CN117804080A - 多地层地热开发与储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多地层地热开发与储能系统，包括：地热储层、普通地层、尾水储层、地热井、用能设施、尾水回注井和尾水回灌装置，地热井的井底位于地热储层，尾水回注井的井底位于尾水储层，地热储层的深度大于尾水储层，地热储层和尾水储层的孔隙度和渗透率高于普通地层；地热储层中存储有地热能，通过地热井从地热储层中提取热流体，用能设施利用热流体中携带的地热能进行工作，通过尾水回注井将地热能利用过程中产生的尾水回注到尾水储层；尾水回灌装置利用补充能源将尾水储层中存储的尾水回灌至地热储层。采用尾水储层储存地热尾水，无需在地面建设地热尾水存储设施，提高了地热系统的经济可行性，降低了对地热系统储能容量的限制。
Description
技术领域
本发明实施例涉及地热开发与储能技术领域，具体涉及一种多地层地热开发与储能系统。
背景技术
地热能是清洁的可再生能源，在利用地热能的过程中会产生地热尾水。地热尾水不回灌会污染环境，而地热尾水回灌则会消耗能源和成本，造成地热项目盈利能力下降甚至导致亏损。尤其是对于3000m以下的深层高温地热资源，由于地层深度大，其上覆岩层压力大，地层压实程度高，孔隙率和渗透率低，水在地层中流动的阻力大，地热尾水回灌的能耗和成本更高。深部地层的高温地热资源，不论是水热型地热资源还是干热岩资源，要想建立注水-采水循环进行大规模开发，就必须消耗足够的能源来克服地层渗流阻力。地热能开发利用长期以来受到地热尾水回灌成本的制约。因此，如何解决地热尾水回灌的能耗及地层注采循环的能耗问题，是扩大地热资源开发利用规模的关键问题之一。
为了解决地热尾水回灌以及地层注采循环的能耗问题，本领域研究人员提出了引入其他可再生能源来平衡地热系统能耗的方法。该方法可以利用其他可再生能源进行加压注水，能够解决地层注水-采水循环能耗的问题。但是，由于引入的其他可再生能源的功率在时间上不稳定，导致加压注水需要间歇进行。为了确保在需要注水储能时有水可注，就需要在地面对地热尾水进行储存。为了储存地热尾水，需要在地面建设地热尾水存储设施，不论是利用水库储存地热尾水还是利用储罐储存地热尾水，都会带来占地成本、设施建设成本、设施维护成本，不仅会削弱地热系统的经济可行性，而且地热尾水存储设施的容量将会限制地热系统的储能容量。
发明内容
本发明实施例提供一种多地层地热开发与储能系统，用以解决现有系统需要在地面建设地热尾水存储设施而导致的经济可行性低且储能容量受限的问题。
本发明实施例提供一种多地层地热开发与储能系统，包括：
地热储层、普通地层、尾水储层、地热井、用能设施、尾水回注井和尾水回灌装置，地热井的井底位于地热储层，尾水回注井的井底位于尾水储层，地热储层的深度大于尾水储层，地热储层和尾水储层的孔隙度和渗透率高于普通地层的孔隙度和渗透率；
地热储层中存储有地热能，通过地热井从地热储层中提取热流体，用能设施利用热流体中携带的地热能进行工作，通过尾水回注井将地热能利用过程中产生的尾水回注到尾水储层；
尾水回灌装置利用补充能源将尾水储层中存储的尾水回灌至地热储层。
一种实施例中，补充能源包括：弃风时段的风能、弃光时段的光能和电价低谷时段的电网电能。
一种实施例中，尾水回灌装置包括：补水抽水井、补水泵站及控制设施和补水注入井，补水抽水井的井底位于尾水储层，补水注入井的井底位于地热储层；
补水泵站及控制设施利用补充能源经由补水抽水井从尾水储层中抽取尾水，加压后经由补水注入井注入地热储层。
一种实施例中，尾水回灌装置包括：加压泵控制设施和补水注入井，补水注入井的井底位于地热储层；
在补水注入井位于尾水储层且靠近尾水储层底端的位置安装潜水加压泵，加压泵控制设施控制潜水加压泵利用补充能源从其上方抽取尾水，在加压后向其下方排出；
在补水注入井位于地热储层中的部分，构建一条或多条径向钻井井眼，用于连通补水注入井与地热储层的水流通道。
一种实施例中，尾水回灌装置包括：加压泵控制设施和补水注入井，补水注入井的井底位于地热储层；
在补水注入井中进行水力压裂，构建一条或多条连通尾水储层和地热储层的水力压裂裂缝，以使尾水储层中的尾水通过水力压裂裂缝流入地热储层；
在补水注入井的预设位置安装潜水加压泵，加压泵控制设施控制潜水加压泵利用补充能源从其上方抽取尾水，在加压后向其下方排出。
一种实施例中，当地热储层为干热岩地层时，地热储层是通过在干热岩地层中进行水力压裂，通过构建人工裂缝而形成的；
尾水回灌装置包括加压泵控制设施和补水注入井，补水注入井为水平井，且水平段位于干热岩地层中；
地热井为水平井，且地热井的水平段深度低于补水注入井的水平段深度；
在补水注入井的预设位置安装有潜水加压泵，加压泵控制设施控制潜水加压泵利用补充能源从其上方抽取尾水，在加压后向其下方排出。
一种实施例中，在用能设施与尾水回注井之间设置尾水储罐，用于存储用能设施在预设时长内产生的地热尾水；
尾水储罐中安装有回注泵，回注泵利用补充能源将尾水储罐中存储的尾水经由尾水回注井回注到尾水储层。
本发明实施例提供的多地层地热开发与储能系统包括：地热储层、普通地层、尾水储层、地热井、用能设施、尾水回注井和尾水回灌装置，地热井的井底位于地热储层，尾水回注井的井底位于尾水储层，地热储层的深度大于尾水储层，地热储层和尾水储层的孔隙度和渗透率高于普通地层；地热储层中存储有地热能，通过地热井从地热储层中提取热流体，用能设施利用热流体中携带的地热能进行工作，通过尾水回注井将地热能利用过程中产生的尾水回注到尾水储层；尾水回灌装置利用补充能源将尾水储层中存储的尾水回灌至地热储层。采用尾水储层储存地热尾水，无需在地面建设地热尾水存储设施，提高了地热系统的经济可行性，降低了对地热系统储能容量的限制；能够用于深层高温地热，实现地热能大规模开发；储能规模大，成本低，能够适应电网级储能应用；能源存储与提取周期灵活；能够与风能、太阳能技术相结合，提高可再生能源的利用率；适应性广，可以在地温梯度较低的地区使用；对环境相当友好；而且可以在已有勘探开发资料的油田地区快速实现工程应用，能够令老油田地质资产发挥效益。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图；
图2为本发明又一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图；
图4为本发明又一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图；
图5为本发明另一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图；
图6为本发明又一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
实施例一
图1为本发明一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的多地层地热开发与储能系统可以包括：地热储层1、普通地层2、尾水储层3、地热井4、用能设施5、尾水回注井6和尾水回灌装置7。其中，地热井4的井底位于地热储层1，尾水回注井6的井底位于尾水储层3，地热储层1的深度大于尾水储层3，地热储层1和尾水储层3的孔隙度和渗透率高于普通地层2的孔隙度和渗透率；地热储层1中存储有地热能，通过地热井4从地热储层1中提取热流体，用能设施5利用热流体中携带的地热能进行工作，通过尾水回注井6将地热能利用过程中产生的尾水回注到尾水储层3；尾水回灌装置7利用补充能源将尾水储层3中存储的尾水回灌至地热储层1。
普通地层是除地热储层和尾水储层之外的地层，补充能源可以是除地热能之外的其他可再生能源。地热井4为地热取水井或取蒸汽井
构成地层的岩石具有一定的孔隙度，能够容纳一定的流体。岩石孔隙中的流体压力可以在一定范围内变化，而且可以不充满岩石孔隙，呈现不饱和状态。因此，地层能够容纳一定量的流体，可以作为存储流体的空间。流体的增减，体现为流体饱和度的变化，以及地层孔隙压力的变化。利用地层的这种特性，就可以在同一地点选择具备较好封闭条件的多个地层，将它们分别作为地热储层和尾水储层。地热储层和尾水储层，具有高于周边普通地层的孔隙度和渗透率，能够容纳一定体积的水或蒸汽。将深度较浅的地层作为尾水储层，深度较深的地层作为地热储层。向尾水储层注入的水，在重力和人工加压的作用下向地热储层流动，补充地热储层中的流体，并逐渐被加热，成为新的可提取的热水或热蒸汽。由于尾水储层和地热储层的孔隙压力和流体饱和度可以各自变化，可以各自容纳不同数量的流体，因此能够形成两个相对独立的流体储存空间，相当于高位水库和低位水库。
利用补充能源向地热储层加压注入的水，在地热储层中被加热。并且随着注入总量的增大，地热储层中的孔隙压力增大。所注入的水量，内能随着温度与压力的升高而升高。其内能的升高，一部分来自于从热地层吸收的热量，体现为水温的上升；另一部分来自于加压注入过程消耗的能量，体现为压力的升高。由于地热井(地热取水井或取蒸汽井)的井底压力的升高，使得抽取热流体所需的能耗降低。当井底压力高到使井口带压时，就不需要消耗能源来抽取热流体，井口的流体压力还可以推动用能设施做功。不论井口流体是否带压，都会使得地热用能设施的提液能耗减小而能量输出增大。在这一过程中，向地热储层加压注水所消耗的补充能源，以地热储层中的流体压力升高的方式储存起来，在地热储层中的流体流动过程中消耗一部分，剩余部分体现为地热流体因压力升高而增加的内能，最终在地热流体提取时被重新提取到地面，并释放利用。
虽然风能、太阳能等可再生能源发电装机容量近年来发展迅猛，但是存在着固有的功率波动问题，发电功率与用电需求在时间上不匹配，造成大量的弃风、弃光现象。风力发电和光伏发电年利用小时数少，风电和光电有效利用率低。为了提高风能、光能等可再生能源的利用率，避免风能、光能等不稳定的可再生能源发电量大量被废弃，本实施例中可以将弃风时段的风能和弃光时段的光能作为补充能源。在低电价时段，可以将廉价的电网电能作为补充能源。综上所述，本实施例中的补充能源可以包括：弃风时段的风能、弃光时段的光能和电价低谷时段的电网电能。
通过引入补充能源克服深部地层的渗流阻力，能够实现深部地层的注采循环，从而可以有效开发深层高温地热资源。能否有效利用深层高温地热资源，是提高地热利用效益和规模的关键。地热系统的能量利用方式可分为热能直接利用和发电利用两大类。用于发电时，流体温度越高发电效率越高。浅层地热资源由于流体温度较低，发电效率低，只能进行热能直接利用。热能直接利用受热流体输送距离限制，只能用于本地的居民采暖、大棚养殖、鱼塘等行业，难以扩大地热资源开发规模，也难以获得更好的经济效益。发电利用则可以借助输配电网络供应更远距离的更多行业用户。能否有效开发深层高温地热，是地热资源实现大规模开发的关键。本实施例提供的多地层地热开发与储能系统能够用于深层高温地热，能够实现地热能大规模开发。
只要钻井达到足够深度，地层温度就可以达到地热利用的要求。因此，只需要找到存在浅层的较高孔隙率的尾水储层，不必具备很高的地温梯度条件，就可以利用本实施例提供的多地层地热开发与储能系统，引入补充能源，克服因地热储层过深而造成的尾水回灌困难，克服地层渗流阻力带来的系统能量消耗，使当地的地热资源得到有效开发。本实施例提供的多地层地热开发与储能系统适应性广，可以在地温梯度较低的地区使用。而且采用尾水储层储存地热尾水，无需在地面建设地热尾水存储设施，提高了地热系统的经济可行性，降低了对地热系统储能容量的限制。
地热储层的流体容积可以轻易达到106m3。如果按照温差90℃计算，每106m3水温度降低所释放的能量约为3.77×1011kJ，相当于约一亿度电的能量。即便仅以15％的发电效率计算，也可以得到1500万度电能。电池储能系统目前比较乐观的成本估算是1.0元/(W·h)，即1000元/(kW·h)。其中建设成本占83％，运维成本和财务成本占17％。那么能够存储1500万度电的锂电池储能系统就需要约125亿元建设成本。如果大规模建设锂电池储能系统，锂、镍等资源还将会大幅度涨价，并成为无法逾越的资源瓶颈。本实施例提供的多地层地热开发与储能系统的建设成本远远低于电池储能系统，建设成本可以低至同等规模锂电池储能系统的百分之几，是现实可行的电网级储能技术。本实施例提供的多地层地热开发与储能系统储能规模大，成本低，能够适应电网级储能应用。
本实施例提供的多地层地热开发与储能系统既可以利用夜间价格低谷时段的低价网电，进行跨昼夜储能；也可以利用冬季用能低谷期间的难上网风电，实现跨季节储能；还可以利用弃光时段难上网光电，实现跨季节储能。而地热能的提取只要满足地热储层中还存在可采热流体，就可以在任何需要的时间进行地热能的提取。因此本实施例提供的多地层地热开发与储能系统能源存储与提取周期灵活。
本实施例提供的多地层地热开发与储能系统中将弃风时段的风能和弃光时段的光能作为补充能源，与风能、太阳能技术相结合，提高了可再生能源的利用率。能够有效利用废弃风能、废弃太阳能等可再生能源，实现这些能源的存储和再提取，减少弃风、弃光浪费，提高其利用率。进一步的，可再生能源利用系统的利用率提高后，其经济可行性也将提高，就可以进一步扩大风能、太阳能的开发规模，提高可再生能源在一次能源中的占比。
相比于电池储能技术，本实施例提供的多地层地热开发与储能系统没有有色金属资源瓶颈问题，不会与国民经济其他部门竞争稀缺资源，不消耗锂、钴、镍等稀有金属，也不排放地热尾水，对环境相当友好。而且可以在已有勘探开发资料的油田地区快速实现工程应用，能够令老油田地质资产发挥效益。
本实施例提供的多地层地热开发与储能系统包括：地热储层、普通地层、尾水储层、地热井、用能设施、尾水回注井和尾水回灌装置，地热井的井底位于地热储层，尾水回注井的井底位于尾水储层，地热储层的深度大于尾水储层，地热储层和尾水储层的孔隙度和渗透率高于普通地层；地热储层中存储有地热能，通过地热井从地热储层中提取热流体，用能设施利用热流体中携带的地热能进行工作，通过尾水回注井将地热能利用过程中产生的尾水回注到尾水储层；尾水回灌装置利用补充能源将尾水储层中存储的尾水回灌至地热储层。采用尾水储层储存地热尾水，无需在地面建设地热尾水存储设施，提高了地热系统的经济可行性，降低了对地热系统储能容量的限制；能够用于深层高温地热，实现地热能大规模开发；储能规模大，成本低，能够适应电网级储能应用；能源存储与提取周期灵活；能够与风能、太阳能技术相结合，提高可再生能源的利用率；适应性广，可以在地温梯度较低的地区使用；对环境相当友好；而且可以在已有勘探开发资料的油田地区快速实现工程应用，能够令老油田地质资产发挥效益。
在实施例一的基础上，下面将采用几个具体的实施例来对多地层地热开发与储能系统中的尾水回灌装置进行进一步的详细说明。
实施例二
图2为本发明又一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的多地层地热开发与储能系统可以包括：地热储层1、普通地层2、尾水储层3、地热井4、用能设施5、尾水回注井6和尾水回灌装置7。地热井4的井底位于地热储层1，尾水回注井6的井底位于尾水储层3，地热储层1的深度大于尾水储层3，地热储层1和尾水储层3的孔隙度和渗透率高于普通地层2的孔隙度和渗透率；地热储层1中存储有地热能，通过地热井4从地热储层1中提取热流体，用能设施5利用热流体中携带的地热能进行工作，通过尾水回注井6将地热能利用过程中产生的尾水回注到尾水储层3；尾水回灌装置7利用补充能源将尾水储层3中存储的尾水回灌至地热储层1。
其中，尾水回灌装置7包括：补水抽水井711、补水泵站及控制设施712和补水注入井713，补水抽水井711的井底位于尾水储层3，补水注入井713的井底位于地热储层1；补水泵站及控制设施712利用补充能源经由补水抽水井711从尾水储层3中抽取尾水，加压后经由补水注入井713注入地热储层1。
当需要使用地热能时，由地热井4提取地热储层1中的热水或热蒸汽，在用能设施5中加以利用后，尾水经由尾水回注井6回注到尾水储层3。在冬季用电需求低谷时，可以将难上网风电，即弃风时段的风能作为补充能源；或者将夜间低电价时段的电网电能作为补充能源，利用补充能源经由补水抽水井711从尾水储层3中抽取尾水，加压后经由补水注入井713，注入地热储层1，补充地热储层流体，并增加地热储层流体的饱和度和压力。
利用补充能源向地热储层加压注入的水，在地热储层中被加热。并且随着注入总量的增大，地热储层中的孔隙压力增大。所注入的水量，内能随着温度与压力的升高而升高。其内能的升高，一部分来自于从热地层吸收的热量，体现为水温的上升；另一部分来自于加压注入过程消耗的能量，体现为压力的升高。其中，后一部分能量在补水注入井713的井底位置最高，并且会随着水从补水注入井713向地热井4流动，而消耗一部分。消耗的这部分能量抵消了地层渗流阻力。剩余的能量体现为地热井4的井底流体压力。该井底流体压力将会使地热井4的井筒液位上升(即油田开发过程中所说的“动液面”上升)。当该井底流体压力大于该井的静态液柱压力时，就会使井口流体带压。该系统虽然消耗了一部分补充能源用于克服地层渗流阻力，但是对于因注水能耗大而难以开发的一部分地热资源，可以得到有效开发。而且由于地热储层中的流体得到补充和加压，能够允许使用更大流量提取热水或热蒸汽。从而可以实现地热能的更大规模的开发。
本实施例提供的多地层地热开发与储能系统，利用位于地下不同深度的多个地层储存水或水蒸汽，并将较深的地层作为地热储层，较浅的地层作为尾水储层。从地热储层中抽取热水或水蒸汽从而提取地热能，并在廉价的补充能源可以获得时，向地热储层加压回注地热尾水。在无廉价补充能源的时段，将地热尾水注入到尾水储层。本发明可以增大地热的经济开发规模。同时地热储层的流体压力升高使一部分所述补充能源得以储存，并在提取地热流体时被重新获取。加压回注地热尾水使得地热储层中的流体饱和度和压力升高，存储了一部分消耗的补充能源。在提取地热流体时，由于流体压力升高，地热系统的能量产出得以增加，从而使所存储的能源重新释放。同时，借助补充能源克服了地热储层的渗流阻力，可以加大地热开发规模，提高深层高温地热资源的开发经济性。
实施例三
图3为本发明另一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图。如图3所示，本实施例提供的多地层地热开发与储能系统可以包括：地热储层1、普通地层2、尾水储层3、地热井4、用能设施5、尾水回注井6和尾水回灌装置7。地热井4的井底位于地热储层1，尾水回注井6的井底位于尾水储层3，地热储层1的深度大于尾水储层3，地热储层1和尾水储层3的孔隙度和渗透率高于普通地层2的孔隙度和渗透率；地热储层1中存储有地热能，通过地热井4从地热储层1中提取热流体，用能设施5利用热流体中携带的地热能进行工作，通过尾水回注井6将地热能利用过程中产生的尾水回注到尾水储层3；尾水回灌装置7利用补充能源将尾水储层3中存储的尾水回灌至地热储层1。
其中，尾水回灌装置7包括：加压泵控制设施721和补水注入井722，补水注入井722的井底位于地热储层1；在补水注入井722位于尾水储层3且靠近尾水储层3底端的位置安装潜水加压泵723，加压泵控制设施721控制潜水加压泵723利用补充能源从其上方抽取尾水，在加压后向其下方排出；在补水注入井722位于地热储层1中的部分，构建一条或多条径向钻井井眼724，用于连通补水注入井722与地热储层1的水流通道。
潜水加压泵不宜安装过高。本实施例中在靠近尾水储层底端的位置安装潜水加压泵，使得即使在尾水储层中水量不是很充足的情况下，潜水加压泵也能够顺利地抽取到尾水。
本实施例提供的多地层地热开发与储能系统，在补水注入井722的适当深度，安装潜水加压泵723，在补水注入井722位于地热储层1中的部分，进行径向钻井，构建一条或多条径向钻井井眼724。其中，潜水加压泵723可以从其上方抽取水，加压后向其下方排出。径向钻井井眼724是连通补水注入井722与地热储层1的水流通道，能够使补水注入井722中的水更容易流入地热储层1。在白天用能高峰时段，由地热井4提取地热储层1中的热水或热蒸汽，在用能设施5中加以利用后，尾水经由尾水回注井6回注到尾水储层3。在夜间低电价时段，将电网电能作为补充能源，启动潜水加压泵723，向地热储层1加压注水，补充地热储层流体，并增加地热储层的流体饱和度和流体压力。
实施例四
图4为本发明又一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图。如图4所示，本实施例提供的多地层地热开发与储能系统可以包括：地热储层1、普通地层2、尾水储层3、地热井4、用能设施5、尾水回注井6和尾水回灌装置7。地热井4的井底位于地热储层1，尾水回注井6的井底位于尾水储层3，地热储层1的深度大于尾水储层3，地热储层1和尾水储层3的孔隙度和渗透率高于普通地层2的孔隙度和渗透率；地热储层1中存储有地热能，通过地热井4从地热储层1中提取热流体，用能设施5利用热流体中携带的地热能进行工作，通过尾水回注井6将地热能利用过程中产生的尾水回注到尾水储层3；尾水回灌装置7利用补充能源将尾水储层3中存储的尾水回灌至地热储层1。
其中，尾水回灌装置7包括：加压泵控制设施731和补水注入井732，补水注入井732的井底位于地热储层1；在补水注入井732中进行水力压裂，构建一条或多条连通尾水储层3和地热储层1的水力压裂裂缝733，以使尾水储层3中的尾水通过水力压裂裂缝733流入地热储层1；在补水注入井732的预设位置安装潜水加压泵734，加压泵控制设施731控制潜水加压泵734利用补充能源从其上方抽取尾水，在加压后向其下方排出。
本实施例提供的多地层地热开发与储能系统，在补水注入井732中进行水力压裂，构建出能够连通尾水储层3和地热储层1的一条或多条水力压裂裂缝733。水力压裂裂缝733可以使尾水储层3中的水流入地热储层1。在补水注入井732的适当深度安装潜水加压泵734，潜水加压,734可以从其上方抽取水，加压后向其下方排出。当需要使用地热能时，由地热井4提取地热储层1中的热水或热蒸汽，在用能设施5中加以利用后，尾水经由尾水回注井6回注到尾水储层3。尾水储层3中的水经由水力压裂裂缝733持续的向下流入地热储层1。在廉价补充能源可以获取的时段，利用补充能源启动潜水加压泵734，向地热储层1加压注水，补充地热储层流体，并增加地热储层的流体饱和度和流体压力。
实施例五
图5为本发明另一实施例提供的多地层地热开发与储能系统的结构示意图。如图5所示，本实施例提供的多地层地热开发与储能系统可以包括：地热储层1、普通地层2、尾水储层3、地热井4、用能设施5、尾水回注井6和尾水回灌装置7。地热井4的井底位于地热储层1，尾水回注井6的井底位于尾水储层3，地热储层1的深度大于尾水储层3，地热储层1和尾水储层3的孔隙度和渗透率高于普通地层2的孔隙度和渗透率；地热储层1中存储有地热能，通过地热井4从地热储层1中提取热流体，用能设施5利用热流体中携带的地热能进行工作，通过尾水回注井6将地热能利用过程中产生的尾水回注到尾水储层3；尾水回灌装置7利用补充能源将尾水储层3中存储的尾水回灌至地热储层1。
在具备干热岩地层和尾水储层的地质条件基础上，可以将干热岩地层用作地热储层。如图5所示，本实施例中的地热储层1为干热岩地层，地热储层1是通过在干热岩地层中进行水力压裂，通过构建人工裂缝而形成的。其中，尾水回灌装置7包括加压泵控制设施741和补水注入井742，补水注入井724为水平井，且水平段位于干热岩地层中。本实施例中的地热井4也为水平井，且地热井4的水平段深度低于补水注入井的水平段深度。在补水注入井742的预设位置安装有潜水加压泵743，加压泵控制设施741控制潜水加压泵743利用补充能源从其上方抽取尾水，在加压后向其下方排出。
本实施例提供的多地层地热开发与储能系统，在具备干热岩地层和尾水储层地质条件的地区，先钻一口水平井，作为补水注入井742，其水平段位于干热岩地层中。然后在干热岩地层中进行水力压裂，构建一组人工裂缝744。受人工裂缝744影响，在一定区域内流体渗流能力增强，形成一个能够容纳一定量的流体的人工地热储层。再钻一口水平井，作为地热井(地热取水井或取蒸汽井)4。地热井4的水平段深度低于补水注入井742，且经过人工地热储层。
在用能高峰时段，由地热井4提取人工地热储层中的热水或热蒸汽，在用能设施5中加以利用后，尾水经由尾水回注井6回注到尾水储层3。在廉价补充能源可以获取的时段，利用补充能源，启动潜水加压泵743，向人工地热储层加压注水，快速补充人工地热储层流体，并增加地热储层的流体饱和度和流体压力。注入人工地热储层的水，被干热岩地层1加热，成为可被提取的地热流体，并且其升高的压力存储了部分补充能源。当地热流体再次被提取利用时，这部分存储的补充能源在用能设施中得到重新释放。
实施例六
请参考图6，为了进一步提高能源利用效率，本实施例提供的多地层地热开发与储能系统中，在上述任一实施例的基础上，还在用能设施5与尾水回注井6之间设置尾水储罐8，用于存储用能设施5在预设时长内产生的地热尾水；尾水储罐中安装有回注泵9，回注泵9利用补充能源将尾水储罐中存储的尾水经由尾水回注井6回注到尾水储层3。需要说明的是，本实施例中的尾水回灌装置7可以采用上述任一实施例中所提供的尾水回灌装置。
通过设置用于存储用能设施5在预设时长(例如可以是1天)内产生的地热尾水的尾水储罐8，使得向尾水储层3注水与从地热储层1抽水不必同时进行。允许在具备廉价的补充能源的时段向尾水储层3注水，而根据用能需要随时从地热储层1提取热水或热蒸汽。
具体的，可以在白天用能高峰时段，由地热井4提取地热储层1中的热水或热蒸汽，在用能设施5中加以利用后，尾水暂存在尾水储罐8。在夜间低电费时段，使用低价网电启动回注泵8，经由尾水回注井6将尾水储罐8中的尾水回注到尾水储层3。尾水储层3中的水通过尾水回灌装置7回灌至地热储层1。由此，进一步提高跨昼夜、跨季节的能源存储和地热能的有效利用率。
本公开中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
本公开的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变形而不脱离本公开的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本公开权利要求及其等同技术的范围，则本公开的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (7)
1.一种多地层地热开发与储能系统，其特征在于，包括：
地热储层、普通地层、尾水储层、地热井、用能设施、尾水回注井和尾水回灌装置，所述地热井的井底位于所述地热储层，所述尾水回注井的井底位于所述尾水储层，所述地热储层的深度大于所述尾水储层，所述地热储层和所述尾水储层的孔隙度和渗透率高于所述普通地层的孔隙度和渗透率；
所述地热储层中存储有地热能，通过所述地热井从所述地热储层中提取热流体，所述用能设施利用所述热流体中携带的地热能进行工作，通过所述尾水回注井将地热能利用过程中产生的尾水回注到所述尾水储层；
所述尾水回灌装置利用补充能源将所述尾水储层中存储的尾水回灌至所述地热储层。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述补充能源包括：弃风时段的风能、弃光时段的光能和电价低谷时段的电网电能。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尾水回灌装置包括：补水抽水井、补水泵站及控制设施和补水注入井，所述补水抽水井的井底位于所述尾水储层，所述补水注入井的井底位于所述地热储层；
所述补水泵站及控制设施利用所述补充能源经由所述补水抽水井从所述尾水储层中抽取尾水，加压后经由所述补水注入井注入所述地热储层。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尾水回灌装置包括：加压泵控制设施和补水注入井，所述补水注入井的井底位于所述地热储层；
在所述补水注入井位于所述尾水储层且靠近所述尾水储层底端的位置安装潜水加压泵，所述加压泵控制设施控制所述潜水加压泵利用所述补充能源从其上方抽取尾水，在加压后向其下方排出；
在所述补水注入井位于所述地热储层中的部分，构建一条或多条径向钻井井眼，用于连通所述补水注入井与所述地热储层的水流通道。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尾水回灌装置包括：加压泵控制设施和补水注入井，所述补水注入井的井底位于所述地热储层；
在所述补水注入井中进行水力压裂，构建一条或多条连通所述尾水储层和所述地热储层的水力压裂裂缝，以使所述尾水储层中的尾水通过所述水力压裂裂缝流入所述地热储层；
在所述补水注入井的预设位置安装潜水加压泵，所述加压泵控制设施控制所述潜水加压泵利用所述补充能源从其上方抽取尾水，在加压后向其下方排出。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述地热储层为干热岩地层时，所述地热储层是通过在所述干热岩地层中进行水力压裂，通过构建人工裂缝而形成的；
所述尾水回灌装置包括加压泵控制设施和补水注入井，所述补水注入井为水平井，且水平段位于所述干热岩地层中；
所述地热井为水平井，且所述地热井的水平段深度低于所述补水注入井的水平段深度；
在所述补水注入井的预设位置安装有潜水加压泵，所述加压泵控制设施控制所述潜水加压泵利用所述补充能源从其上方抽取尾水，在加压后向其下方排出。
7.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，在所述用能设施与所述尾水回注井之间设置尾水储罐，用于存储所述用能设施在预设时长内产生的地热尾水；
所述尾水储罐中安装有回注泵，所述回注泵利用所述补充能源将所述尾水储罐中存储的尾水经由所述尾水回注井回注到所述尾水储层。
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