CN109505577A - 干热岩开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种干热岩开采方法，包括：S1：钻探一口直井，对直井实施水力压裂作业产生裂缝，在地面采用测斜仪获取该裂缝的方向；S2：沿直井的裂缝方向，分别布置两口水平井，两口水平井的井筒方向均朝向于直井；S3：采用泵送桥塞压裂方式分别在两口水平井中实施水力压裂作业，产生与直井裂缝平行的多条裂缝；S4：对直井实施水力压裂作业，产生与两口水平井中的裂缝连通的双翼裂缝；S5：在两口水平井中分别下注水管柱，在注水管柱中间配置有封隔器，使注水管柱内的各个压裂段均匀进液；S6：两口水平井注入的液体经过裂缝完成换热并进入直井，最终流向地面。利用本发明可以实现低成本、高效率的在干热岩中建造大范围的热交换面积的人工裂缝。

Description

干热岩开采方法

技术领域

本发明涉及地热能源开采技术领域，更为具体地，涉及一种干热岩开采方法，在水平井中压裂产生裂缝，使其与直井中双翼裂缝相连接，实现低成本、高效率的在干热岩中建造大范围的热交换面积的人工裂缝方法。

背景技术

随着科学技术的发展，能源消耗的比重越来越高，如今石油资源、煤炭等一次能源仍占据能源消耗的主导地位，由于其属于不可再生能源，而且对环境污染和生态破坏严重，可再生和清洁能源的研究和利用得到越来越多重视。中国在水力、太阳能和风能等资源利用中取得了显著的进展和成果，但由于可再生资源的开发利用手段受限，难以保证多样化的能源需求，在所有可再生能源中唯有地热能源可作为基础载荷，保持电网安全稳定运行。干热岩作为一种清洁的、可持续的能源，以其储量大、无污染、可循环利用等特点，越来越受各国的高度关注。地热资源分为水热型地热和干热岩型地热，其中干热岩型资源开发潜力巨大，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，而我国干热岩资源储量丰富，只要能开发其中2％就相当于我国一年能源消耗总量的千倍以上。

干热岩是指埋深数千米、内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体，岩体温度一般在150～650℃，是一种储量巨大、清洁、可再生的地热资源。目前世界上普遍通过增强型地热系统开采干热岩资源，即采用钻井的方法钻一口井作为注水井，钻一口或多口井作为生产井，利用人工压裂在注水井和生产井之间形成人工裂缝与天然裂缝交织的可流动通道。从注水井注入冷水，在地下流动通道中完成热能交换，然后生产井获得蒸汽、高温水和热水用于地面发电和供暖等，在地面完成能量交换，再将冷却后的水注入地下进行循环。但是，如何在干热岩中产生大范围的人工裂缝，使得生产井和注入井之间裂缝连通更加合理，实现高效、低成本的热能开采，是干热岩开发与利用的难点。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种干热岩开采方法，以解决在干热岩中产生大范围的人工裂缝困难的问题。

本发明提供的干热岩开采方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：钻探一口直井作为生产井，对直井实施小型水力压裂作业产生与干热岩储层内的水平最大主应力方向一致的裂缝，在地面采用测斜仪获取该裂缝的方向；

步骤S2：沿直井的裂缝方向，分别布置两口水平井作为注入井，两口水平井的井筒方向均朝向于直井；

步骤S3：采用泵送桥塞压裂方式分别在两口水平井中实施水力压裂作业，产生与直井的裂缝平行的多条裂缝，多条裂缝之间相互连通；

步骤S4：对直井实施大型水力压裂作业，产生向干热岩储层内的水平最大主应力方向延伸且与两口水平井中的裂缝连通的双翼裂缝；

步骤S5：在两口水平井中分别下注水管柱，在注水管柱中间配置有封隔器，使注水管柱内的各个压裂段均匀进液；

步骤S6：两口水平井注入的液体经过裂缝完成换热并进入直井，最终流向地面。

此外，优选地方案是，如果直井为具有分支的直井，则在钻探直井的过程中，首先，在直井的直井段实施小型水力压裂作业；然后，在直井的压裂段内注入水泥；最后，在填满水泥的压裂段上分别钻两个向两口水平井延伸的分支井。

另外，优选地方案是，依据直井井口处的气体温度，对注入两口水平井内的液量进行调整。

与现有技术相比，本发明提供的干热岩开采方法能够取得以下技术效果：

1、换热面积更大：利用水平井筒方向与水平最大主应力方向相同会产生沿井筒的裂缝这个特点，布置两口水平井与一口直井的生产与注入井组，采用多级压裂方式产生能够沟通的裂缝网络；

2、压裂成本更低：单口水平井只需要压裂施工2-3级即可产生覆盖水平井的裂缝，成本大幅降低；

3、注水效率更高：由于水平井中存在多个连通点以及人工裂缝，极大降低了注水压力，而且还能够实现更高注入液量；

4、注水成本降低：注水压力的降低可以减少耐高压注水设备的使用，减少设备投入费以及运行费；

5、注水制度更灵活：由于采用两口水平井作为注入井，可以依据生产需求和维护需求，灵活选用注入井。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的直井与两口水平井组合的情景示意图；

图2为根据本发明实施例的具有分支井与两口水平井组合的情景示意图；

图3为根据本发明实施例的直井压裂产生的与两口水平井连通的裂缝的示意图；

图4为根据本发明实施例的水平井下入注水管柱的示意图；

图5为根据本发明实施例的注入液体的流动方向的示意图。

其中的附图标记包括：直井1、水平井2、水平井3、封隔器4、分支井5。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

本发明的整体思路为：基于水平井的井筒方向与干热岩储层的水平最大主应力方向相同时会产生沿水平井筒延伸的裂缝这一特点，设计两口作为注入井的水平井与一口作为生产井的直井，使直井的裂缝与注入井的裂缝相连通，可以实现高效、低成本的热能开采目的。

某干热岩开发作业区的干热岩位于地下3500m，岩层厚度为200m，岩层的中部温度290℃。如图1-图5所示，采用两口水平井与一口直井组合的开采方式，具体步骤如下：

步骤S1：钻探一口井筒深度为3720m的直井1，并采用套管固井、完井，对3599～3601m的井段实施射孔作业，沟通井筒与干热岩储层。

若采用双分支直井，则先在直井的直井段实施微型水力压裂作业，获取水平最大主应力方向；然后在压裂段内注入水泥，最后在填满水泥的压裂段上分别钻两个分支井。

步骤S2：在直井1内实施小型水力压裂作业，注入液量为50m³，求取地层最小主应力值为72MPa，以及在地面采用测斜仪获取裂缝的延伸方向。

直井1的裂缝方向与干热岩储层的水平最大主应力的方向相同。

对直井1进行小型水力压裂的目的在于获取裂缝的方向。

步骤S3：在获取直井1的裂缝方向后，沿该方向分别布置两口水平井2和3作为注入井。

水平井2和3的井口距离直井1的井口直线距离均为780m，水平井2和3的井筒方向均朝向于直井，水平井2和3的水平段长度为600m，采用套管固井、完井。

步骤S4：采用泵送桥塞压裂方式分别在距离水平段拐点(图1中为A点)位置的180m和480m处实施水力压裂作业，产生与直井的裂缝平行的裂缝。

其中的施工排量为8m³/min，加入的液量为700m³，加入的支撑剂为50m³，产生的裂缝长度约为300m，两条裂缝存在重合段，重合段的长度约30m，实现直井1的裂缝与水平井2和3的裂缝的连通。

步骤S5：对直井1实施大型水力压裂作业，产生向干热岩储层的水平最大主应力方向延伸的双翼裂缝。

施工排量为8m³/min，加入的液量为400m³，加入的支撑剂为40m³，产生的单翼裂缝的长度为180m，裂缝与水平井2和3中的裂缝存在重合段，长度约为30m。

步骤S6：在水平井2和3中下注水管柱，注水管柱的中间配置有封隔器4，使得两个注水管柱两个压裂段能够均匀进液。

依据直井1井口产出的气体温度，随时优化水平井2和3注入的液量，50m³/d～300m³/d。

步骤S7：水平井2和3内注入的液体经过裂缝完成换热后进入直井1，最终流向地面。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种干热岩开采方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：钻探一口直井作为生产井，对所述直井实施小型水力压裂作业产生与干热岩储层内的水平最大主应力方向一致的裂缝，在地面采用测斜仪获取该裂缝的方向；

步骤S2：沿所述直井的裂缝方向，分别布置两口水平井作为注入井，两口水平井的井筒方向均朝向于所述直井；

步骤S3：采用泵送桥塞压裂方式分别在两口水平井中实施水力压裂作业，产生与所述直井的裂缝平行的多条裂缝，多条裂缝之间相互连通；

步骤S4：对所述直井实施大型水力压裂作业，产生向干热岩储层内的水平最大主应力方向延伸且与两口水平井中的裂缝连通的双翼裂缝；

步骤S5：在两口水平井中分别下注水管柱，在所述注水管柱中间配置有封隔器，使所述注水管柱内的各个压裂段均匀进液；

步骤S6：两口水平井注入的液体经过裂缝完成换热并进入所述直井，最终流向地面。

2.如权利要求1所述的干热岩开采方法，其中，如果所述直井为具有分支的直井，则在钻探所述直井的过程中，首先，在所述直井的直井段实施小型水力压裂作业；然后，在所述直井的压裂段内注入水泥；最后，在填满水泥的压裂段上分别钻两个向两口水平井延伸的分支井。

3.如权利要求1所述的干热岩开采方法，其中，依据所述直井井口处的气体温度，对注入两口水平井内的液量进行调整。