一种提取干热岩热能的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种提取干热岩热能的方法及系统，其方法包括在干热岩热储层中设置一个注入井系统、一个水平井系统和一个产出井系统，且三者依次连接形成流通通道，通过注入井系统的调节阀将载热剂流体调节到合适流量，分别注入不同的注入井管中，流体依次流经注入井系统、水平井系统和产出井系统，并吸收干热岩热量，达到高效提取干热岩热量而同时保持载热剂的相对纯净度、不流失和不污染干热岩热储的目的。一种提取干热岩热能的系统包括注入井系统、水平井系统和产出井系统。本发明专利技术可实现载热剂流体无需消耗泵功的自持循环，并可提供载热剂流体在地表能量转换系统以及地表流动通道中的压力损失。本发明专利技术广泛应用于干热岩地热开发的增强型地热系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提取地热的方法及系统，特别是关于一种提取干热岩热能的方法及系统。
技术介绍
地热资源主要分为水热型和干热岩型。目前世界各国主要利用的水热型中低温地热仅占探明地热资源的极小一部分，而中高温干热岩地热资源在地球上的蕴藏量丰富且温度高。据国家有关部门最新数据显示，我国大陆3－10千米深处干热岩资源总量相当于860万亿吨标煤；若能开采出2％，就相当于2010年全国一次性能耗总量(32.5亿吨标煤)的5300倍。所以，中高温干热岩地热的开发极有可能为我国节能减排和新一轮能源结构调整做出重大贡献。然而，地热技术多年未有发展，不能完成地热能源发展目标。地热能由于其清洁、运行稳定和空间分布广泛，已成为世界各国重点研究开发的新能源。目前我国地热发电装机容量为28MW(2009年全世界已安装的地热发电功率为1万兆瓦以上)，“十二五”能源规划提出“各类地热能开发利用总量1500万吨标准煤(其中，地热发电装机容量争取达到10万千瓦)”的目标还未完成。近期，“十三五”能源规划明确指出：“到2020年，地热能利用规模达到5000万吨标煤”，可见地热利用需呈现数倍于以往的发展速度，急需新技术的发展和突破。但是，中高温地热资源开发具有很大的技术挑战。因此，美国科学家提出采用增强型地热系统的方式进行开发。增强型地热系统是为了从低渗透性和/或低孔隙率的热量源提取具有一定经济数额的热能而创造的人工地下储水热交换系统。由于干热岩具有渗透率低、孔隙率低、储层位置深等特性，其开发面临着诸多科学和技术方面的挑战，其中最大的挑战就是地热利用效率低，包括：(1)地层热提取效率低(美国示范项目表明干热岩项目热提取效率为1－5％)以及(2)地下换热流体流失率高(大约为7-12％)。将中高温储层中的热量高效提取出来并加以转换利用的问题亟需解决，该问题也是全世界中高温干热岩地热开发面临的共性问题。该问题的解决将有效提升干热岩中热能的开发利用水平，为规模化中高温地热资源利用提供技术支撑。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种地层热提取效率高、可防止流体流失、无需压裂以及流体流通通道稳定的提取干热岩热能的方法及系统。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种提取干热岩热能的方法，其包括以下步骤：1)根据干热岩热储层的地质参数、热物理性质和项目容量要求，在干热岩热储层中设置一个注入井系统、一个水平井系统和一个产出井系统，且注入井系统、水平井系统和产出井系统依次连接形成流通通道；2)通过设置在注入井系统上的调节阀将载热剂流体调节到合适流量，分别注入注入井系统的注入井管中，载热剂流体在注入井管中通过注入井管壁与干热岩热储层进行热量交换并且温度、压力升高；3)温度和压力升高的载热剂流体流入水平井系统的水平井管中，通过水平井管壁与干热岩热储层进行热量交换，温度得到进一步提高，压力有所降低；4)温度升高、压力有所降低的载热剂流体流入产出井系统的产出井管，在井底部分继续吸收干热岩热储层的热量，温度得到进一步提升，载热剂流体在产出井管中经过一个压力降低、温度也有所降低的流动到达地表，并由于在产出井管中的浮升力作用，到达地表的载热剂流体的压力高于注入压力，以实现载热剂流体的自持循环；5)到达地表的载热剂流体被地表能量转换系统利用，温度和压力降低到注入温度和压力；6)温度和压力降低到注入温度和压力的载热剂流体经过注入井系统的调节阀调节到合适流量后被重新回灌进注入井管，重复步骤2)～5)。在上述步骤1)中，干热岩热储层的地质参数包括温度、渗透率、裂缝发育情况，干热岩热储层的热物理性质包括密度、热导率、比热。注入井系统是由多个注入井依据流动和传热计算及项目容量要求分布于干热岩热储层中，且每个注入井中包含一根或多根注入井管。产出井系统是由多个产出井依据流动和传热计算及项目容量要求分布于干热岩热储层中，且每个产出井中包含一根或多根产出井管。水平井系统是依据一定的空间布局，在干热岩热储层中连通特定的注入井和产出井，并完成从干热岩热储层中吸收大部分热量任务的管路系统；水平井的空间布局是指在有效运行寿命内，各井不发生相互热干扰的必要间距，由传热计算确定。一种提取干热岩热能的系统，其特征在于：它包括干热岩热储层、注入井系统、水平井系统和产出井系统；所述注入井系统包括若干根注入井管，各所述注入井管均包括布置在所述干热岩热储层外部的入口段和竖直布置在所述干热岩热储层内部的注入段，并且在所述注入井管的入口段上分别设置有调节阀；所述水平井系统包括若干根水平井管，所述水平井管等分为若干组水平井管组且分别布置在所述干热岩热储层不同的竖直断面内，且每组所述水平井管组中的各所述水平井管分别布置在所述干热岩热储层不同的水平断面内；每组所述水平井管组分别向任意一个方向延伸，各所述水平井管的入口端分别与各所述注入井管底端的出口端相连通；所述产出井系统包括若干根产出井管，各所述产出井管均包括竖直布置在所述干热岩热储层内部的产出段和布置在所述干热岩热储层外部的出口段，且各所述产出井管底端的入口端分别与所述水平井管的出口端相连通，所述产出井管等分为与所述水平井管组数量相等的产出井管组。每一竖直断面内的各所述水平井管在所述干热岩热储层中的深度差由传热计算确定的传热无扰动断层深度确定。每组所述产出井管组外部分别包裹有保温层，且各所述保温层由地面处开始向地下延伸，包裹的管长由传热计算确定。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术由于采用水平井布置方式，连通了注入井和产出井，从而避免了已有压裂方案中流体在地下储层中的泄漏，从减少工质漏失率的角度增强了热储取热效率，并节约了宝贵的水资源。2、本专利技术由于根据地下热储的温度分布，合理设计地热水平井的布置方式和流量参数，达到流量和温度匹配，提高了热储的取热效率，避免了已有压裂方案中地下储层压裂的盲目性和不可控性。3、本专利技术由于在产出井管中的浮升力作用，到达地表的载热剂流体的压力高于注入压力，即实现了载热剂流体无需消耗泵功的自持循环，并可提供载热剂流体在地表能量转换系统以及地表流动通道中的压力损失。4、本专利技术可以广泛应用于干热岩地热开发的增强型地热系统中。附图说明图1是本专利技术提取干热岩热能系统的示意图图2是本专利技术提取干热岩热能系统的管路结构示意图图3是本专利技术提取干热岩热能系统的注入井结构示意图图4是本专利技术提取干热岩热能系统的水平井结构示意图图5是本专利技术提取干热岩热能系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提取干热岩热能的方法，其包括以下步骤：1)根据干热岩热储层的地质参数、热物理性质和项目容量要求，在干热岩热储层中设置一个注入井系统、一个水平井系统和一个产出井系统，且注入井系统、水平井系统和产出井系统依次连接形成流通通道；2)通过设置在注入井系统上的调节阀将载热剂流体调节到合适流量，分别注入注入井系统的注入井管中，载热剂流体在注入井管中通过注入井管壁与干热岩热储层进行热量交换并且温度、压力升高；3)温度和压力升高的载热剂流体流入水平井系统的水平井管中，通过水平井管壁与干热岩热储层进行热量交换，温度得到进一步提高，压力有所降低；4)温度升高、压力有所降低的载热剂流体流入产出井系统的产出井管，在井底部分继续吸收干热岩热储层的热量，温度得到进一步提升，载热剂流体在产出井管中经过一个压力降低、温度也有所降低的流动到达地表，并由于在产出井管中的浮升力作用，到达地表的载热剂流体的压力高于注入压力，以实现载热剂流体的自持循环；5)到达地表的载热剂流体被地表能量转换系统利用，温度和压力降低到注入温度和压力；6)温度和压力降低到注入温度和压力的载热剂流体经过注入井系统的调节阀调节到合适流量后被重新回灌进注入井管，重复步骤2)～5)。...

【技术特征摘要】
1.一种提取干热岩热能的方法，其包括以下步骤：
1)根据干热岩热储层的地质参数、热物理性质和项目容量要求，在干热岩热储层
中设置一个注入井系统、一个水平井系统和一个产出井系统，且注入井系统、水平井
系统和产出井系统依次连接形成流通通道；
2)通过设置在注入井系统上的调节阀将载热剂流体调节到合适流量，分别注入注
入井系统的注入井管中，载热剂流体在注入井管中通过注入井管壁与干热岩热储层进
行热量交换并且温度、压力升高；
3)温度和压力升高的载热剂流体流入水平井系统的水平井管中，通过水平井管壁
与干热岩热储层进行热量交换，温度得到进一步提高，压力有所降低；
4)温度升高、压力有所降低的载热剂流体流入产出井系统的产出井管，在井底部
分继续吸收干热岩热储层的热量，温度得到进一步提升，载热剂流体在产出井管中经
过一个压力降低、温度也有所降低的流动到达地表，并由于在产出井管中的浮升力作
用，到达地表的载热剂流体的压力高于注入压力，以实现载热剂流体的自持循环；
5)到达地表的载热剂流体被地表能量转换系统利用，温度和压力降低到注入温度
和压力；
6)温度和压力降低到注入温度和压力的载热剂流体经过注入井系统的调节阀调节
到合适流量后被重新回灌进注入井管，重复步骤2)～5)。
2.如权利要求1所述的一种提取干热岩热能的方法，其特征在于：在上述步骤1)
中，干热岩热储层的地质参数包括温度、渗透率、裂缝发育情况，干热岩热储层的热
物理性质包括密度、热导率、比热。
3.如权利要求1所述的一种提取干热岩热能的方法，其特征在于：注入井系统是
由多个注入井依据流动和传热计算及项目容量要求分布于干热岩热储层中，且每个注
入井中包含一根或多根注入井管。
4.如权利要求2所述的一种提取干热岩热能的方法，其特征在于：注入井系统是
由多个注入井依据流动和传热计算及项目容量要求分布于干热岩热储层中，且每个注
入井中包含一根或多根注入井管。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种提取干热岩热能的方法，其特征在于：
产出井系统是由多个产出井依据流动和传热计算及项目容量要求分布于干热岩热储层
中，且每个产出井中包含一根或多根...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜培学，胥蕊娜，张富珍，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11