干热岩多循环加热系统及其生产方法技术方案

一种干热岩多循环加热系统及其生产方法，其中从地面向下钻取注入井和生产井，在不同干热岩深度处进行人工压裂以得到呈裂缝群形式的第一换热通道和第二换热通道。从注入井注入的水可在至少流经第一换热通道和第二换热通道后从生产井中排出，从而通过单次注水和至少两次不同深度的热交换完成包括至少两次加热循环的加热过程。本发明专利技术解决了长期以来地热能获取率和利用率低的状况，其通过在地下不同深处的至少两次加热循环提高了注入水与干热岩进行热交换的效率。与现有的单次循环相比，没有场地要求，也没有大幅度提高技术的难度。本发明专利技术不需要进行多次注入和抽出，操作简单，且大大提升了干热岩热能的利用率，提高了干热岩实用度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用地下深部的热能并通过热交换获取地热能的热能转换系统及其生产方法，尤其是干热岩多循环加热系统及其生产方法。
技术介绍
随着经济的发展和人民生活水平的提高，能源与环境问题越来越成为人类关注的主题，其中，干热岩作为一种深埋于地下的清洁能源，其蕴藏的热量十分丰富，但一直未得到大规模的开发利用。目前，国内中深层地热能开采技术并不成熟，尚未发现关于多次循环加热的报导，而且关于人工压裂技术的报导较少。国际上则普遍采用单循环法获取地热能，其存在着地热能获取率和利用率低等缺陷。例如，WO2012/173916A1公开了一种利用地热能的系统，该系统包括生产套管和位于生产套管中的生产管。生产套管与生产管之间形成有环形空间，该环形空间中设有封隔件。该系统采用单井操作，加热后的温度往往达不到要求，且地热能利用率低。US2013/112402A1公开了一种地热井形成方法，所述地热井具有第一区段、第二区段以及将所述第一区段和所述第二区段彼此相连的弧形区段。该地热井在地下进行循环加热，其同样存在着“加热后的温度往往达不到要求，地热能利用率低”等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提出一种干热岩多循环加热系统及其生产方法，其可以通过在单次注水的情况下利用至少两次加热循环使得注入水与干热岩进行多次热交换，由此显著提高地热能利用率和热交换效率。为此，根据本专利技术的一个方面，提出一种干热岩多循环加热系统，其包括：注入井；生产井；流体通道，其分别与所述注入井和所述生产井流体连通并相对于地面处于一定深度处；第一换热通道，其形成于地下干热岩中并相对于地面处于第一深度处，所述第一换热通道分别与所述注入井和所述生产井流体连通；第二换热通道，其形成于地下干热岩中并相对于地面处于第二深度处，所述第二换热通道分别与所述注入井和所述生产井流体连通；封隔装置，其由分别设置于所述注入井和所述生产井中的封隔件构成；以及抽水管，其设置于所述生产井中；其中，从所述注入井注入的水允许在依次流经所述流体通道、所述第一换热通道、所述第二换热通道后经由所述抽水管从所述生产井中排出，从而通过单次注水和至少两次不同深度的热交换完成包括至少两次加热循环的加热过程，所述第二深度大于所述第一深度，所述一定深度小于所述第一深度和所述第二深度。有利的是，所述第一换热通道和所述第二换热通道中的每一个由在所述注入井和所述生产井之间延伸的天然裂缝群或人工裂缝群构成。有利的是，所述人工裂缝群可通过人工压裂法、例如水力压裂法或爆破碎裂法形成。有利的是，为获取理想的热交换效果，所述第一深度被设定为3000米，所述第二深度被设定为4000米。有利的是，所述流体通道由通过水力压裂法或爆破碎裂法形成的人工裂缝群形成或者由钻孔形成(优选由人工裂缝群形成)，所述流体通道在所述注入井和所述生产井之间延伸，所述一定深度为100-300米。有利的是，所述注入井和所述生产井彼此平行地设置并且两者之间的水平距离为500-700米。有利的是，所述注入井和所述生产井分别包括竖直区段和水平区段，所述第一换热通道在所述注入井的竖直区段和所述生产井的竖直区段之间延伸，所述第二换热通道在所述注入井的水平区段和所述生产井的水平区段之间延伸。有利的是，所述第二换热通道为形成于所述注入井的水平区段和所述生产井的水平区段之间的水平裂缝群，其与所述注入井的竖直区段和所述生产井的竖直区段之间的水平距离至少为500米。有利的是，所述干热岩多循环加热系统还包括分别设置于所述注入井的竖直区段的侧壁和所述生产井的竖直区段的侧壁处的套管，所述封隔装置包括分别设置于所述注入井的竖直区段和所述生产井的竖直区段中的封隔件，所述流体通道设置于所述注入井的竖直区段和所述生产井的竖直区段之间，由此形成使得从所述注入井注入的水在经过所述流体通道、所述生产井的竖直区段、所述第一换热通道后返回所述注入井的竖直区段的流体通路。有利的是，所述抽水管设置于所述生产井的竖直区段中，所述封隔装置包括设置于所述注入井的竖直区段中的第一封隔件和第二封隔件、设置于所述生产井的竖直区段中的第三封隔件和第四封隔件，所述抽水管穿过所述第三封隔件和所述第四封隔件延伸，并在所述生产井的竖直区段中的套管与所述抽水管之间构成流水环隙，所述流体通道在所述第一换热通道的上方延伸，所述第一封隔件和所述第二封隔件将所述注入井的竖直区段分隔为上部区域、中部区域和下部区域，所述第三封隔件和所述第四封隔件将所述生产井的竖直区段分隔为上部区域、中部区域和下部区域，从所述注入井注入的水允许依次经过所述注入井的竖直区段的上部区域、所述流体通道、所述生产井的竖直区段的中部区域和所述第一换热通道到达所述注入井的竖直区段的下部区域，并且接着经过所述第二换热通道、所述生产井的竖直区段的下部区域后经由所述抽水管从所述生产井中排出。有利的是，所述第一封隔件设置在所述流体通道的下部10-20米处，所述第二封隔件设置在所述第一换热通道的上部10-20米处，所述第三封隔件设置在所述流体通道的上部10-20米处，所述第四封隔件设置在所述第一换热通道的下部10-20米处。根据本专利技术的另一方面，提出一种干热岩多循环加热系统的生产方法，其包括以下步骤：从地面竖直向下分别钻取注入井和生产井；在将所述注入井和所述生产井分别钻进到一定深度时停止钻进，通过水平钻孔或人工压裂技术产生分别与所述注入井和所述生产井流体连通的流体通道；继续将所述注入井和所述生产井分别钻进到第一深度时停止钻进，通过人工压裂技术在地下干热岩中压裂出分别与所述注入井和所述生产井流体连通的第一换热通道；继续将所述注入井和所述生产井分别钻进到第二深度时停止竖直钻进，结束所述注入井的竖直区段和所述生产井的竖直区段的钻设，开始水平钻进，以在地下干热岩中产生彼此平行的所述注入井的水平区段和所述生产井的水平区段；水平钻进一定距离后停止钻进，通过人工压裂技术压裂出分别与所述注入井和所述生产井流体连通的第二换热通道；分别在所述注入井和所述生产井中下入套管；分别在所述注入井和所述生产井的套管中设置封隔件，并在所述生产井的套管内设置抽水管，以使得从所述注入井注入的水允许在依次流经所述流体通道、所述第一换热通道和所述第二换热通道后经由所述抽水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干热岩多循环加热系统，其包括：注入井(1)；生产井(2)；流体通道(5)，其分别与所述注入井(1)和所述生产井(2)流体连通并相对于地面处于一定深度处；第一换热通道(6)，其形成于地下干热岩中并相对于地面处于第一深度处，所述第一换热通道(6)分别与所述注入井(1)和所述生产井(2)流体连通；第二换热通道(11)，其形成于地下干热岩中并相对于地面处于第二深度处，所述第二换热通道(11)分别与所述注入井(1)和所述生产井(3)流体连通；封隔装置，其由分别设置于所述注入井(1)和所述生产井(2)中的封隔件构成；以及抽水管(4)，其设置于所述生产井(2)中；其中，从所述注入井(1)注入的水允许在依次流经所述流体通道(5)、所述第一换热通道(6)、所述第二换热通道(11)后经由所述抽水管(4)从所述生产井(2)中排出，从而通过单次注水和至少两次不同深度的热交换完成包括至少两次加热循环的加热过程，所述第二深度大于所述第一深度，所述一定深度小于所述第一深度和所述第二深度。

【技术特征摘要】
1.一种干热岩多循环加热系统，其包括：
注入井(1)；
生产井(2)；
流体通道(5)，其分别与所述注入井(1)和所述生产井(2)流体连
通并相对于地面处于一定深度处；
第一换热通道(6)，其形成于地下干热岩中并相对于地面处于第一深
度处，所述第一换热通道(6)分别与所述注入井(1)和所述生产井(2)
流体连通；
第二换热通道(11)，其形成于地下干热岩中并相对于地面处于第二深
度处，所述第二换热通道(11)分别与所述注入井(1)和所述生产井(3)
流体连通；
封隔装置，其由分别设置于所述注入井(1)和所述生产井(2)中的
封隔件构成；以及
抽水管(4)，其设置于所述生产井(2)中；
其中，从所述注入井(1)注入的水允许在依次流经所述流体通道(5)、
所述第一换热通道(6)、所述第二换热通道(11)后经由所述抽水管(4)
从所述生产井(2)中排出，从而通过单次注水和至少两次不同深度的热交
换完成包括至少两次加热循环的加热过程，
所述第二深度大于所述第一深度，所述一定深度小于所述第一深度和
所述第二深度。
2.根据权利要求1所述的干热岩多循环加热系统，其特征在于，所述
第一换热通道(6)和所述第二换热通道(11)中的每一个由在所述注入井
(1)和所述生产井(2)之间延伸的天然裂缝群或人工裂缝群构成。
3.根据权利要求2所述的干热岩多循环加热系统，其特征在于，所述
人工裂缝群通过水力压裂法或爆破碎裂法形成。
4.根据权利要求1所述的干热岩多循环加热系统，其特征在于，所述
第一深度为3000米，所述第二深度为4000米。
5.根据权利要求1所述的干热岩多循环加热系统，其特征在于，所述
流体通道(5)由通过水力压裂法或爆破碎裂法形成的人工裂缝群形成或者

\t由钻孔形成，所述流体通道(5)在所述注入井(1)和所述生产井(2)之
间延伸，所述一定深度为100-300米。
6.根据权利要求1所述的干热岩多循环加热系统，其特征在于，所述
注入井(1)和所述生产井(2)彼此平行地设置并且两者之间的水平距离
为500-700米。
7.根据权利要求1所述的干热岩多循环加热系统，其特征在于，所述
注入井(1)和所述生产井(2)分别包括竖直区段和水平区段，所述第一
换热通道(6)在所述注入井(1)的竖直区段和所述生产井(2)的竖直区
段之间延伸，所述第二换热通道(11)在所述注入井(1)的水平区段和所
述生产井(2)的水平区段之间延伸。
8.根据权利要求7所述的干热岩多循环加热系统，其特征在于，所述
第二换热通道(11)为形成于所述注入井(1)的水平区段和所述生产井(2)
的水平区段之间的水平裂缝群(11)，其与所述注入井(1)的竖直区段和
所述生产井(2)的竖直区段之间的水平距离至少为500米。
9.根据权利要求7所述的干热岩多循环加热系统，其特征在于，还包
括分别设置于所述注入井(1)的竖直区段的侧壁和所述生产井(2)的竖
直区段的侧壁处的套管(3)，所述封隔装置包括分别设置于所述注入井(1)
的竖直区段和所述生产井(2)的竖直区段中的封隔件，所述流体通道(5)
设置于所述注入井(1)的竖直区段和所述生产井(2)的竖直区段之间，
由此形成使得从所述注入井(1)注入的水在经过所述流体通道(5)、所述
生产井(2)的竖直区段、所述第一换热通道(6)后返回所述注入井(1)
的竖直区段的流体通路。
10.根据权利要求9所述的干热岩多循环加热系统，其特征在于，所
述抽水管(4)设置于所述生产井(2)的竖直区段中，所述封隔装置包括
设置于所述注入井(1)的竖直区段中的第一封隔件(7)和第二封隔件(8)、
设置于所述生产井(2)的竖直区段中的第三封隔件(9)和第四封隔件(10)，
所述抽水管(4)穿过所述第三封隔件(9)和所述第四封隔件(10)延伸，
并在所述生产井(2)的竖直区段中的套管(3)与所述抽水管(4)之间构
成流水环隙，所述流体通道(5)在所述第一换热通道(6)的上方延伸，
所述第一封隔件(7)和所述第二封隔件(8)将所述注入井(1)的竖直区
段分隔为上部区域、中部区域和下部区域，所述第三封隔件(9)和所述第

\t四封隔件(10)将所述生产井(2)的竖直区段分隔为上部...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延军，张佳宁，白林，郭亮亮，李正伟，于子望，胡忠君，许天福，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22