地热能提取地下系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于从地下地层提取热量的地热能提取地下系统，其包括：注入井，其包括布置在第一井孔中的第一金属井管结构，并且在第一井孔和第一金属井管结构之间提供第一环空，第一金属井管结构从地面延伸到地下地层并构造成将经第一注入开口离开的工作流体注入到在地下地层中限定的生产区域中并由此产生加热的工作流体，和第一生产井，其包括布置在第二井孔中的第二金属井管结构，第二井孔与第二金属井管结构之间提供第二环空，并且第二金属井管结构从地面延伸到地下地层中进入生产区域并经第一生产开口提取加热的工作流体，其中，注入井的第一金属井管结构包括第一环状屏障和第二环状屏障，这些环状屏障构造成在第一环空中膨胀以紧贴第一井孔的壁，从而隔离生产区域中的生产区，每个环状屏障都包括：作为第一金属井管结构的一部分安装的管状金属部件，该管状金属部件具有第一膨胀开口和外表面；可膨胀金属套筒，其围绕管状金属部件并具有面向管状金属部件的内表面和面向井孔的壁的外表面，该可膨胀金属套筒的每个端部都与管状金属部件连接，和在可膨胀金属套筒的内表面与管状金属部件之间的环形空间，通过使加压流体经第一膨胀开口进入该环形空间中来使可膨胀金属套筒膨胀以紧贴第一井孔的壁，第一注入开口在第一环状屏障与第二环状屏障之间布置在第一金属井管结构中，并且第一生产区位于第一金属井管结构与第二金属井管结构之间，使得加热的工作流体经第一生产开口在第二金属井管结构中被提取。本发明专利技术还涉及一种用于借助根据本发明专利技术的地热能提取地下系统从地下地层中提取热量的地热能提取地下方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】地热能提取地下系统
本专利技术涉及一种用于从地下地层提取热量的地热能提取地下系统。本专利技术还涉及一种用于借助根据本专利技术的地热能提取地下系统从地下地层中提取热量的地热能提取地下方法。
技术介绍
在地热系统中，工作流体被注入地下地层中，并且从生产井提取的加热的工作流体随后用于向社区提供加热流体，或者加热的工作流体被转换成电力。为了加热工作流体，在地层中形成裂缝，使得工作流体可以流经地层并由加热的地层加热。然而，在形成这种裂缝时，频繁发生地震活动，其在某些情况下可能会阻止进一步的压裂，甚至可能封堵地热系统。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更具体地，本专利技术的目的是提供一种改进的地热系统，其中地震活动被最小化到可接受水平以下的活动水平(如果未完全避免的话)。从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本专利技术的方案来实现，即通过用于从地下地层提取热量的地热能提取地下系统来实现，所述地热能提取地下系统包括：-注入井，其包括布置在第一井孔中的第一金属井管结构，在该第一井孔与该第一金属井管结构之间提供第一环空，所述第一金属井管结构从地面延伸到地下地层中并且构造成使工作流体经第一注入开口离开而注入到在地下地层中限定的生产区域中并由此产生加热的工作流体，和-第一生产井，其包括布置在第二井孔中的第二金属井管结构，在该第二井孔与该第二金属井管结构之间提供第二环空，所述第二金属井管结构从地面延伸到地下地层中进入生产区域并经第一生产开口提取所述加热的工作流体，其中，注入井的第一金属井管结构包括第一环状屏障和第二环状屏障，这些环状屏障构造成在第一环空中膨胀以紧贴第一井孔的壁，从而隔离出生产区域中的生产区，每个环状屏障都包括：-作为第一金属井管结构的一部分安装的管状金属部件，该管状金属部件具有第一膨胀开口和外表面，-可膨胀金属套筒，其围绕管状金属部件并具有面向管状金属部件的内表面和面向井孔的壁的外表面，该可膨胀金属套筒的每个端部都与管状金属部件连接，和-在可膨胀金属套筒的内表面与管状金属部件之间的环形空间，通过使加压流体经第一膨胀开口进入该环形空间中来使可膨胀金属套筒膨胀以紧贴第一井孔的壁，第一注入开口在第一环状屏障与第二环状屏障之间布置在第一金属井管结构中，第一生产区位于第一金属井管结构与第二金属井管结构之间，使得加热的工作流体经第一生产开口在第二金属井管结构中被提取。可膨胀金属套筒在膨胀期间可塑性变形。此外，可膨胀金属套筒不可重复使用。在环状屏障紧贴井孔壁的状态下，通过对金属井管结构加压并在不使用工具的情况下使可膨胀金属套筒膨胀，多个生产区基本上同时利用简单的方案隔离。在一些现有技术方案中，将金属井管结构与井孔壁之间的环空注水泥，随后通过隔离金属井管结构内的一个区段并对该区段加压来形成裂缝以穿过水泥来形成裂缝。这是一种需要非常高的压力才能压裂水泥的操作，并且该过程是耗时的，因为在该区段中建立压力然后减压以将工具移动到下一个区段以对该下一个区段加压等需要一些时间。此外，注水泥操作也是耗时的，并非没有未填满整个环空的风险和因此没有充分密封环空的风险。如果注水泥操作失败，则压裂过程很有可能不成功，并且于是必须将整个井堵塞并放弃。通过使用具有在一次运行中膨胀的多个环状屏障的本方案，不存在注水泥作业失败和因此压裂不成功的风险。如果一个环状屏障无法膨胀，则可以用工具单独使环状屏障膨胀。此外，压裂过程不需要能量来也将水泥压裂，因为本方案不含水泥。本专利技术的地热能提取地下系统是一种金属系统，与橡胶、水泥、弹性体或聚合物材料相比，其非常容易导热并且不会随时间推移而劣化。该地热能提取地下系统可与地面的区域供热系统流体连接。此外，该地热能提取地下系统可以与热能发电设备流体连接。此外，第二金属井管结构可包括第一环状屏障和第二环状屏障。如上所述的地热能提取地下系统可包括具有第二金属井管结构和第一生产开口的第二生产井。此外，第一金属井管结构可包括隔离生产区域中的第二生产区的另外的环状屏障。此外，第一金属井管结构的内径可以大于第二金属井管结构的内径。另外，注入井和生产井可具有竖向部分和水平部分。此外，生产井可布置在距注入井预定距离处。第一金属井管结构和/或第二金属井管结构可包括至少一个流量控制装置。通过具有流量控制装置，在压裂生产区时一次可以打开一个流量控制装置，并且以这种方式可以将压裂压力保持在显著低的水平，从而避免严重的地震活动，因为压裂过程一次仅经由一个注入开口和/或经由一个生产开口发生。如上所述的地热能提取地下系统还可包括控制第一金属井管结构中的工作流体的压力的泵。因此，该泵可控制在地下系统中流动的工作流体的速度。如上所述的地热能提取地下系统还可包括用于调节流量控制装置的机构，以便选择性地加热各生产区中的流体，以使得一次仅使用一部分生产区。此外，注入井和/或生产井还可包括从井的主要部分延伸出的一个或多个侧井/横向井，该横向井包括与井的主要部分中的金属井管结构流体连接的侧金属井管结构/横向金属井管结构。此外，该系统可包括注入井和围绕注入井的多个生产井。此外，注入井和生产井可包括在地下地层中的不同深度处的多个横向井。另外，注入井和生产井可在沿第一金属井管结构和第二金属井管结构的延伸方向的不同位置处包括多个横向井。此外，第二金属井管结构可包括筛网，该筛网构造成在工作流体进入第二金属井管结构之前过滤加热的工作流体。环状屏障可包括膨胀单元。此外，膨胀单元可具有与膨胀开口流体连通的第一入口、与第一区流体连通的第二入口和与环形空间流体连通的出口，并且膨胀单元可包括至少可在第一位置与第二位置之间移动的元件，在第一位置，膨胀开口与出口流体连通并且管结构压力高于第一压力，在第二位置，出口与第一区流体连通并且第一压力高于管结构压力。此外，管状金属部件可包括与第一入口流体连接的至少一个第二膨胀开口。膨胀单元可包括梭阀/换向阀，并且所述元件可被包括在该换向阀中。此外，膨胀单元可包括用于控制流体进出环形空间的、与膨胀开口流体连通的双向阀。此外，环状屏障可包括在环形空间中的第二可膨胀金属套筒，该第二可膨胀金属套筒将环形空间分隔成第一空间部分和第二空间部分，第一空间部分与膨胀开口流体连通，第二空间部分与环空流体连通。另外，金属井管结构可包括与同一生产区流体连通的多个开口。本专利技术还涉及一种用于借助如上所述的地热能提取地下系统从地下地层提取热量的地热能提取地下方法，该方法包括以下步骤：-对注入井的第一金属井管结构加压以使环状屏障膨胀，-经由第一金属井管结构中的注入开口提供流体连通，-通过对第一金属井管结构中的流体如存在于第一金属井管结构中的流体或压裂流体进行加压来压裂生产区，-将工作流体引入注入井的第一金属井管结构并进一步引入生产区，以及-从生产区提取加热的工作流体。此外，在经由第一金属井管结构中的注入开口提供流体连通的步骤之前，第一金属井管结构可以被穿孔以提供注入开口。此外，在经由第一金属井管结构中的注入开口提供流体连通的步骤之前，可例如通过使滑动套筒滑动以露出注入开口来打开注入开口。如上所述的地热能提取地下方法，其中第二金属井管结构可包括第一环状屏障，还可包括对第二金属井管结构加压以便使第二金属井管结构的环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从地下地层(2)提取热量的地热能提取地下系统(1)，包括：‑注入井(3)，其包括布置在第一井孔(5)中的第一金属井管结构(4)，在所述第一井孔与所述第一金属井管结构之间提供第一环空(6)，所述第一金属井管结构从地面延伸到地下地层中并构造成将经第一注入开口(7)离开的工作流体注入到在所述地下地层中限定的生产区域(100)中并由此产生加热的工作流体，和‑第一生产井(8)，其包括布置在第二井孔(10)中的第二金属井管结构(9)，在所述第二井孔与所述第二金属井管结构之间提供第二环空(11)，所述第二金属井管结构从地面延伸到地下地层中并延伸进入生产区域并经第一生产开口(12)提取所述加热的工作流体，其中，所述注入井的所述第一金属井管结构包括第一环状屏障(20，20a)和第二环状屏障(20,20b)，所述第一环状屏障和所述第二环状屏障配置成在所述第一环空中膨胀以紧贴所述第一井孔的壁，从而在所述生产区域中隔离出生产区(101)，每个环状屏障都包括：‑作为所述第一金属井管结构的一部分安装的管状金属部件(21)，该管状金属部件具有第一膨胀开口(22)和外表面(23)，‑可膨胀金属套筒(24)，其围绕所述管状金属部件并具有面向所述管状金属部件的内表面(25)和面向所述井孔的壁的外表面(26)，所述可膨胀金属套筒的每个端部(27),(28)都与所述管状金属部件连接，和‑在所述可膨胀金属套筒的内表面与所述管状金属部件之间的环形空间(29)，通过使加压流体经所述第一膨胀开口进入所述环形空间中来使所述可膨胀金属套筒膨胀以紧贴所述第一井孔的壁，所述第一注入开口(7)在所述第一环状屏障(20,20a)与所述第二环状屏障(20,20b)之间布置在所述第一金属井管结构(4)中，所述生产区(101)位于所述第一金属井管结构(4)与所述第二金属井管结构(9)之间，使得所述加热的工作流体经所述第一生产开口(12)在所述第二金属井管结构(9)中被提取。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.09 EP 16168813.01.一种用于从地下地层(2)提取热量的地热能提取地下系统(1)，包括：-注入井(3)，其包括布置在第一井孔(5)中的第一金属井管结构(4)，在所述第一井孔与所述第一金属井管结构之间提供第一环空(6)，所述第一金属井管结构从地面延伸到地下地层中并构造成将经第一注入开口(7)离开的工作流体注入到在所述地下地层中限定的生产区域(100)中并由此产生加热的工作流体，和-第一生产井(8)，其包括布置在第二井孔(10)中的第二金属井管结构(9)，在所述第二井孔与所述第二金属井管结构之间提供第二环空(11)，所述第二金属井管结构从地面延伸到地下地层中并延伸进入生产区域并经第一生产开口(12)提取所述加热的工作流体，其中，所述注入井的所述第一金属井管结构包括第一环状屏障(20，20a)和第二环状屏障(20,20b)，所述第一环状屏障和所述第二环状屏障配置成在所述第一环空中膨胀以紧贴所述第一井孔的壁，从而在所述生产区域中隔离出生产区(101)，每个环状屏障都包括：-作为所述第一金属井管结构的一部分安装的管状金属部件(21)，该管状金属部件具有第一膨胀开口(22)和外表面(23)，-可膨胀金属套筒(24)，其围绕所述管状金属部件并具有面向所述管状金属部件的内表面(25)和面向所述井孔的壁的外表面(26)，所述可膨胀金属套筒的每个端部(27),(28)都与所述管状金属部件连接，和-在所述可膨胀金属套筒的内表面与所述管状金属部件之间的环形空间(29)，通过使加压流体经所述第一膨胀开口进入所述环形空间中来使所述可膨胀金属套筒膨胀以紧贴所述第一井孔的壁，所述第一注入开口(7)在所述第一环状屏障(20,20a)与所述第二环状屏障(20,20b)之间布置在所述第一金属井管结构(4)中，所述生产区(101)位于所述第一金属井管结构(4)与所述第二金属井管结构(9)之间，使得所述加热的工作流体经所述第一生产开口(12)在所述第二金属井管结构(9)中被提取。2.根据权利要求1所述的地热能提取地下系统，其中，所述第二金属井管结构(9)包括第一环状屏障(20，20a)和第二环状屏障(20，20b)。3.根据权利要求1或2所述的地热能提取地下系统，包括具有第二金属井管结构(9b)和第一生产开口(12b)的第二生产井(8b)。4.根据前述权利要求中任一项所述的地热能提取地下系统，其中，所述第一金属井管结构(4)包括在所述生产区域中隔离出第二生产区(102)的另外的环状屏障(20，20c)。5.根据前述权利要求中任一项所述的地热能提取地下系统，其中，所述注入井(3)和所述生产井(8)具有竖向部分(14)和水平部分(15)。6.根据前述权利要求中任一项所述的地热能提取地下系统，其中，所述第一金属井管结构(4)和/或所述第二金属井管结构(9)包括至少一个流量控制装置(42)。7.根据前述权利要求中任一项所述的地热能提取地...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·克鲁格尔，
申请(专利权)人：韦尔泰克油田解决方案股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH