利用深层地热资源热采页岩气方法及系统与流程

本发明涉及利用深部地热资源热采页岩气技术，尤其是一种降低能耗、促进吸附气解吸、提高采出度和降低开采成本的利用深层地热资源热采页岩气方法及系统。

背景技术：

非常规油气资源是一种新资源类型，主要包页岩气、页岩油、致密砂岩气、煤层气等。其中，页岩气为自生自储，在页岩微纳米级孔隙中连续聚集的天然气。页岩气是美国勘探开发最早和最成功的天然气类型之一。美国能源情报署（u.s.energyinformationadministration,eia）的2013年年度能源展望报告中指出，美国国内天然气产量预计从2011年的23.0×1012ft3增加到2040年33.1×1012ft3，增加幅度为44％。其中，增长部分主要来自于页岩气产量增长，页岩气年产量预计从2011年的7.8×1012ft3增长到2040年的16.7×1012ft3。

全国性页岩气资源调查表明，在四川盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、吐哈盆地、江汉盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地等均有页岩气蕴藏的地质条件，发现了典型页岩层中局部的天然气富集。我国主要盆地和地区页岩气资源量约为15×1012m3~30×1012m3，与美国28.3×1012m3大致相当，开发潜力巨大。由于非常规油气资源储层地质结构复杂，已掌握的地质勘探开发理论和常规油气开发技术不能完全适用于非常规油气资源，目前虽然非常规油气资源储量非常巨大，但它的开发处于起始阶段。北美地区经过多年的研究和开发实践，在页岩气形成机理、富集条件等方面已形成重要认识和技术。

页岩气藏中气体的赋存与常规油气藏不同。在页岩气藏中，天然气的赋存形式有如下三种：一是以吸附气的形式吸附在有机质和粘土颗粒表面；二是以自由气的形式存在于岩石基质孔隙和裂缝中；第三种是以少量气体溶解状态存在于干酪根、沥青等物质中。

一般页岩中吸附气含量占总含气量20%~85%，因此增加页岩气解吸速度是提高页岩气产量的关键。常规的降压解吸开采页岩气产量低、生产周期长。另外，地层压力降低有一定的限制，很大一部分吸附气不能解吸，降低了页岩气的采出程度。温度是影响页岩气吸附的一个重要因素，温度每升高1℃，页岩气吸附量降低约1.5%。通过升高地层温度来提高页岩气解吸速度是提高页岩气产量的一个重要途径。常规的加热方式需要注入热流体提高地层温度，但是由于页岩极低的渗透率，热流体的注入非常困难。

目前页岩气开采可采用直井和水平井，但以水平井为主。页岩储层需要压裂改造才能获得商业产量，多级水力压裂、重复压裂等储层改造技术是目前提升页岩气单井产量的主要技术。

综上所述，现有技术的页岩气热采方法及装置存在的技术问题是：采出程度低，需要注入热流体，热流体需要外部辅助加热，能耗高，受地层压力降低限制，很大一部分吸附气不能解吸，开采成本高等。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用深部地热资源降低能耗、促进吸附气解吸、提高采出度和降低开采成本的利用深层地热资源热采页岩气方法。

为实现上述目的而采用的技术方案是这样的，即一种利用深层地热资源热采页岩气方法，包括如下步骤：

第一步、井网布置，在生产区域内利用钻井设备，根据生产设计井眼的轨道以及生产设计井眼的轨迹参数利用地质导向钻井技术钻井形成水平井，在水平井中下入套管并注入水泥进行固井，之后在水平井段射孔完井，最后进行水平井的水平井段处多级压裂；采用排状井网，该排状井网分为两排，该两排井网分别位于水平井的两侧，每排井网布置四口埋藏井，所有埋藏井的结构相同；

第二步、埋藏井钻井，采用钻井设备依次钻穿过覆岩层、页岩气储层和位于页岩气储层下方的干热岩层，在钻孔中下入套管并注入水泥进行固井，分别在页岩气储层和干热岩层的井段进行射孔完井，位于页岩气储层井段位置处的射孔将页岩气储层与套管的内腔连通，位于干热岩层井段位置处的射孔将干热岩层与套管的内腔连通；

第三步、安装热采装置，将内腔中装有工质的重力热管装置下入至套管内腔下部，该重力热管装置位于套管底端与页岩气储层顶端之间的套管内腔段位置处，在将重力热管装置的顶端固定在油管底部，重力热管装置与页岩气储层之间位置处的套管内腔段和/或重力热管装置与干热岩层之间位置处的套管内腔段的重力热管装置外壁套装有封隔器；所述油管的顶部伸出套管的顶端后与地面控制设备连通，控制油管起下作业，将重力热管装置下放至目的层位；

第四步、页岩气热采，干热岩层将高温传给重力热管装置的下部，加热重力热管装置下端，重力热管装置内腔底部的工质吸热由液态变为气态，气态工质上升到重力热管装置内腔顶部释放热量后液化形成液相并沿所述重力热管装置内腔的内壁向下流动回到重力热管装置内腔底部，以再次吸热，进行下一次的循环相变，同时将热量向上传递到位于页岩气储层位置处的套管内腔段内，并对页岩气储层进行加热，没排井网中的每一口埋藏井都进行上述的循环，从而使井网区域内的页岩气储层温度升高，使页岩气储层解吸产生天然气，随着解吸气的增多，页岩气储层内的压力增加，当压力增加到某一个值后通过页岩气储层水平井位置处的压裂缝进入到油管，实现页岩气的热采。

本发明由于上述方法而具有的优点是：地球物理勘探表明，由于地温梯度或者地层深处岩浆的活动，在页岩气储层的下部普遍发育高温高压水层或者干热岩层等温度较高的储层。本方法有效地利用了下部干热岩层作为热量来源，大幅度降低了能耗，促进了页岩气储层吸附气解吸、提高了采出度和降低了开采成本。

本发明的又一目的是提供一种降低能耗、促进吸附气解吸、提高采出度和降低开采成本的利用深层地热资源热采页岩气系统。

为实现上述目的而采用的技术方案如下，即一种利用深层地热资源热采页岩气系统，包括位于水平井两侧的排状井网，每一排状井网又包括四口结构相同的埋藏井；

所述埋藏井还包括底端依次穿过上覆岩层、页岩气储层后穿入干热岩层中的钻孔，固定在钻孔中的套管；位于页岩气储层位置处的套管的管段上和干热岩层位置处的套管的管段上均设置有射孔，该射孔将套管的内腔与页岩气储层和干热岩层连通；

位于页岩气储层位置处的套管的内腔管段处和/或干热岩层位置处的套管的内腔管段处固定有封隔器，穿过封隔器的重力热管装置的顶端固定在油管的底部，该油管穿出套管的顶部端口；所述重力热管装置内装有受热气化的工质，重力热管装置的顶部位于页岩气储层位置处的套管的内腔管段处，重力热管装置的底部位于干热岩层位置处的套管的内腔管段处。

本发明由于上述结构而具有的优点是：有效地利用了下部干热岩层作为热量来源，充分利用天然能量大幅度降低了能耗，促进了页岩气储层吸附气解吸、提高了采出度和降低了开采成本。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明重力热管单元处的结构示意图。

图3为本发明热采系统排状井网布置示意图。

图4为本发明地层剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

一种利用深层地热资源热采页岩气方法，包括如下步骤：

第一步、井网布置，在生产区域内利用钻井设备，根据生产设计井眼的轨道以及生产设计井眼的轨迹参数利用地质导向钻井技术钻井形成水平井，在水平井中下入套管并注入水泥进行固井，之后在水平井段射孔完井，最后进行水平井的水平井段处多级压裂；采用排状井网，该排状井网分为两排，该两排井网分别位于水平井的两侧，每排井网布置四口埋藏井，所有埋藏井的结构相同；

第二步、埋藏井钻井，采用钻井设备依次钻穿过覆岩层、页岩气储层和位于页岩气储层下方的干热岩层，在钻孔中下入套管并注入水泥进行固井，分别在页岩气储层和干热岩层的井段进行射孔完井，位于页岩气储层井段位置处的射孔将页岩气储层与套管的内腔连通，位于干热岩层井段位置处的射孔将干热岩层与套管的内腔连通；

第三步、安装热采装置，将内腔中装有工质的重力热管装置下入至套管内腔下部，该重力热管装置位于套管底端与页岩气储层顶端之间的套管内腔段位置处，在将重力热管装置的顶端固定在油管底部，重力热管装置与页岩气储层之间位置处的套管内腔段和/或重力热管装置与干热岩层之间位置处的套管内腔段的重力热管装置外壁套装有封隔器；所述油管的顶部伸出套管的顶端后与地面控制设备连通，控制油管起下作业，将重力热管装置下放至目的层位；

第四步、页岩气热采，干热岩层将高温传给重力热管装置的下部，加热重力热管装置下端，重力热管装置内腔底部的工质吸热由液态变为气态，气态工质上升到重力热管装置内腔顶部释放热量后液化形成液相并沿所述重力热管装置内腔的内壁向下流动回到重力热管装置内腔底部，以再次吸热，进行下一次的循环相变，同时将热量向上传递到位于页岩气储层位置处的套管内腔段内，并对页岩气储层进行加热，没排井网中的每一口埋藏井都进行上述的循环，从而使井网区域内的页岩气储层温度升高，使页岩气储层解吸产生天然气，随着解吸气的增多，页岩气储层内的压力增加，当压力增加到某一个值后通过页岩气储层水平井位置处的压裂缝进入到油管，实现页岩气的热采。在该实施例中，通过利用干热岩层的热量，让工质在重力热管装置的下部吸热并在重力热管装置的内腔中气化上升，将热量带入重力热管装置的内腔上部进行放热，实现干热岩层对页岩气储层加热，让页岩气充分从页岩气储层中解吸，无外部热能加入，降低了能耗，促进了页岩气储层吸附气解吸、提高了采出度和降低了开采成本。

为进一步提高采出度，充分利用干热岩层的热量，上述实施例中，优选地：所述工质采用水、甲醇、丙酮中的一种或几种；当采用所述工质中的几种时，重力热管装置内就有对应的几个相互独立封闭的内腔，该几个相互独立封闭的内腔从上往下布置；每一个独立封闭的内腔工作时从下往上依次次形成冷凝内腔段、绝热内腔段和蒸发内腔段。

为更进一步提高采出度，充分利用干热岩层的热量，上述实施例中，优选地：所述几个相互独立封闭的内腔中对应内装的工质的沸点从下往上逐渐降低。

为保证单井的稳固性，上述实施例中，优选地：所述注入水泥进行固井是在井中套管外壁与井壁之间的环空部中注水泥固井。

参见附图1至4，一种利用深层地热资源热采页岩气系统，包括位于水平井28两侧的排状井网29，每一排状井网29又包括四口结构相同的埋藏井18；

所述埋藏井18还包括底端依次穿过上覆岩层1、页岩气储层5后穿入干热岩层9中的钻孔，固定在钻孔中的套管4；位于页岩气储层5位置处的套管4的管段上和干热岩层9位置处的套管4的管段上均设置有射孔11，该射孔11将套管4的内腔与页岩气储层5和干热岩层9连通；

位于页岩气储层5位置处的套管4的内腔管段处和/或干热岩层9位置处的套管4的内腔管段处固定有封隔器10，穿过封隔器10的重力热管装置6的顶端固定在油管2的底部，该油管2穿出套管4的顶部端口；所述重力热管装置6内装有受热气化的工质14，重力热管装置6的顶部位于页岩气储层5位置处的套管4的内腔管段处，重力热管装置6的底部位于干热岩层9位置处的套管4的内腔管段处。在该实施例中，通过利用干热岩层的热量，让工质在重力热管装置的下部吸热并在重力热管装置的内腔中气化上升，将热量带入重力热管装置的内腔上部进行放热，实现干热岩层对页岩气储层加热，让页岩气充分从页岩气储层中解吸，无外部热能加入，降低了能耗，促进了页岩气储层吸附气解吸、提高了采出度和降低了开采成本。

为进一步提高采出度，充分利用干热岩层的热量，降低重力热管装置6的制作难度，上述实施例中，优选地：所述重力热管装置6包括至少两套重力热管单元7，通过连接头8将相邻两套重力热管单元7的首尾固接为一体；

所述重力热管单元7又包括导热管，通过密封堵头12将所述导热管的两端密封，使导热管的内腔形成重力热管封闭腔13，工质14位于重力热管封闭腔13的下部，所述重力热管封闭腔13由上至下依次分为冷凝段15、绝热段16和蒸发段17。

为更进一步提高采出度，充分利用干热岩层的热量，上述实施例中，优选地：重力热管单元7为多套时，由下至上依次位于各重力热管单元7的重力热管封闭腔13中工质的沸点逐渐降低，同一重力热管单元7的重力热管封闭腔13中工质的沸点相同。

为了达到充分加热页岩气储层和提高解吸气的数量的目的，热采系统采用排状井网，如图3所示由八口埋藏井18组成，大范围加热页岩气储层5，使热量传递到水平井28的水平井段26周围，水平井段26及其一定范围内地层吸收热量温度升高，使页岩气储层5解吸产生天然气，随着解吸气的增多，页岩气储层内的压力增加，当压力增加到某一个值后通过页岩气储层水平井水平井段压裂缝处27进入到油管2，实现页岩气的开采。

图4为地层剖面示意图，没有考虑上覆岩层，剖面线为图3中a-a。八口埋藏井18中的重力热管单元7中的重力热管装置内腔底部的工质吸热由液态变为气态，气态工质上升到重力热管装置6内腔顶部释放热量后重新形成液相并沿所述重力热管装置内腔的内壁向下流动回到重力热管装置内腔底部，以再次吸热，进行下一次的循环相变，同时将热量向上传递到位于页岩气储层5位置处的套管内腔段内，并对页岩气储层5进行加热，每一口埋藏井扩散出的热量在页岩气储层5传递，从而使井网内的页岩气储层5温度升高，页岩气储层5解吸产生天然气；随着解吸气的增多，页岩气储层5内的压力增加，当压力增加到某一个值后通过页岩气储层水平井水平井段26位置处的压裂缝27进入到油管，实现页岩气的开采。

上述实施例中，封隔器10为市场销售产品。附图2中，导热管外下方箭头表示吸热方向，导热管外上方箭头表示放热方向；导热管内箭头表示工质14的循环流向。

显然，上述所有实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明所述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范畴。

综上所述，由于上述方法和结构，有效地利用了下部干热岩层作为热量来源，大幅度降低了能耗，促进了页岩气储层吸附气解吸、提高了采出度和降低了开采成本。