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：
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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。技术实现要素：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。此处设计的优势在于，采用水平井循环导热，对比水力压裂技术，可降低成本、防止压裂液对储层的损害，防止人工热储中流体损失。在水平井段套管与岩石之间充满传热流体，其传热性能比传统水泥环要好，使干热岩的热量能够更快地传递给环空中的传热流体，增加干热岩开采的采热效率。本发明公开的另一面，所述传热流体为水或乙醇或乙二醇或超临界co2。本发明公开的另一面，所述步骤4）的操作方法为：在下套管完毕后，注入顶替液将钻井泥浆顶替出井筒，注入水泥浆至水平段的跟端，待水泥浆凝固后，从井底注入传热流体使其充满水平段的套管与干热岩之间的间隙，同时在井底下入密封插管将传热流体封隔。如果传热流体有漏失，可以通过密封插管向套管外环空补充热传流体。此处设计的优势在于，现有技术在水平段井筒和干热岩之间填充水泥，水泥作为固定材质，在将干热岩的热量传给水平套筒内低温传热流体时，二者之间的热量交换仅仅依靠热传导，而本技术使用传热流体代替水泥，环空内的传热流体与水平套筒内低温传热流体之间不仅存在热传导还存在热对流，传热效率大大增加，同时也增加干热岩开采的采热效率，节省经费。如上所述强化水平井筒传热效率的干热岩开采用的水平井筒，所述水平井筒内设置有翅片换热元件，所述翅片换热元件沿径向设置在所述水平井筒的内部。此处设计的优势在于，翅片换热元件可以增大套管壁与环空中传热流体的换热面积和对流换热系数，以此增加干热岩与流体的传热效率。本发明公开的另一面，所述翅片换热元件的排布安装密度为30-50个/m。本发明公开的另一面，所述翅片换热元件上呈环形设置翅片，所述翅片的高度为8-12mm，翅片之间的间距为13-17mm。本发明公开的另一面，所述翅片换热元件为螺旋型翅片换热元件或波纹型翅片换热元件。本发明公开的另一面，所述水平井筒的直径为200-400mm，传热流体循环量为300-900m3/d，井筒的温度为80-220℃。本发明的有益效果为：1、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。2、本发明采用水平井开采干热岩，对比水力压裂技术，可降低成本、防止压裂液对储层的损害、防止人工热储中流体损失。3、本发明所述的水平井筒的内壁设置有翅片换热元件，可以增大水平管壁与环空中传热流体的换热面积和对流换热系数，以此增加干热岩与流体的传热效率。附图说明图1为本发明实施例1的示意图；图1中，1、盖层；2、干热岩储层；3、水平井筒；4、固井水泥环；5、隔热油管；6、传热流体；7、换热元件；8、密封插管。具体实施方式下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。实施例1一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2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4，在井底用密封插管8封隔储层与传热流体6；5）下入隔热油管5，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，并在隔热油管5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7的水平井筒3；所述步骤4）还包括在水平井的水平井筒3与干热岩之间注入传热流体。实施例2如实施例1所述的一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺，其区别在于，所述传热流体6为水。实施例3如实施例1所述的一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺，其区别在于，步骤4）中所述在水平井的水平井筒与干热岩之间注入传热流体6，在垂直段设置固井水泥环4的方法为：在下套管完毕后，注入顶替液将钻井泥浆顶替出井筒，注入水泥浆至水平段的跟端，待水泥浆凝固后，从井底注入传热流体6使其充满水平井筒与干热岩之间的间隙，同时在井底下入密封插管8将传热流体6封隔，如果传热流体6有漏失，可以通过密封插8管向套管外环空补充热传流体6。实施例4如实施例1-3所述的一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺所用的水平井筒，所述水平井筒3内设置有翅片换热元件7，所述翅片换热元件7沿径向设置在所述水平井筒3的内部。实施例5如实施例4所述的一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺所用的水平井筒，其区别在于，所述翅片换热元件7为螺旋型的翅片换热元件。实施例6如实施例4所述的一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺所用的水平井筒，其区别在于，所述翅片换热元件7为波纹型翅片换热元件，所述翅片换热元件7在水平井筒上的的排布安装密度为50个/m；在所述翅片换热元件7上呈环形设置翅片，所述翅片的高度为10mm，翅片之间的间距为15mm；所述水平井筒的直径为400mm，传热流体循环量为800m3/d，井筒的温度为200℃。实施例7如实施例1-3一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺和实施例4-6所述的一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺所用的水平井筒，其区别在于，开采地区的干热岩储层2的埋藏深度为3000m，储层压力为31mpa，储层温度为250℃。在水平井段岩石与套管之间注入水作为传热流体6，设置垂直井段长3000m，水平井段长2600m，使用不设置翅片换热元件7的普通水平井筒，进行测试。以本实施例对比水平井段注入水泥浆的现有技术，采热效率对比数据见表1。表1对比实施例7和现有技术的采热效率低温传热流体的注入温度注入速度实施例7所得井口高温传热流体温度现有技术所得井口高温传热流体温度本方法对比现有技术，采热温度增加值25℃300m3/d210℃202℃8℃25℃600m3/d168℃157℃11℃25℃900m3/d141℃127℃14℃如表1所示，在井口处向环空中注水作为低温传热流体，井口的注入温度为25℃，注入速度为300m3/d，注入的冷水在水平井段被地层加热，并通过隔热油管采出地面，实现水在水平井环空-油管中的闭式循环，以此开采干热岩地热。经计算井口温度可以达到210℃，与不采用低温流体替换水泥浆的现有技术相比，井口热水温度可以提高8℃。当注入速度为600m3/d时,井口温度可以达到168℃,比不采用强化传热方法提高11℃；当注入速度为900m3/d时，井口温度可以达到141℃，比不采用强化传热方法提高14℃。由对比实验可以知，仅在水平井段岩石与套管之间注入水作为传热流体6，而不采用本发明的另一项可以增加采热效率的改进特征，也可以实现采热温度的增加。实施例8如实施例1-3一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺和实施例4-6所述的一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺所用的水平井筒，其区别在于，开采地区的干热岩储层2的埋藏深度为3000m，储层压力为31mpa，储层温度为250℃。设置垂直井段长3000m，水平井段长2600m，使用设置有翅片换热元件7的水平井筒，但是在水平井段岩石与套管之间设置水泥环，对比使用普通水平井筒的现有技术和本实施例8所述方法，采热效率对比数据见表2。表2对比实施例8和现有技术的采热效率低温传热流体的注入温度注入速度实施例8所得井口高温传热流体温度现有技术所得井口高温传热流体温度实施例8对比现有技术，采热温度增加值25℃300m3/d215℃202℃13℃25℃600m3/d175℃157℃18℃25℃900m3/d149℃127℃22℃如表2所示，在井口处向环空中注水微微低温传热流体，井口的注入温度为25℃，注入速度为300m3/d，注入的冷水在水平井段被地层加热，并通过隔热油管采出地面，实现水在水平井环空-油管中的闭式循环，以此开采干热岩地热。经计算井口温度可以达到215℃，与不使用设置有翅片换热元件的水平井筒的现有技术相比，井口热水温度可以提高13℃。当注入速度为600m3/d时，井口温度可以达到175℃，比不采用强化传热方法提高18℃；当注入速度为900m3/d时，井口温度可以达到149℃，比不采用强化传热方法提高22℃。由对比实验可以知，仅使用设置有翅片换热元件7的水平井筒，而不采用本发明的另一项可以增加采热效率的改进特征，也可以实现采热温度的增加。实施例9如实施例1-3一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺和实施例4-6所述的一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺所用的水平井筒，其区别在于，开采地区的干热岩储层2的埋藏深度为3000m，储层压力为31mpa，储层温度为250℃。设置垂直井段长3000m，水平井段长2600m，使用设置有翅片换热元件7的水平井筒，在水平井段岩石与套管之间注入水作为传热流体6。对比现有技术和本实施例所述方法，采热效率对比数据见表3。表3对比实施例9和现有技术的采热效率低温传热流体的注入温度注入速度实施例9所得井口高温传热流体温度现有技术所得井口高温传热流体温度实施例9对比现有技术，采热温度增加值25℃300m3/d224℃202℃22℃25℃600m3/d186℃157℃29℃25℃900m3/d165℃127℃38℃如表3所示，在井口处向环空中注水微微低温传热流体，井口的注入温度为25℃，注入速度为300m3/d，注入的冷水在水平井段被地层加热，并通过隔热油管采出地面，实现水在水平井环空-油管中的闭式循环，以此开采干热岩地热。经计算井口温度可以达到224℃，与不采用强化传热方法的现有技术相比，井口热水温度可以提高22℃。当注入速度为600m3/d时,井口温度可以达到186℃,比不采用强化传热方法提高29℃；当注入速度为900m3/d时,井口温度可以达到165℃,比不采用强化传热方法提高38℃。由对比实验可知，同时使用设置有翅片换热元件7的水平井筒，在水平井段岩石与套管之间注入水作为传热流体6，采热温度增加值更高，采热效率更高。当前第1页12