CN115030701B - 一种联合开采深层-超深层页岩气和地热的系统和方法 - Google Patents

一种联合开采深层-超深层页岩气和地热的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种联合开采深层‑超深层页岩气和地热的系统和方法，系统包括平行布置的页岩气开发垂直井和地热开发垂直井，地热开发垂直井的井口连通有水平的残余页岩气分离通道，页岩气分离通道的末端设置页岩气收集器。可实现在不建设新压裂井的前提下，联合开采深层‑超深层页岩气与地热资源，使同一页岩气生产井区的能源采收效益空前增加，显著减少同等效益下的工程开发成本；同时能最大化实现页岩气资源采出率，最优化发挥水力裂缝的效能，延长深层‑超深层页岩气生产区的服务寿命和效能，改善目前深层页岩气资源开采活动中主要侧重于克服高地温带来的不利影响、没有合理关注将深地环境变害为利的认识，为深部能源持续稳定开发利用提供新思路。

Description

一种联合开采深层-超深层页岩气和地热的系统和方法
技术领域
本发明属于页岩气开采与地热开采相关领域，具体为一种联合开采深层-超深层页岩气和地热的系统和方法。
背景技术
页岩气作为新型清洁能源，在全球传统能源枯竭加剧和对清洁能源的需求不断扩大的时代背景下，正逐渐引发全球的高度关注。
地热资源是指贮存在地球内部的可再生热能。一方面，深地岩石由于受到局部岩浆活动等的影响，局部地温较高，形成小范围的地热资源；另一方面，随着岩石赋存深度的增加，岩石的温度不断增加，梯度规律约为10-15℃/km，深层岩石长期的高地温是另一种取之不尽的再生地热资源。
水平井和水力压裂是页岩气开采储层改造的相对成熟手段，即通过在页岩储层内布置水平井，并向水平井内泵入高压水，以达到高压水通过射孔后直接压裂岩石的目的。同时，水平井与水力压裂也是地热能源开发的关键技术。
随着开采活动的加剧，全球页岩气资源的开采条件不断变差，浅层资源逐渐枯竭，深层页岩气成为了全球各国能源竞争的制高点。页岩气赋存条件差，大多埋深在4000-6000m，甚至部分埋深在6000-8000m。储层深度为4000m左右时，垂直井井底循环温度约为140℃。在不考虑局部岩浆活动产生的地热资源，仅根据地层温度梯度规律，当储层深度大于6000m时，井底温度将约为200℃。当储层深度继续增加时地层温度将带来更为可观的热能。
目前深层页岩气资源开采活动中，主要侧重于克服高地温带来的不利影响，没有合理关注将深地环境变害为利，促进能源开发效能，实现能源工程效益最大化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在不建设新压裂井的前提下，可大大提高同一页岩气生产井区能源采收效益，降低同等效益下开发成本的联合开采深层-超深层页岩气和地热的系统和方法。
本发明提供的这种联合开采深层-超深层页岩气和地热的系统，该系统包括平行布置的页岩气开发垂直井和地热开发垂直井，地热开发垂直井的井口连通有水平的残余页岩气分离通道，页岩气分离通道的末端设置页岩气收集器。
上述系统的一种实施方式中，所述页岩气开发垂直井的深度超过页岩层垂深至页岩层下临近岩层，且超出页岩层的井段用可溶性封隔器封隔。
上述系统的一种实施方式中，所述可溶性封隔器通过压力控制其可溶性。
上述系统的一种实施方式中，所述地热开发垂直井的深度与所述页岩气开发垂直井的深度相同，分置于开采区域的两边界。
上述系统的一种实施方式中，页岩气开发年限和地热开发年限为页岩气水平井服务年限的1.5-3倍。
本发明提供的这利用上述系统联合开采深层-超深层页岩气和地热的方法，包括以下步骤：
(一)开发系统施工
(1)根据地质勘探资料，选取深层-超深层页岩气层及页岩层上临近岩层和页岩层下临近岩层；
(2)根据页岩气藏的工程地质条件，划分钻探开发边界，确定页岩气开发垂直井和地热开发垂直井的服务年限；
(3)在开采边界的一侧钻出页岩气开发垂直井，并超过页岩层垂深至页岩层下临近岩层，且超出页岩层的井段用可溶性封隔器封隔；
(4)从页岩气开发垂直井的指定深度侧钻钻出页岩层水平井，同时从开发边界的另一侧钻出地热开发垂直井；
(5)从地热开发垂直井的指定深度侧钻钻出页岩层上临近岩层水平井和页岩层下临近岩层水平井；
(6)在地热开发垂直井的井口设置水平的气热分离通道，在气热分离通道的末端设置残余页岩气收集器；
(二)页岩气和地热联合开采
(1)确定页岩气和地热开采均采用分段压裂的方式开采且第一压裂段为地热开发垂直井方向，第一压裂段的页岩气开采完成后封堵，进行第一压裂段的地热开采，再进行第二压裂段的页岩气开采，……，如此交替重复，直至最后一个地热压裂段开采完毕；
(2)当页岩气服务年限终止时，在最后一段压裂后，驱动达到可溶性封隔器溶解压力阈值的压裂液，打通所有的可溶性封隔器封隔，使地热开采由单垂直井开采模式变为双垂直井贯通开采模式。
上述步骤中，选取深层-超深层页岩气层的厚度为50m以下，页岩层上临近岩层和页岩层下临近岩层的厚度为30m以下。
上述步骤中，页岩气开采和地热开采均采用水力压裂。
上述步骤中，页岩气水平井的第一压裂段压裂作业从地热开发垂直井开始，每压裂段开采结束后用可溶性封隔器封隔。
上述步骤中，地热开采采用页岩层上临近岩层水平井和页岩层下临近岩层水平井对向互助压裂的方式。
本发明通过在开采区域的两边界分别钻出页岩气开发垂直井和地热开发垂直井，可实现在不建设新压裂井的前提下，联合开采深层-超深层页岩气与地热资源，使同一页岩气生产井区的能源采收效益空前增加，显著减少同等效益下的工程开发成本；同时，能最大化实现页岩气资源的采出率，最优化发挥水力裂缝的效能，延长深层-超深层页岩气生产区的服务寿命和效能，改善了目前深层页岩气资源开采活动中，主要侧重于克服高地温带来的不利影响，没有合理关注将深地环境变害为利的认识，为深部能源持续稳定开发利用提供了新思路。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的开发系统布置示意图。
图中序号：
1-页岩气分离通道；
2-页岩气收集装置；
3-地热开发垂直井；
4-页岩气开发垂直井；
5-可溶性封隔器；
6-深层-超深层页岩层；
7-页岩层水平井；
8-页岩层上临近岩层；
9-页岩层上临近岩层水平井；
10-页岩层下临近岩层；
11-页岩层下临近岩层水平井；
12-第一压裂段。
具体实施方式
如图1所示，本实施例公开的这种联合开采深层-超深层页岩气和地热的系统，包括页岩气开发垂直井4、地热开发垂直井3、深层-超深层页岩气层6、页岩层水平井7、页岩层上临近岩层8、页岩层上临近岩层水平井9、页岩层下临近岩层10、页岩层下临近岩层水平井11、第一压裂段12、可溶性封隔器5、分离通道1和残余页岩气收集器2。
页岩气开发垂直井4和地热开发垂直井3分别设置于开发区域的两边界处，它们的深度相同，均超过深层-超深层页岩层6垂深至页岩层下临近岩层10，且页岩气开发垂直井4超出页岩层的井段用可溶性封隔器5封隔。
页岩气开发垂直井的服务年限和地热开发井的服务年限接近，为页岩层水平井7服务年限的1.5-3.0倍。
可溶性封隔器5选用通过压力控制其溶解性的类型。
页岩气开发垂直井4和地热开发垂直井3之间通过页岩层水平井7、页岩层上临近岩层水平井9和页岩层下临近岩层水平井11连通。
上述开发系统布置好后，进行页岩气和地热联合开发的具体步骤如下：
(1)根据地质勘探资料，选取厚度为五十米以下的深层-超深层页岩气层6及厚度为三十米以下的页岩层上临近岩层8和页岩层下临近岩层10；
(2)根据页岩气藏的工程地质条件，划分钻探开发边界；
(3)确定开采区域后，在边界一侧钻出页岩气开发垂直井4，并超过页岩层垂深至页岩层下临近岩层10，且超出深层-超深层页岩层的井段用可溶性封隔器5封隔；
(4)完成封隔后，在页岩气开发垂直井的指定深度侧钻钻出用于页岩气水平井7；与此同时，在开采区域的另一边界钻出地热开发垂直井3，从地热开发垂直井3侧钻钻出页岩层上临近岩层水平井9和页岩层下临近岩层水平井11；
(5)两个垂直井及三个水平井施工完成后，开始实施页岩层水平井的分段压裂生产作业；
(6)分段压裂的第一段压裂段12从靠近地热开发垂直井3的方向开始，逐步向页岩气开发垂直井4的方向压裂；
(7)当第一段页岩层压裂和采气结束后，采用可溶性封隔器5封隔，开始第一压裂段12的地热资源压裂开采，采用页岩层上临近岩层水平井9和页岩层下临近岩层水平井11对向互助压裂。同时，考虑到页岩气第一压裂段12已经存在大量的水力缝网，流体导通能力强，可以实现上下方压裂液贯通，增强换热效果；
(8)压裂结束后，提升压裂液；在第一压裂段12地热开采的同时，第二压裂段页岩气的压裂与采气同步进行；
(9)考虑到地热开采中，仍会有大量页岩气混杂在携热压裂液中，因此在向地面输热前，在地热开发垂直井的进口设置气热分离通道1使残余页岩气逃离至页岩气收集器2。
(10)当页岩气服务年限终止时，在最后一段压裂后，驱动达到可溶性封隔器5溶解压力阈值的压裂液，打通所有的可溶性封隔器，通过两垂直井实现长距离大面积长期性的地热开采。即当页岩气服务年限终止时，地热开采由单垂直井开采模式变为双垂直井贯通开采模式。
从上述开发系统布置及开发过程可以看出，本发明可以实现在不建设新压裂井的前提下，联合开采深层-超深层页岩气与地热资源，使同一页岩气生产井区的能源采收效益空前增加，显著减少同等效益下的工程开发成本；同时，能最大化实现页岩气资源的采出率，最优化发挥水力裂缝的效能，延长深层-超深层页岩气生产区的服务寿命和效能，改善了目前深层页岩气资源开采活动中，主要侧重于克服高地温带来的不利影响，没有合理关注将深地环境变害为利的认识，为深部能源持续稳定开发利用提供了新思路，对保障能源安全意义重大。

Claims (6)

1.一种联合开采深层-超深层页岩气和地热的方法，其特征在于：该方法采用的开发系统包括平行布置的页岩气开发垂直井和地热开发垂直井，地热开发垂直井的井口连通有水平的残余页岩气分离通道，页岩气分离通道的末端设置页岩气收集器；
所述页岩气开发垂直井的深度超过页岩层垂深至页岩层下临近岩层，且超出页岩层的井段用可溶性封隔器封隔；
所述可溶性封隔器通过压力控制其可溶性；
所述地热开发垂直井的深度与所述页岩气开发垂直井的深度相同，分置于开采区域的两边界；
开采步骤如下：
（一）开发系统施工
（1）根据地质勘探资料，选取深层-超深层页岩气层及页岩层上临近岩层和页岩层下临近岩层；
（2）根据页岩气藏的工程地质条件，划分钻探开发边界，确定页岩气开发垂直井和地热开发垂直井的服务年限；
（3）在开采边界的一侧钻出页岩气开发垂直井，并超过页岩层垂深至页岩层下临近岩层，且超出页岩层的井段用可溶性封隔器封隔；
（4）从页岩气开发垂直井的指定深度侧钻钻出页岩层水平井，同时从开发边界的另一侧钻出地热开发垂直井；
（5）从地热开发垂直井的指定深度侧钻钻出页岩层上临近岩层水平井和页岩层下临近岩层水平井；
（6）在地热开发垂直井的井口设置水平的气热分离通道，在气热分离通道的末端设置残余页岩气收集器；
（二）页岩气和地热联合开采
（1）确定页岩气和地热开采均采用分段压裂的方式开采且第一压裂段为地热开发垂直井方向，第一压裂段的页岩气开采完成后封堵，进行第一压裂段的地热开采，再进行第二压裂段的页岩气开采，如此交替重复，直至最后一个地热压裂段开采完毕；
（2）当页岩气服务年限终止时，在最后一段压裂后，驱动达到可溶性封隔器溶解压力阈值的压裂液，打通所有的可溶性封隔器封隔，使地热开采由单垂直井开采模式变为双垂直井贯通开采模式。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：选取深层-超深层页岩气层的厚度为50m以下，页岩层上临近岩层和页岩层下临近岩层的厚度为30m以下。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：页岩气开采和地热开采均采用水力压裂。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：页岩气水平井的第一压裂段压裂作业从地热开发垂直井开始，每压裂段开采结束后用可溶性封隔器封隔。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：地热开采采用页岩层上临近岩层水平井和页岩层下临近岩层水平井对向互助压裂的方式。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于：页岩气开发年限和地热开发年限为页岩气水平井服务年限的1.5-3倍。
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