一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道及设计方法技术

本发明专利技术提供的一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道及设计方法，包括以下步骤：第一步，根据施工区域的大小、形状确定斜井的井口A和水平工程井的井口B的位置及坐标，根据井口A和井口B的坐标计算两者之间的距离d1，再根据距离d1确定斜井井眼轨道的负位移偏移距离d2；第二步，确定直井的井眼轨道；第三步，确定水平工程井井眼轨道；本发明专利技术通过水平工程井二开S402段的实施，产生了负位移偏移距d2，使d1+d2≥250m，有效增加了井下连通对接距离，确保了两井连通作业的顺利进行，为城市狭小场地采用水平对接型地热井技术开发中深层水热型地热资源创造了条件；解决了现有水热型地热资源开发方式“既取热也取水”的问题，真正实现了“只取热不取水”的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道及设计方法
本专利技术属于地热能开发
，涉及一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道及设计方法。
技术介绍
国内目前对1500～3000m中深层水热型地热资源的开发有三种方式：第一种是钻一口直井，从中直接抽采地下热水，不回灌；第二种是钻一口直井作为抽采井，周边钻多口直井作为回灌井，抽采与回灌相结合；第三种是钻一口直井，在井中下入同心管，利用同心管内外进行冷热水循环换热。这三种开发形式存在以下问题：①都将含水热储层(砂岩层)作为目的层，在含水热储层下入滤水管完井(滤水管由无缝钢套管钻孔后外包不锈钢滤水网组成)，因而井筒与热储层间并未隔绝，存在水力联系；②都有不同程度的直接或间接抽取地下水，而过量抽取地下水易导致地面沉降加剧、地裂缝活动增加；③受地层性质影响，回灌地下水效果欠佳，难以达到采灌平衡，同时回灌水易污染地下水；④直井同心管换热受井身结构尺寸限制，下入的同心管管径较小，循环水流量和换热量较小。总体而言，目前的开发方式不能达到或不能完全达到“只取热不取水”的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道及设计方法，解决了现有水热型地热资源开发方式“既取热也取水”的问题，真正实现了“只取热不取水”的目的。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道设计方法，包括以下步骤：第一步，根据施工区域的大小、形状确定直井井口和水平工程井井口的位置及坐标，根据直井井口和水平工程井井口的坐标计算两者之间的距离d1，再根据距离d1确定斜井井眼轨道的负位移偏移距离d2；第二步，确定直井的井眼轨道，其中，直井的井眼轨道包括直井一开井眼轨道S1和直井二开井眼轨道S2：a1，确定直井一开井眼轨道S1：直井一开井眼轨道S1从直井井口钻至直井一开终点，且为直井井眼轨道；a2，确定直井二开井眼轨道S2：直井二开井眼轨道S2从直井一开终点钻至直井二开终点，且为直井井眼轨道，同时，该段设置有与水平工程井连通的连通对接点；第三步，确定水平工程井井眼轨道，其中，水平工程井井眼轨道包括水平工程井一开井眼轨道S3和水平工程井二开井眼轨道S4：b1，确定水平工程井一开井眼轨道S3：水平工程井一开井眼轨道S3从水平工程井井口钻至水平工程井一开终点，且为直井井眼轨道；b2，确定水平工程井二开井眼轨道S4：水平工程井二开井眼轨道S4包括第一段S401、第二段S402、第四段S404和第五段S405，具体地：第一段S401从水平工程井一开终点钻至水平工程井二开负位移造斜起点,且为直井井眼轨道；第二段S402从水平工程井二开负位移造斜起点开始增斜至产生d2的负位移偏移距后降斜至水平工程井二开负位移造斜终点，其中，水平工程井二开负位移造斜终点的负位移偏移距满足d2≥250-d1，方位为两井井口连线且背向直井井口，第二段S402的最大井斜角为6～12°；第三段S403从水平工程井二开负位移造斜终点钻至水平工程井二开正向造斜点，且为垂直井眼轨道；第四段S404从水平工程井二开正向造斜点钻至水平工程井二开着陆点，且为稳增斜式井眼轨道，井眼轨道呈标准圆弧形；第五段S405从水平工程井二开着陆点钻至连通对接点，且水平井眼轨道。优选地，第二步的a1中，直井井口位于地表面，井眼穿过表土层和松散层至直井一开终点，直井一开终点位于稳定黏土层中10～20m或基岩面以下10～20m。优选地，第二步的a2中，直井二开终点位于热储层中的泥岩层以下20～40m；同时，任意选取热储层中厚度≥6m的泥岩层作为连通对接层位，连通对接点位于该泥岩层顶界以下2～4m。优选地，第三步的b1中，水平工程井井口位于地表面，井眼穿过表土层和松散层至水平工程井一开终点，水平工程井一开终点位于稳定黏土层中10～20m或基岩面以下10～20m。优选地，第三步的b2的第一段S401中，水平工程井二开负位移造斜起点置于砂岩层的中部，且位于水平工程井二开井眼轨道总垂深的1/5等分点处。优选地，第三步的b2的第二段S402中，增斜式井眼轨道的井眼从负位移造斜起点以造斜率4～6°/30m从井斜0°开始增斜直至产生d2的负位移后结束；此时，增斜式井眼轨道的终点井斜为θ°，方位沿两井井口连线且背向直井井口；降斜式井眼轨道的井眼从增斜式井眼轨道的终点开始以造斜率4～6°/30m开始降斜直至产生d2的负位移后结束，此时，降斜式井眼轨道的终点井斜为0°，方位沿两井井口连线且背向直井井口。优选地，第三步的b2的第四段S404中，井眼自水平工程井二开正向造斜点以造斜率6～9°/30m由0°稳定增斜90°至水平工程井二开着陆点着陆，方位沿两井井口连线且朝向直井井口；同时，水平工程井二开着陆点的位置满足的条件为：若250m≤d1+d2≤346m，则190m≤VSI-VSH≤d1+d2-60；若d1+d2>346m，则190m≤VSI-VSH≤286m。优选地，第三步的b2的第五段S405中，第五段S405的井眼轨道的井斜保持90°，方位沿两井井口连线且朝向直井井口。优选地，第三步的b2的第三段S403中，水平工程井二开正向造斜点位置满足的条件为：若250m≤d1+d2≤346m，则190m≤TVDJ-TVDH≤d1+d2-60；若d1+d2>346m，则190m≤TVDJ-TVDH≤286m；同时，水平工程井二开正向造斜点位于稳定砂岩层中。一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道，地热井井眼轨道呈U型结构。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道设计方法，通过水平工程井二开S402段的实施，产生了负位移偏移距d2，使d1+d2≥250m，有效增加了井下连通对接距离，确保了两井连通作业的顺利进行，为城市狭小场地采用水平对接型地热井技术开发中深层水热型地热资源创造了条件；通过调整水平工程井二开S402段的造斜率和走负位移井段长度，能进一步增加负位移偏移距d2，使d1+d2远超过250m，从而进一步提高井下连通对接距离，增加水平工程井二开S405段的长度，增加换热通道长度，提高换热效果。进一步的，将直井一开终点、水平工程井一开终点置于稳定黏土层或基岩面以下，能为成井后井眼中的套管提供有效持力层，从而有效封隔上部松散层、流沙层等复杂地层，提高二开井眼作业安全性。进一步的，将水平工程井负位移造斜起点、正向造斜点置于稳定砂岩层中，能为钻井造斜工具提高有效支点，有利于快速提高井斜，增加造斜效果。进一步的，将热储层中厚度≥6m的泥岩层作为连通对接层，并将连通对接点置于该泥岩层以下2～4m，能利用泥岩层本身为隔水层的特性，进一步提高井筒与含水热储层的封隔效果，提高“取热不取水”效果。进一步的，采用水平工程井实施负位移的方式，直井井眼轨道简单，在直井二开玻璃钢段进行掏洞穴作业难度小，洞穴实施后，能有效降低两井连通对接的难度，提高连通成功概率。附图说明图1是井眼轨道设计示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进一步详细说明。为真正实现“只取热不取水”开发1500～3000m中深层水热型地热资源，本专利技术采用一种新型水平对接型地热井技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，根据施工区域的大小、形状确定直井井口(A)和水平工程井井口(B)的位置及坐标，根据直井井口(A)和水平工程井井口(B)的坐标计算两者之间的距离d1，再根据距离d1确定斜井井眼轨道的负位移偏移距离d2；第二步，确定直井的井眼轨道，其中，直井的井眼轨道包括直井一开井眼轨道S1和直井二开井眼轨道S2：a1，确定直井一开井眼轨道S1：直井一开井眼轨道S1从直井井口(A)钻至直井一开终点(C)，且为直井井眼轨道；a2，确定直井二开井眼轨道S2：直井二开井眼轨道S2从直井一开终点(C)钻至直井二开终点(D)，且为直井井眼轨道，同时，该段设置有与水平工程井连通的连通对接点(J)；第三步，确定水平工程井井眼轨道，其中，水平工程井井眼轨道包括水平工程井一开井眼轨道S3和水平工程井二开井眼轨道S4：b1，确定水平工程井一开井眼轨道S3：水平工程井一开井眼轨道S3从水平工程井井口(B)钻至水平工程井一开终点(E)，且为直井井眼轨道；b2，确定水平工程井二开井眼轨道S4：水平工程井二开井眼轨道S4包括第一段S401、第二段S402、第四段S404和第五段S405，具体地：第一段S401从水平工程井一开终点(E)钻至水平工程井二开负位移造斜起点(F),且为直井井眼轨道；第二段S402从水平工程井二开负位移造斜起点(F)开始增斜至产生...

【技术特征摘要】
1.一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，根据施工区域的大小、形状确定直井井口(A)和水平工程井井口(B)的位置及坐标，根据直井井口(A)和水平工程井井口(B)的坐标计算两者之间的距离d1，再根据距离d1确定斜井井眼轨道的负位移偏移距离d2；第二步，确定直井的井眼轨道，其中，直井的井眼轨道包括直井一开井眼轨道S1和直井二开井眼轨道S2：a1，确定直井一开井眼轨道S1：直井一开井眼轨道S1从直井井口(A)钻至直井一开终点(C)，且为直井井眼轨道；a2，确定直井二开井眼轨道S2：直井二开井眼轨道S2从直井一开终点(C)钻至直井二开终点(D)，且为直井井眼轨道，同时，该段设置有与水平工程井连通的连通对接点(J)；第三步，确定水平工程井井眼轨道，其中，水平工程井井眼轨道包括水平工程井一开井眼轨道S3和水平工程井二开井眼轨道S4：b1，确定水平工程井一开井眼轨道S3：水平工程井一开井眼轨道S3从水平工程井井口(B)钻至水平工程井一开终点(E)，且为直井井眼轨道；b2，确定水平工程井二开井眼轨道S4：水平工程井二开井眼轨道S4包括第一段S401、第二段S402、第四段S404和第五段S405，具体地：第一段S401从水平工程井一开终点(E)钻至水平工程井二开负位移造斜起点(F),且为直井井眼轨道；第二段S402从水平工程井二开负位移造斜起点(F)开始增斜至产生的负位移偏移距后降斜至水平工程井二开负位移造斜终点(G)，其中，水平工程井二开负位移造斜终点(G)的负位移偏移距满足d2≥250-d1，方位为两井井口连线且背向直井井口(A)，第二段S402的最大井斜角为6～12°；第三段S403从水平工程井二开负位移造斜终点G钻至水平工程井二开正向造斜点(H)，且为垂直井眼轨道；第四段S404从水平工程井二开正向造斜点(H)钻至水平工程井二开着陆点(I)，且为稳增斜式井眼轨道，井眼轨道呈标准圆弧形；第五段S405从水平工程井二开着陆点(I)钻至连通对接点(J)，且水平井眼轨道。2.根据权利要求1所述的一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道设计方法，其特征在于：第二步的a1中，直井井口(A)位于地表面，井眼穿过表土层和松散层至直井一开终点(C)，直井一开终点(C)位于稳定黏土层中10～20m或基岩面以下10～20m。3.根据权利要求1所述的一种基于直井负位移水平对接型地热井井眼轨道设计方法，其特征在于：第二步的a2中，直井二开终点(D)位于热储层中的泥岩层以下20～40m；同时，任意选取热储层中厚度≥6m的泥岩层作为连通对接层位，连通对接...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬永涛，樊占龙，陈粤强，王俊立，张晓宏，
申请(专利权)人：陕西省煤田地质集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61