CN113389537A - 一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地热开发领域，提出了一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法；本发明首先通过在地面施工一口注水井和两口生产井至裂缝后期充填热储层，随后利用辅助性水力压裂技术在天然裂缝充填带以及花岗岩内裂缝增多区域建造渗透通道网络，形成大体积、高渗透、结构复杂的储留层，最后通过循环水将干热岩地热能提取至地表；本发明取消了水平井施工，佐以辅助性水力压裂便可进行大规模干热岩地热能开采，大大降低了施工成本和提取干热岩地热能的难度。
Description
技术领域
本发明地热开采技术领域，具体涉及一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法。
背景技术
干热岩作为优质的、暂未开发的地热资源，在中国乃至世界范围内有着丰富的储量。全世界干热岩地热资源量为（4.22-42.20）×1019J，相当于全球化石能源的100-1000倍；逐步开发利用干热岩资源对我国增加能源储备、改变现有能源格局以及解决环境污染等方面有着重要的战略意义。
目前，国际上普遍利用增强型地热系统（Enhanced Geothermal System，简称EGS）进行干热岩地热能开采，而在利用EGS开采干热岩地热能时，人们普遍将干热岩储留层看作一个完整的、不含裂缝的整体。为此，全世界科技与工程界研究并提出了种类繁多的用于干热岩储留层建造的水力压裂技术、定向井施工技术及分段压裂技术等等，但均由于其工程难度大、工程成本高昂、所建造的干热岩地热开发系统的热交换体积小、换热效果差等原因，世界范围内至今未建成具有商业应用价值的干热岩地热电站。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种利用深部裂缝后期充填热储层大规模、高效率、低成本开采干热岩地热能方法。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，包括以下步骤：
a）选择含有发育裂缝充填带的干热岩储层；在干热岩储层地面钻第一阶垂直注水井并固井，所述第一阶垂直注水井穿过干热岩层盖至干热岩储层。
b）在第一阶垂直注水井的基础上继续向内钻井，直至钻进干热岩储层底部区域形成第二阶垂直注水井；第二阶垂直注水井的底部高于干热岩储层底部≥10m。
c）经第一阶垂直注水井和第二阶垂直注水井注入压裂液，建造压裂液-岩热交换储留层，压裂液的压力≤10MPa。
d）按照步骤a和b，在第一阶垂直注水井的两侧对称各钻一开采井，形成一注两采系统。
e）持续将压裂液沿第一阶、第二阶垂直注水井注入，最后沿裂缝充填带流入压裂液-岩热交换储留层进行热交换。
f）完成换热的压裂液经开采井流回地面。
优选的，干热岩储层温度＞200℃。
优选的，第一阶垂直注水井的固井是将钢管下入至第一阶垂直注水井内，并采用水泥浆固井。
优选的，第二阶垂直注水井形成后下入花管。
更优的，钻第一阶垂直注水井的钻头直径＞60cm，钻第二阶垂直注水井的钻头直径＞20cm。
优选的，所述的压裂液为水。
优选的，开采井距离注水井的水平间距≥3km。
优选的，完成换热的压裂液经开采井流回地面，压裂液被取热后施加1-5MPa压力经第一阶、第二阶垂直注水井进行回灌。
更优的，所述的取热是先利用高温流体发电，然后利用较高温流体供热。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
深部花岗岩干热岩体在构造运动作用下产生较多节理构造，这些节理被后期热液和后期岩浆充填，形成裂缝后期充填热储层。裂缝后期充填热储层内的天然裂缝充填带及其附近天然裂缝作为深层干热岩体的弱面结构可方便地用于干热岩地热能开发。具体原因如下：首先深部花岗岩干热岩体在形态、数量和尺寸大小上形成了复杂裂缝，这对水-岩热交换效率的提升是十分有利的；其次，这些裂缝具有良好的渗透性，因此将携热流体注入这些裂缝时更易于流体流动。这种普遍赋存的裂缝充填带使得深层干热岩储层的渗透能力得到巨幅提高。
在含裂缝充填带的干热岩储层内进行水力压裂时，一方面压裂压力不高于10MPa，压裂成本大幅降低；另一方面，压裂水会摆脱地应力限制，沿裂缝充填带流动；再加上因地质构造活动形成的天然裂缝充填带比人工水力压裂形成的裂缝网络在形态、规模、数量及尺寸上更加复杂，故裂缝充填带的存在足以支撑大体积、高渗透干热岩储层的建造，也就无需施工水平井。
本发明方法利用天然裂缝充填带并结合三口竖井便可进行干热岩地热能开采，取消了水平井施工和大规模水力压裂，大幅度简化了干热岩储层建造流程，降低了施工难度，减少了施工成本并大幅提高了采热效率，同时也具有很好的普适性。
附图说明
图1是本发明深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法的示意图。
图2是水-岩热交换储层放大图。
图中各标号为：1-干热岩盖层，2-含裂缝充填带干热岩储层，3-裂缝充填带，4-注水井，5-生产井，6-钢管，7-水泥浆，8-花管，9-携热流体-常温水，10-加热水，11-水-岩热交换储留层。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，具体步骤如下：
（1）通过地质勘查，合理选择一处含裂缝充填带干热岩储层2。含裂缝充填带干热岩储层2温度高于200℃，其内部裂缝充填带3交错形成密集网络，单条裂缝充填带尺寸宜不小于500m*0.1m*0.1m。
（2）利用钻井设备在干热岩储层中心位置附近施工一口垂直的注水井4，钻头直径大于60cm。钻井钻穿干热岩盖层1至干热岩储层，钻孔底部干热岩储层温度应高于200℃。提钻后，下入钢管6，并利用水泥浆7进行固井。
（3）安装防喷设备，然后更换直径大于20cm的钻头进行二次钻井，直至钻进至干热岩储层底部上方10m处停止。提钻后，下入开孔垂直间距小于10cm的花管8。
（4）随后经注水井向干热岩储层注入10MPa压力的常温水，进行水力压裂，建造水-岩热交换储留层11（如图1和2所示）。
（5）在地面利用监测设备对储留层进行监测，直至储留层发育到一定程度后，即监测到以注水井4为中心，3km范围内有压裂水后，按照步骤（2）、（3）在距注水井水平距离3km两侧对称施工两口生产井5并下入与注水井内管材规格相同的钢管与花管，形成一注两采系统。
（6）持续运行注水井地面注入泵，将携热流体-常温水9沿注水井注入，携热流体流经花管，最后沿裂缝充填带流入水-岩热交换储层进行热交换；
（7）运行生产井地面抽吸泵，完成换热的加热水10经花管流入生产井，并沿生产井流回地面，通过热交换设备，先利用高温流体发电，然后利用较高温流体供热，多级利用地热能。随后，对冷却后的携热流体施加1-5MPa压力并进行回灌，携热流体在注水井筒-含裂缝充填带干热岩储层-生产井筒-地面换热系统-注水井筒这样一个闭循环系统内循环，实现完全取热不取水，地热尾水100%回灌。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (9)
1.一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）选择含有发育裂缝充填带的干热岩储层；在干热岩储层地面钻第一阶垂直注水井并固井，所述第一阶垂直注水井穿过干热岩层盖至干热岩储层；
b）在第一阶垂直注水井的基础上继续向内钻井，直至钻进干热岩储层底部区域形成第二阶垂直注水井；第二阶垂直注水井的底部高于干热岩储层底部≥10m；
c）经第一阶垂直注水井和第二阶垂直注水井注入压裂液，建造压裂液-岩热交换储留层，压裂液的压力≤10MPa；
d）按照步骤a和b，在第一阶垂直注水井的两侧对称各钻一开采井，形成一注两采系统；
e）持续将压裂液沿第一阶、第二阶垂直注水井注入，最后沿裂缝充填带流入压裂液-岩热交换储留层进行热交换；
f）完成换热的压裂液经开采井流回地面。
2.根据权利要求1所述的一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，其特征在于，干热岩储层温度＞200℃。
3.根据权利要求1所述的一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，其特征在于，第一阶垂直注水井的固井是将钢管下入至第一阶垂直注水井内，并采用水泥浆固井。
4.根据权利要求1或3所述的一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，其特征在于，第二阶垂直注水井形成后下入花管。
5.根据权利要求4所述的一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，其特征在于，钻第一阶垂直注水井的钻头直径＞60cm，钻第二阶垂直注水井的钻头直径＞20cm。
6.根据权利要求1所述的一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，其特征在于，所述的压裂液为水。
7.根据权利要求1所述的一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，其特征在于，开采井距离注水井的水平间距≥3km。
8.根据权利要求1所述的一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，其特征在于，完成换热的压裂液经开采井流回地面，压裂液被取热后施加1-5MPa压力经第一阶、第二阶垂直注水井进行回灌。
9.根据权利要求8所述的一种深部裂缝后期充填热储层的干热岩地热开采方法，其特征在于，所述的取热是先利用高温流体发电，然后利用较高温流体供热。
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