本发明属于地热开发领域,具体涉及一种提高换热面积和采热流量的伞型egs系统(egs-u)。
背景技术:
地热是一种绿色低碳、可循环可再生能源,具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等优点,是一种极具吸引力的清洁能源,日益受到世界各国的高度重视与推进。与浅层地热和水热型地热能相比,干热岩地热资源的潜力十分巨大,高达近860万亿吨标准煤,是实现地热长期可持续发展目标的主重要依托。
然而,干热岩通常埋深大、地质条件复杂且场地依赖性强,岩层内几乎不含水,天然渗透率极低,开采难度很大。目前广泛使用的一个技术路线是,通过压裂等各种激发手段形成裂隙相互连通的人工热储,即建立增强型地热系统(egs),来实现干热岩地热的开采。然而,在深部高温高应力条件下,在干热岩体内部高效建造人工热储依然是目前的主要技术挑战之一。其中一个重要原因是,干热岩往往是火成结晶岩(如花岗岩),高度致密、体积压缩性极低导致没有足够的补偿空间,使得张性压裂很难有效展开。而且,天然裂隙很可能导致流体漏失率较高,因此,传统上单纯地通过少数的竖向井筒进行大范围压裂、联通造缝的难度很大,即使形成一定量的联通缝隙,也会存在换热面积不足、采热温度和流量都较低的问题。
发电是干热岩地热大规模利用的重要方式之一。包括发电在内的许多地热利用方式对采热流体的温度、流量都有较高的要求,而这两者除了取决于地热源的本身品味,还取决于地热开采过程中流体工质的换热面积。因此,制造尽量多并且充分联通的岩体裂缝是egs系统的关键。目前,有研究通过设置水平井作为换热器来提高换热效果,但由于水平井井眼尺寸很小,单纯靠井内壁面的换热面积仍然十分有限;也有学者建议采用类似采矿工程那样大开挖的方式来增大地下破裂空间、提高采热能力,但这种创新方案在短期内成本可能还较高,在高温条件下的一些关键技术也还需要突破。
技术实现要素:
针对上述问题,本发明提出一种提高换热面积和采热流量的伞型egs系统,在这一系统中,采用竖直井、多层水平井、定向井或其组合,一方面,利用这些井或其组合来贯穿、沟通地层原有裂隙系统,同时通过开展井间压裂,充分沟通原有裂缝系统的同时创建新的井间沟通裂缝,最终形成井-缝联络型的增强型地热系统,充分提高换热面积。在此基础上,采用多注一采方式,进一步提高采热流量和温度。鉴于上述多个注采井以及裂缝系统在空间上类似一把伞,故命名为伞型egs系统(enhancedgeothermalsystem-umbrella简称:egs-u)。
本发明采取的技术方案是:
一种提高换热面积和采热流量的伞型egs系统(egs-u),包括连通至底部裂缝性热储层的采出井,在采出井周围设置数口注入井,每口注入井均根据地热储的产状设置多层水平段、定向段或二者的组合,每一条水平段或者定向段均与采出井不连通,在每口注入井的相邻水平段之间以及水平段与底部裂缝性热储层之间均被压裂得到数组人工裂缝,同时,与每组人工裂缝所处水平位置相对应的注入井内设置有封隔器。
进一步地,在注入井的相邻水平段之间或者水平段与定向段之间或者不同的定向段之间还钻设连通井。
进一步地,所述注入井的数量为2~4口,沿采出井周围等间距设置。
进一步地,所述注入井为大斜度井或直井。
进一步地,所述直井的每层水平段为2~4条。
进一步地,所述定向段与干热岩地层的原生裂缝相连,进而连通至底部裂缝性裂缝层。
本发明的有益效果:
本发明提出的egs采热方案,具有多种优势:(1)本发明中设置多个注入井,每个注入井在地下不同深度钻设多层水平段/定向段,能够实现不同深度的地热能统一开采,扩大了同一地点的采热范围和热量来源。(2)与每个注入井相连的多层水平段/定向段在除了最底部之外,均不与采出井相连通,可避免浅层水平段/定向段与采出井在上部过早沟通短路,从而保证流体在尽量长的通道上充分换热,提高采热流量和温度。而在注入井内设置封隔器,可有效防止流体仅从注入井主井筒流动的情况发生。(3)通过地球物理勘探手段预先探测出地下原生裂缝系统的位置和走向,设计相应的水平段/定向段与这些裂缝系统连通,增强地下裂缝系统之间以及它们与底部裂缝性热储层的连通性。(4)水平段之间或者水平段与定向段间,通过井间压裂等措施进行压裂造缝,或钻成层间连通井,形成层间的流动换热通道,能够进一步扩大流体换热面积。(5)采取多注一采,即多个注入井一个采出井,让每个注入井的循环介质都在采出井的井底汇入,可充分提高采出井的热流量。
而现有技术中,注入流体仅通过流经注入井进行换热,换热效率非常低,如果要达到本发明的换热量,则需要通过增加更多注入井的方式才能达到,会使得成本成倍增加。
附图说明
图1为实施例1所述系统垂直剖面图;
图2为实施例2所述系统垂直剖面图;
图3为实施例2所述系统沿第一层水平段的水平剖面图;
图中,1、底部裂缝性热储层,2、人工裂缝,3、水平段,4、注入井,5、采出井,6、封隔器,7、连通井,8、原生裂缝,9、定向段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示,一种提高换热面积和采出流量的伞型egs系统,包括连通至裂缝层1的采出井5,所述底部裂缝性热储层1为自然裂缝层或者人工压裂改造缝隙层,在采出井5周围设置四口注入井4,所述注入井4为大斜度井,沿采出井5周围等间距设置,其中的两口注入井4钻设有两条水平段3和一条定向段9,图1右侧所示的注入井,另外两口注入井4钻设一条水平段3和两条定向段9,图1左侧所示的注入井,所有水平段3和定向段9均与采出井5不连通,且所有水平段3之间以及水平段3与裂缝层1间通过数组人工裂缝2连通、部分定向段9通过原生裂缝8与底部裂缝性热储层1连通,通过压裂裂缝将水平段之间以及水平段与裂缝层之间进行连通,图1左侧所示的注入井的一条定向段9与其相邻的水平段3之间钻设有连通井7;另外,与每组裂缝2所处水平位置相对应的注入井内设置封隔器6,由于流体具有优先沿阻力最小路径流动的特性,因而,通过封隔器的隔断,使得注入水只通过水平段以及压裂裂缝流入底部裂缝层,而不是之间通过注入井的井筒流入裂缝层,以此方式增加注入水的换热面积和换热路径,提高热交换量。
实施例2
如图2和图3所示,一种提高换热面积和采出流量的伞型egs系统,包括连通至裂缝层1的采出井5,所述底部裂缝性热储层1为人工压裂缝隙层,在采出井5周围设置四口注入井4,所述注入井4为直井,沿采出井5周围等间距设置,每口注入井4均设置2层水平段3,每一条水平段3均与采出井5不连通,在其中一口注入井4的两条相邻水平段3之间钻设有连通井7,同时,该井的每层水平段为两条,其余注入井4的相邻水平段3之间以及水平段3与裂缝层1之间均被压裂得到数组裂缝2,通过压裂的裂缝将水平段之间以及水平段与裂缝层之间进行连通,同时,与每组裂缝2所处水平位置相对应的注入井内设置有封隔器6,由于流体具有只沿阻力最小的路径流动的特性,因而,通过封隔器的隔断,使得注入水通过水平段以及压裂的裂缝流入裂缝层,而不是之间通过注入井的井筒流入裂缝层,以此方式增加注入水的换热面积和换热路径,提高热交换量。