[發(fā)明專利]一種地壓地熱系統(tǒng)氣水同采防氣竄設計與完井方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710130828.2
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106837263A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 查永進;任威嚴;劉明鑫;杜世亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院;中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B43/10
• 分類號: E21B43/10;E21B23/00;E21B33/134;E21B23/06;E21B33/12;E21B43/11;E21B47/06;E21B34/06;F24J3/08
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地熱開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地壓地熱系統(tǒng)氣水同采防氣竄設計與完井方法。

背景技術(shù)

資源與環(huán)境是人類賴以生存、繁衍和發(fā)展的基本條件，資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展已成為人類共同面臨的重大問題。相對于煤、石油、天然氣等不可再生化石資源給環(huán)境帶來的污染，地熱資源作為一種清潔、低碳、安全、高效的可再生能源，在資源緊缺的今天引起我們更大的重視。

地熱資源是指在當前技術(shù)經(jīng)濟和地質(zhì)環(huán)境條件下，能夠從地殼內(nèi)科學、合理地開發(fā)出來的巖石中的熱能量、地熱流體中的熱能量及其伴生的有用組分。地熱能是儲存在地球內(nèi)部的熱量，一方面來源于地球深處的高溫融溶體，另一方面源于放射性元素的衰變。地熱能按屬性可分為4種類型：(1)水熱型，即地球淺處(地下100m-4500m)所見到的高溫熱水或水熱蒸汽；(2)地壓地熱能，即在某些大型沉積盆地深處(地下3km-6km)存在著的高溫高壓流體，其中含有大量甲烷氣體；(3)干熱巖地熱能，乃由于特殊地質(zhì)條件造成高溫但少水甚至無水的干熱巖體，需用人工注水的辦法才能將其熱能取出；(4)巖漿熱能，即儲存在高溫(700℃-2000℃)熔融巖漿體中的巨大熱能，但如何開發(fā)利用目前仍處于探索階段。在上述4類地熱能中，只有第1類水熱型地熱資源已達到商業(yè)開發(fā)利用階段。

地壓地熱能與水熱型地熱能的主要區(qū)別在于這種資源具有較高的壓力，同時含有溶解氣體，溶解氣體的主要成分為甲烷。甲烷在標準溫度與壓力條件下相對來說很難溶解在水中，但其在水中的溶解度隨著壓力的增加而快速上升。例如，當在井深2400米處，甲烷在水中溶解度為地面的100倍，因此地壓地熱能包含有高溫水熱能和可燃燒的甲烷氣體，我們可以開發(fā)和利用。

我們稱地壓地熱能的開采為地壓地熱系統(tǒng)，因地壓地熱能的特殊儲存方式?jīng)Q定了其開采方法與水熱型有較大不同，水熱型地熱系統(tǒng)開發(fā)中只需要將地下高溫的熱水開采到地面，而地壓地熱系統(tǒng)開發(fā)中既要將地下的高溫熱水開采到地面，又要將地下的甲烷氣體開采到地面。若用開采普通水熱型地熱系統(tǒng)的方法來開采地壓地熱系統(tǒng)，則會將地下的水和甲烷通過一個管道同時采出地面，氣水混合物同時到達地面后不但需要進行分離等措施，而且存在甲烷氣體燃燒爆炸的危險，因此，我們需要提出一套專門針對地壓地熱系統(tǒng)的開采方法。

基于以上分析，本發(fā)明專利設計了一種地壓地熱系統(tǒng)氣水同采防氣竄設計與完井方法，該成井方法只需要鉆一口井，井身結(jié)構(gòu)下部分別有橋塞安裝在油管內(nèi)以及封隔器安裝在油管與氣密封套管形成的環(huán)形空間中，在封隔器下部井眼中，熱水在油管中流動，氣體在油管與氣密封套管之間的環(huán)形空間中流動，通過封隔器時水和氣體的流動通道改變，即在封隔器上部井眼中，氣體在油管中流動，熱水在油管與技術(shù)套管之間的環(huán)形空間中流動，該設計避免了氣體在油管與技術(shù)套管之間的環(huán)形空間中流動時泄露的可能，大大降低了對技術(shù)套管的密封性的要求，降低了生產(chǎn)成本，同時實現(xiàn)對地熱能的安全、高效、可持續(xù)、低成本的開發(fā)和利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為地壓地熱系統(tǒng)提供一種地壓地熱系統(tǒng)氣水同采防氣竄設計與完井方法，以此更加高效地開發(fā)利用地熱資源。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種地壓地熱系統(tǒng)氣水同采防氣竄設計與完井方法主要由表層套管、技術(shù)套管、氣密封套管、油管、封隔器、橋塞、壓力測量裝置和安全密封閥門組成。

本發(fā)明開發(fā)地壓地熱能的井型為直井，直井為石油開發(fā)領(lǐng)域與地平線垂直鉆入地層的井。所述直井為二開結(jié)構(gòu)，下入順序為表層套管、技術(shù)套管、氣密封技術(shù)套管、油管、封隔器和橋塞；在井下一定深度位置處，在油管與氣密封套管之間的環(huán)形空間下入封隔器，在同樣位置處向油管內(nèi)下入橋塞，封隔器與橋塞在井下相同位置將油管內(nèi)外環(huán)境的上下部分良好的分隔；從油管下入射孔工具向油管與氣密封套管之間的環(huán)形空間射孔，在橫截面上射四個孔，分別為兩個內(nèi)孔眼，兩個外孔眼，每相鄰的兩孔眼成90°，孔眼與油管壁軸向成30°；外孔眼有兩個，內(nèi)徑相同，從下向上外孔眼依次穿過封隔器、油管、橋塞；內(nèi)孔眼有兩個，內(nèi)徑相同，從下向上內(nèi)孔眼依次穿過橋塞、油管、封隔器；該直井井身結(jié)構(gòu)特點在于油管下入地層深度比氣密封套管更深，氣密封套管下入到所述地熱儲層上部，油管下入到地熱儲層下部，油管下入深度與氣密封技術(shù)套管下入深度的差別由地熱儲層厚度決定。