[发明专利]一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺及其水平井筒

说明书

一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺及其水平井筒，属于地热能开发的技术领域。方法为：确定干热岩储层的位置，用钻具钻出垂直段、水平段；垂直段下入常规套管，水平段下入内壁设有翅片换热元件的水平井筒；在垂直段设置固井水泥环，在水平井筒与干热岩之间注入传热流体；在井底用密封插管封隔储；下入隔热油管，形成环空‑油管的闭式循环；在地面将低温传热流体泵入环空，并在油管中将加热之后的高温传热流体采出；本发明在水平井筒与岩石之间充满传热流体，其传热性能比水泥环要好，和水平井筒内的热量交换不仅有热传导还有热对流效应，使干热岩的热量能够更快地传递给环空中的携热流体，增加干热岩开采的采热效率，降低成本。

技术领域

本发明涉及一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺及其水平井筒，属于地热能开发的技术领域。

背景技术

随着经济的迅速增长，我国对能源的需求越来越大，特别是对于地热能，这种可再生的清洁能源。干热岩在我国分布广泛，其中蕴含大量的地热能，具有极大的发展潜力，是地热资源未来发展的重要目标。但干热岩埋藏深度在2-6km，温度大于200℃，周边地质活动较为活跃，开发难度很大。

当今干热岩开发主要是靠水力压裂等技术在地层中形成人工热储，再通过生产井开采人工热储中的热水进行发电。但是由于干热岩一般埋藏较深，岩体致密，渗透率低，因此大规模的水力压裂工艺较为困难。此外，水力压裂成本较高，对环境的污染及地层的破坏较大。

中国专利CN105909214A公开了一种利用长水平井自循环开采致密干热岩地热能的方法，该方法利用干热岩储层内单口长水平井，在不压裂干热岩储层条件下，采用其油管-环空循环结构，进行携热介质的循环注采，从而进行地热开采。该方法避免了压裂导致的流体损失问题，长水平段更是有效增加了井筒与储层的接触面积。但是该方法存在以下不足之处：地层通过水泥浆将热能传给套管，再由套管传热给携热介质，此过程完全依靠介质之间的热交换，系统内传热效率有限；另外使用水平井开采干热岩，干热岩与地层的传热较慢，采热效率较低，水平段需要几千米长，打井和完井费用较高，经济性较差。因此，需要强化井筒的传热方式，提高采热效率，改善水平井闭式循环对干热岩地热的开发效果，此种改进具有重要的理论和应用价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺；

本发明还提供上述强化水平井筒传热效率的干热岩开采用的水平井筒。

本发明在水平井开采干热岩的基础上，在水平井筒上设置翅片换热元件增强套管与环空中流体的传热效率；在水平井段套管（水平井筒）与岩石之间用传热流体替换现有技术中的水泥，在热传导的基础上增加热对流，增强干热岩与套管之间的传热效率。

本发明的技术方案如下：

一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺，包括步骤如下：

1）确定干热岩储层的位置，用钻具钻出垂直段；

2）在垂直井段钻达干热岩储层后，利用造斜工具造斜，钻出水平段；

3）在井眼中下入生产套管，垂直段下入常规套管；

4）在垂直段设置固井水泥环，在井底用密封插管封隔储层与传热流体；

5）下入隔热油管，形成环空-油管的闭式循环；

6）在地面将低温传热流体泵入环空，并在油管中将干热岩储层加热之后的高温传热流体采出；

7）利用高温传热流体中的热能，并将冷却后形成的低温传热流体注入环空，形成循环。

其特征在于，在所述步骤3）还包括在水平段下入内壁设有换热元件的水平井筒；所述步骤4）还包括在水平井的水平井筒与干热岩之间注入传热流体。