防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法及使用方法，其解决了现有技术中高压水的注入会导致原生裂隙的突发性剪切滑移，从而造成诱发地震这一技术问题。其设计方法包括：用中半径钻井技术在干热岩靶区中央钻取单一大孔径的生产井，在生产井周围布置多个等距的小孔径注水井；在干热岩储层内部利用水平定向钻技术将各注水井水平延伸至生产井并贯通，进而形成人工热交换空间；并采用刚性分段套筒对成产井加固，利用混凝土浆液加固注水井与生产井连接处。本发明专利技术设计方法不仅可以有效的防止地震活动的发生，而且可以解决注入水的漏失问题，为干热岩开发规模化和商业化的运行提供了可能。

Design and Application of Enhanced Geothermal System for Preventing Induced Earthquakes

【技术实现步骤摘要】
防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法及使用方法
本专利技术涉及一种用于防止诱发地震的新型增强型地热系统的设计方法及使用方法。
技术介绍
干热岩的应用过程是利用钻井装置建立注入井和生产井，并通过水力压裂形成裂缝沟通系统，最终形成“人造地热田”，将高压水从注入井泵入地下，冷水流经过干热岩中的人工裂隙被加热成为高温水或水蒸汽(温度可达150～200℃)，并从生产井泵送出来，通过热交换提取裂缝中的地热能，从而达到地热发电和综合供暖利用的目标。储存于干热岩内的热量通过上述系统得以开采，该系统常称为增强型地热系统(EGS)。水力压裂是干热岩EGS开发中的关键手段，但是它的一个关键问题是在大规模高压注水时诱发的地震。高压水的注入会导致原生裂隙的突发性剪切滑移，造成诱发地震。2017年韩国Pohang的EGS地热开发项目在高水压注水过程中诱发多个里氏2.0～3.0级的地震，注水结束后再同一地区发生了里氏5.4级地震，造成了人员受伤和财产的巨大损失。2007年瑞士Basel的EGS地热开发项目，诱发了地震活动，震级为2.9～3.4，由于项目所在地靠近居民区，该项目因担心可能引发类似或更大地震而被迫终止。同时，EGS生产过程中会面临严重的压裂液漏失的问题。日本Hijiori干热岩EGS生产过程中发现70％的注入水沿着天然裂缝和断层流走不知所踪，虽然注水井和生产井只间隔50m，但是生产井却无法泵送出足量的高温水，导致项目被迫暂停。法国Soultz-sous-Forets干热岩地热储层第三期的水力压裂时，90％的注入水很快流到断层中，结果导致注入井和生产井没有有效的沟通。因此研究开发一种用于防止诱发地震的新型低漏失增强型地热系统设计方法尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法及使用方法，其设计得到的地热系统不仅可以有效的防止地震活动的发生，而且可以解决注入水的漏失问题。本专利技术的任务之一在于提供一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法，其技术解决方案包括：一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法，依次包括以下步骤：a、生产井的设置，待干热岩靶场地质条件资料探测之后，依据干热岩储层探测数据，明确干热岩储层的空间位置，进而确定地表生产井位置；采用中半径钻井技术进行生产井的钻进，钻孔选择0.5～1.0m直径钻头进行钻井；采用刚性分段套筒对生产井的井筒进行支护；b、注水井的设置，依据干热岩储层裂缝特性和储热能力确定注水井数量，所述的注水井设置有多个，其位于所述生产井的圆周方向上，且每个注水井与生产井之间的间距相同，在每个注水井钻进一定的设计深度时，采用水平定向钻工艺将每个注水井延伸并连接至所述的生产井，从而形成连通的网络结构，在每个注水井与生产井的连接处注浆加固。作为本专利技术的一个优选方案，上述的生产井、注水井的钻进距离为4～5km。作为本专利技术的另一个优选方案，对上述生产井进行钻进选择直径为0.5～1.0m的钻头。进一步的，上述的注水井布置有6～10个。进一步的，上述各个注水井与生产井之间的间距为50～200m，选择0.2～0.5m直径钻头进行注水井钻进。本专利技术的另一任务在于提供一种增强型地热系统的使用方法，其增强型地热系统根据上述一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法设计得到，包括以下步骤：向每个注水井内泵入常温水，常温水经过干热岩储层的人工热交换空间过程中与干热岩完成热交换，形成高温水或水蒸汽并送达到生产井中央，最终到达地面，驱动涡轮发动机发电。与现有技术相比，本专利技术带来了以下有益技术效果：(一)、针对干热岩储层特征和性质，人工钻取流体的热交换空间，避免了常规EGS生产系统内天然裂缝和人工裂缝内部流体的漏失，提高了流体的热交换速率，同时提高了生产井泵出的热流体的体积，为干热岩开发规模化和商业化的运行提供了可能。(二)、防止或最大限度的杜绝诱发地震活动。采用的钻井技术不会产生大规模的地震活动，唯一可能的地震震源可能来自天然裂缝中流体的运移或干热岩储层中岩体的冷却，然而相比于常规EGS水力压裂作业，这两种情况的诱发地震可能性非常低。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术一种用于防止诱发地震的新型低漏失增强型地热系统设计方法布置示意图；附图标记如下：1-注水井；2-生产井；3-干热岩储层；4-常温水；5-高温水或水蒸汽；6-地表。具体实施方式本专利技术提出了一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法及使用方法，为了使本专利技术的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本专利技术做详细说明。结合图1所示，本专利技术一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法，包括括生产井2的布置方法、注水井1的布置方法、注水井1的定向钻取方法；首先，生产井2的布置方法为：待干热岩靶场地质条件资料探测之后，依据干热岩储层33探测数据，明确干热岩储层3的空间位置，进而确定地表6生产井2位置和生产井2、注水井1的钻进距离(一般为4～5km)。采用中半径钻井技术(MRD)进行生产井2的钻进，钻孔选择0.5～1.0m直径钻头进行钻井；采用刚性分段套筒对生产井2井筒进行支护，保证钻孔内岩壁的稳定性。其次，注水井1的布置方法为：依据干热岩储层3裂缝特性和储热能力确定注水井1数量，一般选取6～10个；注水井1平均分布于生产井2周围，形成圆形分布，各注水井1与生产井2间距相同，一般选取50～200m；选择0.2～0.5m直径钻头进行注水井1钻进。最后，在注水井1钻进至设计深度时，采用水平定向钻技术将各注水井1水平延伸至生产井2，进而形成连通的网络；各注水井1贯通生产井2后采用混凝土浆液封堵方法，将各注水井1与生产井2连接处注浆加固。通过上述设计方法得到的增强型地热系统，其使用方法为：在地表6布置相关生产设备，在各注水井1泵入常温水4，常温水4经过干热岩储层3的人工热交换空间过程中与干热岩完成热交换，形成高温水或水蒸汽5并送达到生产井2中央，最终到达地面，驱动涡轮发动机发电。本专利技术未述及的部分借鉴现有技术即可实现。需要说明的是：在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法，其特征在于，依次包括以下步骤：a、生产井的设置，待干热岩靶场地质条件资料探测之后，依据干热岩储层探测数据，明确干热岩储层的空间位置，进而确定地表生产井位置；采用中半径钻井技术进行生产井的钻进，钻孔选择0.5～1.0m直径钻头进行钻井；采用刚性分段套筒对生产井的井筒进行支护；b、注水井的设置，依据干热岩储层裂缝特性和储热能力确定注水井数量，所述的注水井设置有多个，其位于所述生产井的圆周方向上，且每个注水井与生产井之间的间距相同，在每个注水井钻进一定的设计深度时，采用水平定向钻工艺将每个注水井延伸并连接至所述的生产井，从而形成连通的网络结构，在每个注水井与生产井的连接处注浆加固。

【技术特征摘要】
1.一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法，其特征在于，依次包括以下步骤：a、生产井的设置，待干热岩靶场地质条件资料探测之后，依据干热岩储层探测数据，明确干热岩储层的空间位置，进而确定地表生产井位置；采用中半径钻井技术进行生产井的钻进，钻孔选择0.5～1.0m直径钻头进行钻井；采用刚性分段套筒对生产井的井筒进行支护；b、注水井的设置，依据干热岩储层裂缝特性和储热能力确定注水井数量，所述的注水井设置有多个，其位于所述生产井的圆周方向上，且每个注水井与生产井之间的间距相同，在每个注水井钻进一定的设计深度时，采用水平定向钻工艺将每个注水井延伸并连接至所述的生产井，从而形成连通的网络结构，在每个注水井与生产井的连接处注浆加固。2.根据权利要求1所述的一种防止诱发地震的增强型地热系统的设计方法，其特征在于：所述的生产井、注水井的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈宝堂，张士川，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37