CN117627607A - 一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，开采方法包括以下步骤：确定目标开采区域；采用水力压裂方法压裂干热岩储层，产生新的压裂裂隙和连通天然裂隙，形成复杂裂隙储层；利用微震系统检测，检测干热岩储层压裂形成的裂隙，分析裂隙的连通性，识别干热岩储层的连通区域和非连通区域；在裂隙多且连通性好的区域，钻取长距离水平注入井和生产井连通干热岩储层连通区域，形成EGS；在裂隙少且连通性差的区域钻取水平井，并下入同轴套管，形成CLGS；优化运行EGS和CLGS，最大化提高取热效率；本发明具有增加换热距离和面积、提高能量提取效率、改变工质流动形态、增强换热效率、具有良好的取热效果的优点。
Description
技术领域
本发明属于地热开发技术领域，具体涉及一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统。
背景技术
地热能作为一种稳定、可靠、绿色且可持续的能源，在地球3-10km深处的储量是全球石油、天然气和煤炭能源的30倍，因此，高效、稳定地开发利用干热岩资源，对于能源结构的转型和实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义，许多国家进行了干热岩模式的地热现场实验，但是该方法面临着压裂裂隙连通率不高，造成许多无效压裂裂隙的产生的问题；目前，仅实施了几个增强型地热系统（EGS）现场测试，最成功的EGS发电厂其装机容量达到1.5MW，而闭环型地热系统是通过U型管和单井闭环模式直接与地下储热岩层进行热交换，开采效率受单井长度的影响较大，如何增加井壁与储层的热交换面积是其成功的关键所在；目前的单井现场有地埋管换热器下部分、SuperC项目、深部地热单井项目，这些项目的最高提取温度为DGSW项目的69°，远低于增强型地热系统中的芬顿山Ⅱ期的出口温度183℃和苏尔茨Ⅱ期的135°；可见，增强型地热系统受制于压裂裂隙的连通性，而闭环型地热系统受限于换热面积和换热长度，均未能实现商业应用，因此要找到一种经济可行高效开采干热岩的方法；因此，提供一种增加换热距离和面积、提高能量提取效率、改变工质流动形态、增强换热效率、具有良好的取热效果的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种增加换热距离和面积、提高能量提取效率、改变工质流动形态、增强换热效率、具有良好的取热效果的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统。
本发明的目的是这样实现的：一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，所述的开采方法包括以下步骤：
步骤1：确定目标开采区域；
步骤2：采用水力压裂方法压裂干热岩储层，产生新的压裂裂隙和连通天然裂隙，形成复杂裂隙储层；
步骤3：利用微震系统检测，检测干热岩储层压裂形成的裂隙，分析裂隙的连通性，识别干热岩储层的连通区域和非连通区域；
步骤4：根据步骤3识别的连通区域和非连通区域，在裂隙多且连通性好的区域，钻取长距离水平注入井和生产井连通干热岩储层连通区域，形成增强型地热系统即EGS；在裂隙少且连通性差的区域钻取水平段，并下入同轴波纹管，形成闭环型地热系统即CLGS；
步骤5：优化运行增强型地热系统EGS和闭环型地热系统CLGS，最大化提高取热效率。
所述的步骤2中的干热岩储层温度＞200℃。
所述的步骤3具体为：在水力压裂后的干热岩储层中，需要部署一系列微震传感器；所述的微震传感器需安装在地表、井口或井内，以实现对整个储层区域的覆盖。
所述的步骤4中的增强型地热系统即EGS由注入井、抽采井和连通性裂隙组成；所述的注入井由地面垂直钻进注入井的直井段，钻至干热岩储层的预定深度后，沿水平方向钻设水平段，采用水泥浆进行固井。
所述的注入井直井段井深4000-5000米，所述的水平段长≥2000米；所述的抽采井需垂直钻孔至干热岩储层，设置抽采井的直井段并采用水泥浆固井，并且抽采井距离注入井的水平间距≥500m；所述的抽采井的直井段井深为4000-5000米。
所述的步骤4中的闭环型地热系统即CLGS的井距需间隔100m钻取钻孔，钻孔内布置同轴波纹管并采用水泥浆固井。
所述的同轴波纹套管由外部带有波纹的外管和内管以及两管间的稳定器组成。
所述的同轴波纹管的直管段深4000-5000米，水平段长≥2000米；沿所述的同轴波纹管的直井段一定间隔钻设水平段，并采用水泥浆进行固井。
所述的同轴波纹管的外管是套管结构中的外层管道，内外表面均带有波纹；所述的波纹纹结构能增加同轴波纹管的表面积和接触面，有助于提高热传导效率。
所述的同轴波纹管能够改变内部水流的流动形态，从而实现更有效的热量提取；所述的同轴波纹管在循环热交替过程中，可以吸收热应力引起的变形，提高套管的稳定性。
本发明的有益效果：本发明为一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，在使用中，本发明首先选择开采区域并压裂形成复杂裂隙，利用微震系统检测，检测储层裂隙识别裂隙的连通性。根据裂隙的数量和连通性，选择采用增强型地热系统或闭环型地热系统，本发明的优势包括：①增强型地热系统可以提取连通裂隙周围储层能量，闭环型地热系统以提取未连通基质内的能量；②闭环型地热系统周围基质具有较多非连通裂隙，裂隙中的流体的温度差加快了高温区域向低温区域的流动速度，使闭环型地热系统周围具有较高的温度，从而促使远端热量流向同轴波纹管，提高闭环系统换热效率；③闭环型地热系统中的同轴波纹管增加了井内流体和周围基质的换热距离和面积，提高了能量提取效率；④套管波纹状闭环管面可以改变工质在管内流动形态，增强换热效率；⑤本发明具有良好的取热效果，为干热岩型地热的开采提供了新的思路和方法；本发明具有增加换热距离和面积、提高能量提取效率、改变工质流动形态、增强换热效率、具有良好的取热效果的优点。
附图说明
图1为本发明一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统的示意图。
图2为本发明一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统的同轴波纹管的结构示意图。
图3为本发明一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统的同轴波纹管外管的结构示意图。
图中：1、注入井 2、抽采井 3、水平段 4、直井段 5、同轴波纹管 6、外管 7、内管8、波纹 9、稳定器。
实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例
如图1-3所示，一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，所述的开采方法包括以下步骤：
步骤1：确定目标开采区域；
步骤2：采用水力压裂方法压裂干热岩储层，产生新的压裂裂隙和连通天然裂隙，形成复杂裂隙储层；
步骤3：利用微震系统检测，检测干热岩储层压裂形成的裂隙，分析裂隙的连通性，识别干热岩储层的连通区域和非连通区域；
步骤4：根据步骤3识别的连通区域和非连通区域，在裂隙多且连通性好的区域，钻取长距离水平注入井和生产井连通干热岩储层连通区域，形成增强型地热系统即EGS；在裂隙少且连通性差的区域钻取水平段，并下入同轴波纹管，形成闭环型地热系统即CLGS；
步骤5：优化运行增强型地热系统EGS和闭环型地热系统CLGS，最大化提高取热效率。
在本实施例中，本发明首先确定目标开采区域，并利用辅助性水力压裂技术在已选定的开采区域内形成新裂隙和连通天然裂隙形成复杂裂隙干热岩储层；然后安装微震传感器，利用微震系统检测，识别干热岩储层形成的裂隙的连通性区域和非连通性区域；再根据裂隙的数量和连通性，选择采用增强型地热系统（EGS）或闭环型地热系统（CLGS）；最后形成增强型地热系统（EGS）和闭环型地热系统（CLGS）相互结合的开采模式。
所述的步骤2中的干热岩储层温度＞200℃。
所述的步骤3具体为：在水力压裂后的干热岩储层中，需要部署一系列微震传感器；所述的微震传感器需安装在地表、井口或井内，以实现对整个储层激发区域的覆盖。
所述的步骤4中的增强型地热系统即EGS由注入井、抽采井和连通性裂隙组成；所述的注入井由地面垂直钻进注入井的直井段，钻至干热岩储层的预定深度后，沿水平方向钻设水平段，采用水泥浆进行固井。
所述的注入井直井段井深4000-5000米，所述的水平段长≥2000米；所述的抽采井需垂直钻孔至干热岩储层，设置抽采井的直井段并采用水泥浆固井，并且抽采井距离注入井的水平间距≥500m；所述的抽采井的直井段井深为4000-5000米。
所述的步骤4中的闭环型地热系统即CLGS的井距需间隔100m钻取钻孔，钻孔内布置同轴波纹管并采用水泥浆固井。
所述的同轴波纹套管由外部带有波纹的外管和内管以及两管间的稳定器组成。
所述的同轴波纹管的直管段深4000-5000米，水平段长≥2000米；沿所述的同轴波纹管的直井段一定间隔钻设水平段，并采用水泥浆进行固井。
所述的同轴波纹管的外管是套管结构中的外层管道，内外表面均带有波纹；所述的波纹纹结构能增加同轴波纹管的表面积和接触面，有助于提高热传导效率。
在本实施例中，同轴波纹管的外管外表面具有波纹状突起，并且内表面具有波纹状凹槽。
所述的同轴波纹管能够改变内部水流的流动形态，从而实现更有效的热量提取；所述的同轴波纹管在循环热交替过程中，可以吸收热应力引起的变形，提高套管的稳定性。
在本实施例中，本发明系统适用于绝大部分的干热岩开发，抽取出的热水可用于发电或室内供暖。
本发明为一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，在使用中，本发明首先选择开采区域并压裂形成复杂裂隙，利用微震系统检测，检测储层裂隙识别裂隙的连通性。根据裂隙的数量和连通性，选择采用增强型地热系统或闭环型地热系统，本发明的优势包括：①增强型地热系统可以提取连通裂隙周围储层能量，闭环型地热系统以提取未连通基质内的能量；②闭环型地热系统周围基质具有较多非连通裂隙，裂隙中的流体的温度差加快了高温区域向低温区域的流动速度，使闭环型地热系统周围具有较高的温度，从而促使远端热量流向同轴波纹管，提高闭环系统换热效率；③闭环型地热系统中的同轴波纹管增加了井内流体和周围基质的换热距离和面积，提高了能量提取效率；④套管波纹状闭环管面可以改变工质在管内流动形态，增强换热效率；⑤本发明具有良好的取热效果，为干热岩型地热的开采提供了新的思路和方法；本发明具有增加换热距离和面积、提高能量提取效率、改变工质流动形态、增强换热效率、具有良好的取热效果的优点。
实施例
如图1-3所示，一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，所述的开采方法包括以下步骤：
步骤1：确定目标开采区域；
步骤2：采用水力压裂方法压裂干热岩储层，产生新的压裂裂隙和连通天然裂隙，形成复杂裂隙储层；
步骤3：利用微震系统检测，检测干热岩储层压裂形成的裂隙，分析裂隙的连通性，识别干热岩储层的连通区域和非连通区域；
步骤4：根据步骤3识别的连通区域和非连通区域，在裂隙多且连通性好的区域，钻取长距离水平注入井和生产井连通干热岩储层连通区域，形成增强型地热系统即EGS；在裂隙少且连通性差的区域钻取水平段，并下入同轴波纹管，形成闭环型地热系统即CLGS；
步骤5：优化运行增强型地热系统EGS和闭环型地热系统CLGS，最大化提高取热效率。
在本实施例中，本发明系统包括包括注入井1，抽采井2，水平段3，直井段4，同轴波纹管5，外管6，内管7，波纹8，稳定器9；
准备工作：选定储层温度大于200℃的开采区域，利用水力压裂干热岩储层，形成以一系列裂隙，再将微震传感器需安装在地表、井口或井内，以实现对整个储层区域的覆盖；利用微震系统检测，检测干热岩储层形成的裂隙；选择裂隙多且连通性好的区域采用增强型地热系统（EGS），裂隙少且连通性差的区域采用闭环型地热系统（CLGS）；
钻井布置流程：在采用增强型地热系统区域布置注入井1和抽采井2，抽采井2由水平段3和直井段4组成；在采用闭环型地热系统区域钻孔布置同轴波纹管5，同轴波纹管5由外套管6、内管7、波纹8、稳定器9组成，如图2-3所示；
注入井1与抽采井2相距应≥500m，注入井1的直井段4深为4000m-5000m，水平段3长为2000m，并采用水泥浆进行固井；
同轴波纹管5：每隔100m的井距钻取钻孔布置同轴波纹管5，直井段4000-5000米，水平段长2000米，沿直井段由下向上每间隔100m开设水平段，并采用水泥浆进行固井；
注入井1、抽采井2、同轴波纹管5需满足强度要求，不易变形，能够长期正常使用；
本发明系统的同轴波纹管5的安装及实施过程：
第一步，确定内管7和外管6的尺寸；
第二步，采用稳定器9，将稳定器9固定于内管7上；
第三步，将内管7置入外管6内。
内管7使用干热岩保温水泥作为管道保温材料，减少运输过程中的热损失。
所述开采方法具体步骤为：
①选定储层温度大于200℃的开采区域，利用水力压裂干热岩储层形成以一系列裂隙；
②再将微震传感器需安装在地表、井口或井内，以实现对整个储层区域的覆盖，利用微震系统检测，检测干热岩储层形成的裂隙；
③选择裂隙多且连通性好的区域采用增强型地热系统（EGS），裂隙少且连通性差的区域采用闭环型地热系统（CLGS）；
④在采用增强型地热系统区域布置注入井1和抽采井2，在采用闭环型地热系统区域钻孔布置同轴波纹管5；
⑤注入冷水作为工质，冷水通过注入井1进入干热岩储层连通裂隙加热后，由抽采井2采出；
⑥冷水注入同轴波纹管5的外管6注入后，经过长距离管段加热后，由内管抽出进行利用，形成“注水-加热-抽水”的循环，此过程中的水可以重复使用，实现非连通裂隙区中地热资源的开采。
本发明为一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，在使用中，本发明首先选择开采区域并压裂形成复杂裂隙，利用微震系统检测，检测储层裂隙识别裂隙的连通性。根据裂隙的数量和连通性，选择采用增强型地热系统或闭环型地热系统，本发明的优势包括：①增强型地热系统可以提取连通裂隙周围储层能量，闭环型地热系统以提取未连通基质内的能量；②闭环型地热系统周围基质具有较多非连通裂隙，裂隙中的流体的温度差加快了高温区域向低温区域的流动速度，使闭环型地热系统周围具有较高的温度，从而促使远端热量流向同轴波纹管，提高闭环系统换热效率；③闭环型地热系统中的同轴波纹管增加了井内流体和周围基质的换热距离和面积，提高了能量提取效率；④套管波纹状闭环管面可以改变工质在管内流动形态，增强换热效率；⑤本发明具有良好的取热效果，为干热岩型地热的开采提供了新的思路和方法；本发明具有增加换热距离和面积、提高能量提取效率、改变工质流动形态、增强换热效率、具有良好的取热效果的优点。
Claims (10)
1.一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的开采方法包括以下步骤：
步骤1：确定目标开采区域；
步骤2：采用水力压裂方法压裂干热岩储层，产生新的压裂裂隙和连通天然裂隙，形成复杂裂隙储层；
步骤3：利用微震系统检测，检测干热岩储层压裂形成的裂隙，分析裂隙的连通性，识别干热岩储层的连通区域和非连通区域；
步骤4：根据步骤3识别的连通区域和非连通区域，在裂隙多且连通性好的区域，钻取长距离水平注入井和生产井连通干热岩储层连通区域，形成增强型地热系统即EGS；在裂隙少且连通性差的区域钻取水平段，并下入同轴波纹管，形成闭环型地热系统即CLGS；
步骤5：优化运行增强型地热系统EGS和闭环型地热系统CLGS，最大化提高取热效率。
2.如权利要求1所述的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的步骤2中的干热岩储层温度＞200℃。
3.如权利要求1所述的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的步骤3具体为：在水力压裂后的干热岩储层中，需要部署一系列微震传感器；所述的微震传感器需安装在地表、井口或井内，以实现对整个储层区域的覆盖。
4.如权利要求1所述的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的步骤4中的增强型地热系统即EGS由注入井、抽采井和连通性裂隙组成；所述的注入井由地面垂直钻进注入井的直井段，钻至干热岩储层的预定深度后，沿水平方向钻设水平段，采用水泥浆进行固井。
5.如权利要求4所述的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的注入井直井段井深4000-5000米，所述的水平段长≥2000米；所述的抽采井需垂直钻孔至干热岩储层，设置抽采井的直井段并采用水泥浆固井，并且抽采井距离注入井的水平间距≥500m；所述的抽采井的直井段井深为4000-5000米。
6.如权利要求1所述的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的步骤4中的闭环型地热系统即CLGS的井距需间隔100m钻取钻孔，钻孔内布置同轴波纹管并采用水泥浆固井。
7.如权利要求6所述的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的同轴波纹套管由外部带有波纹的外管和内管以及两管间的稳定器组成。
8.如权利要求7所述的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的同轴波纹管的直管段深4000-5000米，水平段长≥2000米；沿所述的同轴波纹管的直井段一定间隔钻设水平段，并采用水泥浆进行固井。
9.如权利要求8所述的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的同轴波纹管的外管是套管结构中的外层管道，内外表面均带有波纹；所述的波纹纹结构能增加同轴波纹管的表面积和接触面，有助于提高热传导效率。
10.如权利要求9所述的一种复杂裂缝性地热储层联合开发系统，其特征在于：所述的同轴波纹管能够改变内部水流的流动形态，从而实现更有效的热量提取；所述的同轴波纹管在循环热交替过程中，可以吸收热应力引起的变形，提高套管的稳定性。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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