本發(fā)明涉及能源開采領(lǐng)域，具體一種地?zé)衢_采的方法，即一種多分支水平井閉式循環(huán)開發(fā)水熱型地?zé)岬姆椒ā?/p>

背景技術(shù)：

地?zé)崮苁且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生清潔能源，具有儲量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，是一種現(xiàn)實(shí)可行并且具競爭力的清潔能源。我國地?zé)豳Y源豐富，據(jù)國土資源部2015年數(shù)據(jù)顯示，全球5km以內(nèi)地?zé)豳Y源量約4900萬億噸標(biāo)煤，中國約占1/6。其中，埋深200-4000m的中深層地?zé)豳Y源儲量約為13700億噸標(biāo)煤，埋深3-10km的干熱巖地?zé)豳Y源儲量達(dá)860萬億噸標(biāo)煤，開發(fā)利用潛力巨大。盡管如此，中國現(xiàn)已探明的地?zé)豳Y源以水熱型為主，大型高溫地?zé)崽锷伲械蜏氐責(zé)嵯到y(tǒng)的熱儲條件復(fù)雜、水溫低、流量小、品質(zhì)差，現(xiàn)有地?zé)衢_發(fā)方式產(chǎn)量低、取熱功率有限，并且回灌困難，極大限制了中國水熱型地?zé)豳Y源的開發(fā)與利用。

現(xiàn)有水熱型地?zé)崽锏拈_發(fā)方式主要分為兩類：第一類是取熱不取水的方式，包括依靠熱傳導(dǎo)取熱的地埋管式和依靠對流換熱的單井井下?lián)Q熱器；第二類是直接開采地?zé)崃黧w的方式開發(fā)地?zé)帷?/p>

取熱不取水的方式主要用于開發(fā)淺層中低溫地?zé)?，無需開采地?zé)崃黧w，可避免回灌的難題，并省去了除砂防腐等工序，具有保護(hù)環(huán)境和流程簡便等優(yōu)勢。但其取熱功率有限，開采的地?zé)崮軆H可用于供暖等直接運(yùn)用模式，不能進(jìn)行地?zé)崮馨l(fā)電，導(dǎo)致能量利用率低，不適于深層高溫地?zé)岬拈_發(fā)。

直接開采地?zé)崃黧w是取熱功率最高的地?zé)衢_發(fā)方法，但由于中國存在大量復(fù)雜地質(zhì)條件的地?zé)醿樱錆B透率低，導(dǎo)致該方法單井產(chǎn)量低，并且回灌困難，造成部分地?zé)崽锘毓嗦实?，地下水位下降。若采用水力壓裂方法進(jìn)行儲層改造，又會顯著增加地?zé)衢_發(fā)成本，并對地下水資源造成污染。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題：現(xiàn)有地?zé)衢_發(fā)方式對于我國復(fù)雜的地?zé)醿訔l件存在的單井產(chǎn)量低、回灌困難等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種多分支水平井閉式循環(huán)開發(fā)水熱型地?zé)岬姆椒?，以解決現(xiàn)有地?zé)衢_發(fā)方式對于我國復(fù)雜的地?zé)醿訔l件存在的單井產(chǎn)量低、回灌困難等問題。

為此，本發(fā)明提出一種多分支水平井閉式循環(huán)開發(fā)水熱型地?zé)岬姆椒?，包括以下步驟：

(1)根據(jù)地?zé)醿拥刭|(zhì)條件將地?zé)醿觿澐譃椴煌刭|(zhì)條件的小層，將上部水溫相對較低、滲透率較高的小層作為回灌層，將下部水溫相對較高的小層作為生產(chǎn)層；

(2)確定地?zé)醿勇裆睿O(shè)計鉆井工程方案，鉆取分支井眼的垂直井眼至儲層底部；

(3)在垂直井眼中下入生產(chǎn)套管，注水泥固井；

(4)在回灌層對應(yīng)的垂直井眼內(nèi)進(jìn)行套管側(cè)向開窗，向回灌層內(nèi)鉆入至少一個第一分支徑向水平井眼，形成回灌分支井眼，在回灌分支井眼內(nèi)下入回灌層的濾水管完井；

(5)在生產(chǎn)層對應(yīng)的垂直井眼內(nèi)進(jìn)行套管側(cè)向開窗，向生產(chǎn)層內(nèi)鉆入至少一個第二分支徑向水平井眼，形成生產(chǎn)分支井眼，在生產(chǎn)分支井眼內(nèi)下入生產(chǎn)層的濾水管完井；

(6)在垂直井眼的生產(chǎn)套管內(nèi)下入導(dǎo)管，導(dǎo)管下深至回灌層和生產(chǎn)層之間的井段；

(7)使導(dǎo)管與生產(chǎn)分支井眼連通，使導(dǎo)管與套管的環(huán)空和回灌分支井眼連通，形成地?zé)崃黧w的循環(huán)流道；

(8)在導(dǎo)管的導(dǎo)管鞋處下入封隔器，封隔導(dǎo)管與套管環(huán)空，防止回灌層與生產(chǎn)層的地?zé)崃黧w在垂直井眼內(nèi)溝通；

(9)在地層與生產(chǎn)分支井眼壓差作用下，生產(chǎn)層的地?zé)崃黧w流入生產(chǎn)分支井眼，并匯流到垂直井眼內(nèi)，通過導(dǎo)管開采至地面；

(10)在地面將采出的高溫地?zé)崃黧w進(jìn)行熱量利用，高溫地?zé)崃黧w放出熱量變成低溫地?zé)崃黧w，然后利用高壓泵將冷卻后的低溫地?zé)崃黧w通過導(dǎo)管與套管的環(huán)空回注至回灌分支井眼，并流入回灌層；

(11)流入注入層的低溫地?zé)崃黧w在重力與注采壓差作用下，由上部的注入層向下部的生產(chǎn)層流動，在滲流過程中與地?zé)醿舆M(jìn)行充分熱交換后，流入生產(chǎn)分支井眼內(nèi)，然后通過導(dǎo)管開采至地面。

進(jìn)一步的，向回灌儲層內(nèi)鉆入多個第一分支徑向水平井眼，向生產(chǎn)層內(nèi)鉆入多個第二分支徑向水平井眼。

進(jìn)一步的，所述回灌層的數(shù)目為多個。

進(jìn)一步的，所述生產(chǎn)層的數(shù)目為多個。

進(jìn)一步的，回灌層的數(shù)目為2～4個，生產(chǎn)層的數(shù)目為2～4個。

進(jìn)一步的，所述回灌層的濾水管和生產(chǎn)層的濾水管均為包網(wǎng)纏絲打孔濾水管。

進(jìn)一步的，單個所述第一分支徑向分支井眼的長度為100～500m。

進(jìn)一步的，單個所述第二分支徑向分支井眼的長度為100～500m。

進(jìn)一步的，生產(chǎn)層井段采用高導(dǎo)熱性水泥漿固井，所述高導(dǎo)熱性水泥漿的導(dǎo)熱系數(shù)大于30w/m·k。

進(jìn)一步的，每個回灌層可鉆取4～8個第一分支徑向分支井眼，每個生產(chǎn)層可鉆取4～8個第二分支徑向分支井眼。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案主要具備以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：

(1)采熱效率高，回灌能力強(qiáng)，通過多分支水平井技術(shù)，可在一口主井眼內(nèi)沿地層的某一層位或多個層位，徑向鉆出多個水平分支井眼，在熱儲中實(shí)現(xiàn)“一井多層，一層多眼”，擴(kuò)大對儲層的控制體積與泄流面積，改善儲層導(dǎo)流能力，提高單井產(chǎn)量與回灌能力，從而提高取熱效率。

(2)開發(fā)地?zé)岢杀镜?，通過多分支井眼技術(shù)可以形成抽灌同井的開發(fā)模式，在同一井眼中實(shí)現(xiàn)回灌和開采地?zé)崃黧w，無需分別鉆出回灌井和開發(fā)井，而多分支井的鉆井成本遠(yuǎn)低于鉆出的相同井眼數(shù)量的普通井的鉆井成本，因此利用多分支水平井技術(shù)可實(shí)現(xiàn)水熱型儲層高效低成本開發(fā)。

(3)將儲層的上部作為回灌層，下部作為生產(chǎn)層。上部儲層壓力相對較低，減小了回灌的難度；下部儲層溫度較高，充分開發(fā)利用了高溫層的地?zé)豳Y源；地?zé)崃黧w由上部儲層向下部儲層流動，還充分利用了重力勢能，增加了自循環(huán)的驅(qū)動力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的多分支水平井閉式循環(huán)開發(fā)水熱型地?zé)岬姆椒ǖ墓ぷ髟硎疽鈭D；

圖2為本發(fā)明的多分支水平井閉式循環(huán)開發(fā)水熱型地?zé)岬姆椒ú捎玫木孪到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號說明：

1、(水熱型)地?zé)醿樱?、回灌(小)層，3、生產(chǎn)(小)層，4、垂直井一開井段，5、表層套管，6、普通水泥漿(常規(guī)石油鉆井水泥漿)，7、垂直井二開井段，8、上覆非滲透層，9、生產(chǎn)套管，10、高導(dǎo)熱型水泥漿，11、回灌分支井眼(第一分支徑向水平井眼)，12、濾水管，13、生產(chǎn)分支井眼(第二分支徑向水平井眼)，14、導(dǎo)管，15、環(huán)空，16、導(dǎo)管鞋，17、封隔器，18、高壓泵，19、熱交換裝置，20、下部非滲透層

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的多分支水平井閉式循環(huán)開發(fā)水熱型地?zé)岬姆椒òㄒ韵虏襟E：

(1)根據(jù)地?zé)醿拥刭|(zhì)條件將地?zé)醿?劃分為不同地質(zhì)條件的小層，將上部水溫相對較低、滲透率較高的小層作為回灌層2，將下部水溫相對較高的小層作為生產(chǎn)層3；

(2)確定地?zé)醿勇裆?，設(shè)計鉆井工程方案，鉆取分支井眼的垂直井眼至儲層底部；

(3)在垂直井眼中下入生產(chǎn)套管9，注水泥固井；

(4)在回灌層對應(yīng)的垂直井眼內(nèi)進(jìn)行套管側(cè)向開窗，向回灌儲層內(nèi)鉆入至少一個第一分支徑向水平井眼11，形成回灌分支井眼，在回灌分支井眼內(nèi)下入回灌層的濾水管12完井；

(5)在生產(chǎn)層對應(yīng)的垂直井眼內(nèi)進(jìn)行套管側(cè)向開窗，向生產(chǎn)層內(nèi)鉆入至少一個第二分支徑向水平井眼13，形成生產(chǎn)分支井眼，在生產(chǎn)分支井眼內(nèi)下入生產(chǎn)層的濾水管12完井；

(6)在垂直井眼的生產(chǎn)套管9內(nèi)下入導(dǎo)管14，導(dǎo)管14下深至回灌層2和生產(chǎn)層3之間的井段；

(7)使導(dǎo)管14與生產(chǎn)分支井眼連通，使導(dǎo)管與套管的環(huán)空和回灌分支井眼連通，形成地?zé)崃黧w的循環(huán)流道；

(8)在導(dǎo)管的導(dǎo)管鞋16處下入封隔器17，封隔導(dǎo)管與套管環(huán)空15，防止回灌層與生產(chǎn)層的地?zé)崃黧w在垂直井眼內(nèi)溝通；

(9)在地層與生產(chǎn)分支井眼壓差作用下，生產(chǎn)層的地?zé)崃黧w流入生產(chǎn)分支井眼，并匯流到垂直井眼內(nèi)，通過導(dǎo)管14開采至地面；

(10)在地面將采出的高溫地?zé)崃黧w進(jìn)行熱量利用，高溫地?zé)崃黧w放出熱量變成低溫地?zé)崃黧w，然后利用高壓泵18將冷卻后的低溫地?zé)崃黧w通過導(dǎo)管與套管的環(huán)空回注至回灌分支井眼，并流入回灌層；

(11)流入回灌層的低溫地?zé)崃黧w在重力與注采壓差作用下，由上部的注入層向下部的生產(chǎn)層流動，在滲流過程中與地?zé)醿舆M(jìn)行充分熱交換后，流入生產(chǎn)分支井眼內(nèi)，然后通過導(dǎo)管開采至地面。

其中，向回灌儲層內(nèi)鉆入多個第一分支徑向水平井眼，向生產(chǎn)層內(nèi)鉆入多個第二分支徑向水平井眼，分支井眼的直徑、長度、數(shù)量和間距應(yīng)根據(jù)儲層的溫度、壓力、滲透率和含水量等物性確定，盡可能擴(kuò)大井眼對儲層的控制體積，改善儲層的滲流能力，提高井眼的注入能力與產(chǎn)量。

進(jìn)一步地，回灌層的數(shù)目為多個，盡量擴(kuò)大回灌分支井眼對儲層的控制體積。

進(jìn)一步地，生產(chǎn)層的數(shù)目為多個，盡量擴(kuò)大生產(chǎn)分支井眼對儲層的控制體積。

進(jìn)一步地，回灌層的數(shù)目為2～4個，生產(chǎn)層的數(shù)目為2～4個，可以盡量擴(kuò)大回灌分支井眼與生產(chǎn)分支井眼對儲層的控制體積。

進(jìn)一步地，回灌層的濾水管和生產(chǎn)層的濾水管均為包網(wǎng)纏絲打孔濾水管，選擇包網(wǎng)纏絲打孔濾水管，用于過濾地?zé)崃黧w中的雜質(zhì)，避免固體顆粒磨損、堵塞管道和地面設(shè)備。

進(jìn)一步地，每個回灌層可鉆取4～8個第一分支徑向分支井眼，每個生產(chǎn)層可鉆取4～8個第二分支徑向分支井眼，單個所述第一分支徑向分支井眼和單個所述第二分支徑向分支井眼的長度為100～500m。分支井眼的直徑、長度、數(shù)量和間距應(yīng)根據(jù)儲層的溫度、壓力、滲透率和含水量等物性確定，盡可能擴(kuò)大井眼對儲層的控制體積，改善儲層的滲流能力，提高井眼的注入能力與產(chǎn)量。

進(jìn)一步地，回灌層以上井段采用普通水泥漿(常規(guī)石油鉆井水泥漿)固井，生產(chǎn)層井段采用高導(dǎo)熱性水泥漿(導(dǎo)熱系數(shù)大于30w/(m·k))固井。生產(chǎn)層井段采用高導(dǎo)熱性水泥漿固井有利于采出的地?zé)崃黧w與周圍地層進(jìn)行熱交換。

進(jìn)一步地，采用保溫效果好的導(dǎo)管(導(dǎo)熱系數(shù)小于0.5w/(m·k))，有利于降低導(dǎo)管內(nèi)采出的高溫地?zé)崃黧w與環(huán)空中的回注的低溫流體間的熱交換，起到保溫作用。

進(jìn)一步地，系統(tǒng)的循環(huán)流量與泵壓應(yīng)根據(jù)儲層的溫度、壓力、滲透率和含水量等物性確定，避免流速過大導(dǎo)致儲層溫度降低過快，縮短熱儲開發(fā)壽命，同時避免流速過小導(dǎo)致產(chǎn)量與取熱功率過低。

下面根據(jù)圖1和圖2，再介紹一個更為具體的實(shí)施例：

(1)確定(水熱型)地?zé)醿?(位于上覆非滲透層8與下部非滲透層20之間)，根據(jù)區(qū)塊地質(zhì)資料，將地?zé)醿?劃分為位于上部的回灌(小)層2，和位于下部的生產(chǎn)(小)層3；

(2)根據(jù)區(qū)塊地質(zhì)資料，設(shè)計井身結(jié)構(gòu)，利用鉆頭鉆取多分支井眼的垂直井一開井段4，下入表層套管5，采用普通水泥漿(常規(guī)石油鉆井水泥漿)6固井；

(3)利用小一級尺寸的鉆頭鉆取垂直井二開井段7，鉆進(jìn)過程穿透上覆非滲透層8和回灌(小)層2，直至生產(chǎn)(小)層3底部5-10m位置處停鉆；

(4)下入生產(chǎn)套管9，在回灌(小)層2和生產(chǎn)(小)層3之間的井段采用高導(dǎo)熱型水泥漿10固井，回灌(小)層2以上井段采用普通水泥漿(常規(guī)石油鉆井水泥漿)6固井；

(5)在回灌(小)層對應(yīng)垂直井眼上部進(jìn)行套管側(cè)向開窗，向各回灌(小)層內(nèi)鉆取若干回灌分支徑向水平井眼11，水平井眼數(shù)量由回灌小層數(shù)量和滲透能力決定，一般為4～8個，水平段長度為100～500m，下入包網(wǎng)纏絲打孔的濾水管12完井；

(6)在生產(chǎn)(小)層對應(yīng)垂直井眼下部進(jìn)行套管側(cè)向開窗，向各生產(chǎn)(小)層內(nèi)鉆取若干生產(chǎn)分支徑向水平井眼13，水平井眼數(shù)量由回灌小層數(shù)量和滲透能力決定，一般為4～8個，水平段長度為100～500m，下入包網(wǎng)纏絲打孔的濾水管12完井；

(7)在垂直井眼13中下入保溫效果好的導(dǎo)管14至回灌分支(徑向水平)井眼11和生產(chǎn)分支(徑向水平)井眼12之間的井段；

(8)連通導(dǎo)管14與生產(chǎn)分支(徑向水平)井眼12，連通導(dǎo)管14與生產(chǎn)套管9的環(huán)空15和回灌分支(徑向水平)井眼11，形成地?zé)崃黧w的循環(huán)通道；

(9)在導(dǎo)管鞋16處下入封隔器17，封隔導(dǎo)管14與生產(chǎn)套管9的環(huán)空15，防止回灌分支(徑向水平)井眼11和生產(chǎn)分支(徑向水平)井眼12的地?zé)崃黧w在垂直井眼13內(nèi)溝通；

(10)在地面利用高壓泵18向?qū)Ч?4與生產(chǎn)套管9的環(huán)空15注入低溫流體，低溫流體流入回灌分支(徑向水平)井眼11，并進(jìn)入回灌(小)層2，與水熱型地?zé)醿?進(jìn)行充分熱交換得到高溫流體；

(11)高溫流體在水熱型地?zé)醿?與生產(chǎn)分支(徑向水平)井眼12壓差作用下，流入生產(chǎn)分支(徑向水平)井眼12，并匯流到垂直井眼13內(nèi)，通過導(dǎo)管14開采至地面；

(12)采出的高溫流體在地面通過熱交換裝置19進(jìn)行熱量利用，然后通過高壓泵18將冷卻后的流體，由導(dǎo)管14與生產(chǎn)套管9的環(huán)空15注入回灌分支徑向水平井眼11，并流入水熱型地?zé)醿?，完成流體循環(huán)換熱。

本發(fā)明將多分支水平井技術(shù)引用到水熱型地?zé)衢_發(fā)中，突破現(xiàn)有地?zé)衢_發(fā)方式對于中國復(fù)雜的地?zé)醿訔l件存在的單井產(chǎn)量低、回灌困難等問題，實(shí)現(xiàn)地?zé)釂尉咝У统杀鹃_發(fā)，盡可能提高地?zé)醿拥臒岵墒章?，促進(jìn)中國地?zé)豳Y源的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。為本發(fā)明的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。