CN116677363B - 一种地热储层致裂增渗的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地热开发技术领域，公开了一种地热储层致裂增渗的方法及其装置，包括管组及设于管组底端的开合组件，管组包括外管及内管，外管管体上沿其延伸方向依次环设有套环，内管可转动插设于外管体内，内管的外周壁开设有贯穿于其内周壁的内孔，套环的外周壁上开设有贯穿于外管体的内周壁的外孔，沿管组的俯视方向观察，各所述内管上的内孔在周向上呈错开分布，各外管上的外孔在周向上呈错开分布，通过转动所述内管，能够依次使得各内管上的内孔和与其对应的套环上的外孔连通，且使得开合组件在打开状态和关闭状态下进行切换。本发明通过外管和内管及开合组件的配合，将冷流体注入热能储层，再利用地下原位热能对地热储层进行冷热循环交替冲击。

Description

一种地热储层致裂增渗的方法及其装置

技术领域

本发明涉及地热开发技术领域，特别是涉及一种地热储层致裂增渗的方法及其装置。

背景技术

地热开发是指对贮存在地球内部的可再生热能进行开发来达到利用的目的，地热是一种特殊的资源,首先既像其他资源一样能被人们开发利用、造福人类。

目前的地热的开发利用，多采用在地热储层内制造微裂隙网络对于流体渗流和增大换热面积十分重要，来实现对地热资源的利用，现有技术中在地热孔中通入压裂液对储层进行压裂以制造裂隙，但受压裂液的泵压限制，导致地热储层的致裂范围有限、致裂效果较差，同时对地热储层原位热能未加利用，造成能量损失。

发明内容

本发明的目的是：将超低温冷流体注入到地热储层中，在利用地下原位热能依次对储层进行高、低温循环交替冲击，对地热储层实现高效率致裂增渗。

为了实现上述目的，本发明提供了一种地热储层致裂增渗的方法及其装置，其包括管组及设于所述管组底端的开合组件，所述管组包括外管及内管，所述外管包括外管体及多个沿其延伸方向依次环设于所述外管体外周的套环，所述内管可转动插设于所述外管体内，所述内管的外周壁相对于各所述套环的位置上开设有贯穿于其内周壁的内孔，所述套环的外周壁上开设有贯穿于所述外管体的内周壁的外孔，沿所述管组的俯视方向观察，各所述内管上的内孔在周向上呈错开分布，各所述外管上的外孔在周向上呈错开分布，其中通过转动所述内管，能够依次使得各所述内管上的内孔和与其对应的所述套环上的外孔连通，且使得所述开合组件在打开状态和关闭状态下进行切换，当所述开合组件处于所述打开状态时，将所述内管的底端开口敞开，当所述开合组件处于所述关闭状态时，将所述内管的底端开口封堵。

进一步地，所述地热储层致裂增渗装置还包括多个气囊，所述气囊设于所述外管体的外周，各所述套环的上下两端分别设置一所述气囊。

进一步地，所述地热储层致裂增渗装置还包括设于所述外管体外周且纵向延伸的侧管，所述侧管依次连通各所述气囊，且所述侧管的顶部延伸至所述管组的顶部。

进一步地，各所述内管体上均开设有相对设置的一对所述内孔，各所述外管体上均开设有相对设置的一对所述外孔。

进一步地，所述开合组件包括内筒、挡板及传动组件，所述内筒的顶端与所述内管的底端可转动接合，所述挡板设于所述内筒内，且所述传动组件安装于所述内筒，所述传动组件的一端与所述挡板连接，所述传动组件的另一端能够与所述内管的底部接合，当所述传动组件的另一端与所述内管的底部接合时，所述内管转动能够带动所述挡板发生位置变化，进而实现对于所述内筒的封堵或者敞开。

进一步地，所述开合组件还包括外筒，所述外筒固定安装于所述外管体的底部，且配合套设于所述内筒的外周，所述传动组件包括转轴、伞齿轮、伞齿圈，所述转轴横穿所述内筒及所述外筒，且与所述内筒及所述外筒转动连接，所述挡板安装于所述转轴上，所述伞齿轮安装于所述转轴上，并位于所述内筒与所述外筒之间，伞齿圈转动套设于所述内筒的外周，所述伞齿轮与所述伞齿圈啮合，所述伞齿圈的顶端具有用于供所述内管的底端配合抵接以实现推动的第一推块。

进一步地，所述内管的底端具有与所述第一推块配合抵接的第二推块。

进一步地，所述外管体的顶部外周设有顶板，所述内管的顶部凸出设于所述内管的上方。

可选的，所述内管的顶部具有转动把手。

进一步地，所述地热储层的致裂增渗装置还包括负压泵，所述负压泵与所述内管的顶端开口端连接。

本发明的另一方面还提出一种地热储层的致裂增渗方法，其利用上述地热储层的致裂增渗，包括步骤：

所从地面向下钻地热孔；

将管组从上至下插入地热孔内；

转动内管使开合组件处于关闭状态，且至少一组内孔与外孔相连通；

从内管上端通入低温流体，低温流体通过连通的内孔及外孔向外周喷出并渗入地热储层，转动内管，使得各组内孔及外孔依次连通后并关闭，低温流体依次从连通的内孔及外孔向外喷出并渗入地热储层，直至内管转动至任意内孔及外孔均不导通，且开合组件被内管驱动至打开状态；

在内管的顶端开口处连接负压泵，将地热储层中的热源从下向上抽吸；

转动内管，使得各组内孔及外孔依次连通后关闭，热源依次从连通的内孔及外孔向外喷出并注入至地热储层中。

可选的，在内管的顶端开口处注入热源，转动内管，使得各组内孔及外孔依次连通后关闭，热源依次从连通的内孔及外孔向外喷出并注入至地热储层中。

进一步地，所述地热储层的致裂增渗装置还包括多个气囊，所述气囊设于所述外管体的外周，各所述套环的上下两端分别设置一所述气囊；

在所述将管组从上至下插入地热孔内后，还包括步骤：

向各气囊内充气，使得各气囊膨胀至与地热孔的内周壁贴合，以使得在外管体与地热孔之间形成多个密封的空间。

本发明实施例一种地热储层致裂增渗的方法及其装置与现有技术相比，其有益效果在于：

通过设置内管、外管及开合组件，在内管及外管的外周壁上分别呈周向错开分布有内孔和外孔，通过转动内管，能够使得各层的内孔及对应的外孔依次导通及关闭，从而将超低温冷流体依次从不同角度喷出到地热储层的各层空间中，且当内管转动一定角度后能够驱动开合组件从关闭状态切换至打开状态，此时配合负压作用并再次转动内管，能够将热源通过各层依次连通的内孔及外孔冲击至对应的地热储层中，通过对地热储层进行高、低温循环交替冲击，以及冲击分层、分角度错开喷射，能够增大温差，最终有效提高致裂效率。

附图说明

图1是本发明一些实施例的地热储层致裂增渗的装置的结构示意图。

图2是本发明一些实施例的地热储层致裂增渗的装置的位于套环处的剖视图。

图3是本发明一些实施例的地热储层致裂增渗的装置的开合组件的结构示意图。

图4是本发明一些实施例的地热储层致裂增渗的装置内管处于不同状态的示意图。

图中，1、管组；10、外管；11、外孔；12、顶板；20、内管；21、内孔；22、把手；30、套环；40、侧管；41、气囊；50、开合组件；51、外筒；52、内筒；53、挡板；54、转动组件；541、转轴；542、伞齿圈；543、伞齿轮；55、第一推块；56、第二推块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-4所示，本发明实施例的一种地热储层致裂增渗的装置，其包括管组1及设于所述管组1底端的开合组件50，所述管组1包括外管10及内管20，所述外管10包括外管10体及多个沿其延伸方向依次环设于所述外管10体外周的套环30，所述内管20可转动插设于所述外管10体内，所述内管20的外周壁相对于各所述套环30的位置上开设有贯穿于其内周壁的内孔21，所述套环30的外周壁上开设有贯穿于所述外管10体的内周壁的外孔11，沿所述管组1的俯视方向观察，各所述内管20上的内孔21在周向上呈错开分布，各所述外管10上的外孔11在周向上呈错开分布，其中通过转动所述内管20，能够依次使得各所述内管20上的内孔21和与其对应的所述套环30上的外孔11连通，且使得所述开合组件50在打开状态和关闭状态下进行切换，当所述开合组件50处于所述打开状态时，将所述内管20的底端开口敞开，当所述开合组件50处于所述关闭状态时，将所述内管20的底端开口封堵。

本申请另一实施例还提出一种地热储层的致裂增渗方法，且利用上述地热储层致裂增渗的装置，具体步骤为：

将管组1从上至下插入地热孔内；

转动内管20使开合组件50处于关闭状态，且至少一组内孔21与外孔11相连通；

从内管20上端通入低温流体，低温流体通过连通的内孔21及外孔11向外周喷出并渗入地热储层，转动内管20，使得各组内孔21及外孔11依次连通后并关闭，低温流体依次从连通的内孔21及外孔11向外喷出并渗入地热储层，直至内管20转动至任意内孔21及外孔11均不导通，且开合组件50被内管20驱动至打开状态；

在内管20的顶端开口处连接负压泵，将地热储层中的热源从下向上抽吸；

转动内管20，使得各组内孔21及外孔11依次连通后关闭，热源依次从连通的内孔21及外孔11向外喷出并注入至地热储层中。

基于上述技术特征，该装置外管10内设有可以转动的内管20，外管10的管体外周上沿其延伸方向依次环设有套环30，套环30的外周壁上开设有贯穿于外管10体的内周壁的外孔11，内管20的外周壁相对于各套环30的位置上开设有贯穿于其内周壁的内孔21，当转动内管20时，能够使一对内孔21对准相应的外孔11，从而使该位置的内管20和套环30贯通，且其他位置的内管20和套环30密闭，从而使内管20内的冷流体能够分别从各个套环30中喷出，此时开合组件50为关闭状态；当转动内管20时，能够使内孔21均与外孔11的位置不对应时，管组1周向呈封闭状态，此时开合组件50为打开状态。

作为本发明的一些实施例，如图1所示，所述地热储层致裂增渗装置还包括多个气囊41，所述气囊41设于所述外管10体的外周，各所述套环30的上下两端分别设置一所述气囊41，套环30上下两端的气囊41，当该装置插入地热孔内时，在装置的各套环30处形成密封空间，其密封空间确保冷流体具有足够的压力，提高致裂效率。

对应地，在所述将管组1从上至下插入地热孔内前，为了确保顺利插入，各气囊41处于泄气状态，在所述将管组1从上至下插入地热孔内后，还包括步骤：

向各气囊41内充气，使得各气囊41膨胀至与地热孔的内周壁贴合，以使得在外管10体与地热孔之间形成多个密封的空间，能够将套环30依次喷出的冷流体和热源限制在相应的密封储层内，通过对密封储层进行高、低温循环交替冲击，增强对密封储层的致裂增渗效果。

作为本发明的一些实施例，所述地热储层致裂增渗装置还包括设于所述外管10体外周且纵向延伸的侧管40，所述侧管40依次连通各所述气囊41，且所述侧管40的顶部延伸至所述管组1的顶部，用于连接充气装置以对气囊41进行充气，在外管10体外周纵向延伸的侧面，能够在装置插入地热孔后，对各气囊41进行充气。

如图4所示，作为本发明的一些实施例，各所述内管20体上均开设有相对设置的一对所述内孔21，分别为A及a，各所述外管10体上均开设有相对设置的一对所述外孔11，分别为B及b，当转动至第一状态时（如图4的左边视图所示），A与B连通，a与b连通，在内管转动180°后，切换至第二状态（如图4的右边视图所示），此时A与b连通，a与B连通；通过设置相对的一对内孔21及外孔11，能够使得在导通装置下，冷源或者热源能够分别朝向相对的两侧喷出，从而进一步增大同一层各区域的温差，从而进一步提高致裂效率。

作为本发明的一些实施例，如图3所示，所述开合组件50包括内筒52、挡板53及传动组件54，所述内筒52的顶端与所述内管20的底端可转动接合，所述挡板53设于所述内筒52内，且所述传动组件54安装于所述内筒52，所述传动组件54的一端与所述挡板53连接，所述传动组件的另一端能够与所述内管20的底部接合，当所述传动组件的另一端与所述内管20的底部接合时，所述内管20转动能够带动所述挡板53发生位置变化，进而实现对于所述内筒52的封堵或者敞开，内筒52的转动带动传动组件转动，其转动组件54在转动时带动挡板53运动，通过内筒52、挡板53及传动组件54结构的结合，达到了内筒52的转动就能控制开合组件50打开状态到关闭状态的自由切换。

如图3及图4所示，作为本发明的一些实施例，所述开合组件50还包括外筒51，所述外筒51固定安装于所述外管10体的底部，且配合套设于所述内筒52的外周，所述传动组件54包括:转轴541、伞齿轮543、伞齿圈542，所述转轴541横穿所述内筒52及所述外筒51，且与所述内筒52及所述外筒51转动连接，所述挡板53安装于所述转轴541上，所述伞齿轮543安装于所述转轴541上，并位于所述内筒52与所述外筒51之间，伞齿圈542转动套设于所述内筒52的外周，所述伞齿轮543与所述伞齿圈542啮合，所述伞齿圈542的顶端具有用于供所述内管20的底端配合抵接以实现推动的第一推块55，当内管20转动时能够通过第一推块55带动伞齿圈542转动，伞齿圈542带动伞齿轮543和转轴541运动，进而使得安装于转轴541上的挡板53跟随转轴541转动，进而实现对内筒20底端的封堵或者打开。

作为本发明的一些实施例，所述内管20的底端具有与所述第一推块55配合抵接的第二推块56，第二推块56和第一推块55处与同一水平面和圆周中，第二推块56与第一推块55配合抵接；如图4所示，相对设置有两块第一推块55，分别为D及d，且对应地，相对设置有两块第二推块56，分别为C及c，当内管20处于第一状态时，D邻近于C设置，且位于C的逆时针一侧，d邻近于c设置，且位于c的逆时针一侧，当逆时针转动内管时，各第一推块55均与各第二推块56断开连接，当转动至快180°时，此时D的前侧抵接c，d的前侧抵接D，继续转动则在各第二推块56与各第一推块55的作用，内管推动伞齿圈542跟随逆时针转动，直至内管20转动180°至第二状态。

作为本发明的一些实施例，所述外管10体的顶部外周设有顶板12，顶板12用于贴合固定于底面上，所述内管20的顶部凸出设于所述内管20的上方，通过顶板12将内管20固定在地面上，突出外管10顶部的内管20，能够在装置工作时将冷流体直接注入到内管20内部。

作为本发明的一些实施例，所述内管20的顶部具有转动把手22，通过转动把手22能够直接控制内管20的转动。

作为本发明的一些实施例，所述地热储层的致裂增渗装置还包括负压泵，所述负压泵与所述内管20的顶端开口端连接，通过负压泵能够将地热存储层的热源抽出并加以利用，以及将热源通过连通的内孔21及外孔11喷射至各层的地热存储层中。

本发明的工作过程为：将内管20转动到最上方的套环30的两个外孔11（B和b）分别对准内管20最上方的两个内孔21（A和a），此时两侧的第二推块56（C和c）分别贴合两块第一推块55（D和d），且挡板53处于关闭状态；

从内管20上端注入低温冷流体，使最上方的套环30喷出冷流体，并渗入到该层空间中的储层中，并使储层中的自由水结冰冻胀，形成微裂隙，逆时针转动内管20使冷流体从上到下依次喷入每层空间中，直至内管20转动到180°后停止冷流体通入，此时最上方的套环30的两个外孔11（B和b）分别对准内管20最上方的两个内孔21（a和A），两块第一推块55（D和d）推动两侧的第二推块56，并分别与第二推块56（c和C）贴合，且挡板53转动到打开状态；从内管20上端连接负压泵，将储层中的热源向上抽吸，同时顺时针转动内管20到180°后停止抽吸，同理，此时挡板53处于关闭状态，并按同样步骤将热源从上到下依次注入到每层空间中的储层中。

综上，本发明实施例提供一种地热储层致裂增渗的方法及其装置，该装置外管10内设有可以转动的内管20，外管10的管体外周上沿其延伸方向依次环设有套环30，套环30的外周壁上开设有贯穿于外管10体的内周壁的外孔11，内管20的外周壁相对于各套环30的位置上开设有贯穿于其内周壁的内孔21，当转动内管20时，能够使一对内孔21对准相应的外孔11，从而使该位置的内管20和套环30贯通，且其他位置的内管20和套环30密闭，从而使内管20内的冷流体能够分别从各个套环30中喷出，此时开合组件50为关闭状态；当转动内管20时，能够使内孔21均与外孔11的位置不对应时，管组1周向呈封闭状态，此时开合组件50为打开状态，依次对储层进行高、低温循环交替冲击，在利用地下原位热能的同时通过增大温差增强改造效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种地热储层的致裂增渗装置，其特征在于，包括：

管组，所述管组包括外管及内管，所述外管包括外管体及多个沿其延伸方向依次环设于所述外管体外周的套环，所述内管可转动插设于所述外管体内，所述内管的外周壁相对于各所述套环的位置上开设有贯穿于其内周壁的内孔，所述套环的外周壁上开设有贯穿于所述外管体的内周壁的外孔，沿所述管组的俯视方向观察，各所述内管上的内孔在周向上呈错开分布，各所述外管上的外孔在周向上呈错开分布；

开合组件，所述开合组件设于所述管组的底端，所述开合组件包括内筒、挡板及传动组件，所述内筒的顶端与所述内管的底端可转动接合，所述挡板设于所述内筒内，且所述传动组件安装于所述内筒，所述传动组件的一端与所述挡板连接，所述传动组件的另一端能够与所述内管的底部接合，当所述传动组件的另一端与所述内管的底部接合时，所述内管转动能够带动所述挡板发生位置变化，进而实现对于所述内筒的封堵或者敞开；

负压泵，所述负压泵与所述内管的顶端开口端连接；

其中，通过转动内管，能够使得各层的内孔及对应的外孔依次导通及关闭，从而将超低温冷流体依次从不同角度喷出到地热储层的各层空间中，且当内管转动一定角度后能够驱动开合组件从关闭状态切换至打开状态，此时配合负压泵将地热储层中的热源从下向上抽吸到内管中，并再次转动内管，能够将热源通过各层依次连通的内孔及外孔喷出至对应的地热储层中，对地热储层进行高、低温循环交替冲击。

2.根据权利要求1所述的地热储层的致裂增渗装置，其特征在于，还包括多个气囊，所述气囊设于所述外管体的外周，各所述套环的上下两端分别设置一所述气囊。

3.根据权利要求2所述的地热储层的致裂增渗装置，其特征在于，还包括设于所述外管体外周且纵向延伸的侧管，所述侧管依次连通各所述气囊，且所述侧管的顶部延伸至所述管组的顶部。

4.根据权利要求1所述的地热储层的致裂增渗装置，其特征在于，各所述内管体上均开设有相对设置的一对所述内孔，各所述外管体上均开设有相对设置的一对所述外孔。

5.根据权利要求1所述的地热储层的致裂增渗装置，其特征在于，所述开合组件还包括外筒，所述外筒固定安装于所述外管体的底部，且配合套设于所述内筒的外周，所述传动组件包括：转轴、伞齿轮、伞齿圈，所述转轴横穿所述内筒及所述外筒，且与所述内筒及所述外筒转动连接，所述挡板安装于所述转轴上，所述伞齿轮安装于所述转轴上，并位于所述内筒与所述外筒之间，伞齿圈转动套设于所述内筒的外周，所述伞齿轮与所述伞齿圈啮合，所述伞齿圈的顶端具有用于供所述内管的底端配合抵接以实现推动的第一推块。

6.根据权利要求5所述的地热储层的致裂增渗装置，其特征在于，所述内管的底端具有与所述第一推块配合抵接的第二推块。

7.根据权利要求1所述的地热储层的致裂增渗装置，其特征在于：所述外管体的顶部外周设有顶板，所述内管的顶部凸出设于所述内管的上方；和/或，

所述内管的顶部具有转动把手。

8.一种地热储层的致裂增渗方法，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项所述的地热储层的致裂增渗装置，所述方法包括：

从地面向下钻地热孔；

将管组从上至下插入地热孔内；

转动内管使开合组件处于关闭状态，且至少一组内孔与外孔相连通；

从内管上端通入低温流体，低温流体通过连通的内孔及外孔向外周喷出并渗入地热储层，转动内管，使得各组内孔及外孔依次连通后并关闭，低温流体依次从连通的内孔及外孔向外喷出并渗入地热储层，直至内管转动至任意内孔及外孔均不导通，且开合组件被内管驱动至打开状态；

在内管的顶端开口处连接负压泵，将地热储层中的热源从下向上抽吸；

转动内管，使得各组内孔及外孔依次连通后关闭，热源依次从连通的内孔及外孔向外喷出并注入至地热储层中。

9.根据权利要求8所述的地热储层的致裂增渗方法，其特征在于，所述地热储层的致裂增渗装置还包括多个气囊，所述气囊设于所述外管体的外周，各所述套环的上下两端分别设置一所述气囊；

在所述将管组从上至下插入地热孔内后，还包括步骤：

向各气囊内充气，使得各气囊膨胀至与地热孔的内周壁贴合，以使得在外管体与地热孔之间形成多个密封的空间。