CN114922594B - 一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地热资源开采技术领域，是一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法；本发明解决在开发地热过程中，深层巨厚热储层多个含水层段单一层段抽水/回注或者间隔多个层段成组抽水/回注地热不易开采，开采提升和封隔操作困难的问题；步骤包括：在地热井钻井过程中通过测井确定两个及以上的多个含水层段作为地热目标开采层位；选定某一目标开采层位作为当前开采层位，封闭除当前开采层位以外的其它目标开采层位；当前开采层位的水位上升；井筒内的地热热水仅来自当前开采层位，将提水泵下放至当前开采层位动水位以下，实施当前开采层位的抽水。
Description
技术领域
本发明属于地热资源开采技术领域，涉及一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法。
背景技术
地热是指贮存于地球内部的可再生热能，一般由熔融岩浆、放射性物质衰变或地质构造运动生成。基于地热能可再生性以及能源的清洁性，可随时采用，地热能源的开发和利用已得到越来越多国家的重视。若热储层是深度较大的巨厚裂缝型热储时，裂缝带或者断层破碎带是地热开采目标层，一般这样的开采目标层有多个，上部的开采目标层与下部的开采目标层温度差别较大，混合开采时，出口温度较低，因此，需要实施分层开采。尤其在开采初期，需要掌握上述不同深度的多个开采目标层的开采技术参数时，必须实施分层抽水与回灌。
目前，分层抽水主要方法是在当前开采层位放置骑跨式封隔器，在当前开采层位上下两端处封隔器膨胀，对当前开采层的含水层进行封隔，以免上下层含水层的水进入当前开采层内，提水泵置于当前开采层之内，与泵相连的泵管直接到达地面，实现当前开采层地热开采。其主要问题有如下三点：1）只能实施单一层位或者连续多个单一层位成组地热开采，不能实施间隔的、多个层位地热开采；2）当热储埋深超过2000m，与提水泵相连的泵管长度很大，泵管重量大，提泵与下泵十分困难；3）当热储层埋深超过2000m，且由多个含水层组成的热储层厚度在2~3km时，骑跨式封隔器长度也为2~3km，提升和下放该封隔器相当困难。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法。解决目前在开发地热过程中，深层巨厚热储层多个含水层段单一层段抽水（或回注）或者间隔多个层段成组抽水（或回注）地热不易开采，开采提升和封隔操作困难的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法，包括以下步骤：
1）在地热井钻井过程中通过测井确定两个及以上的多个含水层段作为地热目标开采层位。
2）选定某一目标开采层位作为当前开采层位，在其它目标开采层位段设置封隔段，在封隔段处分别封闭除当前开采层位以外的其它目标开采层位；使当前开采层位的水位上升。
3）井筒内的地热热水仅来自当前开采层位，将提水泵下放至当前开采层位动水位以下，实施当前开采层位的抽水。
优选的，对于确定有两个含水层段作为地热目标开采层位的情况，先对上部的目标开采层位进行封隔，之后对下部的目标开采层进行开采；然后在上部目标开采层位的下部设置封隔段，对下部的目标开采层进行封闭，实现上层目标开采层位的采热。
优选的，对于确定有多个含水层段作为地热目标开采层位的情况，先确定当前开采层位或层位组，所述的当前开采层位是指单一目标开采层位，所述当前开采层位组是由多个目标开采层位组成。
优选的，对于有多个含水层段作为地热目标开采层位的情况，对当前开采层位进行热水开采，先在当前开采层位下部非含水层段设置封隔段，封隔段内设置盲孔封隔器，封隔当前开采层位以下的含水层段；再在当前开采层位上部的含水层段位置处设置多个封隔段，封隔段内均设置通孔封隔器，封闭当前开采层位上部的所有含水层。
优选的，对于有多个含水层段作为地热目标开采层位的情况，对当前开采层位组进行热水开采的情况，先在当前开采层位组下部非含水层段设置封隔段，封隔段内设置盲孔封隔器，封隔当前开采层位组以下的含水层段；再在当前开采层位组内部的不需要开采热水的含水层段位置处设置通孔封隔器；最后在当前开采层位组上部的含水层段位置处设置通孔封隔器。
更优的，所述的通孔封隔器所在的封隔段长度L t超过目标开采层或目标开采层射孔段长度L s 0.5米以上，为
；盲孔封隔器所在的封隔段长度L m超过1米以上，即
；所述的通孔封隔器或盲孔封隔器在工作时，内压Pf高于所封隔含水层水压Pw 1MPa以上，即Pf≥Pw+1。
更优的，所述的盲孔封隔器由钢管和耐高温橡胶组成，钢管的一端被封堵或者两端被封堵，耐高温橡胶包裹在钢管外侧；或者所述的盲孔封隔器由实心的钢棒和耐高温橡胶组成，耐高温橡胶包裹在钢棒周围；或者所述的盲孔封隔器仅由耐高温橡胶材料组成；所述的通孔封隔器由中空钢管和耐高温橡胶组成，耐高温橡胶包裹在中空钢管外侧。
更优的，所述的耐高温橡胶耐温＞100℃且耐内压＞30MPa，有效封隔长度等于封隔段长度。
优选的，地热井的深度H>3000m且裂缝型热储层厚度b>100m；地热钻井全孔固井时在目标开采层位采用射孔方式打开固井段的水泥环和套管。
优选的，在回注井内，对除当前开采层位或层位组外的其它开采层位进行封隔，通过实施地面加压，实现对当前开采层位或层位组的同层回注。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
本发明提出的一种分段封隔分层抽水与回注的深层裂缝型热储地热开采方法，对巨厚热储层的多个含水层分别封隔，封隔操作简单、方便，且能够实现任意间隔、成组封隔，进而实现任意目标含水层以单一或者组合方式实现地热开采与回注。
附图说明
图1是实施例1-3深层裂缝型热储地热开采地热井布置平面示意图。
图2是实施例1分段封隔分层抽水含两层地热目标开采层位，深层裂缝型热储地热开采地热井布置的剖面图。
图3是实施例2分段封隔分层抽水含三层地热目标开采层位，深层裂缝型热储地热开采地热井布置的剖面图。
图4是实施例3分段封隔分层抽水含三层以上多个目标开采层位时，深层裂缝型热储地热开采地热井布置的剖面图。
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。
实施例1
如图1、2所示，一种含两层地热目标开采层位深层裂缝型热储地热开采方法，具体步骤为：
1、根据相关水文和地质勘探资料，在地热井只有两层地热目标开采层位（从上至下依次记为S1、S2）时，全孔固井，并在目标开采层位（S1、S2）采用射孔1的方式打开固井段的水泥环和套管。
2、选定S2为当前的目标开采层位。井筒内，仅在S1层位设置封隔段，封隔段内放置通孔封隔器3，封隔器膨胀，封闭S1层位，S2层位的水位上升至第二静水位位置A2，相应的第二动水位位置为B2，提水泵2下放至第二动水位位置B2以下，实现S2层位的单层抽水采热。
3、选定S1为当前开采层位，井筒内，仅在S1层位的下部设置封隔段，封隔段内放置盲孔封隔器4，封隔器膨胀，封闭S2层位，打开通孔封隔器3，S1层位的水位上升至第一静水位位置A1，相应的第一动水位位置为B1，提水泵下放至第一动水位位置B1以下，实现S1层位的单层抽水采热。
通孔封隔器3所在的封隔段长度（Lt）应超过目标开采层或其射孔段长度（Ls）0.5米以上，即二者之间关系为
；盲孔封隔器4所在的封隔段长度（Lm）应超过1米以上，即
。所述的封隔器在工作时，内压Pf高于所封隔含水层水压Pw在1MPa以上，即Pf≥Pw+1。
通孔封隔器3其结构由中空钢管和耐高温橡胶组成，耐高温橡胶包裹在中空钢管外侧，耐高温橡胶耐温100℃以上且耐内压30MPa以上，有效封隔长度（Lte）等于封隔段长度（Lt）。
盲孔封隔器4其结构由钢管和耐高温橡胶组成，钢管的一端被封堵或者两端被封堵，耐高温橡胶包裹在钢管外侧。盲孔封隔器4其结构也可以由实心钢棒和耐高温橡胶组成，耐高温橡胶包裹在钢棒周围；或者所述的盲孔封隔器4仅由耐高温橡胶材料组成。耐高温橡胶耐温100℃以上且耐内压30MPa以上，有效封隔长度（Lme）等于封隔段长度（Lm）。
实施例2
如图1、3所示，一种含三层地热目标开采层位深层裂缝型热储地热开采方法，具体步骤为：
1、根据相关水文和地质勘探资料，对于有三层地热目标开采层位（从上至下依次记为S1、S2、S3）时，全孔固井，并在目标开采层位（S1、S2、S3）采用射孔1的方式打开固井段的水泥环和套管。
2、选定S3为当前开采层位，井筒内，在S1和S2层位设置封隔段，先在S2层位的封隔段内放置通孔封隔器3，再在S1层位的封隔段内放置通孔封隔器3，封隔器膨胀，封闭目标开采层位S1和S2，S3层位的水位上升至第三静水位位置A3，相应的第三动水位位置为B3，提水泵2下放至第三动水位位置B3以下，实现S3层位的单层抽水采热。
3、选定S2为当前开采层位，井筒内，在S2层位下部和S1层位设置封隔段，先在S2层位下部的封隔段内放置盲孔封隔器4，盲孔分割器膨胀，封闭S2层位之下的S3层位，或者先在S3层位放置通孔封隔器3，通孔封隔器膨胀，封闭S3层位段，再在S1层位段的封隔段内放置通孔封隔器3，通孔封隔器膨胀，封闭S1层位段，S2层位段的水位上升至第二静水位位置A2，相应的第二动水位位置为B2，提水泵下放至第二动水位位置B2以下，实现S2层位的单层抽水采热。
4、选定S1为当前开采层位，井筒内，在S1层位下部设置封隔段，在封隔段内放置盲孔封隔器4，封隔器膨胀，封闭S1层位以下的S2和S3层位，或在S3、S2层位依次放置通孔封隔器3，通孔封隔器膨胀，封隔S2、S3层位，S1层位的水位上升至第一静水位位置A1，相应的第一动水位位置为B1，提水泵下放至第一动水位位置B1以下，实现S1层位的单层抽水采热。
封隔器尺寸及材质选型同例1。
实施例3
如图1、4所示，一种针对含多层地热目标开采层位深层裂缝型热储地热开采方法，具体步骤为：
1、根据相关水文和地质勘探资料，对于有三层以上多个目标开采层位时，全孔固井，并在目标开采层位采用射孔1的方式打开固井段的水泥环和套管，类似实施例1和2的步骤，选定最下部目标开采层位Sib为当前开采层位时，井筒内，在当前开采层位Sib以上所有目标开采层位设置封隔段，封隔段内放置通孔封隔器3，通孔封隔器3放置顺序从下至上依次放置，封隔器膨胀，封闭相应位置的目标开采层位，当前开采层位Sib的水位上升至第ib静水位位置Aib，相应的第ib动水位位置为Bib，提水泵2下放至第ib动水位位置Bib以下，实现Sib层位的单层抽水采热。
2、选定最上部目标开采层位Sit为当前开采层位时，井筒内，在当前开采层位Sit下部设置封隔段，封隔段内设置盲孔封隔器4，封隔器膨胀，封闭当前开采层位Sit以下的所有目标开采层位，当前开采层位Sit的水位上升至第it静水位位置Ait，相应的第it动水位位置为Bit，提水泵下放至第it动水位位置Bit以下，实现Sit层位的单层抽水采热。
3、选定除最上部和最下部目标开采层位以外的其它目标开采层位Sim为当前开采层位时，井筒内，在当前开采层位Sim下部设置封隔段，在封隔段内设置盲孔封隔器4，盲孔封隔器4膨胀，封闭当前开采层位Sim以下的目标开采层位，再在当前开采层位Sim以上的各目标开采层位设置封隔段，从下至上，依次放置通孔封隔器3，通孔封隔器膨胀，封闭当前开采层位之上的所有目标开采层位，至此，除当前开采层位外，当前开采层位下部和上部的所有目标开采层位均被封闭，当前开采层位Sim地热热水通过其上部的通孔封隔器的中空管到达第im静水位位置Aim，相应的第im动水位位置为Bim，提水泵下放至第im动水位位置Bim以下，实现当前开采层位Sim单层地热开采。
封隔器尺寸及材质选型同例1。
在上述实施例中，对于深层裂缝型热储地热井进行分段封隔分层回注，对除当前开采层位或层位组外的其它开采层位进行封隔，封隔步骤同开采过程的封隔，通过实施地面加压，实现对当前开采层位或层位组的同层回注。
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 (7)
1.一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在地热井钻井过程中通过测井确定两个及以上的多个含水层段作为地热目标开采层位；
2）选定某一目标开采层位作为当前开采层位，在其它目标开采层位段设置封隔段，在封隔段处分别封闭除当前开采层位以外的其它目标开采层位；使当前开采层位的水位上升；
3）井筒内的地热热水仅来自当前开采层位，将提水泵下放至当前开采层位动水位以下，实施当前开采层位的抽水；
对于确定有两个含水层段作为地热目标开采层位的情况，先对上部的目标开采层位进行封隔，下层水位上升至第二静水位位置，将提水泵下放至第二静水位位置下部的第二动水位位置对下部的目标开采层进行开采；然后在上部目标开采层位的下部设置封隔段，对下部的目标开采层进行封闭，上层目标开采层位的水位上升至第一静水位位置，将提水泵下放至第一静水位位置下部的第一动水位位置对上层目标开采层位进行采热；
对于确定有多个含水层段作为地热目标开采层位的情况，先确定当前开采层位或层位组，所述的当前开采层位是指单一目标开采层位，所述当前开采层位组是由多个目标开采层位组成；
对于有多个含水层段作为地热目标开采层位的情况，对当前开采层位进行热水开采，先在当前开采层位下部非含水层段设置封隔段，封隔段内设置盲孔封隔器，封隔当前开采层位以下的含水层段；再在当前开采层位上部的含水层段位置处设置多个封隔段，封隔段内均设置通孔封隔器，封闭当前开采层位上部的所有含水层；当前开采层位的水位升第三静水位位置，将提水泵下放至第三静水位位置下部的第三动水位位置，对当前开采层位的水进行采热。
2.根据权利要求1所述的一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法，其特征在于，对于有多个含水层段作为地热目标开采层位的情况，对当前开采层位组进行热水开采的情况，先在当前开采层位组下部非含水层段设置封隔段，封隔段内设置盲孔封隔器，封隔当前开采层位组以下的含水层段；再在当前开采层位组内部的不需要开采热水的含水层段位置处设置通孔封隔器；最后在当前开采层位组上部的含水层段位置处设置通孔封隔器。
3.根据权利要求1所述的一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法，其特征在于，所述的通孔封隔器所在的封隔段长度L t超过目标开采层或目标开采层射孔段长度L s 0.5米以上，为
；盲孔封隔器所在的封隔段长度L m超过1米以上，即
；所述的通孔封隔器或盲孔封隔器在工作时，内压Pf高于所封隔含水层水压Pw 1MPa以上，即Pf≥Pw+1。
4.根据权利要求3所述的一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法，其特征在于，所述的盲孔封隔器由钢管和耐高温橡胶组成，钢管的一端被封堵或者两端被封堵，耐高温橡胶包裹在钢管外侧；或者所述的盲孔封隔器由实心的钢棒和耐高温橡胶组成，耐高温橡胶包裹在钢棒周围；或者所述的盲孔封隔器仅由耐高温橡胶材料组成；所述的通孔封隔器由中空钢管和耐高温橡胶组成，耐高温橡胶包裹在中空钢管外侧。
5.根据权利要求4所述的一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法，其特征在于，所述的耐高温橡胶耐温＞100℃且耐内压＞30MPa，有效封隔长度等于封隔段长度。
6.根据权利要求1所述的一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法，其特征在于，地热井的深度H>3000m且裂缝型热储层厚度b>100m；地热钻井全孔固井时在目标开采层位采用射孔方式打开固井段的水泥环和套管。
7.根据权利要求1所述的一种深层裂缝型地热分段封隔分层开采的方法，其特征在于，在回注井内，对除当前开采层位或层位组外的其它开采层位进行封隔，通过实施地面加压，实现对当前开采层位或层位组的同层回注。
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