CN207620781U - 一种增强水热型地热完井系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地热开发领域，提供了一种增强水热型地热完井系统。该方法首先钻穿地热储层，利用微震技术，进行地层微电阻率扫描成像和倾角组合测井，识别地层裂缝发育方向，然后在沿着裂缝发育的垂直方向钻取分支井眼，采用水力压裂技术对分支井段进行压裂，从而构建高渗透地热储层，使地层流体沿着压裂后的裂缝进入井筒中，流体通过井筒开采至地面后进行发电。本方法充分利用分支井、微震检测及处理系统和水力压裂技术，有效的识别地热储层裂缝并最大限度的打开储层，充分利用了地热储层的地热能，大大提高了对水热型地热能源的开采效率。

Description

一种增强水热型地热完井系统

技术领域

本实用新型涉及地热能开发领域，具体的涉及一种增强水热型地热完井系统。

背景技术

20世纪70年代，全球石油危机爆发后，科学家就提出利用深部高温岩体中地热能进行发电的构想。地热是具有前景的可再生能源之一，与其他新能源如太阳能、风能和生物质能相比，具有分布广、受外界影响小(如昼夜、风速、温差)、碳排放量及维护成本低等特点。地热资源是由于地核内部的放射性物质发生热核反应释放出的巨大热能，这些热能通过岩层、断层等载体将热量传至到地壳浅部形成的一种可持续的清洁能源。

地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，能够从地壳内科学、合理地开发出来的岩石中的热能量、地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。地热能按属性可分为4种类型： (1)水热型，即地球浅处(地下100m-4500m)所见到的高温热水或水热蒸汽；(2)地压地热能，即在某些大型沉积盆地深处(地下3km-6km)存在着的高温高压流体，其中含有大量甲烷气体；(3)干热岩地热能，乃由于特殊地质条件造成高温但少水甚至无水的干热岩体，需用人工注水的办法才能将其热能取出；(4)岩浆热能，即储存在高温(700℃-2000℃)熔融岩浆体中的巨大热能，但如何开发利用目前仍处于探索阶段。

通过钻井对深部地热能源进行钻探，通过水力压裂技术在地热储层岩石中增加的人造裂缝，通过压裂出的裂缝将地热储层中的高温液体开采到地面，高温液体进入热力发电装置进行发电。地热资源埋藏深，孔隙度和渗透率极小，在进行地热开发时，需要进行大规模的水力压裂改造，人工构建注采井间高渗流区域，才可以将地热产出。

现如今对地热资源进行开发的具体方法较少，实际操作难度大：(1)体积压裂自循环方法，虽然理论上可以达到很高的热传递效率，但是很难掌握和把控裂缝的对接和压力控制问题；(2)重力自循环方法很难控制携热流体的流向问题，圆型井身结构虽然增加了流体在储层的热传递时间，但是在现有的钻井技术下很难成功。除此之外，现有的技术解决的都是干热岩的开采问题，本实用新型提出了针对水热型地热资源的开采方法。

基于分支井技术和水力压裂技术，结合微震技术对地层裂缝发育方向的检测，再加上油气井钻探的成功经验。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种增强水热型地热完井系统，通过在已钻直井中侧钻出两口分支水平井，两口分支水平井之间的角度为180°，然后对分支水平井进行多段水力酸化压裂，在地热储层岩石中构造出人造裂缝，为地热储层中的高温水流进井筒提供流动通道，将高温热水采出地面，实现对地热能的开采利用。

本实用新型的技术方案为：一种增强水热型地热完井系统，具体步骤如下：

(1)选取一中高温地热储层，采用常规钻井设备钻至地热储层上部，然后换用耐高温钻井设备向下继续钻进，一直钻到地热储层中部位置；

(2)起钻，下入表层套管和技术套管，选用耐高温水泥浆固井，同时在井底下入封隔器；

(3)下钻，进行地层微电阻率扫描成像及倾角组合测井，识别地层裂缝发育方向；根据地层裂缝发育方向，确定一口分支水平井方向，设计的分支水平井方向与地层裂缝发育方向垂直；

(4)确定分支水平井方向后，使用耐高温钻具对直井井筒进行侧钻，并沿着垂直于地层裂缝发育方向钻一口分支水平井，使用耐高温水泥浆固井；

(5)固井结束后，对分支水平井进行多段水力酸化压裂，在地热储层岩石中构造出人造裂缝；

(6)在一个分支井固井、多段水力压裂进行完成后，再向该井的相反方向钻另一支分支水平井，固井，进行同样的多段水力压裂，形成的两口分支水平井又称为双分支水平井，两口井在平面内的夹角为180°；

(7)地热储层中双分支水平井固井、水力压裂完成后，在地面安装井口，并利用抽吸泵辅助将地下地热储层中的高温液体开采至地面，进行热力发电。

上述完整的系统实施步骤能够实现对水热型地热资源的高效利用，这一过程即为增强水热型地热系统完井方法。

本实用新型的完井方法的有益效果为：①使用水力压裂技术在地热储层中形成高渗透性的人工裂缝，将地层岩石中的裂缝作为流体通道采集地层热流体，流体来自地层，与地层热量交换充分，避开了常规自循环开采模式热传递效率低的不足；②在地热储层相同深度处钻出两口分支水平井，与常规地热开采时的单井采热水相比，两口分支井提供了两个流体通道，排量增加一倍，效率高；③在地热储层相同深度处钻两口互成180°的分支水平井，两口井分别在直井的两侧互成180°，该设计将每一口水平井在平面上的控制面积最大化，更加充分的开采利用地层热量；④一口直井中钻出双分支水平井的结构设计有很多优势，与单一水平井的结构设计相比增加了采水效率和单井在水平面的控制面积；若设计两口独立的水平井需要钻两个直井段和两个水平段，而该设计双分支水平井只需要钻一个直井段，两个水平段，与两口独立的水平井相比该设计少钻一个直井段，降低了钻井费用，从而降低了地热能的开采成本。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图。

1表层套管、2技术套管、3地热储层3、4射孔孔眼、5裂缝缝网、6封隔器、7水平井井眼、8直井井眼。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的描述。

一种增强水热型地热完井系统，具体步骤如下：

(1)选取水热型的地热储层，在储层地面区域安装钻机等钻井必要设备，使用直径为Φ 604mm的钻头钻入地热储层3上部，然后选用同尺寸耐高温钻头钻入地热储层3中部，下入直径为Φ503mm的表层套管1，直至干热岩储层中部，注入水泥浆固井，同时在井底下入封隔器 6；

(2)通过利用无线采集系统和三分量检波器进行地层微电阻率扫描成像及倾角组合测井，利用获取的所述地热储层3的地层微电阻率扫描图像微震波形和地层倾角组合测井，对所述地热储层3的地层裂缝发育方向进行反演分析，根据反演分析结果，确定所述地热储层3的地层裂缝发育方向；

(3)根据地层裂缝发育方向，确定一口分支水平井井眼7方向，设计的分支水平井井眼7 方向与地层裂缝发育方向垂直；

(4)确定分支水平井井眼7方向后，利用套管开窗侧钻技术，采用直径为Φ337mm的钻头钻分支水平井段，向裂缝发育的垂直方向钻取1个水平井井眼7，并利用地质导向钻具控制水平井井眼7倾角小于5°，钻成长度为2000m的水平段井眼，并利用高导热耐高温水泥浆固井；

(5)固井后，在长2000m的水平井段进行射孔作业，每间隔一定距离射一簇射孔孔眼4；

(6)采用水平井分段压裂技术，对储层分支井段进行多段水力酸化压裂，通过使用地面上的高压泵向储层中注入一定浓度支撑剂的酸化水，含有一定浓度支撑剂的酸化水水通过射孔孔眼4进入地层岩石中，通过地面高压泵的压力，将岩石压碎形成裂缝缝网5，同时酸化水也可融化一定体积的岩石，最终形成有效的水力压裂裂缝缝网5，为开采地热储层3中的热流体提供了通道；

(7)在一个分支井固井、多段水力压裂进行完成后，再向该井的相反方向钻另一支分支水平井，固井，进行同样的多段水力压裂，形成的两口分支水平井又称为双分支水平井，两口井在平面内的夹角为180°；

(8)地热储层3中双分支水平井固井、水力压裂完成后，在地面安装井口和发电装备后进行开采地热储层3热流体进行发电。

Claims (1)

1.一种增强水热型地热完井系统，主要由水平井、分支水平井组成，其特征在于：在地热储层中，分支水平井与水平井相连，所述分支水平井与水平井的水平井段对向而开，且夹角成180°；分支水平井和水平井的水平井段空间方向与地层裂缝发育方向垂直。