[發明專利]鉆井多點連通循環采集地熱法

有效

• 申請號: 201210089788.9
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN103362442A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 劉洪斌
• 申請（專利權）人: 劉洪斌
• 主分類號: E21B7/14
• 分類號: E21B7/14;F24J3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1技術領域

本發明是地熱能開發技術的一種方法。它涉及到地熱能學、地質構造學和石油鉆井工藝技術等領域相關科學與技術。

2背景技術

目前，地熱能開采方法主要三種。

第一種鉆直井穿過地熱儲層的含水沙層。下篩管滲水，上部用套管封固。再下潛水泵將高溫熱水抽至地面進行利用。這種方法一是受資源條件限制，二是消耗地下水資源，不能持續利用。

第二種方法是在一定距離范圍內，鉆兩口直井。一口作為注水井，另一口作抽水井。

這種方法雖然避免了消耗地下水資源。但是，前提條件是儲熱巖石透水性要好。遇到低滲透地層注水難度加大，成本增加，無法進行商業開發。

第三種是增強型地熱系統。針對高溫干熱巖體采集地熱的一種方法。先鉆透高溫結晶巖石并向其中注入高壓水從而形成垂直裂縫，然后在直井旁邊一定距離內，再鉆一井與直井來抽取熱水。通俗的講就是用工程方法制造一個封閉系統，在向一口井中注入冷水的同時能從另一口井中抽出熱水。這種方法由于施工難度較大、投資風險大并且關鍵技術掌握在國外公司手中，所以目前在國內還沒有推行。

為了更好開發利用地熱能這一清潔能源，使它能夠長久為人類社會服務。在確保環境、資源安全的前提下，廣泛商業開發是實現這一目標的唯一途徑。

地熱能商業開發必須滿足兩個條件，第一對資源條件的普遍適應性。第二投入與產出要成正比。目前地熱能開發大都是通過鉆開儲熱巖層，然后用水作介質直接或間接循環來完成熱量交換。高額鉆井成本短期內不會有明顯的變化。熱交換效率低是阻礙商業開發的主要技術瓶頸。同樣條件下增加循環介質與熱源巖石體的接觸面積可以提高熱交換效率。現行的地熱能開采方法沒能在這方面有所突破。使地熱能開發實現商業化這一愿景步履艱難。本發明正是利用現有工程技術手段完成這一突破。與現行地熱能開采方法相比，能夠成倍增加循環介質與熱源體的接觸面積。從而大幅度提高熱交換效率。

3發明內容

首先在一定距離的兩點上分別鉆A、B兩直井(也可以是兩斜井)。兩井鉆達目的層后分別下技術套管封固。然后在A井下部向B井方位開窗側鉆，經增斜、穩斜、降斜至0度，位移30-40米，與主井平行鉆至超過主井井深40米，分支井完成。在分支井上部造斜或穩斜段下封隔器或注水泥封堵；再由主井底部出套管腳與分支井作連通，這樣形成魚鉤狀井眼。在B井下部多處向A井分支井直井段開窗側鉆作多條等分、平行連通井眼，并分別下篩管。這樣A、B兩井之間就形成一個閉合多點連通系統。由A井注常溫水流經A井分支井、多條連通井段，完成熱量交換再由B井返出熱水。如圖所示：四點連通示意圖。

以上所述兩直井之間的多點連通方法同樣也適應兩斜井之間的多點連通。它的特點是工質在系統內能夠全覆蓋循環，即不會出現短路循環。對于低滲透熱巖層和干熱巖層的地熱能開發是一種新的嘗試。

實際操作中可以根據具體儲熱層地質情況選擇幾點連通和間距。在此連通系統上進行壓裂作業，可以獲得貫穿連通井眼之間的裂縫，增加工質與熱源巖石體的接觸面積從而提高熱交換效率。在A井以多點連通方法向多井進行連通作業(兩組、三組、四組等)，形成群組連通系統。以提高投資效率。

4附圖說明

如圖所示，常溫水由A井井口注入井底(進入熱量采集區)，然后上返流經A井分支井和四條連通井段，然后匯入B井完成熱量交換；熱水由B井返出地面進入熱量釋放區完成熱量交換后常溫水進入蓄水池待注。就這樣完成一個循環過程，不間斷地重復這個循環過程就是把地下熱能輸送到地面的過程。

常溫水——注入多點連通采熱系統吸收熱量——熱水返出地面至用戶釋放熱量

通過測定注水排量與返出熱水溫度數值變化，找出當返出熱水溫度恒定時注水排量的最大值，此排量值即為這個多點連通采熱系統的合理注水排量值。

5具體實施方式

一、根據地質資料和目的層(即地熱儲層)地層壓力梯度確定兩開或三開井。

二、A、B兩井之間的距離以定向井安全施工的最大極限以內為宜。

三、A、B兩井分別鉆達目的層并下技術套管封固。

四、在A井下部(接近儲熱層)下斜向器，用定向鉆具和MWD儀器向B井方向開窗側鉆。位移30-40米井斜降至0度。與A井平行鉆進至超過主井井深40米。起鉆在造斜或穩斜處下封隔器或注水泥封固。下鉆鉆碎斜向器出套管腳，應用MWD和地質導向技術大角度(50-70度)與分支井連通。

五、在B井下部由下至上分別下人斜向器，向A井分支井直井段應用MWD和地質導向技術作多條連通井眼，并分別下人篩管。這樣鉆井多點連通采熱系統完成。