本發(fā)明涉及地熱開采技術領域，具體涉及一種單井循環(huán)增強型地熱系統(tǒng)完井方法。

背景技術：

不可再生常規(guī)能源不斷地開發(fā)(石油、天然氣及煤等)以及開發(fā)帶來的資源與環(huán)境問題日益嚴峻，然而地熱資源作為一種清潔、低碳、安全、高效的可再生能源進入了我人們視野。地熱能主要分為水熱型地熱和干熱巖型地熱，目前世界上開采和利用地熱資源主要是水熱型地熱，然而對于干熱巖型地熱的開采與利用具有廣闊前景。干熱巖型地熱是指地下儲層為高溫巖石，其開采的主要方法是將水從地面注入到地下，通過水與高溫巖石接觸吸收熱量加熱水體，經(jīng)高溫水體返排到地面來發(fā)電，該系統(tǒng)稱為增強型地熱系統(tǒng)，干熱巖型地熱的開發(fā)在未來能源發(fā)展中具有很大潛力。

目前增強型地熱系統(tǒng)開發(fā)方式為：在具有地熱能儲層的地區(qū)，在地面相距1000米的兩個位置向地下鉆兩口井，然后在兩口井的地下地熱儲層位置同時進行壓裂，壓裂將使儲層產(chǎn)生裂縫，裂縫連通兩口井，然后通過地面高壓泵從其中一口井向地下注常溫水，水通過高溫儲層裂縫流動，同時吸收地熱能量，熱水從另一口井采出到地面進行發(fā)電。然而針對于該系統(tǒng)存在幾點不足：(1)該系統(tǒng)需要鉆兩口井，每一口地熱井的費用都至少需要1000萬人民幣，鉆井費用昂貴，增加了開發(fā)成本；(2)鉆兩口井后需要進行壓裂，1000m長的壓裂費用大概需要600萬，壓裂的費用昂貴，增加了開發(fā)成本。基于以上分析，干熱巖型地熱能開發(fā)成本高昂，因此迫需我們研發(fā)一種只需鉆一口井同時不需要壓裂方式就能開采地熱能的技術，以此來降低干熱巖型地熱能開發(fā)成本。

基于以上分析，本發(fā)明專利設計了一種單井循環(huán)增強型地熱系統(tǒng)完井方法，旨在填補我國在增強型地熱系統(tǒng)完井方法的空缺，與已有開發(fā)方式相比，該系統(tǒng)只需要鉆一口井不需要壓裂，通過水體的循環(huán)來吸收利用地熱能，通過該開發(fā)系統(tǒng)的設計來降低地熱能開發(fā)成本，以實現(xiàn)對地熱能的安全、高效、可持續(xù)、低成本的開發(fā)和利用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于為增強型地熱系統(tǒng)提供一種單井循環(huán)增強型地熱系統(tǒng)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)明采用如下的技術方案：

一種單井循環(huán)增強型地熱系統(tǒng)完井方法主要由表層套管、普通技術套管、耐高溫技術套管、射孔孔眼、油管和耐高溫扶正器組成。

一種單井循環(huán)增強型地熱系統(tǒng)完井方法，通過在地面向普通技術套管與油管形成的環(huán)形空間中注入水，水通過普通技術套管與油管形成的環(huán)形空間從上部往下部流到井眼底部時進入射孔孔眼，通過射孔孔眼進入油管內(nèi)，水在油管內(nèi)從下部向上部流動，然后流到地面接收裝置；地熱儲層溫度在200℃以上，儲層熱量通過耐高溫技術套管傳遞到耐高溫技術套管與油管形成的環(huán)形空間，水在耐高溫技術套管與油管形成的環(huán)形空間中流動時，吸收耐高溫技術套管與油管形成的環(huán)形空間中的熱量，水體通過吸熱形成高溫水，高溫水再通過油管流到地面接收裝置進行發(fā)電。

一種單井循環(huán)增強型地熱系統(tǒng)完井方法，特點有：完井采用的井身結(jié)構為水平井型，水平井的水平段長度達2000m，從地面注入的水在普通技術套管與油管形成的環(huán)形空間中流過時，有較長的時間吸收從地熱儲層巖石傳遞到所述環(huán)形空間中的熱量，經(jīng)過傳熱過程，所述環(huán)形空間中水在流到射孔孔眼處時，溫度非常高，此后，高溫水通過孔眼流入到油管內(nèi)，從下向上流動，流出到地面。

油管的水平段采用耐高溫材料，油管的垂直段采用普通材料，但油管的垂直段內(nèi)壁和外壁上各涂有隔熱涂層，為了達到對油管內(nèi)液體的保溫作用，因為地層有一定的地溫梯度，地層越深溫度越高，同理，地層越淺溫度越低，因此在垂直井眼段從下向上地層溫度越來越低，到地面是溫度大概為10℃左右，所以油管的垂直段內(nèi)壁和外壁上各涂有隔熱涂層為了防止水在垂直段油管內(nèi)流動時散發(fā)熱量。

技術套管與油管的底部通過水泥封堵，該設計防治水流動到地熱儲層中去，而是讓技術套管與油管形成的環(huán)形空間中的水通過射孔孔眼流進油管內(nèi)。

油管的水平段靠近底部位置處開有孔眼，該孔眼為技術套管與油管形成的環(huán)形空間中的水流進油管提供通道。

地熱儲層中油管的水平部分安裝有耐高溫扶正器，在油管周圍安裝耐高溫扶正器是為了使水平段油管在水平段的技術套管內(nèi)居中放置，因為重力作用，在無外力作用時，水平段油管會靠近技術套管界面的下部位置，使得油管距離技術套管界面下部較近、距離技術套管界面上部較遠，因為技術套管周圍是地熱儲層中的高溫巖石，所以在油管不居中時，油管距離技術套管界面上部的巖石也較遠，傳熱效率降低，因此在安裝耐高溫扶正器后，油管在技術套管內(nèi)居中，傳熱效果較好。

本發(fā)明有如下優(yōu)點：(1)本發(fā)明將地面常溫水通過所述環(huán)形空間進入油管，然后通過油管流動到地面，該過程實現(xiàn)了閉合循環(huán)，該閉合循環(huán)在單口井的完井井身結(jié)構中實現(xiàn)，成本較低；(2)本發(fā)明中長段水平井設計為水在流動過程中吸熱提供了較長時間，達到較好的熱傳遞效果，而不再需通過壓裂施工來達到較高的熱傳遞效果，顯著降低地熱開采成本。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明結(jié)構示意圖。

圖中標號：表層套管1、普通技術套管2、耐高溫技術套管3、耐高溫扶正器4、油管5、射孔孔眼6、耐高溫涂層7、技術套管與油管形成的環(huán)形空間8、水泥塞9、耐高溫水泥10、水泥11。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖1，詳細說明本發(fā)明，如下：

一種單井循環(huán)增強型地熱系統(tǒng)完井方法，主要表層套管1、普通技術套管2、耐高溫技術套管3、耐高溫扶正器4、油管5、射孔孔眼6、耐高溫涂層7、技術套管與油管形成的環(huán)形空間8、水泥塞9組成。

本發(fā)明是在熱儲層地理位置、方位、深度等參數(shù)確定的情況下，以水平井的方式鉆開地熱儲層，順序為直井、造斜和水平井。在預定地點開鉆；所鉆井為二開水平井，采用水平井技術可充分增大井筒與地層換熱面積，水平段可以達到距井口水平距離2000m以上的范圍；使用310.9mm的鉆頭開鉆，一開下入244.3mm表層套管1后注水泥11固井，目的是隔離表層復雜地質(zhì)結(jié)構；二開使用215.9mm鉆頭鉆至造斜點上部，隨后使用215.9mm耐高溫鉆頭進行造斜并沿儲層走向延伸水平段2000m以上的距離。如果是不穩(wěn)定的沉積巖，造斜點上部可以下入177.8mm普通技術套管2并進行注水泥11固井，造斜點下部下入177.8mm耐高溫技術套管3并注耐高溫水泥10固井。

然后下入油管5，油管5是一種內(nèi)外油管壁都有耐高溫涂層7的一種油管5，耐高溫涂層7由具有一定強度的航空隔熱材料組成，耐高溫涂層7可以防止油管5內(nèi)的高溫液體散熱，起到保溫作用。造斜點以下可以使用101.6mm的油管5同時使用耐高溫扶正器4對下部油管5進行居中，造斜點以上可以使用139.7mm的油管5，油管5可以使內(nèi)外環(huán)境隔離，保證油管5內(nèi)的水蒸氣的溫度保持不變。

在地面注入一定體積的耐高溫水泥10，隨后注入一定體積的隔離液，通過清水推動至油管5底部，高溫水泥10在油管5底部凝固，目的是使井底油管5保持居中位置，以保證開采時有更高的熱轉(zhuǎn)換效率。

從地面下入射孔槍對油管5底部進行射孔，在油管5底部形成六個射孔孔眼4，油管5與耐高溫套管3連通，射孔孔眼4在油管5壁上均勻分布，六個射孔孔眼4的面積之和與油管5內(nèi)截面積相等，以此保證水蒸氣以均勻的流動速率進入油管5。

一種單井循環(huán)增強型地熱系統(tǒng)完井方法在地面向普通技術套管2與油管5環(huán)形空間8中注入水，水通過普通技術套管2與油管5環(huán)形空間8從上部往下部流到井眼底部時進入射孔孔眼4，通過射孔孔眼4進入油管5內(nèi)，水在油管5內(nèi)從下部向上部流動，然后流到地面接收裝置；地熱儲層溫度在200℃以上，儲層熱量通過耐高溫技術套管3傳遞到耐高溫技術套管3與油管5環(huán)形空間8，水在耐高溫技術套管3與油管5環(huán)形空間8中流動時，吸收耐高溫技術套管3與油管5環(huán)形空間8中的熱量，水體通過加熱形成高溫水，高溫水再通過油管5流到地面接收裝置進行發(fā)電。