本发明专利技术提供了一种干热岩开发方法，烟气道注入至干热岩储层，成为高温烟道气流体，由生产井产出进入热交换装置，经过分离装置分离为液体和气体，液体用于工业提纯利用，气体压缩后冷却形成回流烟道气，再注入至注入井。本发明专利技术还提供了一种干热岩开发与热量利用系统，包括注入井和生产井，烟道气排放源、烟道气捕集装置和烟道气运输装置依次连通后通过注入装置连通至注入井，生产井的出口依次与热交换装置、分离装置、冷却装置和压缩装置连通，压缩装置与所述注入装置连通。本发明专利技术将烟道气作为热交换介质，避免污染及淡水资源浪费，提高干热岩地热能开采效率，同时实现烟道气体中CO2的永久封存，经济效益与社会效益显著。
【技术实现步骤摘要】
一种干热岩开发方法及干热岩开发与热量利用系统
本专利技术涉及一种干热岩开发方法及干热岩开发与热量利用系统，属于深部地热资源开采与温室气体地质封存领域。
技术介绍
干热岩是一种埋藏于距地表3km～10km深处、温度在150℃～650℃、热能赋存于各种变质岩或结晶类岩体中、没有水或较少水的高温岩体。干热岩在地球上的蕴藏量十分丰富，保守估计地壳中干热岩(3km～10km深处)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。干热岩作为最具应用价值和利用潜力的清洁能源，即将成为新能源中的佼佼者。我国具有丰富的地热资源，在藏南、川西、云南和台湾等高原地区蕴藏着丰富的高温地热资源，在渤海盆地、松辽盆地等大陆地壳隆起和沉降区分布着广泛的中低温地热资源。目前我国地热资源的利用也主要集中在西南、华北以及华东地区，东北和西北利用较少。据初步估算，中国大陆3km～10km深处干热岩资源总计为2.52×1025J，合标准煤85.6×105亿吨，是国内目前年度能源消耗总量的2.5×105倍。目前干热岩的开采方法主要是以水作为热交换介质，注入热储层内，压裂、贯通之后进行充分热交换，通过水的循环实现地热资源的开发与利用。将水作为热交换介质开采干热岩资源时，需要在循环过程中对流失的水不断进行补充，存在一定的水资源浪费问题，而且在初期压裂过程中还存在水基压裂液污染问题，存在环境风险；同时水的密度大、损失量大，在一定程度上增加了工程的成本。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种干热岩开发方法及干热岩开发与热量利用系统，采用烟道气对深部干热岩进行压裂，并作为热交换介质进行干热岩地热资源开发，不仅可以避免以水做压裂液开发地热资源引起环境问题和对热储层的伤害以及地热开采初期的产水过程，提高干热岩资源的开采效率，而且可以在低捕集成本下实现烟道气的资源化利用与烟道气体中CO2的永久地质封存，有效降低大气中温室气体浓度，缓解气候变化。干热岩作为未来的清洁能源，可直接利用或用于发电，具有显著的经济价值与环保意义。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种干热岩开发方法，包括以下步骤：(1)烟气道排放源产生的烟道气由烟道气捕集装置捕集后，经过烟道气运输装置运输至注入装置；(2)注入装置将烟道气注入至注入井，烟道气经由注入井注入至干热岩储层，完成热量交换之后成为高温烟道气流体，由生产井产出；(3)高温烟道气流体从进入热交换装置，由热交换装置利用热量后，经过分离装置分离为液体和气体，其中液体用于工业提纯利用，气体由冷却装置进行冷却，接着由压缩装置进行压缩，形成回流烟道气，再由注入装置注入至注入井，返回步骤(2)，回流烟道气以及由烟道气补集装置补集的烟道气一同继续开发利用。步骤(2)所述生产井底端温度不低于200℃，压力不小于30MPa，埋深不小于3000m。步骤(3)所述热交换装置采用由2级以上子热交换装置组成的多级热交换装置。步骤(3)烟道气或者由烟道气和回流烟道气组成的混合气注入至注入井时的温度不高于45℃。所述生产井底端温度不小于200℃，压力不小于30MPa，埋深不小于3000m。本专利技术同时提供了一种基于所述干热岩开发方法的干热岩开发与热量利用系统，包括注入井和生产井，所述注入井和生产井的底端位于干热岩储层内，并在干热岩储层内部贯通相连；烟道气排放源、烟道气捕集装置和烟道气运输装置依次连通后通过注入装置连通至注入井的入口，所述生产井的出口依次与热交换装置、分离装置、冷却装置和压缩装置连通，所述压缩装置与所述注入装置连通。所述冷却装置为第一冷却装置，压缩装置与注入装置之间设有第二冷却装置。所述注入井与生产井的数目为2个以上，成梅花形分布，其中每个注入井周围分布4个生产井，相邻生产井之间的距离为950～1100m，注入井和生产井距离600～800m。所述分离装置与液体收集转运装置连接。所述注入井与生产井的数目为2个以上，成梅花形分布，其中每个注入井周围分布4个生产井。本专利技术基于其技术方案所具有的有益效果在于：(1)本专利技术提供的一种干热岩开发方法及干热岩开发与热量利用系统，采用分离装置、冷却装置、压缩装置、注入装置依次相连组成回注装置，压缩装置前端后端各设置一个冷却装置，最后一个冷却装置与注入系统相连。分离装置与二级热利用装置相连，携热烟道气热量交换之后进入分离装置进行分离，液体进行工业提纯利用，烟道气进入冷却与压缩装置，最后由注入系统再次注入干热岩储层；(2)本专利技术提供的一种干热岩开发方法及干热岩开发与热量利用系统在生产过程中产生的烟道气被捕集装置捕集后，输送到烟道气注入系统，有注入系统将烟道气注入干热岩储层进行压裂，人工造缝，使生产井与注入井通过干热岩的人工裂缝相贯通，烟道气作为携热介质在干热岩储层中进行热量交换之后，由生产井采出，生产井与热交换装置相连接，采出的高温烟道气进入热交换装置用于发电、建筑供热等，低温烟道气气体进入分离装置气液分离，分离后的烟道气气体经冷却降温、体积压缩后，再次被送至注入系统，与运输系统新补给的烟道气一起注入干热岩储层，热交换后再由生产井采出利用；整个过程形成一个循环，构成一个回路；(3)本专利技术提供的一种干热岩开发方法及干热岩开发与热量利用系统，不仅可以解决目前以水作为热交换介质带来的环境问题，还能够提高干热岩地热资源的开发与利用效率(在相同的开发生产周期，CO2的累计采热量要比水的累计采热率高约50％)；同时能够实现烟道气中CO2的深部封存，比如：一个100MW规模的烟道气增强地热开采系统(FG-EGS)中，烟道气在围岩中封存的速度可以达到100kg/s，相当于300万吨烟道气/年(大约含65万吨CO2)，需要60MW的煤电系统补偿每天的烟道气封存量，因此，利用烟道气开发干热岩资源具有显著的经济价值与环保意义。附图说明图1是本专利技术提供的一种干热岩开发方法流程示意图。图2是注入井和生产井分布示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供了提供了一种干热岩开发方法，参照图1和图2，包括以下步骤：(1)首先进行碳源匹配：匹配合适的烟道气排放源，配置合适的捕集装置与运输系统。以100MW规模的烟道气地热开采(FG-EGS)系统，每年需要匹配300万吨烟道气(大约含65万吨CO2)，相当于60MW的煤电系统每年CO2的释放量；烟气道排放源产生的烟道气由烟道气捕集装置捕集后，经过烟道气运输装置运输至注入装置；接着干热岩靶区圈定：综合考虑干热岩储层地质条件、热储量、经济条件等因素，选择干热岩靶区，热储层埋深大于等于3000m，温度大于等于200℃，开采层位压力大于等于30MPa；热储层上覆岩体封闭性良好；进行注入井与生产井的布设：注入井与生产井采用五点井网布置模式，1口注入井对应4口生产井，参照图2，其中注入井位于中心，生产井位于以注入井为中心的同心圆上，注入井与生产井的距离为700m，相邻生产井之间的距离为990m；注入井与开采井底端均位于干热岩储层内。五点井网布置模式，随着注采井增多，部分生产井可重复利用，作为下一个注入井的生产井，开采成本逐渐降低；完成注入井与生产井的贯通：烟道气由注入系统通过注入井注入干热岩储层进行压裂，形成人工干热的岩石热存储结构，直至本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种干热岩开发方法，其特征在于包括以下步骤：(1)烟气道排放源产生的烟道气由烟道气捕集装置捕集后，经过烟道气运输装置运输至注入装置；(2)注入装置将烟道气注入至注入井，烟道气经由注入井注入至干热岩储层，完成热量交换之后成为高温烟道气流体，由生产井产出；(3)高温烟道气流体从进入热交换装置，由热交换装置利用热量后，经过分离装置分离为液体和气体，其中液体用于工业提纯利用，气体由冷却装置进行冷却，接着由压缩装置进行压缩，形成回流烟道气，再由注入装置注入至注入井，返回步骤(2)，回流烟道气以及由烟道气补集装置补集的烟道气一同继续开发利用。
【技术特征摘要】
1.一种干热岩开发方法，其特征在于包括以下步骤：(1)烟气道排放源产生的烟道气由烟道气捕集装置捕集后，经过烟道气运输装置运输至注入装置；(2)注入装置将烟道气注入至注入井，烟道气经由注入井注入至干热岩储层，完成热量交换之后成为高温烟道气流体，由生产井产出；(3)高温烟道气流体从进入热交换装置，由热交换装置利用热量后，经过分离装置分离为液体和气体，其中液体用于工业提纯利用，气体由冷却装置进行冷却，接着由压缩装置进行压缩，形成回流烟道气，再由注入装置注入至注入井，返回步骤(2)，回流烟道气以及由烟道气补集装置补集的烟道气一同继续开发利用。2.根据权利要求1所述的干热岩开发方法，其特征在于：步骤(2)所述生产井底端温度不低于200℃，压力不小于30MPa，埋深不小于3000m。3.根据权利要求1所述的干热岩开发方法，其特征在于：步骤(3)所述热交换装置采用由2级以上子热交换装置组成的多级热交换装置。4.根据权利要求1所述的干热岩开发方法，其特征在于：步骤(3)烟道气或者由烟道气和回流烟道气组成的混合气注入至注入井...
【专利技术属性】
技术研发人员：马鑫，李旭峰，刁玉杰，胡丽莎，邵炜，
申请(专利权)人：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，
类型：发明
国别省市：河北,13
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