适用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置及其取热方法

摘要

本发明公开了一种适用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置及其取热方法，涉及热能开采技术领域，包括：主井，主井包括非开发井段和生产井段，非开发井段位于生产井段的上方；技术套管，技术套管套设于非开发井段内；分支井，分支井上端连接于技术套管侧壁上，分支管与技术套管相连通，分支井下端位于干热岩层；开采油管，开采油管位于技术套管内，开采油管下端连接有叶轮泵，叶轮泵连接有动力装置；开采三通，开采三通固定于开采油管上端，开采三通出液口与开采油管相连通；注入三通，注入三通固定于地表上，注入三通设有进液口、上端注入贯穿口和下端注入贯穿口；封隔器，封隔器设置于开采油管外壁上。本发明只需在地表设置一个主井，建设成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及热能开采技术领域，特别是涉及一种适用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置及其取热方法。

背景技术

干热岩是新兴地热能源，是一般温度大于180℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体(致密不透水)的高温岩体。存量巨大。

干热岩具有资源量大、零污染排放、安全性好、热能连续性不受季节制约等突出特点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。目前普遍采用建立EGS工程的方法开采干热岩资源，一般是先钻一口直井，作为注入井，之后采用水力压裂的扩大缝网体积，然后再钻一口或多口井作为生产井，从注水井注入冷水，从生产井开采出热水，从而实现深部热能的利用。

但是上述方法需要在注入井的基础上额外需要多钻几口生产井，这样就会增加建造成本，并且还会增加对地表植被的破坏。

因此，在干热岩取热领域来说，急需一种新型的取热装置及其方法，用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置及其取热方法，用于解决上现有技术中存在的技术问题，只需要在地表上建设一个主井，无需设置额外生产井，从而有效的降低建设成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种适用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置，包括：

主井，所述主井包括非开发井段和生产井段，所述非开发井段位于所述生产井段的上方，所述生产井段的下端位于干热岩层内；

技术套管，所述技术套管套设于所述非开发井段内；

分支井，所述分支井的上端连接于所述技术套管的侧壁上，所述分支管与所述技术套管相连通，所述分支井的下端位于所述干热岩层；

开采油管，所述开采油管位于所述技术套管内，所述开采油管与所述技术套管之间形成第一环状间隙，所述开采油管的下端连接有叶轮泵，叶轮泵连接有动力装置；

开采三通，所述开采三通固定于所述开采油管的上端，所述开采三通的出液口与所述开采油管相连通；

注入三通，所述注入三通固定于地表上，所述注入三通设有进液口、上端注入贯穿口和下端注入贯穿口，所述开采油管依次穿过所述上端注入贯穿口和所述下端注入贯穿口，所述下端注入贯穿口与所述技术套管相连通；

封隔器，所述封隔器设置于所述开采油管的外壁上，所述封隔器位于所述分支井的上端下方。

优选地，所述生产井段内设有筛管。

优选地，所述动力装置包括电机和长轴，所述电机的输出轴固定于所述长轴的上端，所述长轴的下端固定于所述叶轮泵的输入轴，所述长轴与所述开采油管之间为第二环状间隙。

优选地，所述开采三通还包括上端开采贯穿口和下端开采贯穿口，所述长轴依次穿过所述上端开采贯穿口和所述下端开采贯穿口。

优选地，所述主井的上端外侧套设有表层套管。

优选地，所述主井为直井。

优选地，所述分支井为多个。

本发明还公开了一种适用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置的取热方法，包括以下步骤：

S1：首先钻一口主井，上部非开发井段下入技术套管；

S2：在生产井段实施水力压裂，使得主井外侧形成人工压裂缝网，作为后期循环取热通道；

S3：在技术套管的侧壁上开窗侧钻出来一口分支井，分支井需要钻穿水力压裂形成的压裂缝网；

S4：安装开采油管、封隔器、开采三通、注入三通、叶轮泵以及动力装置；

S5：在地表处将低温流体通过注入三通注入技术套管与开采油管之间的第一环状间隙，低温流体沿第一环状间隙下行；

S6：当低温流体遇到封隔器的阻碍时，低温流体会从分支井的上端流到分支井的下端；

S7：当低温流体从分支井流出时进入到压裂缝网中，在压裂缝网的循环过程中，低温流体不断加热，变为高温流体，然后流向主井；

S8：进入生产井段内的高温流体在叶轮泵的抽吸作用下进入开采油管中，并输送至地表的开采三通，然后进行收集。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明在地表只需要钻一口井，可大幅度降低占地面积，减少对地表植被的破坏，节约井场建设费用；

2、进一步的，相较之前的多个生产井的设置，本发明还无需重复钻进上部非开发井段，可大幅度减少钻探工作量和成井材料，节约钻井成本；

3、本发明可侧钻一个或多个分支井，大幅度提高换热体积，侧钻的分支井越多，经济效益越明显。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置的结构示意图。

图中：1-电机；2-开采三通；3-注入三通；4-表层套管；5-技术套管；6-水泥；7-长轴；8-开采油管；9-封隔器；10-叶轮泵；11-生产井段；12-压裂缝网；13-分支井。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种适用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置及其取热方法，用于解决上现有技术中存在的技术问题，只需要在地表上建设一个主井，无需设置额外生产井，从而有效的降低建设成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供了一种适用于干热岩开发的侧钻分支井取热装置，包括：

主井，主井包括非开发井段和生产井段11，非开发井段位于生产井段11的上方，非开发井段的上端位于地表处，生产井段11的下端位于干热岩层内；

技术套管5，技术套管5套设于非开发井段内，技术套管5的外壁固定于非开发井段的内壁上，生产井段11无需设置技术套管5；

分支井13，分支井13倾斜设置，倾斜角度根据实际情况进行设置，分支井13的上端连接于技术套管5的侧壁上，分支井13穿过主井，分支管与技术套管5相连通，分支井13的下端位于干热岩层处；

开采油管8，开采油管8位于技术套管5内，开采油管8与技术套管5之间形成第一环状间隙，开采油管8的下端连接有叶轮泵10，叶轮泵10连接有动力装置，动力装置带动叶轮泵10转动；

开采三通2，开采三通2固定于开采油管8的上端，开采三通2的出液口(图中左口)通过开采三通2的内腔与开采油管8相连通，开采油管8中的液体最终能够从出液口流出；

注入三通3，注入三通3固定于地表上，开采三通2位于注入三通3的上方，注入三通3设有进液口、上端注入贯穿口和下端注入贯穿口(分别对应图中右口、上口和下口)，开采油管8依次穿过上端注入贯穿口和下端注入贯穿口，下端注入贯穿口与技术套管5相连通，即进液口与第一环状间隙相连通，但不与开采油管8连通；

封隔器9，此为现有技术，封隔器9设置于开采油管8的外壁上，用于封堵开采油管8与非开发井段之间的第一环状间隙，封隔器9位于分支井13的上端下方。

使用时，首先先利用主井的生产井段11进行水力压裂，从而在生产井段11的四周都形成压裂缝网12。然后在地表利用循环泵将低温流体通过注入三通3注入到技术套管5与开采油管8之间的第一环状间隙之中，低温流体沿第一环状间隙下行。因为封隔器9的作用，低温流体流到封隔器9处时不能继续向下流动，只能返回向分支井13处流动，从分支井13流出的低温流体进入到压裂缝网12，在压裂缝网12的循环过程中，低温流体不断加热，从而转换为高温流体。然后高温流体再进入生产井段11内，高温流体在叶轮泵10的抽吸作用下进入开采油管8中，然后送至地表的开采三通2，从而实现了地层热量开采至地表使用。

于本实施例中，生产井段11内设有筛管，设置筛管的目的是可以过滤掉高温流体中的颗粒以及杂质，防止沙土与高温流体一同进入到开采油管8中。本领域技术人员也可以选择不设置筛管以及任何套管。

于本实施例中，动力装置包括电机1和长轴7，电机1设置在地表上，电机1的输出轴固定于长轴7的上端，长轴7的下端固定于叶轮泵10的输入轴(泵轴)，长轴7与开采油管8之间为第二环状间隙。使用时，只需要启动电机1转动，即可带动长轴7转动，长轴7转动可以驱动叶轮泵10的叶轮发生转动，从而将开采油管8下方的高温流体抽吸到开采油管8内，并持续向上输送。

于本实施例中，开采三通2还包括上端开采贯穿口和下端开采贯穿口(分别对应图中上口和下口)，长轴7依次穿过上端开采贯穿口和下端开采贯穿口，并且与之转动连接。

于本实施例中，主井的上端外侧套设有表层套管4，表层套管4的外侧为水泥6，表层套管4只设置非开发井段的上部分，起到支撑作用即可。

于本实施例中，主井为直井，本领域技术人员还可以根据需要将其设置为定向井均可。

于本实施例中，分支井13为一个或多个均可，多个分支井13能够大幅度提高换热体积。因此，侧钻的分支井13越多，经济效益越明显。

本实施例还提供了一种适用于干热岩开发的侧钻分支井13取热装置的取热方法，包括以下步骤：

S1：首先钻一口主井，一般为直井，也可以是定向井，上部非开发井段下入技术套管5和表层套管4，可以根据需要选择在生产井段11下入筛管；

S2：在生产井段11实施水力压裂，使得主井外侧形成人工压裂缝网12，作为后期循环取热通道；

S3：在技术套管5的侧壁上开窗侧钻出来一口分支井13，分支井13需要钻穿水力压裂形成的压裂缝网12；

S4：安装开采油管8、封隔器9、开采三通2、注入三通3、叶轮泵10以及动力装置(电机1和长轴7)，其中，电机1的动力可通过长轴7传递给叶轮泵10，用于抽取井下高温流体；

S5：在地表处利用循环泵将低温流体通过注入三通3注入技术套管5与开采油管8之间的第一环状间隙，低温流体沿第一环状间隙下行；

S6：当低温流体遇到封隔器9的阻碍时，低温流体会从分支井13的上端流到分支井13的下端；

S7：当低温流体从分支井13流出时进入到压裂缝网12中，在压裂缝网12的循环过程中，低温流体不断加热，变为高温流体，然后流向主井；

S8：进入生产井段11内的高温流体在叶轮泵10的抽吸作用下进入开采油管8中，并一直输送至地表的开采三通2，然后进行收集。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。