[發明專利]一種增強水熱型地熱系統的完井方法

在審

• 申請號: 201710132946.7
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106968661A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 任威嚴;查永進;陳志學;汪海閣;杜世亮;劉明鑫
• 申請（專利權）人: 中國石油集團鉆井工程技術研究院;中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B43/30
• 分類號: E21B43/30;E21B7/04;E21B17/00;F24J3/08
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技術領域

本發明涉及地熱能開發領域，具體的涉及一種增強水熱型地熱系統完井方法。

背景技術

20世紀70年代，全球石油危機爆發后，科學家就提出利用深部高溫巖體中地熱能進行發電的構想。地熱是具有前景的可再生能源之一，與其他新能源如太陽能、風能和生物質能相比，具有分布廣、受外界影響小(如晝夜、風速、溫差)、碳排放量及維護成本低等特點。地熱資源是由于地核內部的放射性物質發生熱核反應釋放出的巨大熱能，這些熱能通過巖層、斷層等載體將熱量傳至到地殼淺部形成的一種可持續的清潔能源。

地熱資源是指在當前技術經濟和地質環境條件下，能夠從地殼內科學、合理地開發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，但如何開發利用目前仍處于探索階段。

通過鉆井對深部地熱能源進行鉆探，通過水力壓裂技術在地熱儲層巖石中增加的人造裂縫，通過壓裂出的裂縫將地熱儲層中的高溫液體開采到地面，高溫液體進入熱力發電裝置進行發電。地熱資源埋藏深，孔隙度和滲透率極小，在進行地熱開發時，需要進行大規模的水力壓裂改造，人工構建注采井間高滲流區域，才可以將地熱產出。

現如今對地熱資源進行開發的具體方法較少，實際操作難度大：(1)體積壓裂自循環方法，雖然理論上可以達到很高的熱傳遞效率，但是很難掌握和把控裂縫的對接和壓力控制問題；(2)重力自循環方法很難控制攜熱流體的流向問題，圓型井身結構雖然增加了流體在儲層的熱傳遞時間，但是在現有的鉆井技術下很難成功。除此之外，現有的技術解決的都是干熱巖的開采問題，本發明提出了針對水熱型地熱資源的開采方法。

基于分支井技術和水力壓裂技術，結合微震技術對地層裂縫發育方向的檢測，再加上油氣井鉆探的成功經驗。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種增強水熱型地熱系統完井方法，通過在已鉆直井中側鉆出兩口分支水平井，兩口分支水平井之間的角度為180°，然后對分支水平井進行多段水力酸化壓裂，在地熱儲層巖石中構造出人造裂縫，為地熱儲層中的高溫水流進井筒提供流動通道，將高溫熱水采出地面，實現對地熱能的開采利用。

本發明的技術方案為：一種增強水熱型地熱系統完井方法，具體步驟如下：

(1)選取一中高溫地熱儲層，采用常規鉆井設備鉆至地熱儲層上部，然后換用耐高溫鉆井設備向下繼續鉆進，一直鉆到地熱儲層中部位置；

(2)起鉆，下入表層套管和技術套管，選用耐高溫水泥漿固井，同時在井底下入封隔器；

(3)下鉆，進行地層微電阻率掃描成像及傾角組合測井，識別地層裂縫發育方向；根據地層裂縫發育方向，確定一口分支水平井方向，設計的分支水平井方向與地層裂縫發育方向垂直；

(4)確定分支水平井方向后，使用耐高溫鉆具對直井井筒進行側鉆，并沿著垂直于地層裂縫發育方向鉆一口分支水平井，使用耐高溫水泥漿固井；

(5)固井結束后，對分支水平井進行多段水力酸化壓裂，在地熱儲層巖石中構造出人造裂縫；

(6)在一個分支井固井、多段水力壓裂進行完成后，再向該井的相反方向鉆另一支分支水平井，固井，進行同樣的多段水力壓裂，形成的兩口分支水平井又稱為雙分支水平井，兩口井在平面內的夾角為180°；

(7)地熱儲層中雙分支水平井固井、水力壓裂完成后，在地面安裝井口，并利用抽吸泵輔助將地下地熱儲層中的高溫液體開采至地面，進行熱力發電。

上述完整的系統實施步驟能夠實現對水熱型地熱資源的高效利用，這一過程即為增強水熱型地熱系統完井方法。