取的参数α取值为150°、120°、90°和60°。生产温度的对比差异以及生产温度随α变化的结果如图7所示。结果表明，当夹角为60°时，本发明方案的热提取性能与传统双井开发系统的热提取性能无明显差异；当夹角大于60°小于120°时，生产温度水平随着夹角的增大而升高；当夹角大于120°时，在系统运行的前30年，热提取性能不再随夹角增大而增强，在后10年，热提取性能有略微上升趋势。因此，当h为51.96米，H为300米时，夹角α的最佳取值为120°。
实施案例2
在实施案例1的基础上，还包括：
分别将所述第一层水平分支井14、第二层水平分支井15、第三层水平分支井16、第四层水平分支井17中的分支井错位排列，进一步提高干热岩储层3的换热体积，如图5所示。
实施案例3
在实施案例1的基础上，还包括：
分别将所述第一层水平分支井14、第二层水平分支井15、第三层水平分支井16、第四层水平分支井17中的一眼分支井以一定倾角β钻取，进一步提高干热岩储层3的换热体积，如图6所示。
本发明的原理是：
整个地热开发系统，注入井1和生产井2在干热岩储层3中上下排列，沿干热岩储层3的对角线布置，第一层水平分支井14、第二层水平分支井15、第三层水平分支井16和第四层水平分支井17之间的相互结合，提高了干热岩储层3中岩体的利用率，实现立体开发。
Claims (1)
1.一种异型羽状地热井开发系统，包括注入井、生产井和干热岩储层，位于所述注入井和所述生产井之间岩体被压裂，形成连通所述注入井和所述生产井的裂隙网络，其特征在于：
所述注入井包括注入井垂直段、注入井造斜段和注入井主井段；所述注入井主井段向下倾斜延伸；
沿所述注入井主井段向下延伸方向，在不同的平面上设置N层分支井；
所述生产井位于注入井的上方H处，所述生产井的结构与所述注入井的注入井垂直段、注入井造斜段和注入井主井段平行；
所述注入井和所述生产井在所述干热岩储层的体对角方向上布置；
所述注入井主井段与所述注入井主井段侧面同一层的分支井在同一水平面上相交；
每一层的分支井为两支，设注入井主井段两侧的分支井之间的夹角为α，α取值120°；每一层的分支井错位排列；
每一层的分支井均向下以一定的倾角β钻取。
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