寒武系岩溶热储和变质岩地层裂缝型热储地热开发方法

本发明属于地热资源开发技术领域，具体涉及一种寒武系岩溶热储和变质岩地层裂缝型热储地热开发方法。

背景技术：

当前，中国地热资源储量巨大，分布广泛。其中，中深层地热由于温度较高、可规模化清洁供暖，稳定可靠等优点，已成为冬季清洁供暖的主要能源。中深层地热储层以岩溶地层和变质岩地层为主，如山西太原地热开发主要为上部奥陶系岩溶地热水，其热储温度55～85℃，单井采水量60～150m³/h，出口温度50～70℃。但该奥陶系含水层是该地区主要生活用水和景观泉水来源，地热开发对其产生一定的影响。同时，储层温度较低，采水段高达上千米，出口温度低，单井供暖经济效益差。

技术实现要素：

本发明的目的是解决目前在开发地热过程中，储层温度较低，出口温度低，单井供暖经济效益差，对居民生活用水产生影响，未实现100％回灌的技术问题，提供一种寒武系岩溶热储和变质岩地层裂缝型热储地热开发方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种寒武系岩溶热储和变质岩地层裂缝型热储地热开发方法，其具体步骤如下：

1)在地面，距离断裂构造带一侧s范围内，其中l≤s≤10km，l为距离断裂构造带最近的开采井与断裂构造带在水平面上的垂直距离，施工若干口地热开采井和回灌井至寒武系岩溶地层段或深部变质岩裂缝型地层段；

2)所述开采井和回灌井在寒武系岩溶地层或变质岩裂缝型地层之上的地层及本地层上段全部固井，奥陶系富水地层及其它富水地层除外，固井段以下裸孔或花管固井；

3)开采井和回灌井在穿越奥陶系富水地层或其它富水地层段时，井筒采用双层套管以实施井筒保温；

4)通过提水泵提取开采井中的热水或热蒸汽或热水/蒸汽混合流体，经换热后，通过回灌泵经回灌井将地热尾水加压回灌。

进一步地，所述开采井和回灌井设置在靠近断裂构造带影响区域内，并沿断裂构造带倾向线性依次设置开采井和回灌井，所述开采井和回灌井成组设置。

进一步地，设置在断裂构造带倾向同一侧的开采井和回灌井，距离断裂构造带最近的开采井，其与断裂构造带在水平面上的垂直距离l≥h/tan(α)，式中：h为钻井深度，该深度按照寒武系地层或变质岩裂缝型地层温度tr≥100℃以上时的深度选取，α为断裂构造带的倾角。

进一步地，所述开采井和回灌井成组设置为由2口开采井和1口回灌井组成线性排列的“两采一注”生产模式，或由12口开采井和4口回灌井组成方形点阵排列的“三采一注”生产模式，相邻两口地热井间距d≥500m。

进一步地，所述开采井和回灌井井底位置位于寒武系岩溶热储层同一标高范围，或在变质岩裂缝型热储内，回灌井比开采井深100m及以上。

进一步地，所述开采井和回灌井在本地层上段全部固井，是指固井段自寒武系岩溶热储层或变质岩裂缝型热储层顶面向下hg≤500m范围。

进一步地，所述实施井筒保温是指采用双层套管，且对双层套管的内外层之间抽真空、或充填保温材料或充填高压低导热系数流体进行保温。

进一步地，所述提水泵扬程hb＝400～2500m，且流量qt＝80～300m³/h，并适应工作环境温度t＝90～160℃；所述回灌泵带压能力p＝3～20mpa，且流量qh＝160～600m³/h。

本发明的有益效果是：

本发明通过在距离断裂构造带一定范围内，施工地热开采井和回灌井至深部寒武系岩溶地层段或变质岩裂缝型地层段，通过井筒保温和尾水加压回灌，开采该地层段高温地热资源，并实现尾水100％回灌。解决了目前在开发地热过程中，储层温度较低，出口温度低，单井供暖经济效益差，对居民生活用水产生影响，未实现100％回灌的技术问题。与背景技术相比，本发明具有出口温度高，单井供暖面积大，回灌效果好，对浅层生活用水零影响等优点。

本发明适用于开发中深层寒武系岩溶热储和变质岩地层裂缝型热储，同时可对中深层其它热储层地热开发提供参考。

附图说明

图1是本发明寒武系岩溶热储“两采一注”生产模式地热井的平面布置示意图；

图2是图1中的ⅰ-ⅰ剖面图；

图3是本发明寒武系岩溶热储“三采一注”生产模式地热井的平面布置示意图；

图4是图3中的ⅱ-ⅱ剖面图；

图5是本发明变质岩地层裂缝型热储“两采一注”生产模式地热井的平面布置示意图；

图6是图5中的ⅲ-ⅲ剖面图；

图7是图1、图3和图5中的ⅳ-ⅳ截面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1、图2和图7所示，本实施例中的一种中深层寒武系岩溶热储地热开发方法，根据相关水文和地质勘探资料，在距离断裂构造带4影响区s范围内，其中l≤s≤10km，l为距离断裂构造带最近的开采井与断裂构造带在水平面上的垂直距离，施工若干口地热开采井1(如图1中的实心圆点1a、1b、1c、1d等)和回灌井2至寒武系岩溶地层3a，且井底位置位于寒武系岩溶热储层同一标高范围。开采井1和回灌井2沿着断裂构造带倾向的上盘线性依次布置，如1b、2、1d依次为开采井、回灌井、开采井，形成一组“两采一注”的地热开采单元，然后沿着断裂构造带走向成组布置若干井组，形成“两采一注”生产模式的地热开发井网，相邻两口地热井间距d≥500m。对于距离断裂构造带4最近的开采井1a、1b、1c，其与断裂构造带的垂直距离为l≥h/tan(α)，式中：h为钻井深度，该深度按照寒武系地层温度tr≥100℃时的深度选取，α为断裂构造带的倾角。

开采井和回灌井从地表至寒武系岩溶热储层顶面(奥陶系等富水地层ho除外)全部固井hs，寒武系岩溶热储层顶面向下hg≤500m范围内也实施固井5，固井段以下采用裸孔或花管6固井；在穿越奥陶系等富水地层ho时，井筒采用双层套管7，并对双层套管的内外层之间抽真空8进行保温。

地热开采过程中，根据地热储层抽水试验所获得的水量和降深关系，确定提水泵在开采井中的深度位置，保证其出水量qt＝80～300m³/h，该位置与井口之间的距离即为提水泵扬程hb＝400～2500m，对应环境温度t＝90～160℃。通过提水泵提取开采井中的热水或热蒸汽或热水/蒸汽混合流体，经换热后，通过回灌泵经回灌井将地热尾水加压回灌。回灌泵带压能力p＝3～20mpa，且流量qh＝160～600m³/h。

实施例2

如图3、4和7所示，本实施例中的一种中深层寒武系岩溶热储地热资源开发方法，根据相关水文和地质勘探资料，在距离断裂构造带4影响区s范围内，其中l≤s≤10km，l为距离断裂构造带最近的开采井与断裂构造带在水平面上的垂直距离，施工若干口地热开采井1(如图3中的实心圆点1a、1b、1c、1d、1e、1f等)和回灌井2(如图3中的空心圆点2a、2b等)至寒武系岩溶地层3a，且井底位置位于寒武系岩溶热储层同一标高范围。开采井1和回灌井2沿着断裂构造带倾向的上盘线性依次布置，如1c、2a、2b、1e依次为开采井、回灌井、回灌井、开采井，形成一组4×4方形点阵排列的“三采一注”地热开采单元，然后沿着断裂构造带走向成组布置若干井组，形成“三采一注”生产模式的地热开发井网，相邻两口地热井间距d≥500m。对于距离断裂构造带4最近的开采井1a、1b、1c、1d，其与断裂构造带的垂直距离为l≥h/tan(α)，其中，h为钻井深度，该深度按照寒武系地层温度tr≥100℃时的深度选取，α为断裂构造带的倾角。

固井和回灌工艺过程同实施例1。

实施例3

如图5、6和7所示，本实施例中的一种深层变质岩地层裂缝型热储地热资源开发方法，根据相关水文和地质勘探资料，在距离断裂构造带4影响区s范围内，其中l≤s≤10km，l为距离断裂构造带最近的开采井与断裂构造带在水平面上的垂直距离，施工若干口地热开采井1(如图5中的实心圆点1a、1b、1c、1d等)和回灌井2至深部变质岩裂缝型地层3b，回灌井比开采井深100m及以上，回灌井和开采井通过变质岩地层中的裂缝系统和断裂构造带4连通。开采井1和回灌井2沿着断裂构造带倾向的上盘线性依次布置，如1b、2、1d依次为开采井、回灌井、开采井，形成一组“两采一注”的地热开采单元，然后沿着断裂构造带走向成组布置若干井组，形成“两采一注”生产模式的地热开发井网，相邻两口地热井间距d≥500m。对于距离断裂构造带4最近的开采井1a、1b、1c，其与断裂构造带的垂直距离为l≥h/tan(α)，其中，h为钻井深度，该深度按照变质岩裂缝型地层温度tr≥100℃时的深度选取，α为断裂构造带的倾角。

开采井和回灌井从地表到变质岩裂缝型热储层顶面(奥陶系和寒武系等富水地层ho除外)全部固井hs，变质岩裂缝型热储层顶面向下hg≤500m范围内也实施固井5，固井段以下采用裸孔或花管6固井；在穿越奥陶系和寒武系等富水地层ho时，井筒采用双层套管7，并对双层套管的内外层之间抽真空8进行保温。

回灌工艺过程同实施例1。

上述实施例中的抽真空保温还可以采用充填保温材料或充填高压低导热系数流体替换。