[发明专利]一种干热岩开发方法及干热岩开发与热量利用系统

说明书

本发明提供了一种干热岩开发方法，烟气道注入至干热岩储层，成为高温烟道气流体，由生产井产出进入热交换装置，经过分离装置分离为液体和气体，液体用于工业提纯利用，气体压缩后冷却形成回流烟道气，再注入至注入井。本发明还提供了一种干热岩开发与热量利用系统，包括注入井和生产井，烟道气排放源、烟道气捕集装置和烟道气运输装置依次连通后通过注入装置连通至注入井，生产井的出口依次与热交换装置、分离装置、冷却装置和压缩装置连通，压缩装置与所述注入装置连通。本发明将烟道气作为热交换介质，避免污染及淡水资源浪费，提高干热岩地热能开采效率，同时实现烟道气体中CO₂的永久封存，经济效益与社会效益显著。

技术领域

本发明涉及一种干热岩开发方法及干热岩开发与热量利用系统，属于深部地热资源开采与温室气体地质封存领域。

背景技术

干热岩是一种埋藏于距地表3km～10km深处、温度在150℃～650℃、热能赋存于各种变质岩或结晶类岩体中、没有水或较少水的高温岩体。干热岩在地球上的蕴藏量十分丰富，保守估计地壳中干热岩(3km～10km深处)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。干热岩作为最具应用价值和利用潜力的清洁能源，即将成为新能源中的佼佼者。

我国具有丰富的地热资源，在藏南、川西、云南和台湾等高原地区蕴藏着丰富的高温地热资源，在渤海盆地、松辽盆地等大陆地壳隆起和沉降区分布着广泛的中低温地热资源。目前我国地热资源的利用也主要集中在西南、华北以及华东地区，东北和西北利用较少。据初步估算，中国大陆3km～10km深处干热岩资源总计为2.52×10²⁵J，合标准煤85.6×10⁵亿吨，是国内目前年度能源消耗总量的2.5×10⁵倍。

目前干热岩的开采方法主要是以水作为热交换介质，注入热储层内，压裂、贯通之后进行充分热交换，通过水的循环实现地热资源的开发与利用。将水作为热交换介质开采干热岩资源时，需要在循环过程中对流失的水不断进行补充，存在一定的水资源浪费问题，而且在初期压裂过程中还存在水基压裂液污染问题，存在环境风险；同时水的密度大、损失量大，在一定程度上增加了工程的成本。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种干热岩开发方法及干热岩开发与热量利用系统，采用烟道气对深部干热岩进行压裂，并作为热交换介质进行干热岩地热资源开发，不仅可以避免以水做压裂液开发地热资源引起环境问题和对热储层的伤害以及地热开采初期的产水过程，提高干热岩资源的开采效率，而且可以在低捕集成本下实现烟道气的资源化利用与烟道气体中CO₂的永久地质封存，有效降低大气中温室气体浓度，缓解气候变化。干热岩作为未来的清洁能源，可直接利用或用于发电，具有显著的经济价值与环保意义。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种干热岩开发方法，包括以下步骤：

(1)烟气道排放源产生的烟道气由烟道气捕集装置捕集后，经过烟道气运输装置运输至注入装置；

(2)注入装置将烟道气注入至注入井，烟道气经由注入井注入至干热岩储层，完成热量交换之后成为高温烟道气流体，由生产井产出；

(3)高温烟道气流体从进入热交换装置，由热交换装置利用热量后，经过分离装置分离为液体和气体，其中液体用于工业提纯利用，气体由冷却装置进行冷却，接着由压缩装置进行压缩，形成回流烟道气，再由注入装置注入至注入井，返回步骤(2)，回流烟道气以及由烟道气补集装置补集的烟道气一同继续开发利用。

步骤(2)所述生产井底端温度不低于200℃，压力不小于30MPa，埋深不小于3000m。

步骤(3)所述热交换装置采用由2级以上子热交换装置组成的多级热交换装置。

步骤(3)烟道气或者由烟道气和回流烟道气组成的混合气注入至注入井时的温度不高于45℃。