一种基于不同相态CO2的定向层位式地热强化开采方法技术

本发明专利技术公开了一种基于不同相态CO2的定向层位式地热强化开采方法，从地面向干热岩储层钻设竖井，在竖井同一侧依次钻设第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井，并在第二和第三水平钻井内均布设定向孔洞，其在后续CO2流体相变致裂时起到导向作用，接着布设多相态CO2地热开采系统。这种单井“注入

【技术实现步骤摘要】
一种基于不同相态CO2的定向层位式地热强化开采方法


[0001]本专利技术涉及一种基于不同相态CO2的定向层位式地热强化开采方法，主要适用于渗透率较低、干热岩结构硬度较高的地热资源高效开采。

技术介绍

[0002]受日益匮乏的资源量和环境污染的影响，传统的能源结构正面临着不可忽视的应用威胁，而频发的环境问题也给传统能源消费带来了质疑。我国地热资源十分丰富，应用潜力巨大。据统计，我国深层地热资源基数为2.09
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107EJ，相当于856万亿吨标准煤。按照干热岩地热资源开采率的2％下限进行计算，深层地热能源可开采量约为17万亿吨标准煤。因此，开发地热资源对于改善我国能源结构、减少环境污染等方面具有十分重要的实践意义。
[0003]现有的地热开采模式多为双井增强型，需要向地热储层中钻取注入井和生产井，借助水力压裂等常规压裂手段对地热储层结构进行改造，通过产生大量的裂隙结构增加储层渗透率，然后驱动低温工质流流经改造裂隙区携带大量的地热能，最后通过采取一定措施进行取热利用。该方法目前得到大多数国家的认可，也出现了一定的成功应用案例，但同时也存在一定的应用局限：1.地热储层通常为结构致密、孔隙率低的岩层结构，常规的水力压裂措施受限于施压距离长、耗水量大等难题；2.受地应力影响，水力压裂措施改造储层产生的裂隙网络多沿着垂直于最小主应力方向扩展，裂隙较为单一，很难形成复杂的裂隙网络；3.水力压裂改造范围较窄，导致后期工质流流经区间有限，很难做到高效采热；4.由于需要钻设至少两个竖井，导致钻井成本较高，且受地层温度梯度的影响，竖井井筒容易发生破坏，进而产生生产接续的问题。另外公开号为：CN114033346A，名称为“一种基于二氧化碳介质的深层地热开采方法”的专利技术专利公开了采用二氧化碳作为传热介质进行地热开采的方法，其虽然无需高压水注入，但是由于其仍然需要设置双井模式，并且还要向井内设置CO2相变致裂器进行致裂，而CO2相变致裂器安装相对较为困难，且致裂范围有限，并且其注入井内的换热介质为超临界状态的CO2，这样不仅需要大型加热设备和加压设备，而且需要消耗大量能量，因此，这种方式也会导致地热资源的开采成本较高及换热效率较低；因此如何提供一种方法，能有效降低钻井施工复杂度及施工成本的情况下，还能有效保证地热资源开采后的换热效率，最终提高地热资源的整体开采效率，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于不同相态CO2的定向层位式地热强化开采方法，能有效降低钻井施工复杂度及施工成本的情况下，还能有效保证地热资源开采后的换热效率，最终提高地热资源的整体开采效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于多相态CO2的层位式地热强化开采方法，具体步骤为：
[0006]A、首先利用钻机在地面向下进行钻设，使钻孔穿过上覆岩层到达干热岩储层中形成竖井，竖井分成上覆岩层段和干热岩储层段，竖井直径为300
‑
400mm，竖井井底进入干热
岩储层内150
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200m范围内；
[0007]B、在钻机上安装定向钻头，并将定向钻头伸入至干热岩储层，使定向钻头从竖井沿同一水平方向在干热岩储层不同深度依次钻进形成三个水平钻井，且从上至下分别设定为第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井，并在退钻时排渣排浆；
[0008]C、在竖井的上覆岩层段和干热岩储层段交界处安装高压封井器，对竖井的干热岩储层段进行封堵；然后将第一绝热注液支管一端、第二绝热注液支管一端和绝热抽采管一端均伸入竖井内、并穿过高压封井器，其中第一绝热注液支管一端与第一水平管一端连接，第一水平管另一端伸入第二水平钻井中，第二绝热注液支管一端与第二水平管一端连接，第二水平管另一端伸入第三水平钻井中，并在第一水平管一端和第二水平管一端均安装耐温压封隔器分别对第二水平钻井和第三水平钻井进行封堵；绝热抽采管一端处于竖井的干热岩储层段；
[0009]D、第一绝热注液支管另一端和第二绝热注液支管另一端均通过分流阀门与绝热注液管一端连接，绝热注液管另一端与CO2泵体的出口连接，绝热抽采管另一端与换热器的进口连接，换热器的热量排出口通过传热管路与发电装置连接，换热器的流体排出口与低温冷凝管一端连接，低温冷凝管另一端与CO2泵体的进口连接，完成多相态CO2地热开采系统的布设工作；
[0010]E、开始进行地热开采工作时，先启动CO2泵体一段时间，使其将低温冷凝管内的高压低温液态CO2流体经由绝热注液管及分流阀门分别进入第一绝热注液支管和第二绝热注液支管，分流阀门通过调节CO2流体进入两个绝热注液支管内的流量对两者内的压力进行控制，第一绝热注液支管内的低温液态CO2流体经过第一水平管注入第二水平钻井内，第二绝热注液支管内的低温液态CO2流体经过第二水平管注入第三水平钻井内，低温液态CO2流体在第二水平钻井和第三水平钻井内均受到地热温度影响持续升温，此时液态CO2流体吸热过程中发生瞬态相变形成CO2气体，由于第二水平钻井和第三水平钻井均被封堵，其产生的高压膨胀作用对第二水平钻井和第三水平钻井周围干热岩进行冲击致裂，完成一次冲击致裂过程，然后重复上述过程再启动CO2泵体一段时间，如此经过多次循环致裂过程后，使第二水平钻井和第三水平钻井周围的干热岩形成复杂的裂隙网络，在循环致裂过程中，若其中一个水平钻井内的出现超压或欠压状态，此时通过调节分流阀门对进入该水平钻井对应的绝热注液支管内的CO2流体流量进行降低或增加，从而保持两个水平钻井的致裂效果，最终通过裂隙网络分别使第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井形成贯通，完成致裂过程；
[0011]F、当裂隙网络将第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井相互贯通时，由于持续多次循环注入的液态CO2流体在地热温度及气化产生的压力共同作用下，液态CO2流体相变形成CO2气体会变成处于超临界状态的CO2流体，接着由于第一水平钻井内的气压较低，此时处于超临界状态的CO2流体沿着裂隙网络均会进入第一水平钻井内，并持续进行吸热，最终经由竖井进入绝热抽采管内；
[0012]G、高温CO2流体经过绝热抽采管进入换热器，在换热器内经过辐射换热过程将分离出来的热量通过传热管路进入发电装置进行发电，换热完成后降温的CO2气体进入低温冷凝管，通过低温冷凝管降温作用使CO2气体重新液化成液态CO2进行储藏；
[0013]H、待换热器分离出来的热量值低于设定值时，重复步骤E至G，从而提高换热器分
离出来的热量值，如此循环，最终实现对干热岩的地热开采。
[0014]进一步，所述步骤B在完成三个水平钻井钻设后，在第二水平钻井和第三水平钻井内均进行定向射孔，使第三水平钻井内形成多个朝向第二水平钻井的定向孔洞，第二水平钻井内形成多个朝向第一水平钻井的定向孔洞。设置的定向孔洞在后续CO2流体相变致裂时起到导向作用，进而使第二水平钻井内产生的裂隙网络向第一水平钻井扩展，第三水平钻井内产生的裂隙网络向第二水平钻井扩展本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于不同相态CO2的定向层位式地热强化开采方法，其特征在于，具体步骤为：A、首先利用钻机在地面向下进行钻设，使钻孔穿过上覆岩层到达干热岩储层中形成竖井，竖井分成上覆岩层段和干热岩储层段；B、在钻机上安装定向钻头，并将定向钻头伸入至干热岩储层，使定向钻头从竖井沿同一水平方向在干热岩储层不同深度依次钻进形成三个水平钻井，且从上至下分别设定为第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井，并在退钻时排渣排浆；C、在竖井的上覆岩层段和干热岩储层段交界处安装高压封井器，对竖井的干热岩储层段进行封堵；然后将第一绝热注液支管一端、第二绝热注液支管一端和绝热抽采管一端均伸入竖井内、并穿过高压封井器，其中第一绝热注液支管一端与第一水平管一端连接，第一水平管另一端伸入第二水平钻井中，第二绝热注液支管一端与第二水平管一端连接，第二水平管另一端伸入第三水平钻井中，并在第一水平管一端和第二水平管一端均安装耐温压封隔器分别对第二水平钻井和第三水平钻井进行封堵；绝热抽采管一端处于竖井的干热岩储层段；D、第一绝热注液支管另一端和第二绝热注液支管另一端均通过分流阀门与绝热注液管一端连接，绝热注液管另一端与CO2泵体的出口连接，绝热抽采管另一端与换热器的进口连接，换热器的热量排出口通过传热管路与发电装置连接，换热器的流体排出口与低温冷凝管一端连接，低温冷凝管另一端与CO2泵体的进口连接，完成多相态CO2地热开采系统的布设工作；E、开始进行地热开采工作时，先启动CO2泵体一段时间，使其将低温冷凝管内的高压低温液态CO2流体经由绝热注液管及分流阀门分别进入第一绝热注液支管和第二绝热注液支管，分流阀门通过调节CO2流体进入两个绝热注液支管内的流量对两者内的压力进行控制，第一绝热注液支管内的低温液态CO2流体经过第一水平管注入第二水平钻井内，第二绝热注液支管内的低温液态CO2流体经过第二水平管注入第三水平钻井内，低温液态CO2流体在第二水平钻井和第三水平钻井内均受到地热温度影响持续升温，此时液态CO2流体吸热过程中发生瞬态相变形成CO2气体，由于第二水平钻井和第三水平钻井均被封堵，其产生的高压膨胀作用对第二水平钻井和第三水平钻井周围干热岩进行冲击致裂，完成一次冲击致裂过程，然后重复上述过程再启动CO2泵体一段时间，如此经过多次循环致裂过程后，使第二水平钻井和第三水平钻井周围的干热岩形成复杂的裂隙网络，在循环致裂过程中，若其中一个水平钻井内的出现超压或欠压状态，此时通过调节分流阀门对进入该水平钻井对应的绝热注液支管内的CO2流体流量进行降低或增加，从而保持两个水平钻井的致裂效果，最终通过裂隙网络分别使第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井形成贯通，完成致裂过程；F、当裂隙网络将第一水平钻井、第二水平钻井和第三水平钻井相互贯通时...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐吉钊，徐鹤翔，翟成，余旭，孙勇，丛钰洲，唐伟，郑仰峰，李宇杰，蔡渝梁，王帅，吴西卓，王宇，黄婷，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：