CN114876439A - 一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法 - Google Patents
一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114876439A CN114876439A CN202210739591.9A CN202210739591A CN114876439A CN 114876439 A CN114876439 A CN 114876439A CN 202210739591 A CN202210739591 A CN 202210739591A CN 114876439 A CN114876439 A CN 114876439A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- well
- casing
- stratum
- cement
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 13
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 claims description 7
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/30—Specific pattern of wells, e.g. optimising the spacing of wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/02—Surface sealing or packing
- E21B33/03—Well heads; Setting-up thereof
- E21B33/04—Casing heads; Suspending casings or tubings in well heads
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B36/00—Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明涉及地热能利用技术领域，本发明提供了一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法。第三层及以后套管采用套管悬挂器悬挂在上层套管底部，增大了井筒容积，延长了流体受热时间。使用液态导热介质替代固井水泥，填充套管与地层环空，降低了热阻，避免水泥固结后与地层、套管间形成的微缝隙影响传热。本发明提供的方法可大幅提高井壁换热的能力。
Description
技术领域
本发明涉及地热能利用技术领域，本发明提供了一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法。
背景技术
地热能是一种清洁、可再生的能源。地热能利用途径非常广泛，低温地热资源可用于冬季取暖，高温地热资源可用于发电。加快开发利用地热能对调整能源结构、节能减排具有重要意义。
地热能的开发利用有多种技术方案，其中一种方案为井壁换热。该方案利用钻井形成的井壁作为热源，钻至设计深度后井内下入隔热管，向环空泵入冷水，冷水经井壁加热后经隔热管返出地面。该方案采用油气井开发中使用的井身结构及固井方法，即钻至设定深度，下套管，用水泥封固套管与地层环空，采用比套管内径小的钻头继续钻进并下套管固井，直至设计井深。
该井身结构及固井方法在井壁换热地热井中并不适用，存在以下问题：1.固井水泥导热系数远小于地层岩石导热系数，固井水泥导热系数低将导致井壁向井筒传递的热量大幅降低；2.水泥凝固后，水泥与套管、水泥与地层之间的胶结面存在大量缝隙，其实质是局部真空，真空无法传递热量，由此造成传热面积的大量减少，严重影响热量的传递；3.多层套管井口直下至井底减少了井筒的内容积，降低了流体在井内的受热时间。
因此，发明一种适用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法，实现地热能的高效利用，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为解决现有井壁换热方案中换热量小的难题。本发明提供了一种用于井壁换热的地热井的井身结构及固井方法，如图1示。
井身结构，其特征在于：表层套管1-1、技术套管1-2由地面下至该开次底部；三开及三开以后开次，套管采用套管悬挂器悬挂在上层套管底部：技术套管1-3通过套管悬挂器2悬挂在技术套管1-2底部，技术套管1-4通过套管悬挂器2悬挂在技术套管1-3底部。如果存在技术套管1-5、技术套管1-6及更多套管，每层套管均采用套管悬挂器悬挂在上层套管底部。
固井方法，其特征在于：用固井水泥3封固表层套管1-1与地层之间的环空；用固井水泥3封固技术套管1-2与地层底部环空，用固井水泥3封固技术套管1-2与表层套管1-1重合段环空，用导热介质4填充技术套管1-2与地层间剩余环空；三开及三开以后开次，用固井水泥3封固套管与地层之间底部和顶部环空，用导热介质4填充套管与地层间剩余环空：用固井水泥3封固技术套管1-3与地层之间底部和顶部环空，用导热介质4填充技术套管1-3与地层之间剩余环空；用固井水泥3封固技术套管1-4与地层之间底部和顶部环空，用导热介质4填充技术套管1-4与地层之间剩余环空。如果存在技术套管1-5、技术套管1-6及更多层次套管，用固井水泥封固该层套管与地层之间顶部和底部环空，用导热介质4填充剩余环空。
一种导热介质4，其特征在于：由液体组成；也可以由液体和导热固体组成。
优选地，所述液体为水、矿物油或水和矿物油的混合物。
优选地，所述导热固体为石墨、铝粉、石英粉、铁粉中的一种或多种。
本发明的有益效果：
(1)导热介质4的整体导热能力强于固井水泥3，用导热介质4替代固井水泥3填充大部分套管与地层的环空，降低了导热热阻。
(2)导热介质4为固液混合物或者液体，解决了固井水泥3与套管、地层间的微裂隙不导热的问题，增大了井壁受热面积。
(3)第三层及后续套管通过套管悬挂器悬挂在上层套管底部，增大了井筒内容积，延长了流体受热时间。
附图说明
图1为本发明提供的井身结构及固井方案示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
一开采用444.5mm钻头钻至井深300m，井口下339.7mm套管至299m，用水泥封固444.5mm井眼与339.7mm套管之间环空。
二开采用311.2mm钻头钻至井深2000m，井口下入244.5mm套管至1998m。用水泥封固311.2mm井眼与244.5mm套管间2000m-1900m、300m-地面的环空；用水、石墨混合物填充311.2mm井眼与244.5mm套管之间剩余环空，填充井段1900m-300m。
三开采用215.9mm钻头钻至井深3500m，下入177.8mm套管。177.8mm套管顶部通过套管悬挂器悬挂在244.5mm套管底部，悬挂位置1900m，177.8mm套管底部深度3498m。用水泥封固215.9mm井眼与177.8mm套管间3500m-3400m、2000m-1900m的环空；用水、石墨混合物填充215.9mm井眼与177.8mm套管之间剩余环空，填充井段3400m-2000m。
四开采用149.2mm钻头钻至4500m，下入127mm套管。127mm套管顶部通过套管悬挂器悬挂在177.8mm套管底部，悬挂位置3400m，127mm套管底部深度4498m。用水泥封固149.2mm井眼与127mm套管间4500m-4400m、3500m-3400m的环空；用水、石墨混合物填充149.2mm井眼与127mm套管之间剩余环空，填充井段4400m-3500m。
钻至设计深度4500m后，井内下入隔热管至井底，地面水泵向套管与隔热管间环空泵入冷水，冷水经井壁加热后，经隔热管返至地面。根据实际生产生活对热量的需要，通过加深钻井深度，可以取得更高温度的热水。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变形，例如增加或减少套管下入层次，裸眼完井，固井时将水、矿物油替换为其他未提及的液体，这些同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方发法，井身结构特征在于：表层套管1-1、技术套管1-2由地面下至该开次底部；三开及三开以后套管，采用套管悬挂器悬挂在上层套管底部。
2.固井特征在于：用固井水泥3封固表层套管1-1与地层之间的环空；用固井水泥3封固技术套管1-2与地层底部环空，用固井水泥3封固技术套管1-2与表层套管1-1重合段环空，用导热介质4填充技术套管1-2与地层间剩余环空；三开及三开以后开次，用固井水泥3封固套管与地层之间底部和顶部环空，用导热介质4填充套管与地层间剩余环空。
3.根据权利要求2所述的导热介质4，其特征在于：导热介质4由液体构成；优选地，所述液体为水、矿物油或水和矿物油的混合物。
4.根据权利要求2所述的导热介质4，其特征在于：导热介质4由液体和导热固体组成；优选地，所述液体为水、矿物油或水和矿物油的混合物；优选地，所述导热固体为石墨、铝粉、石英粉、铁粉中的一种或多种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210739591.9A CN114876439A (zh) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | 一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210739591.9A CN114876439A (zh) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | 一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114876439A true CN114876439A (zh) | 2022-08-09 |
Family
ID=82682865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210739591.9A Pending CN114876439A (zh) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | 一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114876439A (zh) |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105804654A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-07-27 | 中石化绿源地热能开发有限公司 | 一种地热井新型井身结构及完井方法 |
| CN206478882U (zh) * | 2017-01-23 | 2017-09-08 | 西安浩沃新能源有限公司 | 一种u型井深层地热热传导系统 |
| CN107476797A (zh) * | 2017-08-22 | 2017-12-15 | 陕西省煤田地质集团有限公司 | 一种换热型水平对接地热井的井身结构的施工方法 |
| CN107676996A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-09 | 上海中金能源投资有限公司 | 地热井内换热器及地热井固井工艺 |
| CN108005612A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-08 | 中国海洋石油集团有限公司 | 五开次深水井环空压力管理方法 |
| CN108590580A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-09-28 | 中国石油大学(华东) | 一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺及其水平井筒 |
| CN109403917A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-01 | 田振林 | 提高地热井产热能力的工艺 |
| CN110331932A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-15 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 适用于煤矿采空区/穿采空区的煤层气尾管钻井方法 |
| CN110485969A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-11-22 | 山西泰杰地能干热岩有限公司 | 一种开采干热岩地热资源的装置及其钻孔成孔方法 |
| CN210152601U (zh) * | 2018-12-05 | 2020-03-17 | 田振林 | 一种提高导热能力的地热井 |
| CN112627723A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-09 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法 |
| CN214576799U (zh) * | 2021-01-08 | 2021-11-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种适用于复杂地层条件的井身结构 |
| CN216076997U (zh) * | 2021-04-01 | 2022-03-18 | 陕西中煤新能源有限公司 | 一种大口径中深层同心管换热井身结构 |
| CN114315256A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-04-12 | 核工业二0三研究所 | 一种用于地热井的高导热高保温水泥及其制备方法 |
| CN114440479A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-05-06 | 中煤地质集团有限公司 | 一种新型地热井下换热器结构及其施工方法 |
-
2022
- 2022-06-28 CN CN202210739591.9A patent/CN114876439A/zh active Pending
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105804654A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-07-27 | 中石化绿源地热能开发有限公司 | 一种地热井新型井身结构及完井方法 |
| CN206478882U (zh) * | 2017-01-23 | 2017-09-08 | 西安浩沃新能源有限公司 | 一种u型井深层地热热传导系统 |
| CN107476797A (zh) * | 2017-08-22 | 2017-12-15 | 陕西省煤田地质集团有限公司 | 一种换热型水平对接地热井的井身结构的施工方法 |
| CN107676996A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-09 | 上海中金能源投资有限公司 | 地热井内换热器及地热井固井工艺 |
| CN108005612A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-08 | 中国海洋石油集团有限公司 | 五开次深水井环空压力管理方法 |
| CN108590580A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-09-28 | 中国石油大学(华东) | 一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺及其水平井筒 |
| WO2020113914A1 (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 田振林 | 提高地热井产热能力的工艺 |
| CN109403917A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-01 | 田振林 | 提高地热井产热能力的工艺 |
| CN210152601U (zh) * | 2018-12-05 | 2020-03-17 | 田振林 | 一种提高导热能力的地热井 |
| CN110331932A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-15 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 适用于煤矿采空区/穿采空区的煤层气尾管钻井方法 |
| CN110485969A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-11-22 | 山西泰杰地能干热岩有限公司 | 一种开采干热岩地热资源的装置及其钻孔成孔方法 |
| CN112627723A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-09 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法 |
| CN214576799U (zh) * | 2021-01-08 | 2021-11-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种适用于复杂地层条件的井身结构 |
| CN216076997U (zh) * | 2021-04-01 | 2022-03-18 | 陕西中煤新能源有限公司 | 一种大口径中深层同心管换热井身结构 |
| CN114440479A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-05-06 | 中煤地质集团有限公司 | 一种新型地热井下换热器结构及其施工方法 |
| CN114315256A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-04-12 | 核工业二0三研究所 | 一种用于地热井的高导热高保温水泥及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105909214A (zh) | 一种利用长水平井自循环开采致密干热岩地热能的方法 | |
| CN107676996A (zh) | 地热井内换热器及地热井固井工艺 | |
| CN208901664U (zh) | 基于同井注采开发地热能的地热井系统 | |
| CN211177029U (zh) | 中深层地热能取热不取水模式供暖系统 | |
| CN108691527A (zh) | 一种单井携热介质开发水热型地热能的方法 | |
| CN112856562A (zh) | 中深层地热能取热不取水模式供暖系统 | |
| CN110657594A (zh) | 一种闭式循环深地热能开采系统 | |
| CN106839478A (zh) | 一种深层地热热传导根系的建造方法 | |
| CN105546860A (zh) | 一种提取利用地热能的装置及方法 | |
| CN114440479A (zh) | 一种新型地热井下换热器结构及其施工方法 | |
| CN109140808B (zh) | 一种中深层地岩热井同轴地埋管式井下换热器 | |
| CN110485969A (zh) | 一种开采干热岩地热资源的装置及其钻孔成孔方法 | |
| CN207585119U (zh) | 双套管式中深层地热井内换热器 | |
| CN108954878A (zh) | 一种中深层地埋管水平井换热结构及方法 | |
| CN207540178U (zh) | 中深层地热井内蓄热换热器 | |
| CN109458167A (zh) | 地热井压裂增导工艺 | |
| CN207348838U (zh) | 一种单井循环增强型地热完井系统 | |
| CN111365871B (zh) | 一种增强型深井换热器 | |
| CN110986401B (zh) | 采用多分支径向水平井的地热资源开发系统及其方法 | |
| CN108590580A (zh) | 一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺及其水平井筒 | |
| CN208765297U (zh) | 一种中深层地埋管水平井换热结构 | |
| CN114876439A (zh) | 一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法 | |
| CN110307658A (zh) | 封闭式深层地热能高效采集系统 | |
| CN207247601U (zh) | 一种地能干热岩换热装置 | |
| CN208952448U (zh) | 一种地热井双管取水系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |