一种低温地热能开采技术方法技术

一种低温地热能开采技术方法属于地热能利用技术；本方法依据地热梯度理论，在确保地质环境稳定的前提下，通过钻探、压裂、定向钻探技术，在储热层段压裂、联通，使储热地层在地下一定深度内分段联通，形成相对独立的流体循环空间系统，利用采、灌结合联动的方式，达到低温地热能开采的目的；本方法技术科学合理，在广大贫地下水地区解决了低温地热能开采利用问题，实现了“无处不温泉”的技术目标，充分利用了地热能资源，不破坏地质环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地热能利用技术，主要涉及低温地热开采技术方法。
技术介绍
国土资源部数据显示全国主要沉积盆地距地表2000米以内储藏的地温能相当于2500亿吨标准煤的热量。全国经正式勘查并经国土部门审批的地热田为103处，提交的可采地热资源量每年为33283万立方米；经初步评价的地热田为214处。按目前的开发利用水平估算，全国每年可开发利用地热水总量约68.45亿立方米，折合每年3284.8万吨标准煤的发热量。但是，现在被利用的还不到20%，开发利用前景广阔。但地温能开发过程中，国内外普遍认为，开采地温能就是开采温泉水。所以一定要找到温泉，才能开采。于是出现了地热井水量少的难以开采、地热井水量大的难以回灌、没有水的不能开发的局面。在能够开采温泉的地区还存在回灌技术上造成很多问题，例如地热尾水很难回灌下去，用加压回灌成本较高；在回灌不彻底的的地区向外排放。长期下去将造成地热水资源枯竭，造成地面沉降等地质灾害；有些地区地热尾水直接排放还会造成地表水污染。专利申请号一种循环开采地热资源的方法，其储热层地温设计选择地热梯度高的储集层；该专利申请认为，地热梯度高的岩石温度一定最高。实际情况是，热梯度的高低与岩石的成分、密度和埋深条件有关，同样埋深在2000m?3000m的砂岩，地热梯度铁质砂岩>娃质砂岩>妈质砂岩，按该专利申请的理论应选择铁质砂岩作为储集层，但恰恰铁质砂岩无孔隙不含水，钙质砂岩有孔隙含水；另外，埋深在200米左右铁质砂岩地热梯度一般在3.50C /100m，导温能力强、地热梯度就高，但它的实际地温不会超过25°C ;相反与埋深在2500米的钙质砂岩地热梯度2.50C /10m的实际温度应彡60°C。因此，该专利申请的出水温度95°C?135°C来看岩层温度至少彡100°C，属于中高温地热开采。该专利申请的井深在2000m?3000m，设计开采目的层为中高温热储层，岩层温度在100°C?150°C之间。联通方式，该专利申请采用只在两井间单一的储集层部位先射孔、后压裂联通技术，采用的单井射孔技术目前仅能射30米远，射孔密度仅为15?30孔/米，限制了下一步压裂技术的实施，裂隙联通率降低；预设的井间距300米?500米很难满足增热回温要求。另经过地震波确定的在2000米?3000米之间的储集层，一定是具有承压水头压力的含水层；故很难完成注水回灌工作；因此该专利不可能达到预期效果。该专利申请的设计井距为300m?500m，该井距很难满足持续开采的要求。该专利的所谓储集层是指地热梯度高在2000米?300米深度内含有一定水的热储含水层，所述符合要求的储集层的储集层厚度为20 — 50米，储集层范围大于100平方米，储集层的孔隙度大于25%，储集层的渗透率大于200毫达西。按其所述储热层仅2000?5000立方米，储水量才500?750立方米，如按200?500毫达西的渗透率计算，每天的开采量不足100立方米，地热能利用效率低下。有关采灌方式问题，该申请采用储集层的主要延伸方向确定两口井的井位，并进行钻井，一口井在储集层相对低的部位，为进水井；另一口井在储集层相对高的部位，为出水井；明确了注水井和出水井的定性，就固化了水的渗透运动方向，长期一个方向的渗透必然造成孔隙裂隙的淤塞，使出水回灌量越来越小。专利申请号201410216344.6 一种基于压裂技术的双井回灌地热开发系统。该专利实际上是一采两灌地热开采方式，目前应用较普遍，所不同的是它采用了压裂技术增加了地下热储层连通能力，而保证回灌井顺利回灌。其方案是一采两灌，井深、井径、井距、热储层岩性没有明确限制，采用上位概念限定。联通方式是:以地下热储层自有渗透条件及人工压裂导通方式连接。从增温吸热效果分析:单一的压裂距离有限，故井间距必然受限，不会超过500米，回灌水循环路径运移渗透时间较短，不利于回灌水增温。应用条件是该专利申请的热储层必须是有热水的地区。专利申请号021210396761.4 一种深部地热资源利用及能量转化的新工艺。该专利重点介绍了地热发电工艺，虽然提到了利用压裂技术和定向钻技术来增大采热量，但没提出具体方案和施工工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述现有技术存在的问题，研宄设计，达到在广大贫地下水地区解决低温地热能开采利用，实现“无处不温泉”的目的。本专利技术的目的是这样实现的:是:①井位确定:通过物探手段确定风化裂隙和地层的产状、埋深和接触关系，确定井位、井深、井径、压裂部位和联通方式；井位选择在砂岩、变质砂岩、砂砾岩、变质砂砾岩厚度大、埋深大的地域；井深100m?2500m，井径r彡150mm，压裂部位选择地层温度大于T ^ 30°C的砂岩、变质砂岩、砂砾岩、变质砂砾岩；②钻井方法:采用正循环钻机或正反循环钻机，先在上部松散层内下护壁管至坚硬岩石固井，然后在坚硬岩石段采用气动潜孔锤钻进，钻压控制在78N/m2?199N/m2、转速20?50r/min、空气压力0.8?1.3Mpa、风量25?50立方米/min ;终孔孔径150_?250mm，裸孔成井；下部是半坚硬岩石时可采用正循环牙轮钻头钻进，全井下管成井；③联通方式:A、射孔压裂方式:首先在井壁射孔后，进行水力压裂，如下部井为裸孔可直接水力压裂；压裂方式包括定向压裂和辐射压裂；压裂条件:压裂层位岩土层温度t岩多30°C，压裂的地层为砂岩、变质砂岩或砂砾岩、变质砂砾岩，井底地温小于50°C，井间距在1000米?2000米；井底地温50°C?100°C之间的地热井井间距在500米?5000米之间，以确保压裂有效影响范围大于井间距离的1/2 ；B、水平定向井分段压裂:采用水平定向井钻进技术先施工水平定向井，视岩层的压裂效果确定上下相邻间的水平定向井间距30?50m，然后依次对各水平定向井进行压裂，直至全井孔段压裂完成。本专利技术依据地热梯度理论，在确保地质环境稳定的前提下，通过钻探技术、压裂技术、定向钻探技术，在储热层段压裂、联通，使储热地层在地下一这深度内分段联通，形成相对独立的流体循环空间系统，通过采灌结合联动的方式，达到开采低温地热能的目的。[0026当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温地热能开采技术方法，其特征在于：所述方法是：①井位确定：通过物探手段确定风化裂隙和地层的产状、埋深和接触关系，确定井位、井深、井径、压裂部位和联通方式；井位选择在砂岩、变质砂岩、砂砾岩、变质砂砾岩厚度大、埋深大的地域；井深1000m～2500m，井径r≥150mm，压裂部位选择地层温度大于T≥30℃的砂岩、变质砂岩、砂砾岩、变质砂砾岩；②钻井方法：采用正循环钻机或正反循环钻机，先在上部松散层内下护壁管至坚硬岩石固井，然后在坚硬岩石段采用气动潜孔锤钻进，钻压控制在78N/m2～199N/m2、转速20～50r/min、空气压力0.8～1.3Mpa、风量25～50立方米/min；终孔孔径150mm～250mm，裸孔成井；下部是半坚硬岩石时可采用正循环牙轮钻头钻进，全井下管成井；③联通方式：A、射孔压裂方式：首先在井壁射孔后，进行水力压裂，如下部井为裸孔可直接水力压裂；压裂方式包括定向压裂和辐射压裂；压裂条件：压裂层位岩土层温度t岩≥30℃，压裂的地层为砂岩、变质砂岩或砂砾岩、变质砂砾岩，井底地温小于50℃，井间距在1000米～2000米；井底地温50℃～100℃之间的地热井井间距在500米～5000米之间，以确保压裂有效影响范围大于井间距离的1/2；B、水平定向井分段压裂：采用水平定向井钻进技术先施工水平定向井，视岩层的压裂效果确定上下相邻间的水平定向井间距30～50m，然后依次对各水平定向井进行压裂，直至全井孔段压裂完成。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：祁福利，王作韬，
申请(专利权)人：王作韬，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23