CN114198016A - 地热闭环工质循环开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地热闭环工质循环开采方法，包括：步骤S10：进行地质分析并进行井位的选择；步骤S20：根据地质分析和井位的选择的结果确定钻井方案；步骤S30：根据钻井方案进行钻井以得到注入井和采热井；步骤S40：通过第一钻井工具在注入井的底部朝向采热井进行钻井，通过第二钻井工具分在采热井的底部朝向注入井进行钻井，以得到导通注入井和采热井的定向连通井；步骤S60：将连续油管由注入井穿入至定向连通井并由采热井穿出；步骤S70：向连续油管内灌注换热工质。本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的深层高温地热开采难以实现长期持续开采的问题。

Description

地热闭环工质循环开采方法

技术领域

本发明涉及地热开采技术领域，具体而言，涉及一种地热闭环工质循环开采方法。

背景技术

地热资源的发现通常是通过地球物理勘探技术普查有关区域的地温及热流测量、重力、磁法、电法等方法对地表及浅地表地层进行测量，以找出地温异常的变化区域与分布，以深部地层的导电率分析区域内电阻率变化区域等阻值的等值图，找出区域范围的电阻率最小范围，同时也要根据其它地球物理勘探手段综合评价所若有所勘探区域内地质异常，分析可能的地热能储层的岩性、空间分布、孔隙度、渗透率及其与常温含水岩层的水力联系。根据普查分析评估对相应区域范围内进行钻验证储热地层的深度、地温变化、地层岩性及导热性、地层孔隙度和渗透率、低温地热的导水、控热区域构造，根据地热层特征制定相应的地层换热体系和用途，更为重要的是必须分析地热层换热的导热热平衡特性和热能量交换时间维度和交换面积维度对地面商业化投资的影响。

通常在矿业、煤业、油气业勘探开发中分析研究的地质地层对象不同、涉及到各种地质深度和地层温度环境，已经通过地球物理勘探技术、钻井探查、钻井工程探明大量的地热资源或地层温度异常区块，这些区块的勘探资料也为地势开发提供了很好的资源可供选择或验证。

常规的浅层地热开采以热泵方式注入循环热交换工质的闭环管路挖沟地埋形式与地层形成热量交换而提取浅层地热能资源，但在中深层、深层地热开发开采中无法再以地埋管形式提取地球热能，则是以注入地热资源目标层内吸热流体，吸热流体被从注入井注入管输送到地热层，吸热流体经事先钻井完井的一个目标地层注水井与另一个同目标地层平行采热井筒间形成地层裂隙贯通，低温注入水经地层裂隙吸收地热流向采热井筒，被地热层加热的注入水升温再从采热井筒回到地面，在地面经发电或热能利用蒸发器再对换热工质热交换改变工质流体性质用于商品化流程，被提取热能后的低温水再被注回流水井形成一个与地层开放的地面闭式循环。该方法是以目标地层内多平行裸眼井筒与地热层交换热能，以扩大目标层接触面积的方式形成闭式循环提取地热能量，被称为EGS(EnchancGeothermal System)。到目前止，国际上地热开发应用技术借助于石油钻井技术向深层地热迈进，通常采用清水循环做吸收材料费获取地热能源，但都无法逃脱目标层内吸热工质与地层的开放式直接换热形成的地面下闭式循环，这种方式对高温干热岩型地热最为有效，但是浅层干热岩型地热除在火山构造周围外的地球的大多数区域难以发现，通常可勘探发现的都是200℃以下的常规地热资源，而4000米以深的深层高温地热资源受到钻井工程、换热体设计连通工程和经济成本的限制将是未来的主攻方向，与地热层开放的地热交换模式因地热层受到长期的热交换会使得目标地层和井筒产生大量微生物或因裸眼而发生的井筒变形甚至坍塌。

地热从热源温度上讲主要分为70℃以下和70℃以上热源，从地下地热热源层讲又分为水源储层和岩性无水储层，温度和储层又决定了地热开采的方法和地面应用的领域不同，低温70℃以下地热通常是水源地热以热泵方式加以开发利用，换热方式也是以地埋管或抽水回灌在换热器内形成热泵能效COP≥3提取地热能，低温70℃以下地热无论何种开采方法或地下换热开环或闭环循环方法都没有技术壁垒需要攻克，无论何种名义上的创新都是片面或变换用语的套路；而70℃(特指90℃)以上地热能通常在地下2000米以深地层，地层温度梯度表现在地热储层越深温度越高，热能潜能就越大，储层地层由含水层向无水高温热岩层变化，深层高温地热为获得更高的能量攫取仅能以定向钻井方式开采，在地面下地热储层换热与地表蒸发器换热形成封闭的环形热回收能源转化回路，高温又成为制约地热开采的重要因素，定向钻井随钻测量仪器通常是150℃和200℃两种规格来源于石油天然气的开采技术，高于200℃深层地热无法保障高温地热层定向导向仪器的长时间连续精准测量，需要采用更加特别的地热开采方案去应对。深层高温地热开采是一个创新性的颠覆性技术领域，特别是深层地热高效能长效闭环开采更是地热能技术领域的珠穆朗玛峰。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种地热闭环工质循环开采方法，以解决相关技术中的深层高温地热开采难以实现长期持续开采的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种地热闭环工质循环开采方法，包括：步骤S10：进行地质分析并进行井位的选择；步骤S20：根据地质分析和井位的选择的结果确定钻井方案；步骤S30：根据钻井方案进行钻井以得到注入井和采热井；步骤S40：通过第一钻井工具在注入井的底部朝向采热井进行钻井，通过第二钻井工具分在采热井的底部朝向注入井进行钻井，以得到导通注入井和采热井的定向连通井；步骤S60：将连续油管由注入井穿入至定向连通井并由采热井穿出；步骤S70：向连续油管内灌注换热工质。

进一步地，在步骤S40中，在第一钻井工具和第二钻井工具进行钻井时，第一钻井工具和第二钻井工具之间通过旋转导向工具、钻头方位角、磁信标信号源和磁信标搜索检测装置的实时检测实现跟踪重合连通定位。

进一步地，在步骤S40中，当磁信标搜索检测装置检测到磁信标信号源的信号强度到达70％至90％时，第一钻井工具停止钻井并回抽，第二钻井工具继续钻井。

进一步地，第一钻井工具和第二钻井工具在钻井时均持续喷射泥浆，当第一钻井工具回抽时，第一钻井工具喷射的泥浆的排量减小5％至15％，第二钻井工具喷射的泥浆的排量增大5％至15％。

进一步地，在第一钻井工具回抽之后，当检测到注入井中回流的泥浆量增大5％至15％时，第一钻井工具和第二钻井工具均回抽，此时完成定向连通井的钻井。

进一步地，在步骤S40中，自注入井和采热井底部的设计靶点为起点，定向连通井包括中心井和多个围设在中心井外周的弧形井，先进行中心井的钻井，再进行弧形井的钻井，中心井与弧形井间隔设置，多个弧形井之间间隔设置。

进一步地，地热闭环工质循环开采方法还包括以下步骤：步骤S50：将连续油管穿入至注入井并由采热井穿出，通过设置在连续油管的端部的旋转喷头喷射清理工质对定向连通井的井壁进行清理。

进一步地，在步骤S30中，在注入井的底部朝向采热井钻第一造斜段，在采热井的底部抄送注入井钻第二造斜段，第一造斜段远离注入井的第一端为第一竖直面，第二造斜段远离采热井的一端为第二竖直面，定向连通井设在第一竖直面和第二竖直面之间。

进一步地，地热闭环工质循环开采方法还包括，通过设置在注入井的井口处的工质分流分配装置和设置在采热井的井口处的合流汇合装置，以实现换热工质循环。

进一步地，地热闭环工质循环开采方法还包括，向注入井和采热井内分别设置密封隔热装置。

进一步地，在步骤S70之后，地热闭环工质循环开采方法还包括：步骤S80：通过设置在注入井和采热井外部的连通管路将连续油管的两端连通，并使连通管路与循环应用管路进行换热。

应用本发明的技术方案，先进行地热地层地质分析，通过分析结果进行井位的选择，这样能够发现地热资源较为丰富的区域，在该区域进行井位的选择。根据该区域的地质情况选择地热开采技术方案和钻井施工与完井方案，采用双井对向以相同钻井参数和泥浆参数对向钻进，以对钻-发现-回抽-跟钻-套钻重合实现双向对接连通井筒方案并准备进行钻井。采用两部相同配置有顶部驱动设备的电动钻机开始钻井后，先钻注入井和采热井垂直井段和造斜段下入套管并固井，注入井和采热井是根据地质地热能分析与地热层换热管交换器的换热效能计算确定注采井间隔设置。注入井和采热井钻入地热层设计靶点完成垂直井筒施工后，通过第一钻井工具和第二钻井工具分别在注入井和采热井中相向进行钻定向连通井。这样使得定向连通井能够将注入井和采热井连通井筒。然后将连续油管由注入井下入垂直井筒穿入并穿过地热层内多平行间隔定向连通井并由采热井穿出，随后在完成全部穿管作业多分支连续油管与井口分流与合流装置连接，最后将连续油管内灌注换热工质。通过上述的步骤，使得换热工质持续在连续油管内运行，并通过外部的地面蒸发器换热结构将换热工质中的热量交换出来，进而实现地热的开采。并且由于是通过连续油管穿入至地下的，因此能够承受较大的压力不易损坏，因此能够实现长期持续的地热高效开采。因此本申请的技术方案可以实现工质在地热层内换热有效地解决了相关技术中的深层高温地热开采难以实现长期持续高效开采的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的地热闭环工质循环开采方法的实施例的流程示意图；

图2示出了图1的地热闭环工质循环开采方法的结构示意图；

图3示出了图1的地热闭环工质循环开采方法的第一钻井工具和第二钻井工具的示意图；

图4示出了图1的地热闭环工质循环开采方法的工质循环示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、注入井；11、第一地热层设计靶点；20、采热井；21、第二地热层设计靶点；30、定向连通井；31、虚拟中心靶点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本技术方案是发明人研发的技术装备为手段，将连续油管形成的注入换热工质注入管自注入井穿进地热地层而从另一采热井穿出回到地面，在地下目标地热层内形成一个钢管与地层换热，换热工质与地层间接接触的热交换换热器模式构建地热地层换热器。本技术方案的重点在于同井筒内多个U型闭式循环管间隔平行布置于目标地热层内，目标地热层内的间隔多平行管一方面增加了换热工质的注入量，同时平行管路又增加了与地热层的交换面积，从而实现同井大负荷的热能交换。本技术方案研发的一种新式全闭环地热换热开发技术，是一种深层地热资源闭式循环采热技术，不需要从地下地热层抽采任何流体也不需要向地层地质构造结构内注入任何工质换热材料，更不会发生地层污染或因微生物而引起热提取能力的降低，深层闭环地热技术(DGCL,Deep Geothermal Close LoopSystem)以研究深层地热能应用为目标，研究的对象是地下深度4000米以内地热地层的地热开发问题，地热温度在70℃～200℃范围内的应用，开发技术及适应性就体现在2000米到4000米中深地热资源开发中，甚至应用到更深地热资源开发应用中。

深层闭环地热开采技术DGCL是专有地热井筒技术、专有装备和定向导向技术、磁追踪技术的集成，在同注入井筒和同采热井筒组内实现多热交换管的同进同出，在目标地热层内的间隔平行分布多管体结构，实现目标地热层内形成一个长1000米到2000米，宽42米到60米的地热层长方体形换热体，确保了多管结构最大限度提取地热能到地面设施中。在地下中深层地热构造地层中建造多个并行的地热层水平分支，将利用复合连续油管设备的能力将1-1/2”或2”连续油管送入地热层内，连续油管在地热采热井筒的井底靶点穿进采热井筒最后由地面穿出，这样就仿佛如穿针引线般实现了连续油管路在两眼注采井间形成一个很大的多U型通道组合换热模式，再利用设计的专用井口(注入井井口--分流分水器、采热井井口--合流集水器)实现地热井闭环内换热工质的多分管在地面井口的分流与合流，自地面井口外地面管以一大口径高温热能管道和低温回灌回注管道与地面热能利用设备连接，使得连续油管在地热层内的多个闭环回路管壁与地层接触耦合吸收地热能从而实现地热连续闭环开采循环，而保证地面发电装置的连续高效运行。

本技术方案主要有换热工质注入(回灌回流井)井口、地热能采热井口、地热层闭环连续油管换热器、小压力换热工质循环泵、地热热值采集控制器、换热管分支调控阀、热能换热蒸发器、地面ORC发电模块、电解制氢模块等组成。

首先通过地震地层学研究结合勘探、钻探在已经发现的地热资源矿区制定地热长期开采与应用方案，采用注采井组内并行多吸热管路闭式循环采热分流与合流的集分水器回路井口结构、和多并行井组结合的矿区地热开采方案，单井组由注入井10和采热井20构成，注入井10与采热井20采用对向短半径同深度造斜至地热层靶点(第一地热层设计靶点11和第二地热层设计靶点21)，靶点位于地热层地层倾角斜面上横向连线的两点(地热层有地层倾角)，多分支定向平行管与中心管地温有小偏差，但稍浅平行管与稍深平行管地温互补等同中心管地温，在地热层内最终形成多地热换热管平行的多个同地层U形平面换热体，将注入井10与采热井20采用跟踪中套钻完成定向连通井30，注采井底目标地热地层内定向对向设置两个靶点(第一地热层设计靶点11和第二地热层设计靶点21)，第一地热层设计靶点11是由地面回注井口下入连续油管在地热层注入井套管穿出口也是进入地热层定向连通井30的穿入口，第二地热层设计靶点21是连续油管自第一地热层设计靶点11进入并穿过地热层连通井30进入采热井20底部套管的穿入口，两个同深度地热层连线上的靶点是方便对接时连续油管穿入对向套管井筒，这样的两个靶点实际上也是地热层多分支平行换热井筒的钻进和穿管起点，以此靶点定向钻进完成多分支换热连通通道，把这种实现地热地层换热管路在地下同层两口水平对接井穿入的过程称为连续油管穿针引线法。在同一闭环地热注采井组要完成两组穿针引线，第一组穿针引线是钻机钻柱井下工具组合(定向工具和磁导向工具)完成地热层内水平钻进套钻重合对接，即第二钻井工具进入第一钻井工具完成的井筒，同一地热层内同平面布置的井筒轨迹数量为一个钻井组对应的钻井套钻重合穿针引线次数；第二组穿针引线是连续油管设备将连续油管换热回路管送入钻井完井的地热层内已对接井筒，连续油管换热回路管借助连续油管注入头设备推力送入地热层穿入经钻井形成的地热层同平面内多分支定向连通井30进入第二地热层设计靶点21并从采热套管井筒井口穿出，由此形成第二组换热管路的穿针引线，同层地热回路数为本组换热管路穿针引线次数，因此每一个地热井组内钻井完井套钻重合、换热回路管穿入布置要经过20～40次穿管(当地热层设置平行多分支井筒数为10～20支时。

如图1至图3所示，在本实施例中，地热闭环工质循环开采方法，包括：步骤S10：进行地热底层的地质分析并进行井位的选择；步骤S20：根据地质分析和井位的选择的结果确定钻井方案；步骤S30：根据钻井方案进行钻井以得到注入井10和采热井20；步骤S40：通过第一钻井工具在注入井10的底部的第一地热层设计靶点11朝向采热井进行钻井，通过第二钻井工具分在采热井20的底部的第二地热层设计靶点21朝向注入井10进行钻井，以得到导通注入井10和采热井20的定向连通井30；步骤S60：将多个连续油管由注入井10穿入至定向连通井30内各分支连通井筒并由采热井20穿出；步骤S70：向连续油管内灌注换热工质。

应用本实施例的技术方案，先进行地热地层地质分析，通过分析结果进行井位的选择，这样能够发现地热能资源较为丰富的区域，在该区域进行井位的选择。根据该区域的地质情况选择地热开采技术方案和钻井施工与完井方案，采用双向对向以相同钻井参数和泥浆参数对向钻进，以对钻-发现-回抽-跟钻-套钻重合实现双向对接连通井筒方案并准备进行钻井。采用两部相同配置有顶部驱动设备的电动钻机开始钻井后，先钻注入井和采热井，注入井和采热井是根据地质地热能分析与地热层换热管交换器的换热效能计算确定注采井间隔设置。注入井和采热井钻入地热层设计靶点完成垂直井筒施工后，通过第一钻井工具和第二钻井工具分别在注入井和采热井中相向进行钻定向连通井。这样使得定向连通井能够将注入井和采热井连通井筒。然后将连续油管由注入井下入垂直井筒穿入并穿过地热层内多平行间隔定向连通井并由采热井穿出，随后在完成全部穿管作业多分支连续油管与井口分流与合流装置连接，最后将连续油管内灌注换热工质。

具体施工方法为两部顶驱交流电动钻机同时在确定井位开钻，先钻注入井10和采热井20，注入井10和采热井20是间隔设置的。注入井10和采热井20依据钻井方案钻遇第一地热层设计靶点11和第二地热层设计靶点21注采井筒地热地层上垂直井形成，下入设计套管并固井。通过第一钻井工具和第二钻井工具分别在注入井10和采热井20中相向进行对向钻定向连通井30连通井筒。这样使得定向连通井30能够将注入井10和采热井20连通。随后回抽双向钻柱将钻头回抽到相应的靶点套管内，按设计地热层多分支平行定向连通井走向重复进行定向对向钻井，钻柱自第一地热层设计靶点11和第二地热层设计靶点21导向钻进与中心连通井筒成平行方位角时，双向钻柱井下导向工具按180度夹角对向钻向虚拟中心靶点31并在某点钻遇，构成新一分支，再次重复完成其余多分支井筒。然后将与地热层内平行井筒分支相同数量的连续油管依次由注入井10穿入并穿过定向连通井30并由采热井20穿出，最后将多分支连续油管与井口的分流、合流装置连接构成地下地热换热多U型换热管路地热换热器，最后经井口换热管路分流合流装置向多分支换热管内灌注换热工质。通过上述的步骤，使得换热工质持续在连续油管内循环流动运行，并通过外部的蒸发器换热器模块将地下外循环换热工质中的热量交换出来，进而实现地热的开采。并且由于是通过连续油管穿入至地下的，因此能够承受较大的地层压力换热管不易损坏，能够实现长期持续的地热高效开采。因此本实施例的技术方案可以实现工质在地热层内换热有效地解决了相关技术中的深层高温地热开采难以实现长期持续高效开采的问题。

具体地，根据地球物理勘探资料、前期油气勘探与煤炭勘探所探明区域地质评价资料分析，地热层目标深度、厚度、温度、地层渗透率、孔隙度、地热层含水及涌水量、地层压力及地表多因素综合分析，确定地热区域井场布置与井位方位，根据地热层深度、地层岩性、可能发生的钻井漏失确定地热层定向连通井30水平井施工方案、井下定向导向工具配置方案、对接定位连通方案、钻井完井方案和钻机配置方案等。采用注采井组分离地热回收方案，注入井10和采热井20相距1000米～2000米，根据地热层地温和渗透率、地热层和闭环换热管传热导热系数确定注采井距。直井井筒和定向造斜段采用9-5/8”或11-5/8”套管完井，地热层裸眼完井，注入井和采热井在地热层内实现同层多平行井筒中间对接连通结构，随后在钻井完井地热层多平行井筒内多次自注入井10送入2”连续油管穿进地热层并从采热井筒穿出地面井口，在注入井井口与采热井井口间形成U型地热工质换热回路，在注入井和采热井口设计换热工质分流分配装置均匀调控各分支注入工质流速流量均衡，在采热井口设计换热工质汇合装置统一进入一工质高温热管道，至此，地热层吸收热能回到地面。在注入井和采热井各布置一台同型号钻机对向开钻，对向开钻是为降低单一钻机大位移水平井在另一井底对接的困难和低效，每台钻机承担一半的地热层水平井钻井井筒进尺更能提高钻机效率同时保证水平井质量。根据钻井深度、地热层水平位移和井筒结构，钻机选择5000米交流变频钻机配置350吨交流变频VFD顶部驱动设备，或选择7000米交流变频钻机配置500吨交流变频VFD顶部驱动设备为钻井主要装备；两台钻机分别移动到注入井井位和采热井井位开钻，注入井10设计第一地热层设计靶点11、采热井20设计第二地热层设计靶点21，双向对向钻进在设计地热层目标靶点的垂直深度上200米处造斜以中短半径导向进入地热层设计第一地热层设计靶点11和第二地热层设计靶点21，控制靶前距100米左右。井筒设计二级套管结构，一开16”表层套管300米深，二开技术兼生产套管选择9-5/8”或11-5/8”下入至地热层同水平线相应深度目标第一地热层设计靶点11和第二地热层设计靶点21，随后对注采井筒下入套管并固井、安装套管头装置，以备在套管头上安装相应的注入分流装置和采热合流装置。接着进入三开地热层钻井套钻对接程序，双向对向钻进钻柱与井下工具分别配置如下：第一钻井工具钻柱为：钻杆+磁信标信号源+旋转导向工具+螺杆钻具+钻头，第二钻井工具钻柱为：钻杆+磁信号检测导向工具+旋转导向工具+螺杆钻具+钻头，钻头到磁信标或钻头到磁信号检测单元间长度距离大约

因此磁信标与磁检测装置单元间控制距离不小于25米。双向对钻钻柱首先在地热层内完成中心换热井筒，双向钻柱按设计钻井方案在导向定向工具引导下向中心靶点的对方钻进，第一钻井钻柱钻进中导向工具控制钻井轨迹和方位角，并将实时方位角信息反馈给第二钻井钻柱导向装置，由第二钻井钻柱导向工具结合参数进行彼此修正，保持双向连续对向钻进，钻进中第二钻井钻柱安装的磁信号检测导向单元发现对方第一钻柱磁信号方位，不断判断对比信号强度和方位角信息，维持双向在同一直线轨迹上对向钻进，当第二钻井工具检测到第一钻井工具上磁信号强度在

范围内时，引起触发信号发送给第一钻柱并将第一钻柱由钻井状态转为回抽状态，同时第二钻柱降低钻速继续跟踪钻进，双向维持磁信号强度不变也就是维持双方钻头间距离不变，用磁信号强度判断距离而防止钻头碰撞实现跟踪，在回抽跟踪中第一钻井钻柱形成的井筒被第二钻柱跟踪中套钻进入，继而形成连通地热层中心连通井筒。。

随后依次将符合地热层闭式换热所用的连续油管设备逐一安放到注入井10井口，在下入井筒的连续油管末端管口安装一半球形旋转喷头，随后将连续油管送进注入井10筒，连续油管在注入头推动下逐步穿入地热层井筒第一地热层设计靶点11、定向连通井30、采热井20的井筒的第二地热层设计靶点21穿进右侧采热井筒套管并从地面套管头钻出。连续油管穿管过程中连续油管设备根据注入头注入受力调整下推或回抽再下推力，连续油管内经高压灌注泵循环清水(或高压空气)为连续油管旋转喷头清理井筒，便于连续油管顺利穿入、平移并在采热井筒造斜段内顺利导向进入垂直采热井筒，并从采热井口穿出回到地面，至此，一次穿针引线式的穿管结束，循环多次上述穿管动作，实现多分支连续油管的同井穿入同井穿出，多次穿针引线作业结束。在完成多分支连续油管穿针引线后，在注入井10口、地热地层、采热井口间形成多闭式U型换热管路，全金属材质U管与地层、地热地层隔绝形成非直接接触式闭环换热模式，U型管内流体工质不与地层直接接触交互，换热工质在金属U型管内长距离流通中逐步与地热层换热并吸收热能，吸热后的高温工质在地面蒸发器换热后再次回注至注入井10口进入地热地层。地热注采井口分别安装注入工质分流分配装置和采热井口汇合装置，将地下各分支管路与井口装置相应接口连接在一起再与地面换热蒸发器装置构成闭式循环，至此为止，地热换热管路与地面装置构成封闭的换热工质闭式循环，实现U型换热管路长期吸收地热热能的同时又保护地层。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S40中，在第一钻井工具和第二钻井工具进行钻井时，第一钻井工具和第二钻井工具之间通过旋转导向工具、钻头方位角、磁信标信号源和磁信标搜索检测装置的实时检测实现跟踪重合连通定位。井下定向导向选择随钻旋转导向与磁对接导向组合工具，旋转导向可有效控制并降低地层摩阻与扭阻、钻速高完井周期短、井眼轨迹平滑、易调控并实现长水平段长度大位移等特点。工具耐高温150℃或200℃，造斜率控制在6.0°/30m～11°/30m范围内，定向采用中短半径造斜设置左右靶点，控制靶前距不超过100米(靶点与直井井底水平位移100米内)，定向导向追踪工具安装顺序为：PDC钻头+旋转导向工具+磁对接工具(磁信标或磁信号搜索检测装置)+扶正器+钻挺+加重钻杆+钻杆组合，磁对接装置安装在旋转导向工具后部为提高旋转导向定位钻进精度，磁对接信号经地面计算机反馈协助旋转导向工具按设计井眼钻进并与对向井眼相遇间实现对钻-发现-回抽-跟钻-套钻重合连通对接。磁对接装置采用国产设备，其中磁信标采用永磁信标信号强，测距范围大精度高，在地热层钻井工具中配套安装电磁波随钻探边工具可控制换热管路在高温地热层内。由于采用对钻方式对井筒钻进，左右双方钻柱井下工具都带有定向导向工具，双方导向工具和磁对接工具都处于对向动态钻进作业中，如果采用常规的磁对接信号重叠方式则会导致双方钻柱发生对钻碰撞而造成双方定向导向工具的损坏，因而只能采用“贪吃蛇”的回抽与钻进追踪中钻进作业，跟踪中第二钻井钻柱进入第一钻井钻柱井筒实现井筒套钻重合。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S40中，第一钻井工具和第二钻井工具在钻井时均以相同钻进速度和相同泥浆排量和压力参数运转并持续喷射泥浆，当第一钻井工具和第二钻井工具对向钻进，磁信标搜索检测装置检测到磁信标信号源的信号时，第一钻井工具和第二钻井工具维持泥浆参数并降低钻进速度继续对向钻进，当磁信标搜索检测装置检测到磁信标信号源的信号强度到达70％至90％时，第一钻井工具停止钻井并回抽，第二钻井工具降低钻速继续钻井。当第一钻井工具回抽时，第一钻井工具喷射的泥浆的排量减小5％至15％，第二钻井工具喷射的泥浆的排量增大5％至15％。同时保持二者钻井速度和双方磁信号强度保持不变，以此保持双方钻柱和钻头间距离稳定，在第一钻井工具转为回抽之后，当检测到注入井中回流至地面的泥浆循环量增大5％至15％时，第二钻井钻柱套钻进入第一钻井井筒内，左右对向钻进形成套钻重合连通井筒，第一钻井工具和第二钻井工具均回抽到左右地热层内靶点，此时完成地热层定向连通井30的钻井。

双向定向导向工具分别安装磁信标信号源和磁信标搜索检测装置搜索对方的方位，井下定向导向工具引导钻柱钻向设计的地热层设计分布的换热井筒轨迹虚拟中心靶点31(地热层换热井筒虚拟中心靶点31是一个虚拟的与中心井平行分支井上的一点，钻井中是依据磁信号强度控制左右钻柱间距离)，随钻数据随钻井液反馈到地面被测控计算机采集分析，实时反馈井下工具和钻头定位，控制钻柱沿设计轨迹和方位角向双向对向钻井连通井中心靶点钻进；在左右井眼或钻柱上磁信号与磁检测装置钻进中磁信号强度发生变化时，磁信号强度是调控钻头间距离避免钻头碰撞的主要依据，磁信号也是回抽与跟踪钻进实现套钻重合连通的主要依据。当双向靠近中心靶点且双方相距80米～60米时磁对接信号搜索检测装置的第二钻井工具发现第一钻井工具磁信标信号源，安装磁信标装置第一钻柱与磁信标搜索检测装置，第二钻柱按磁信标信号强度调整设定钻进速度并追踪，双向钻柱在双方定向导向工具引导下按设计井筒轨迹修正以低速对向钻进，地面定向导向分析计算机实时提供泥浆反馈导向信号并指示旋转导向装置引导钻头跟踪指向对方信号井眼；在双方磁信标信号强度达70％时，双向磁信号源与检测装置间距相距5米～10米时，安装磁信标信号源的钻机回抽钻柱并将循环泥浆排量减少10％，安装磁信标搜索装置的钻机在对方回抽的同时继续向前钻进并提高循环泥浆排量10％，这样双方钻柱内循环泥浆排量相差20％的流量，钻进方在不断搜索检测磁信标信号强度维持70％信号强度和钻井方位角调整的同时进入对方井筒，回抽钻柱方泥浆返回量因井筒重合套钻成为同一井筒泥浆返回泥浆流量波动中增加，压力也会增加，证明双方套钻重合，至此，连通井筒实现回抽各自钻柱裸眼完成第一次连通井筒；双方钻机回抽钻柱回到各自的地热层内靶点，裸眼完成每一次连通井筒；双方钻机回抽钻柱回到地热层内左右靶点重新下一次定向旋转导向、磁对接导向重合井筒对接钻进，循环上一次对接过程并完成全部地热层多平行分支钻井对接，回抽钻柱回到地面，移开左右钻机到下一注采井组的注入井位和采热井位继续下一井组施工。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S40中，定向连通井30包括中心井和多个围设在中心井外周的弧形井，先进行中心井的钻井，再进行弧形井的钻井，中心井与弧形井设置3～5米间距，多个弧形井之间间隔设置。上述的步骤中，由于定向连通井30为多个，因此多分支换热回路能够提高地热地层的换热效率。

如图1至图3所示，在本实施例中，地热闭环工质循环开采方法还包括以下步骤：步骤S50：将连续油管穿入至注入井10并由采热井20穿出，通过设置在连续油管的端部的旋转喷头喷射清理介质对定向连通井30的井壁进行清理。上述的步骤能够减小连续油管穿过时的阻力，进而使得穿管时更加快捷方便。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S30中，在注入井10的底部朝向采热井20钻第一造斜段，该第一造斜段在进入地热层形成水平或平行地层走向时构成第一地热层设计靶点11停止钻进，在采热井20的底部抄送注入井10钻第二造斜段，第二造斜段在进入地热层形成水平或平行地层走向时构成第二地热层设计靶点21停止钻进，第一造斜段远离注入井10的第一端为第一竖直面，第二造斜段远离采热井20的一端为第二竖直面，定向连通井30设在第一竖直面和第二竖直面之间。上述的第一造斜段和第二造斜段的设置能够降低钻定向连通井30的难度。

如图1至图3所示，在本实施例中，地热闭环工质循环开采方法还包括，通过设置在注入井10井口处的工质分流分配装置将大管径流体分流到每一分支换热管路，和设置在采热井20井口处的采热合流汇合装置将多分支地热换热高温热能流体合流汇合到一大管径管道上，以实现换热工质循环。地热开采方法还包括，从注入井10和采热井20内抽出垂直井筒内泥浆材料形成空腔多分支换热器井筒，在垂直井筒分别设置密封隔热保温装置(材料)。在已经安装完毕全部U型换热管路的注采井筒(注入井10和采热井20)的井口套管头上安装回灌注入井10井口低温流体分流分水装置，在采热井20井口安装高温地热合流集水装置，将U型换热管与注入和采热井口的分水和集水装置进行密闭连接。下一步，利用建筑搅拌站设备将破碎煤渣与泥浆沉淀物混合搅拌形成可在压力作用下流动的填充物，将混合填充物灌入已经抽空的注采井筒套管内，填充量以套管底部的第一地热层设计靶点11和第二地热层设计靶点21起到地热地层顶板上200米止，以阻止套管底部热损失，接着，在已经安装有分流分水和合流集水装置的井口内下入定制的聚酰亚胺(Polyimide，PI)发泡剂喷管对套管内进行发泡充填，密闭垂直井筒并对多U型换热管路在发泡充填中形成相对固定，一方面对垂直井筒起到隔热保温功能避免热能在垂直井筒中流通时与井筒套管和地层发生热交换而造成热损失，二方面可对多U型管起到彼此扶正固定作用，三方面是该发泡剂是耐高温材料，发泡体可在温度220℃的环境下长期使用。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S70之后，地热闭环工质循环开采方法还包括：步骤S80：通过设置在注入井10和采热井20外部的连通管路将连续油管的两端连通，并使连通管路与循环应用管路进行换热，构成全密封闭环工质吸热放热循环的地下深层地热闭环开采方式。具体地，本实施例的技术方案是由地下地热层内多平行换热分支换热管构成的全密封闭式地热换热器为换热主体，构成地热开采应用发电的外循环，闭环换热回路由回注井口及井口分水器、多根独立的全密封地下地层闭环连续回流灌注换热管、采热井口及井口集水器等构成，集水器井口对多分支换热管进入合流集水装置前通过相应的流量测量、温度测量以确保各平行分支换热管的采热平衡，通过回注井口分流分水器各分支换热管的电动调控阀对每一换热管路进行流量控制，注采井口、闭环换热管组与蒸发器、初级蒸发器、预热器、采热工质循环泵及各分支换热器管的温度和流量测量、调控等一起构成地热采热闭式循环回路，即外循环回路形成地热采集与回流灌注循环。

闭环地热外循环回路利用采热工质在地热层内流动吸热引起温度变化形成温度差而产生换热工质自然流动，为调整各分支换热管因地热层内实际换热管长度不同造成的采热温度差，会引起多分支换热管在采热井口集水器的汇合工质换热温度不均衡温差，造成多管汇合工质因温差而导致采热温度变化降低采热效率，在回注井口分水器前设计安装一只采热工质低压增压循环泵保持地热采热循环流量流速稳定，配合每一支闭环换热器管回灌入口电动流量调控阀及采热出口的流量、温度检测装置实现各分支热地层换热器的温度平衡。

闭环采热换热管路采用API-5ST标准碳钢连续油管而非采用高换热效率的钢管，主要原因是该项闭环无接头连续油管具有很强的抗挤压能力，采用屈服强度为90000PSI以上等级的API-5ST标准连续油管为地热闭环采热循环管路时，其材质屈服强度是铜管的五倍，闭环换热管长时间地热层运行管壁能承受更大的冲击力，通过换热管长度增加采热吸热能力。闭环循环管工质非直接与地热地层交换方式，可采用各种工质吸收地热热能，如清水、导热油、循环工质、超临界二氧化碳等。

闭环地热闭环工质循环开采方法涉及地面热能转换应用即地热发电环节，构成地热转化应用内循环，地下地热层换热热能经地面采热井口集水器将地下多平行分支换热管吸收地热能汇总一起，地热能经合流集水器汇合流入多级换热器构成的地热能蒸发器内，对内循环发电工质进行蒸发改变形态而气化，形成的气化工质高压流体进入透平膨胀机或螺杆膨胀机做工，由膨胀机推动发电设备产生电能输出，膨胀机做工后的低温工质进入冷凝器进行降温处理，以便工质再次进入蒸发器突然温升而达到临界温度产生气化，内循环闭环工质管路上设计安装一个工质循环加压泵促进工质循环流动，工质在蒸发器内形成气化流态工质再次推动膨胀机做工。

内循环可采用多级蒸发器，利用蒸发器不同温度范围形成双级膨胀机做工发电，针对采热温度不同选择合适的循环工质气化推动膨胀机驱动发电设备发电，循环工质的降温冷凝采用空气或水质换热循环，实现快速降温以提高循环工质发电能力。内循环工质结合膨胀机特征选择相匹配工质材料，采用临界温度稍高并接近循环温度、蒸发潜热小、传热系数高、热稳定性好又安全的工抟材料，以膨胀机做工高效、工质换热高效、经济性好为原则。可选择R245fa、R134a、R123等。

如图4所示，本实施例的地热闭环工质循环开采技术方案中注入(回灌)井10井口装置和采热井20井口装置采用21MPa工作压力和高温375℃等级标准部件制造，注入井10井口分流分水装置、采热井20井口的合流集水装置与地下地热层穿入的多平行分支连续油管构成的地下地热闭环工质循环换热开采方法在适用于多种工质循环地热层内采热的同时，也可用于超临界二氧化碳工质的循环采热，根据二氧化碳超临界的形态转化特性，相比其他同类型地热循环的换热工质具有：第一、二氧化碳临界温度和压力远低于水的临界点，容易达到超临界状态，有利于工程应用和降低运行成本；第二、超临界二氧化碳是一种非常稠密的流体，具有液体特性，密度大、传热效率高、做功能力强的优势；第三、超临界二氧化碳受热吸收地热能巨大的能量后兼具气体特性，粘性小，流动性强，系统循环损耗小；第四、超临界二氧化碳循环无相变，压缩过程中压缩功有效减小，只占涡轮输出功的30％多一点，而常规氦气循环要占到45％左右，燃气轮机则更高，要占到50％到60％。超临界二氧化碳发电系统是一种以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统，其做工循环过程首先是超临界二氧化碳经过压缩机升压进入地热地层，随后利用换热器将工质在恒定压力循环中经地热层升温加热，接下来地热层升温的工质进入涡轮机推动涡轮做功旋转，高温高热能超临界二氧化碳流体在进入涡轮机时瞬时的压力释放产生巨大的爆破气化压力推动涡轮机高速转动，涡轮带动电机转子旋转中发电，最后涡轮机流出的气化工质进入冷却冷凝器降温恢复到31℃超临界温度点的初始状态，再进入压缩机回注进入地下地热层形成全封闭式工质循环。

二氧化碳工质的压力和体积的变化过程是二氧化碳在7.4MPa/31℃条件下进入超临界(sCO₂)点气相与液相转化流态，循环中的二氧化碳流体经压缩机将被返回回灌注入井进入地下地热地层，地热层中多平行分支换热器此时与地层地质构造间形成一蒸发器管组，超临界二氧化碳在地热地层内随着二氧化碳吸收地层高温温度升高而蒸发中获得地热高能，高温高压超临界二氧化碳工质流体从采热井返回地面，高温高压高能超临界二氧化碳工质直接进入超临界二氧化碳涡轮机中，瞬时压力释放而产生爆破气化气流推动涡轮机主轴高速旋转，高速旋转涡轮主轴通过连轴器带动发电机设备的运转发电，由涡轮机输出的二氧化碳经冷却冷凝器降温又返回到压缩机注入地热采热井中，从而形成闭环二氧化碳工质循环采热。当采用超临界二氧化碳为地热采热循环工质时地面设备配置省去了大型的多级高压蒸发器结构，从采热井井口出来的二氧化碳直接进入涡轮机高压爆破气流驱动涡轮机带动发电设备高效发电。

采用超临界二氧化碳工质闭环循环采热的系统要比常规R245fa等工质系统更简单更高效，同时也将产生另一个问题就是增加了冷却冷凝器的规模以及冷却过程中电力的消耗。

具体地，如图1至图3所示，本实施例的技术方案的步骤细分如下：

步骤1：地质分析确定井位与钻井方案。根据地球物理勘探资料、前期油气勘探与煤炭勘探所探明区域地质评价资料分析，地热层目标深度、厚度、温度、地层渗透率、孔隙度、地热层含水及涌水量、地层压力及地表多因素综合分析，确定地热区域井场布置与井位方位，根据地热层深度、地层岩性、可能发生的钻井漏失确定地热层定向连通井30水平井换采热热施工方案、井下定向导向工具配置方案、对接定位连通方案、钻井完井方案和钻机配置方案等。

步骤2：制定地热井结构设计方案和地热层换热采热方案。采用注采井组分离地热回收方案，注入井和采热井相距1000米～2000米，根据地热层地温和渗透率、地热层和闭环换热管传热导热系数确定注采井距。直井井筒和定向造斜段采用9-5/8”或11-5/8”套管完井，地热层裸眼完井，注入井和采热井在地热层内实现同层多平行井筒中间对接连通结构，随后在钻井完井地热层多平行井筒内多次自注入井送入2”连续油管穿进地热层并从采热井筒穿出地面井口，在注入井口与采热井口间形成U型地热工质换热回路，在注入井井口设计换热工质分流分配装置均匀调控各分支注入工质流速流量均衡，在采热井井口设计换热工质合流汇合装置统一进入一工质高温热管道，至此，地热层吸收热能回到地面。

步骤3.钻机选型。在注入井的井位和采热井的井位各布置一台同型号钻机对向开钻，对向开钻是为降低单一钻机大位移水平井在另一井底对接的困难和低效，每台钻机承担一半的地热层水平井钻井井筒进尺更能提高钻机效率同时保证水平井质量。根据钻井深度、地热层水平位移和井筒结构，钻机选择5000米交流变频钻机配置350吨交流变频VFD顶部驱动设备，或选择7000米交流变频钻机配置500吨交流变频VFD顶部驱动设备为钻井主要装备；

步骤4.旋转导向工具和磁追踪工具组合。井下定向导向选择随钻旋转导向与磁对接导向组合工具，旋转导向技术是最先进的钻井导向技术又被称为“贪吃蛇”技术，旋转导向可有效控制并降低地层摩阻与扭阻、钻速高完井周期短、井眼轨迹平滑、易调控并实现长水平段长度大位移等特点。工具耐高温150℃或200℃，造斜率控制在6.0°/30m～11°/30m范围内，定向采用中短半径造斜设置靶点，控制靶前距不超过100米(靶点与直井井底水平位移100米内)，定向导向追踪工具安装顺序为：PDC钻头+螺杆钻具+旋转导向工具+磁对接工具(磁信标或磁信号搜索检测装置)+扶正器+钻挺+加重钻杆+钻杆组合，磁对接装置安装在旋转导向工具后部为提高旋转导向定位钻进精度，

磁导向信号检测装置经地面计算机反馈协助旋转导向工具按设计井眼钻进并与对向钻柱调控双向钻头间距，形成对钻-发现-回抽-跟钻-套钻重合的井眼相遇连通方式。磁对接装置采用国产设备，其中磁信标采用永磁信标信号强，测距范围大精度高，在地热层钻井工具中配套安装电磁波随钻探边工具可控制换热管路在高温地热层内(仅在高温较薄地热层时采用)。由于采用对钻方式对井筒回抽中跟踪套钻重合钻进，左右双方钻柱井下工具都带有定向导向工具，双方导向工具和磁对接工具都处于对向动态钻进作业中，如果采用常规的磁对接信号重叠方式则会导致双方钻柱发生对钻碰撞而造成双方定向导向工具的损坏，因而只能采用回抽与钻进追踪中钻进作业，跟踪方进入回抽方井筒实现井筒套钻重合。

步骤5.井筒结构。两台钻机分别移动到注入井井位和采热井井位开钻，在地热层的注入井侧设计左靶点、采热井侧设计右靶点，双向对向钻进在设计地热层目标靶点的垂直深度上200米处造斜以中短半径导向进入地热层设计左右靶点，控制靶前距100米左右。井筒设计二级套管结构，一开16”表层套管300米深，二开技术兼生产套管选择9-5/8”或11-5/8”下入至地热层同水平线相应深度目标左靶点和右靶点，随后对注采井筒固井、安装套管头装置。接着进入三开地热层钻井对接程序。

步骤6.地热层多分支换热井筒。三开自地热层靶点起左右钻机钻柱对向钻进，按设计的多分支井筒逐一在地热层内定向导向钻通相向采热井筒中心靶点方向，中心靶点与左靶点和右靶点在同一弧线上的相对中点(多分支形成多条相对平行的弧线)为双向井筒套钻重合分界点定位点；

双向定向导向工具分别安装磁信标信号源和磁信标搜索检测装置搜索对方的方位，井下定向导向工具引导钻柱钻向设计的地热层目标中心靶点，随钻数据随钻井液反馈到地面被测控计算机采集分析，实时反馈井下工具和钻头定位，控制钻柱沿设计轨迹和方位角向中心靶点钻进；

在左右钻柱靠近中心靶点附近时第二钻井工具上的磁信号检测装置发现第一钻井工具上磁信标信号(磁信标与磁检测装置间距80米～60米)，此时左右钻柱钻头相距60米～40米时，磁对接信号检测装置的一方发现另一方磁信标信号源强度变化，安装磁信标装置钻柱与磁信标检测装置按磁信标信号强度调整降低设定钻进速度并追踪，双向钻柱在双方定向导向工具引导下按设计井筒轨迹修正对向低速钻进，地面定向导向分析计算机实时提供泥浆反馈导向信号并指示旋转导向装置引导钻头跟踪指向对方信号井眼；

在双方磁信标信号强度达70％时，双向磁信号源与检测装置相应钻柱前端钻头间距相距10米～5米，安装磁信标信号源的钻机回抽钻柱并将循环泥浆排量减少10％，安装磁信标搜索装置的钻机在对方回抽的同时继续向前钻进并提高循环泥浆排量10％，这样双方钻柱内循环泥浆排量相差20％的流量，钻进方在不断检测磁信标信号强度维持70％信号强度和钻井方位角调整的同时进入对方井筒，回抽钻柱方泥浆返回量因井筒重合套钻成为同一井筒泥浆返回流量波动中增加，压力也会增加，证明双方套钻重合，至此，连通井筒实现回抽各自钻柱裸眼完成第一次连通井筒；

双方钻机回抽钻柱回到地热层内左右靶点重新下一次旋转导向磁对接钻进，循环上一次对接过程并完成全部地热层多平行分支钻井对接，回抽钻柱回到地面，移开左右钻机到下一注采井组的井位继续下一井组施工。

步骤7.地热井筒穿针引线。依次将符合地热层闭式换热所用的连续油管设备逐一安放到注入井井口，在连续油管末端管口安装一半球形旋转喷头，随后将连续油管送进注入井井筒，连续油管在注入头推动下逐步穿入地热层井筒左靶点、中心靶点、采热井筒右靶点穿进右侧井筒并从地面套管头钻出。连续油管穿管过程中连续油管设备根据注入头注入受力调整下推或回抽再下推力，连续油管内经高压灌注泵循环清水(或高压空气)为连续油管旋转喷头清理井筒，便于连续油管顺利穿入、平移并在采热井筒造斜段内顺利导向穿入垂直采热井筒，并从采热井口穿出回到地面，至此，一次穿针引线式的穿管结束，循环多次上述穿管动作，实现多分支连续油管的同井穿入同井穿出，多次穿针引线作业结束。

步骤8.闭式循环不与地热地层直接交互，在完成多分支连续油管穿针引线后，在注入井井口、地热地层、采热井口间形成多闭式U型换热管路，全金属材质U管与地层、地热地层隔绝，U型管内流体工质不与地层直接接触交互，换热工质在金属U型管内长距离流通中逐步与地热层换热并吸收热能，吸热后的高温工质在地面蒸发器换热后再次回注入注入井井口进入地热地层。地热注采井口分别安装注入工质流体分流分配装置和采热井口热流体合流汇合装置，将地下各分支管路与井口装置相应接口连接在一起再与地面装置构成闭式循环，至此为止，地热换热管路与地面装置构成封闭的换热工质闭式循环，实现U型换热管路长期吸收地热热能的同时又保护地层。

本实施例的具体实施步骤如下：

根据深度4000米地热层形成注采相距1000米内的U型闭环对接采热井筒设计，U型热交换管总长度在10000米左右，对向注采井组平均钻井进尺在5000米左右，依据地热开采方案的要求需要多井组提供大量的地热能为地面项目配套热源，对于100MW以上的地热发电项目地面注采井组会在10组甚至更多，水平定向导向钻井工作量更为巨大，同地热层内平行换热管分支将多达100到200支水平井筒，为提高钻井效率地热钻井对接工艺有两种方法实现，第一高效快速钻井钻通完井方案。

①采用两部5000米电动钻机配置350吨顶驱、或采用7000米电动钻机配置500吨顶驱，钻机自设计地热井注采井组确定的井位分别开钻到达设计在地层层第一目标位左靶点和右靶点，垂直井筒设计二级套管结构，16”表层套管300米深，技术兼生产套管选择11-5/8”或9-5/8”下入深度至地热层同水平线相应深度目标左靶点和右靶点，随后对注采井筒固井、安装套管头装置、在相应的注入井井口套管头上安装分流分水器，实现回灌(回注)分配到各U型换热管分支，在相应的采热井套管头上安装合流集水器，实现地下多分支U型管的汇合集中；

②两部钻机按设计的多分支井筒逐一在地热层内定向导向钻通相向对接套钻重合井筒，对接套钻重合井筒的共同靶点与左靶点和右靶点在同一弧线上，左右钻机井下钻柱工具组合包括钻头、螺杆钻具、定向旋转导向工具和磁场定位系统构成，旋转导向工具为钻井提供精准的定位指向引导钻具沿设计钻井程序自动钻井，并提供实时的精准方位角信息给地面计算机控制系统，在地热层钻井工具中配套安装电磁波随钻探边工具可控制换热管路在高温地热层内。磁场定位系统包括磁信标和磁信号检测两部分，在此应用中设计采用一个特制磁信标筒状模块中心孔流通泥浆，筒体为强磁信标与钻具上下螺纹连接，钻杆和井下工具移动强磁信标移动。

③双向定向导向井是甲乙两个正在钻进的井筒，甲乙方钻机配置采用完全相同的钻具和定向导向工具配置，但配套的磁定位工具甲方为磁信标装置，乙方为磁信号检测装置，磁定位装置只起到辅助导向功能协助旋转导向与对方井筒重合套钻进入，双向钻机采用相同的泵注压力和泥浆循环排量，是双向钻进的“双钻动重合套钻连接模式”，如果采用常规的“一动一静”方式难以实现井筒重合，双方钻柱内安装的定向导向工具因对向钻进碰撞可能会因双向对钻钻进中对撞造成彼此的损坏。

④旋转导向工具提供精准的方位角数据，甲方实时钻进中钻头方位角Ω则乙方实时钻头方位角为180°+Ω角(双方对向角)，双向方位角将钻具引导导向对方轨迹重合一致方位，乙方在与距离甲方50米处检测到甲方磁信标信号，乙方作为主动寻导追踪一方，甲方作为被追踪一方，双方不断修正彼此导向及方位角重合度彼此钻进中逐渐靠近对方，当乙方检测到磁信号强度为预置信号强度70％时，由于地层信号衰减双方磁信标信号与磁检测装置间距小于35米，甲乙双方钻头间距大约5～10米；

⑤当乙方检测到磁信标信号强度为预置信号强度70％时，甲乙双方泥浆正常循环下停止钻进，甲乙双方彼此调整泥浆泵排量为一方增加一方减少，甲方降低泥浆排量10％乙方增加泥浆排量10％，双方形成泥浆排量差20％，甲方在连续泵压泥浆循环下以降低排量回抽钻柱，而乙方在连续泥浆循环下增加排量继续跟踪钻进并保持检测到磁信号强度70％不变，实时修正钻进方位角与甲方井筒方位角一致，保持甲方回抽与乙方钻进速度同步，形成乙方钻进中追踪甲方的回抽动作，双向井筒未重合时各自返回泥浆相对稳定下不会波动，当井筒重合时乙方进入甲方回抽井筒，磁信号一直维持不变说明二者间维持相对固定钻头距，这时由于泥浆循环泵入排量不同压力不同，乙方大排量泥浆一部分向自井底循环返回钻井井口，一部分泥浆因正压进入低压侧甲方回抽井筒，理论上甲方循环泥浆排出量会增加10％返回地面井口进入泥浆循环装置中，至此，双方回抽与追踪的套钻重合连通形成U型连通井，连通井筒实现后回抽各自钻柱返回各自井底左右靶点裸眼完井。该方案两井同时开钻的对向回抽、检测、跟钻、套钻重合跟踪方式可以快速在地热层内形成套钻重合对接完成每一个平行U型分支井筒建设，本步骤对井筒定向钻进、导向与方位判断、发现与泥浆排量调整、回抽与跟踪、泥浆检测与套钻重合钻进方式实现双侧对向套钻重合连通井建井模式。

⑥接下来，双向钻杆返回各自地热层的第一靶点即左右靶点位，调整方位角定向导向进行下一组平行多分支地层换热U型连通井的施工作业，重复⑤中步骤，以对井筒定向钻进、导向与方位判断、发现与泥浆排量调整、回抽与跟踪、泥浆检测与套钻重合钻进方式实现双侧对向套钻重合连通井建井，在完成全部多平行分支井施工后钻井完井收工并将钻柱、钻机撤离井场，至此，该地热注采井组地下地热层多平行换热井筒完成。

⑦接下来，装载有符合U型重合套钻连通井总长度的连续油管设备到场逐一下入连续油管换热管并从另一井眼穿出，循环完成全部平行换热分支的施工，至此，形成地面井口与地热层内设计施工的全部U型连通井钻井、完井、穿管作业，将全部U型管与地面井口的集水器和分水器连接固定，单井组多分支闭环换热地热开采实现。

⑧接下来，在已经安装完毕全部U型换热管路的注采井筒井口套管头上安装回灌注入井井口低温流体分流分水装置，在地热能采热井口安装高温地热合流集水装置，将U型换热管与注入和采热井口的分水和集水装置进行密闭连接。下一步，在完井已经下入全部U型换热管的垂直井筒内自注入井筒和采热井筒分别抽出井筒泥浆形成垂直井筒空腔，利用建筑搅拌站设备将破碎煤渣与泥浆沉淀物混合搅拌形成可在压力作用下流动的填充物，将混合填充物灌入已经抽空的注采井筒套管内，填充量以套管底部靶点起到地热地层顶板上100米止，以阻止套管底部热损失，接着，在已经安装有分水和集水装置的井口内下入定制的聚酰亚胺(Polyimide，PI)发泡剂喷管对套管内进行发泡充填，密闭垂直井筒并对多U型换热管路在发泡充填中形成相对固定，一方面对垂直井筒起到隔热保温功能避免热能在垂直井筒中流通时与井筒套管和地层发生热交换而造成热损失，二方面可对多U型管起到彼此扶正固定作用，三方面是该发泡剂是耐高温材料，发泡体可在温度220℃的环境下长期使用。

第二分工合作各司其职方案，采用两部不同型号钻机从注采井位完成各自井筒对向井筒至左右靶点钻井施工，地热层内对向同深度左右靶点构成多分支平行间隔井筒的定向钻井出发点，一部配置有500吨顶驱的7000米电动钻机将承担其第一口井的垂直井钻井和众多注采闭环井组中地热层多分支地热平行分支的全部钻井任务，水平定向导向钻井工作量巨大，另一部5000米电动钻机专职承担垂直井筒施工，首先完成采热井筒施工到右靶点并套管固井后移到下一采热井位继续钻井，随后自采热井筒下入磁对接信标信号源到井底右靶点位。该5000米电动钻机完成全部采热井施工后移动到注入井井位继续多注入井的连续钻井施工，按照设计要求在地热层目标靶点结束钻井、固井完井。7000米电动钻机在完成第一注采井组施工后移动到下一注入井井位已经完井的垂直井筒投入地热层平行多分支的钻井施工。地热井注采井组井筒在地热层设计左靶点或右靶点，垂直井筒设计二级套管结构，16”表层套管300米深，技术兼生产套管选择11-5/8”或9-5/8”下入深度至地热层同水平线相应深度目标左靶点和右靶点固井；该方案中7000米电动钻机按设计的多分支井筒逐一在地热层内定向导向钻通相向采热井筒对接靶点，对接井筒轨迹与左靶点和右靶点在同一弧线上(多分支形成多条相对平行的弧线)，该钻机井下钻柱定向导向工具配套安装磁信标检测装置，钻柱在定向导向工具引导下按设计井筒轨迹钻进引导向采热井筒的井底磁对接信号源点，将要钻进重叠前5米时降低钻井速度完成一次对接，该钻机回抽钻柱回到地热层内左靶点重新下一次导向钻进循环上一次对接过程并完成全部地热层平行分支钻井对接，回抽钻柱回到地面，回抽采热井筒磁对接信标回到地面，移开电动钻机到下一注采井组的注入井井位继续下一井组施工。

随后连续油管设备抵达注入井井口，下入第一条连续油管并从采热井口穿出形成U型，切割连续油管并移走连续油管设备，移动另一台连续油管设备抵达注入井井口，重复下管、穿管、穿出、切割形成另一个同井U型管，依次进行多次施工完成全部U型管的安装，将各U型分支管与注采井口相应的分流分水器和合流集水器连接，形成分水器与集水器外的单一回注管道和单一采热管道，至此地热交换井组实现注入井一分多管、采热井多管合一的换热地热层平行多分支采热模式。连续油管换热回路管穿针引线法是在已经钻井完井的对接井筒注入井套管底部靶点穿出沿地热层多分支井筒的一个分支井筒推入采热井底部靶点方位，形成第一次穿针穿入，连续油管沿平行井筒弧线抵达采热井底靶点穿入采热井筒，形成第二次穿针穿入采热套管井筒并从地面井口穿出。连续油管入井前在其末端安装一个特制1.2倍管径圆形旋转小喷头辅助送管，不需要在连续油管前端和采热井筒内设置磁性信标。

注采井筒采用结构相同的完井设计，生产套管采用9-5/8”或11-5/8”套管2200米～4200米长并完井，表层16”或20”套管300米～450米长双级套管结构,地热层多平行分支井筒采用裸眼结构，注采井筒套管采用API K55钢级，适用于地温371℃地热开发，井底对向定向造斜设计靶点在同一地热层同深度内，井底造斜利于左侧连续油管进入地热地层，右侧造斜利于连续油管从地热地层穿入靶点套管内，在地热区块内设计采用多井组平行布置地面井场，采用两部钻机同时施工钻井，一部7000米配置500吨VFD顶部驱动电动钻机承担注入井地热地层内多水平井施工钻井作业，一部5000米钻机配置350吨VFD顶部驱动电动钻机承担注采井直井段和造斜至地热层靶点钻井作业，或多部电动钻机实施平行式工厂化钻井，多部钻机施工可提高水平井钻井效率缩短完井时间，单井组多分支地热换热井筒内采用小井眼4-1/4”钻头形成井筒直径110mm左右井眼，每个分支井筒定向钻通地热层并导向至采热井筒底部靶点，在每一个在采热井筒内下入到井底靶点磁性信标以供定向水平井钻柱配置的磁对接装置找寻，定向水平井钻柱井下工具组合中配置RMRS磁对接连通仪器(近钻头磁导向工具)实现对接，或功能相同的DRMTS远距离穿针工具(国产)实现注入井(回流灌注井)定向水平井井下工具找寻到采热井筒靶点对接完钻，回抽钻柱至靶点再次定向在水平面造斜偏移开始第二个地热层内水平井井筒施工，地热层内水平面间水平偏移量保持附近井筒3米～5米间距，钻井找寻采热井筒内磁性信标完成对接，第二个地热层内同层换热井筒完成，以此类推依次完成14～20个两端在同一点的并行井筒轨迹，每个井筒轨迹控制间距不小于3米～4米间隔，本井组所有地热层换热井筒完成；

在注水井生产套管内定向钻通14～20个连接注采井的多分支平行井筒，通过钻井已经在地热层内完成起点相同(注入井定向靶点)的14～20个地热导定向平行井井筒轨迹终点汇集在同一点(采热井筒定向靶点)的并行井筒轨迹后，缠绕着10000米2”连续油管的大型连续油管设备自注入井井口分别下入直径2寸的连续油管经套管进入地热层，通过地热层的原设计靶点分别送入已经钻通的相应14～20井筒内，在连续油管前端口安装有一个光滑旋转喷射喷头，地面配置的泥浆泵高压将清水泵入连续油管内推动旋转喷射喷头旋转中向采热井移动，或注入高压空气推动高压喷射旋转喷头旋转中喷射有利于清理井筒泥浆堵塞方便连续油管滑动置入，连续油管经钻通的井筒内滑动到采热井筒靶点进入采热套管内，此时通过连续油管注入头受力变化、连续油管内注入清水或空气流体流动压力变化、及采热井内安放的压力测试装置可检测到连续油管是否进入采热井筒内，继续送入连续油管并从采热井口穿出，这样就完成一根连续油管换热回路的穿入工作，这个过程完成一次穿管，在每一次连续油管送入地热层形成U型回路时，在注入井井口上方靠近连续油管设备注入头底部位置切割连续油管并移走注入井井口的连续油管注入头和连续油管设备，反复14～20次的连续送入连续油管在注采井口形成了14～20个U型相同回路地热吸收地层换热器，地热层内每个U型管间隔3米就在地热层内形成一个宽42米～60米或U型管间隔5米就在地热层内形成一个更宽的地热换热器。

地热注采井在完成多个U型换热回路的安装后，在井口分水器和集水器地面以下的垂直井筒是一个多管聚集套管结构，利用建筑搅拌站设备将破碎煤渣与泥浆沉淀物混合搅拌形成可在压力作用下流动的填充物，将混合填充物灌入已经抽空的注采井筒套管内，填充量以套管底部靶点起到地热地层顶板上200米止，在阻止套管底部热损失的同时对套管内多分支管的井底进行固定封堵功能，起到两个作用，其一是封堵并固定套管内多分支管间间距，阻止地热层高温通过套管上下对流，其二是阻止套管内长时间运行出现凝水积水与井底换热管接触降低回收热能温度。在填充物的上部使用定制的聚酰亚胺(Polyimide，PI)对套管内进行发泡充填，将聚酰亚胺压力筒套件安放在一个小型特制绞车架上，打开聚酰亚胺压力筒外侧缠绕配套的不锈钢盘管伸进采热井筒内一个临时与绞车架固定的长5米直径50mm的金属直管内，绞架旋转释放不锈钢盘管经直管扶正改变形状导向进入采热井筒，定制的聚酰亚胺是采用一个大容量压力筒配置一条专用长达3000米的8mm不锈钢盘管与压力筒出口连接并缠绕在压力筒外侧形成一体结构，该不锈钢管与聚酰亚胺压力筒出口连通形成唯一出口在不锈钢盘管的外端口，不锈钢盘管端口安装有一个撞针式弃放阀，外部撞针受力内顶撞断内针，酰亚胺压力筒压力作用喷出的泡沫将撞针式弃放阀吹掉，打开的聚酰亚胺直接从不锈钢盘管喷出形成发泡状物质而膨化，使得套管内井筒形成一个密闭的多管固定、隔热、保温筒结构。聚酰亚胺是分子结构主链中含有酰亚胺结构的高分子聚合物，高性能聚酰亚胺(PI)的主链大多以芳环和杂环为主要结构单元。PI具有最高的阻燃等级(UL-94)，良好的电气绝缘性能、机械性能、化学稳定性、耐老化性能、耐辐照性能、低介电损耗，且这些性能在很宽的温度范围(-269℃-400℃)内不会发生显著变化，聚酰亚胺泡沫可分为三类：第一类与一般聚酰亚胺相同，将酰亚胺作为主链的泡沫材料，使用温度达到300℃以上(PI泡沫)第二类酰亚胺环以侧基方式存在的泡沫材料(PMI泡沫)，第三类是将热不稳定的脂肪链段引入聚酰亚胺中在高温下裂解而得到的纳米泡沫材料，PI泡沫是一款具有优异耐高温性能的轻质软泡材料，长期使用最高温度可达220℃以上，短时使用最高温度可达300℃，使用时无含卤素毒性气体或腐蚀性气体产生，通过RoHS 2.0认证。

地热井是一个长期运行的项目，一旦实施必须保证运行30年以上。假设目标地热层地温200℃，按地热长期运行平衡地热温度150℃到达采热井口，经蒸发器换热后回注温度50℃计算温差100℃，采用碳钢2”连续油管其导热系数按45W/m℃时单管在2000米长目标地热层导热吸收热能达1.43MW，14个同地热层平行换热分支构成的地热注采井可产生热能20MW,。分别在注采井口安装吸热工质(导热材料)集水或分水器，将每个U型管回路与集分水器套装连接后焊接在一起，在注入井分水器前部安装一个小型增压泵提高注入循环压力，控制回注流速不高于6米每秒，地热层内管吸热导热能力利于多分支回路内热换热器水流的热虹吸效应(温差效应)而改善地下换热器回路内吸热工质对地热能的反应。分水器的每个对应回路上设计安装有一个电动调节阀，以控制每一U型回路内流量，集水器的对应每一个回路上安装有温度传感器、流量传感器，以保证每一回路内热能提取功率稳定，从而保证系统回路内热提取平衡功率稳定。采热井口温度传感器、流量传感器信号经地热控制器计算发出调控指令命令对应回路调节阀调整注入地热层工质输入量，实现热采井口自动测控。

采用在勘探发现有足够地热能量的地方实现大规模、低风险和具有成本竞争力的发电，地热有着与风能和太阳能的间歇性和不可预测性对比中不可比拟的优势，地热可以实现每天24小时年365天的长期连续运行，为电网提供清洁、连续和弹性的电力，不受空间气象环境影响是提高电网稳定性的理想之选，。该技术发明还可用于改造传统地热领域现有的非生产性或退化井，还可以在油田区域内利用已经报废停产井在采用油井制氢技术生产氢气后转入地热资源开发井，是油气田公司转型的解决方案之一。

本深层地热发电装置通过井组间全密封循环回路内流动工质与地层接触换热，控制内循环工质的流速流量以最经济能量提取所需的地层高温。换热工质液体在穿过地热目标地层时的分布间隔多循环连续油管组吸收地层热量，然后循环流动到到地面井口，井口取热液体经管道将热量装入ORC发电系统产生清洁电力，用于特殊工艺的热能换热及输送方式大大降低了开发风险，内循环管路中不存在地下渗透性或因压力需要引起的大量水消耗，从而克服了传统地热技术的基本地理限制。

本深层地热井开采技术可从一口油井扩展到多口油井，以匹配资源和电力设备发电需求，多口井组可降低钻井风险和成本，使深井具有经济性，可以开发高温资源。

本深层地热技术采用全封闭内循环换热工质技术是最环保的电网规模电力形式。该技术对环境非常安全，没有地下水污染、没有有害气体排放、没有碳排放，没有土地沉降或诱发地震活动的风险。

深层地热热能开采工艺技术与方法主要针对地下深层地温80度以上的地热资源，涉及到地下换热体构成、连续换热回路建设形成、注采井口装置、地热地面换热器、ORC地热发电装置、电解制氢装置等。

深层地热能量开采工艺技术与方法是借助于油气开发的水平井技术，在勘探发现的地下深层地热资源储层内建设一个面积换热型的多管换热体，根据地热储层温度高低设计这个换热体是在一对相距1500米～2000米的垂直注入井、垂直热回收井，地面热能回收换热器/蒸发器与注采井组构成闭式循环，蒸发器与ORC发电装置构成地面发电动力装置，两口注采井在地热层内为对向造斜对开式水平指向对井结构，垂直井筒设计为双层套管，生产套管采用9-5/8”或11-5/8”套管2200米～4200米深并完井，表层16”或20”套管300米～450米深双级套管结构,生产套管经直井、造斜进入地热储层与储层平行的弧形靶点止，形成注采井筒垂直-造斜-地热层靶轨迹并固井，随后在垂直采热回收井底下入磁联通装置便于注入井下入的钻具寻找对接，在注入井内下入小尺寸定向导向钻具，按储层内多水平井筒设计钻进并与热回收井对接进入热回收井井底套管内，在地热储层内两直井间钻通14～20个地热地层内平行间隔3～5米水平井组通道，这样就在储层内形成一个宽30～100米的地热换热体；在已经形成10～20个地热层内平行水平井组通道内利用连续油管设备在井筒轨迹内送入2”连续油管，连续油管头安装一只旋转喷射头用于清理流体通道促进连续油管顺利到达生产井套管内，在多支连续油管分别进入热回收井套管内穿入并到达地面从井口套管头出，此时经注入井10与热回收井两个井口间形成多由2”连续油管组成的U型管结构，在注入井口切割连续油管并移走连续油管设备更换另一台连续油管设备重复第一次穿管作业，在完成10～20个U型连续油管作业后地下深层热回收换热体形成。

在已经形成的多个2”连续油管构成的U型管闭式循环结构中，可采用高效换热导热油在连续油管内循环，采用导热油也可以避免循环管路的腐蚀发电，提高循环管路生命周期降低生产成本，由于热效应温度场产生的温度差作用，流体在注采井口间因压力平衡并借助温度差作用，只需要较低的循环泵压力就可以实现封闭回路内的液体循环流动。

在地下深层地热储层内钻井完成的多路连通结构中，经洗井也可以实现换热流体在地层构造内循环流动，但是这样的换热循环流体经过一定时间的运行后，流体内会产生微生物造成循环流体的变质从而降低换热工质的流动和热效能，同时井筒工作一定时间后因地层长时间液体运行及地层自然压力作用，必将造成井筒坍塌，阻断流通通道从而阻滞了地面发电设备的发电效率，因而必须有一完整的全封闭式高效换热流体实现内循环，采用连续油管结构实现全封闭式金属管具有其它方案无可比拟的优势，一方面金属钢管可对地层起到支撑作用，二方面由于地层压力作用，地热储层结构挤压与连续油管形成紧密一体的换热接触面，三方面导热流体在闭式管路内流动可采用特殊换热工质提高换热效率，四方面由于连续钢管形成流体通道可持续保证换热通道长时间连续运行。

单一井筒内往复式结构一方面换热体与地层接触面积小，无法增加热能提取效率，另一方面同一井筒内往复管间形成冷热交换，长时间造成井筒内相对热平衡失去换热效能，因而在地热储层内增大换热面积是唯一方案。同井多分支闭式循环结构设计不受地层因素影响，要中用于各种地质构造温度场提取地热能。

预热器、蒸发器接受地下闭式循环U型管路内的导热油工质在地层内吸收的热能，由生产井口进入地面ORC配套蒸发器对ORC内循环工质蒸发变性，内循环工质受热成高温高压的蒸汽(非水蒸汽)，然后进入膨胀机推动转子做工，同时降温降压。蒸汽从膨胀机排出后，进入油分离器，分离润滑油，气体进入冷凝器冷凝成液体，液体被液体泵升压，进入预热器、蒸发器，完成一轮循环。同时还存在的一路循环是润滑油在油分离器实现分离后，借助油泵输送至各润滑点，确保轴承等零件的润滑与降温。ORC循环中，工质的作用是将热源的热值提取出来，将温度转化为压力、动力，从而实现低温热源的动力输出。因为无压力、低压力的热源，无法利用其它办法实现热工转换，ORC螺杆膨胀机是唯一选择。工质的选择很重要，对于发电效率的高低、机器设备的规格、造价等都有影响。标准有机朗肯循环螺杆膨胀发电站使用的工质是R245fa环保工质。

生产套管(连续油管)采用9-5/8”或11-5/8”套管2200米～4200米长并完井，表层16”或20”套管300米～450米长双级套管结构,在直井段采用9-5/8”套管至地热储层，内部穿入2”连续油管，理论上计算套管面积与连续油管面积总和决定了可穿入连续油管数量：

9-5/8”(寸)的套管内配2”(寸)的连续油管的计算结果：23根；

实际配置按60％设计9-5/8”套管内下入2”连续油管为14根；

当设计地热储层垂深2000米，注采热井口间距1000米，需要2”连续油管长度5400米，2000(井深)×2+1000(水平长)+200×2(造斜位移)；

当设计地热储层垂深2000米，注采热井口间距2000米，需要2”连续油管长度6400米2000(井深)×2+2000(水平长)+200×2(造斜位移)；

当设计地热储层垂深3000米，注采热井口间距1000米，需要2”连续油管长度7400米，3000(井深)×2+1000(水平长)+200×2(造斜位移)；

当设计地热储层垂直深3000米，注采热井口间距2000米，需要2”连续油管长度8400米，3000(井深)×2+2000(水平长)+200×2(造斜位移)；

当设计地热储层垂直深4000米，注采热井口间距2000米，需要2”连续油管长度10400米，4000(井深)×2+2000(水平长)+200×2(造斜位移)；

考虑到连续油管滚筒容量及放管时必须在滚筒最内层必须保有一定长度而不能将连续油管彻底释放至内层管放空，滚筒上2”连续油管实际缠绕连续钢管长度按11000米设计。

注采井口为相同结构的套管头上法兰连接14合一或20合一多管汇入式分水器和集水器(下法兰连接)，在注入井井口多管合一结构相当于分水器功能，将来自换热器发电设备提取地热后的主管流体分配到多管路分支管中进入地下地热储层；在热能回收采热井口多管合一结构起到集水器作用，将多管路分支汇总到一主管路，在采热汇总集水器主管路后接一除气器脱除流体流动产生的气泡，避免流体气泡在换热器中积存影响换热效率，地热流体从除气器送入蒸发器内将内循环ORC蒸汽发电用循环工质变换为高温水蒸汽用于推动ORC蒸汽机做功，继而由ORC蒸汽机推动发电机组发电，经ORC蒸汽机作功后已经降温的低温循环工质经压缩机推动进入预热换热器，再回流入蒸发器内形成闭式内循环，蒸发器内闭式循环热对将蒸汽机返流水温度再次循环提升至蒸汽态，再次又循环推动ORC蒸汽机发电；在ORC蒸汽机低温端管路上设计一个内循环净化软化水补充罐对内循环补充挥发的工质。

被蒸发器吸收地热能后的外循环地下热能流体，流经预热器进入灌注泵加压回流入注入井分流器，在分流器被分配到储热地层多分支外闭式管路中，从而完成一个地热能提取循环，在预热器末端与灌注泵间的管路上设计一个循环流体补充罐以填充地热能循环流体的挥发消耗而引起的缺失。

此可再生地热资源发电的电能驱动水电解机组制取绿色环保氢气能源。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，包括：

步骤S10：进行地热底层的地质分析并进行井位的选择；

步骤S20：根据所述地质分析和所述井位的选择的结果确定钻井方案；

步骤S30：根据所述钻井方案进行钻井以得到注入井(10)和采热井(20)；

步骤S40：通过第一钻井工具在所述注入井(10)的底部的第一地热层设计靶点(11)朝向所述采热井进行钻井，通过第二钻井工具分在所述采热井(20)的底部的第二地热层设计靶点(21)朝向注入井(10)进行钻井，以得到导通所述注入井(10)和所述采热井(20)的定向连通井(30)；

步骤S60：将多个连续油管由所述注入井(10)穿入至所述定向连通井(30)并由所述采热井(20)穿出；

步骤S70：向所述连续油管内灌注换热工质。

2.根据权利要求1所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，在步骤S40中，在第一钻井工具和第二钻井工具进行钻井时，第一钻井工具和第二钻井工具之间通过旋转导向工具、钻头方位角、磁信标信号源和磁信标搜索检测装置的实时检测实现跟踪重合连通定位。

3.根据权利要求2所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，在步骤S40中，当所述磁信标搜索检测装置检测到所述磁信标信号源的信号强度到达70％至90％时，所述第一钻井工具停止钻井并回抽，所述第二钻井工具继续钻井。

4.根据权利要求3所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，所述第一钻井工具和所述第二钻井工具在钻井时均以相同钻进速度和泥浆参数运转并持续喷射泥浆，当所述第一钻井工具和所述第二钻井工具对向钻进，所述磁信标搜索检测装置检测到所述磁信标信号源的信号时，所述第一钻井工具和所述第二钻井工具维持泥浆参数并降低钻进速度继续对向钻进，当所述第一钻井工具回抽时，所述第一钻井工具喷射的泥浆的排量减小5％至15％，所述第二钻井工具喷射的泥浆的排量增大5％至15％。

5.根据权利要求4所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，在所述第一钻井工具回抽之后，当检测到所述注入井(10)中回流的泥浆量增大5％至15％时，所述第一钻井工具和所述第二钻井工具均回抽，此时完成定向连通井(30)的钻井。

6.根据权利要求1所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，在步骤S40中，所述定向连通井(30)包括中心井和多个围设在所述中心井外周的弧形井，先进行中心井的钻井，再进行弧形井的钻井，所述中心井与所述弧形井间隔设置，多个弧形井之间间隔设置。

7.根据权利要求1所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，所述地热闭环工质循环开采方法还包括以下步骤：

步骤S50：将所述连续油管穿入至注入井(10)并由采热井(20)穿出，通过设置在所述连续油管的端部的旋转喷头喷射清理工质对所述定向连通井(30)的井壁进行清理。

8.根据权利要求1所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，在所述步骤S30中，在所述注入井(10)的底部朝向所述采热井(20)钻第一造斜段并形成所述第一地热层设计靶点(11)，在所述采热井(20)的底部抄送所述注入井(10)钻第二造斜段并形成所述第二地热层设计靶点(21)，所述第一造斜段远离所述注入井(10)的第一端为第一竖直面，所述第二造斜段远离所述采热井(20)的一端为第二竖直面，所述定向连通井(30)设在所述第一竖直面和所述第二竖直面之间。

9.根据权利要求1所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，所述地热闭环工质循环开采方法还包括，通过设置在所述注入井(10)的井口处的工质分流分配装置和设置在所述采热井(20)的井口处的合流汇合装置，以实现所述换热工质循环。

10.根据权利要求1所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，所述地热闭环工质循环开采方法还包括，向所述注入井(10)和所述采热井(20)内分别设置密封隔热装置。

11.根据权利要求1所述的地热闭环工质循环开采方法，其特征在于，在所述步骤S70之后，所述地热闭环工质循环开采方法还包括：

步骤S80：通过设置在注入井(10)和所述采热井(20)外部的连通管路将所述连续油管的两端连通，并使所述连通管路与循环应用管路进行换热。

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