一种基于闭环地热系统的裸眼蛇形水平井开采干热岩方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于闭环地热系统的裸眼蛇形水平井开采干热岩方法，属于地热开发领域，在目标开采区域中钻出注入井和生产井，其中注入井在干热岩储层为裸眼蛇形水平井，其次通过向注入井注入低温传热介质，从生产井产出高温传热介质以达到从干热岩储层获取热量的目的，本发明专利技术钻取裸眼蛇形水平井可减少下油套管的工艺步骤，增强可实施性且降低开采成本；优化的水平井井型可增加流动介质与干热岩储层的热交换面积、延长滞留时间并适当增大流动阻力；保证流动介质的均匀流动，使换热介质与储层完成充分热交换，获得更高的采热效率。获得更高的采热效率。获得更高的采热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于闭环地热系统的裸眼蛇形水平井开采干热岩方法


[0001]本专利技术属于地热开发领域，具体地，涉及一种基于闭环地热系统的裸眼蛇形水平井开采干热岩方法。

技术介绍

[0002]干热型地热资源(干热岩)一般指地球内部埋藏于距地面数千米，温度高于180℃，内部不存在流体或仅有少量地下流体的一种高温岩体。干热岩资源作为一种分布广泛、储量巨大、清洁无污染的可再生绿色能源，其具有无间断供能、开发潜力大等优势。我国干热岩资源总量为2.52
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1025J(合85.6
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105亿吨标准煤)，占世界干热岩资源量的1/6。因此，合理的开发利用干热岩资源，加快突破技术瓶颈以实现干热岩高效稳定开发，对于我国能源结构的转型以及早日实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。
[0003]目前干热岩资源开发利用主要有两种，一种是增强型地热系统(Enhanced Geothermal Systems，EGS)，其先采用人工形成地热储层，再通过注采井循环采热介质提取热能；二是闭环地热系统(Closed Loop Geothermal System，CLGS)，其利用采热介质在水平井井筒内闭路循环采出热量，避免了复杂的人工热储建造。
[0004]常规开采干热岩的EGS方法是通过压裂手段获得裂缝来完成热交换，不仅有着投资高、传热介质易流失的问题，其对环境的影响也较大，容易诱发地震等地质灾害问题；闭式循环开采干热岩技术可以避免流动短路和流动死角导致的传热介质流失；水平井开采干热岩技术可以通过增加储层与井筒的接触面积来达到高产高效，若将闭式循环系统和水平井技术相结合，能够在很大程度上提高单井的采热速率，增大能源产量。但现有的开采干热岩方法具有可行性差及成本高的缺点，如：公开号CN109798091A公开了一种闭式循环井及干热岩的开发方法和公开号CN113846968A公开了一种适用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置及其取热方法，均涉及到下油套管及水泥浆固井等井内作业，而在高温条件下油套管的工艺复杂、操作困难；公开号CN208966316U公开了一种U型水平井，结构简单但是换热面积有限，因此要找到一种经济可行高效开采干热岩的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于闭环地热系统的裸眼蛇形水平井开采干热岩方法，钻取裸眼水平井可减少下油套管的工艺步骤，增强可实施性且降低开采成本；优化的水平井井型可增加流动介质与储层的热交换面积、延长滞留时间并适当增大流动阻力；保证流动介质的均匀流动，使换热介质与储层完成充分热交换，获得更高的采热效率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于闭环地热系统的裸眼蛇形水平井开采干热岩方法，其特征在于，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：
[0007]步骤一、确定目标开采区域；
[0008]步骤二、在目标开采区域，从地表向干热岩储层钻设注入井的垂直井段，钻至干热
岩储层预定深度后，钻取注入井的第一造斜段，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜角接近90
°
时停止造斜；
[0009]步骤三、钻取注入井的第一水平井段，井斜方位角为90
°
，井段长度大于300m，然后从注入井的第一水平井段的趾端钻取注入井的第二造斜段，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜方位角接近0
°
时停止造斜；
[0010]步骤四、钻取注入井的第二水平井段，井斜方位角为0
°
，井段长度大于80m，然后从注入井的第二水平井段的趾端钻取注入井的第三造斜段，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜方位角接近负90
°
时停止造斜；
[0011]步骤五、钻取注入井的第三水平井段，且其井眼方向与注入井的第一水平井段的井眼方向相反，长度大于300m，然后从注入井的第二水平井段的趾端钻取注入井的第四造斜段，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜方位角接近0
°
时停止造斜；
[0012]步骤六、钻取注入井的第四水平井段，且其井眼方向与注入井的第二水平井段的井眼方向相同，长度大于等于80m，然后钻取注入井的第五造斜段，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜角接近90
°
时停止造斜；
[0013]步骤七、钻取注入井的第五水平井段，且其井眼方向与注入井的第一水平井段的井眼方向相同，长度大于300m；
[0014]步骤八、重复步骤三至步骤七，直至干热岩储层中注入井井眼长度大于1500m，钻取注入井的最后一个水平井段，该井段长度大于等于80m，至此，完成注入井钻井工作；
[0015]步骤九、从地表钻取垂直井作为生产井，使其与注入井的最后一个水平井段趾部贯通，形成一个闭式循环结构系统；
[0016]步骤十、打开地面注入泵，向注入井中注入10℃以上的低温传热介质，从生产井抽取充分热交换后的高温传热介质，完成了传热介质的自循环流动，从而开发干热岩资源。
[0017]进一步，步骤一中，目标开采区域中干热岩储层的温度高于180℃、厚度大于500m。
[0018]进一步，选取的干热岩储层上方盖层为不稳定地层，因此需要下套管固井。步骤二中，从目标开采区域的盖层顶部向下钻取注入井垂直井段至干热岩储层顶部，下套管固井，固井完成后，继续向下钻进，在干热岩储层钻进深度大于15m后停止。
[0019]所述注入井和生产井的井眼直径均控制在0.2m～0.5m范围内，井径过小会导致造斜困难、携热介质在井内流速高，换热时间短而采热效率低。井径过大增加了钻井成本，采热效果提高不明显。
[0020]所述注入井的第一水平井段、注入井的第二水平井段、注入井的第三水平井段、注入井的第四水平井段、注入井的第五水平井段以及注入井的最后一个水平井段均处在同一水平面上，为了保证大的热交换面积以及传热介质在干热岩储层滞留时间，同时确保水平段的安全稳定钻井，井斜方位角为90
°
或负90
°
的水平段长度控制在300m～500m范围之内(即所述注入井的第一水平井段、注入井的第三水平井段和注入井的第五水平井段的长度均控制在300m～500m范围之内)。
[0021]为了保证井间换热不互相影响而造成采热效率降低，井斜方位角为0
°
的水注入井的第二水平井段长度大于等于80m。
[0022]优选地，注入井井眼长度2000m、井径0.2m，以0.5kg/s的注水速率向注入井中注入60℃的低温水。运行20年的周期，出水温度能维持在150℃以上，采热效率较高。
[0023]进一步，利用地面换热装备，采取在干热岩中常用的双工质发电技术，使本专利技术中的高温传热介质完成地热发电，然后继续利用该传热介质(仍具有较高温度)，如供暖、洗浴、养殖等。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于闭环地热系统的裸眼蛇形水平井开采干热岩方法，其特征在于，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：步骤一、确定目标开采区域；步骤二、在目标开采区域，从地表向干热岩储层(15)钻设注入井的垂直井段(1)，钻至干热岩储层(15)预定深度后，钻取注入井的第一造斜段(2)，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜角接近90
°
时停止造斜；步骤三、钻取注入井的第一水平井段(3)，井斜方位角为90
°
，井段长度大于300m，然后从注入井的第一水平井段(3)的趾端钻取注入井的第二造斜段(4)，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜方位角接近0
°
时停止造斜；步骤四、钻取注入井的第二水平井段(5)，井斜方位角为0
°
，井段长度大于80m，然后从注入井的第二水平井段(5)的趾端钻取注入井的第三造斜段(6)，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜方位角接近负90
°
时停止造斜；步骤五、钻取注入井的第三水平井段(7)，且其井眼方向与注入井的第一水平井段(3)的井眼方向相反，长度大于300m，然后从注入井的第二水平井段(7)的趾端钻取注入井的第四造斜段(8)，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜方位角接近0
°
时停止造斜；步骤六、钻取注入井的第四水平井段(9)，且其井眼方向与注入井的第二水平井段(5)的井眼方向相同，长度大于等于80m，然后钻取注入井的第五造斜段(10)，井眼曲率小于等于20
°
/30m，直至井斜角接近90
°
时停止造斜；步骤七、钻取注入井的第五水平井段(11)，且其井眼方向与注入井的第一水平井段(3)的井眼方向相同，长度大于300m；步骤八、重复...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，侯星澜，钟秀平，聂帅帅，王亚斐，刘昆岩，马英瑞，刘祥，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：