一种深层地热热传导根系的建造方法与流程

本发明属于深层地热能与干热岩的系统技术领域，具体涉及一种深层地热热传导根系的建造方法。

背景技术：

联合国有关新能源报告显示：全球地热能源资源总量，相当于全球资源总消耗量的45万倍。放射性元素的衰变是地球热能的主要来源。运动的地球不断的储积和释放着能量。每年通过热传导散失，火山喷发，地震，温泉等释放大量的能量。大陆地壳一般厚度为30~70公里，地热梯度从上向下逐渐增高，一般每下100m，温度升高3℃，地热型地热埋深至地下数千米，内部为不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。由于大量的地热型地热得不到有效的利用，造成了能源的大量流失和浪费。

近年来，干热岩作为一种深埋于地下的清洁地热能，引起了社会各界的广泛关注， 然而目前国内中深层地热能开采技术并不成熟，国际上则普遍采用双井压裂渗透回灌法获取地热能，其存在着回灌率低，地下岩层破坏，循环水漏损失，提水能耗高等缺陷；

还有另外一种利用地热能的单井系统，该系统包括生产套管和位于生产套管中的生产管；生产套管与生产管之间形成有内外环形空间。该系统采用单井操作，与高温地层接触面小，加热后的温度往往达不到要求，存在管阻大流量小且地热能利用率低等缺点。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的回灌率低、地下岩层破坏、循环水漏损失、提水能耗高，以及高温地层接触面小等导致的等地热资源得不到有效利用，造成能源的大量流失和浪费的问题，本发明提供了一种深层地热热传导根系的建造方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种深层地热热传导根系的建造方法，包括以下步骤：

步骤一、在完井提钻后的U型井中下入导热生产套管，在地热储层和导热生产套管之间注入导热水泥固井，将导热生产套管的对接部分焊接密封，形成密封的环保地热系统；

步骤二、在地面安装射孔设备，将射孔设备的射孔枪携入地热储层区域的导热生产套管中，打开射孔设备上的点火装置，引爆射孔弹，将深层地热储层区域的导热生产套管、水泥层和地热储层射穿，在导热生产套管、水泥层和地热储层上形成均匀分布的射孔孔眼；

步骤三、采用压裂工艺，使射孔周围的地热储层在压力的作用下产生裂缝；

步骤四、将导热剂灌入压裂裂缝，导热剂固化后对井管做钻洗作业；

步骤五、在钻洗后的井管中下入膨胀管封堵射孔，利用膨胀管密封技术使管道内循环介质不渗漏到地层当中；

步骤六、打开地面抽吸泵，在导热生产套管中注入携热流体，实现U型井携热流体循环流动。

进一步地，所述射孔间距为0.05~0.2m，射孔相位为60°~80°。

进一步地，所述裂缝的长度为10~100m。

进一步地，所述导热生产套管为导热系数大于100W/(m.k)的且耐腐蚀的钢管。

进一步地，所述导热水泥为密度为1.89g/cm³，API失水小于100ml的水泥浆。

进一步地，所述井为U型井。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明结合井下射孔及压裂技术，在压裂裂缝中灌入导热剂，导热剂固化后对井管做钻洗作业，然后下入膨胀管封堵射孔，利用膨胀管密封技术使管道内循环介质不渗漏到地层当中，形成只取热不采地下水和不污染地下水的无干扰地热系统；管道外部的导热剂固化后，使地热井及深层地热系统形成一种热传导根系，改善了地热储层近井地带的裂缝系统导热能量，提高热能在地热压裂储层中的传导能力，增加地热储层中的取热量；解决了现有深层地热能开采技术中存在的回灌率低、地下岩层破坏、循环水漏损失、提水能耗高，以及高温地层接触面小等导致的等地热资源得不到有效利用，造成能源的大量流失和浪费的问题。

本发明的方法构建的深层地热热传导系统，是一种环保、高效且低成本的地热传导利用系统。

附图说明

图1是本发明方法的步骤流程图。

图2是本发明方法建造的U型井热传导根系结构示意图。

图中：1、U型井进水管 ；2、U型井出水管；3、导热根系。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示的深层地热热传导根系的建造方法，包括以下步骤：

步骤一、在完井提钻后的U型井中沿井眼轨迹加入导热系数大于100W/(m.k)的且耐腐蚀的钢管，在地热储层和钢管之间注入密度为1.89g/cm³，API失水小于100ml的水泥浆固井，将钢管的对接部分焊接密封，形成密封的环保地热系统。

步骤二、在地面安装射孔设备，将射孔设备的射孔枪携入地热储层区域的钢管中，打开射孔设备上的点火装置，引爆射孔弹，将深层地热储层区域的钢管、水泥层和地热储层射穿，在钢管、水泥层和地热储层上形成均匀分布的射孔孔眼；操作时，可先在U型井的竖直井段地热储层区域射孔，然后再将射孔枪携入U型井的水平井段进行二次射孔。

由于射孔密度增加，地层破裂压力减低，且射孔密度要高于孔深对破裂压力的影响，为了降低施工风险，设置射孔间距为0.05~0.2m，射孔相位为60°~80°。

步骤三、采用压裂工艺分层压裂地热区域储层，压裂液沿射孔孔眼压入地热储层，形成沿井筒周围分布的压裂裂缝，建造供携热流体渗流热交换的地热压裂储层；裂缝的长度为10~100m。

步骤四、将导热剂灌入压裂裂缝，导热剂固化后使深层地热储层形成一种热传导根系，然后对井管做钻洗作业。

步骤五、在钻洗后的井管中下入膨胀管封堵射孔，利用膨胀管密封技术使管道内循环介质不渗漏到地层当中；膨胀管密封技术使用的是石油开采领域现有的技术。

步骤六、打开地面抽吸泵，在钢管中注入携热流体，携热流体将通过高温地层开采其中的地热能量，实现U型井携热流体循环流动。

本发明结合井下射孔及压裂技术（井下射孔及压裂技术是石油开采领域采用的现有技术，在这里不做更加详细的介绍），在压裂裂缝中灌入导热剂，导热剂固化后对井管做钻洗作业，然后下入膨胀管封堵射孔，利用膨胀管密封技术（膨胀管密封技术也是石油开采领域采用的现有技术）使管道内循环介质不渗漏到地层当中，形成只取热不采地下水和不污染地下水的无干扰地热系统；管道外部的导热剂固化后，使地热井及深层地热系统形成一种热传导根系，改善了地热储层近井地带的裂缝系统导热能量，提高热能在地热压裂储层中的传导能力，增加地热储层中的取热量；解决了现有深层地热能开采技术中存在的回灌率低、地下岩层破坏、循环水漏损失、提水能耗高，以及高温地层接触面小等导致的等地热资源得不到有效利用，造成能源的大量流失和浪费的问题。

根据本发明的方法建造的深层地热热传导根系，适用于地热开采的U型井系统，当在U型井的一个竖直井（进水管3）中注入携热流体（比如水）时，水通过U型井的储热岩层时，在储热岩层导热根系1的作用下，分布于所有根系中的导热剂能将更深层的地热储层的热量传导至钢管中的水中，将水迅速加热，被加热的水沿另一竖直井（出水管2）被抽吸至地面，在地面端的供热循环系统中对地面小区供暖或进行其他热利用；经地面循环进行过热交换的水再次通过竖直井进入深层地热热传导根系系统进行热传导，以此构成循环热量传递系统。

本发明的方法中的U型井深度约为3000米，深层地热传导根系位于2000-3000米的干热岩层中，单个U型井供热面积可达7～10万平方米，可将井中的流体加热至60℃~150℃，寿命可长达50年，而且其运营费用远低于市政供热、天然气、深地源热泵等供热系统的运营费用。因此，本发明的方法构建的深层地热热传导系统，是一种环保、高效且低成本的地热传导利用系统。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。