一种高效开发干热岩地热系统完井装置及方法与流程

本发明属于干热岩开发，具体涉及一种高效开发干热岩地热系统完井装置及方法，适用于干热岩资源开发利用。

背景技术：

1、与煤、石油、天然气、页岩气和核能相比，地热能是取之不尽的可再生清洁能源，与太阳能、风能等可再生能源相比，地热能具有稳定(不受季节和昼夜变化的影响)、利用率高(地热发电利用效率可超过73％，是太阳光伏发电的5.2倍、风力发电的3.5倍)、安全、运行成本低、可综合利用(发电、取暖、洗浴、养殖、融雪、城市热水供应) 等优越性，极为重要的是地热开发本身还具有减排功能。

2、干热岩地热被认为是一种绿色能源，一般是指埋深3000-5000m，温度大于 180℃的花岗岩岩体，属于一种低碳清洁能源。干热岩地热能(又称为增强型地热系统)具有能量大、分布广、利用率极高、安全性好、无污染、不需尾水回灌，热能稳定持续、发电可控性强、减灾减排效果好等特点。至今美国、澳大利亚、英国、德国、法国、日本、瑞士、瑞典等国家开展了干热岩发电试验和商业运作。

3、干热岩则是指地下高温但低孔隙度和渗透性缺少流体的岩体，储存于干热岩中的热量需要通过人工压裂形成增强型地热系统才能开采。

4、按照现阶段的技术手段，干热岩地热资源是指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。保守估计地壳中干热岩(3～10km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。据麻省理工学院2006 年报告，只要开发3500～7500m深度2％的干热岩资源储量，就将达到260000 ej，是美国2005年全年能源消耗总量的2600倍，有极大的开发潜力。增强型地热系统是在干热岩技术基础上提出的，美国能源部的定义是采用人工形成地热储层的方法，从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统干热岩的开发利用主要是通过建造单井或者对井(注入井和生产井)注入冷水，吸收热量，转化为高温水或蒸汽，提升到地表进行利用，提取了热量后将水回注，达到“取热不取水”无干扰转换的目的。但是这些方法接触干热岩的面积较小，吸热范围小，热量传递有限，而现阶段的技术使得收集的热量小，产热效率低。

5、中国专利公开文献cn106640028a公开了一种两井连通循环增强型地热系统完井方法，通过u型井采用隔热套管完井的方法开采干热岩的热量，该方法较直井开采干热岩提高了热量交换，但是，交换水通过的路径及热交换的面积还是比较小，不利于提高开发功率。

6、因此，亟需研发一种高效开发干热岩地热系统完井及方法，以提高干热岩的换热效率，降低开发成本解决上述技术局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种高效开发干热岩地热系统完井装置及方法，能够形成一个巨大的热交换系统，增加换热接触面积，提高换热效率的效果；同时通过在中心油管中设置射流空化装置，使水流产生脉动，消除恒定水流结垢的问题，使得整套系统平稳运行时间延长。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明的第一个方面，提供了一种高效开发干热岩地热系统完井装置，所述完井装置包括竖直主井眼套管；

4、所述竖直主井眼套管上连通有分别向不同方向的多个第一层分支井眼套管和第二层分支井眼套管，所述第一层分支井眼套管位于所述第二层分支井眼套管上方；

5、所述竖直主井眼套管内设有中心油管柱，所述中心油管柱上连接有封隔器，封隔器将所述竖直主井眼套管与所述中心油管柱形成的油套环空封隔。

6、本发明的进一步改进在于：

7、所述封隔器位于所述第一层分支井眼套管和所述第二层分支井眼套管之间。

8、本发明的进一步改进在于：

9、所述中心油管柱底部与所述竖直主井眼套管底部相配合，所述中心油管柱的侧壁上与所述第二层分支井眼套管相对应的位置设有多个通孔。

10、本发明的进一步改进在于：

11、所述中心油管柱内连接有射流空化装置，且所述射流空化装置位于所述第二层分支井眼套管的上方。

12、本发明的进一步改进在于：

13、所述第一层分支井眼套管内设有第一层分支井眼油管柱。

14、本发明的进一步改进在于：

15、所述第一层分支井眼套管与所述第一层分支井眼油管柱形成的油套环空内设有第一层分支井眼封隔器，且所述第一层分支井眼封隔器位于油套环空内靠近竖直主井眼套管的一端；

16、所述第一层分支井眼套管与所述第一层分支井眼油管柱形成的油套环空内的另一端设有扶正器。

17、本发明的进一步改进在于：

18、所述第二层分支井眼套管内设有第二层分支井眼油管柱。

19、本发明的进一步改进在于：

20、所述第二层分支井眼套管与所述第二层分支井眼油管柱形成的油套环空内设有第二层分支井眼封隔器，且所述第二层分支井眼封隔器位于油套环空内靠近竖直主井眼套管的一端；

21、所述第二层分支井眼套管与所述第二层分支井眼油管柱形成的油套环空内的另一端设有扶正器。

22、本发明的进一步改进在于：

23、所述竖直主井眼套管包括生产套管和套设于生产套管上部的表层套管，所述生产套管的底部设有井底支座。

24、本发明的第二个方面，提供了一种高效开发干热岩地热系统完井方法，所述完井方法包括以下步骤：

25、第一步，主井眼钻井施工

26、先进行一开钻井下入表层套管，然后进行二开钻井下入生产套管；

27、第二步，第一层分支井眼的钻井施工

28、沿不同方向钻取多个第一层分支井眼，钻井完成后下入第一层分支井眼套管，然后进行第一层分支井眼的分段压裂，压裂结束后，下入第一层分支井眼油管柱、扶正器和第一层分支井眼封隔器；

29、第三步，第二层分支井眼的钻井施工

30、在位于第一层分支井眼下方的设计位置钻取多个第二层分支井眼，钻井完成后下入第二层分支井眼套管，然后进行第二层分支井眼的分段压裂，压裂结束后，下入第二层分支井眼油管柱、扶正器和第二层分支井眼封隔器；

31、第四步，在生产套管底部下入井底支座，在生产套管内下入中心油管柱，并使得中心油管柱与生产套管底部相配合；

32、第五步，在生产套管和中心油管柱形成的油套环空内坐封封隔器，并使封隔器位于第一层分支井眼套管和第二层分支井眼套管之间；

33、第六步，在中心油管柱内连接射流空化装置，使射流空化装置位于第二层分支井眼套管的上方。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

35、本发明提供一种高效开发干热岩地热系统完井装置及方法，可实现干热岩资源的高效开发利用，实现注入水(液体)和干热岩体的充分的、大面积的热量交换，实现采出水(液体)的温度及热值满足高效开发要求，实现同井满足注入和采出需求，实现干热岩开发的集约化，提高开发效率和效益，提高干热岩井的使用寿命。

36、本发明通过在中心油管中设置射流空化装置，使水流产生脉动，消除恒定水流结垢的问题，还可以促使裂缝保持较好的缝宽，从而具有较高的导流能力，使得整套系统平稳运行时间延长。

37、本发明通过在分支井眼中下入分支井眼油管，避免注入水(液体)“短路”，提高开发效率和效益，提高干热岩井的使用寿命。

38、本发明原理简单，可靠性高，提高干热岩的开发效果，利于降碳环保行动。