CN104265242B - 地热井的地热提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种地热井的地热提取方法，其特点是：步骤是地质物理勘探、钻井施工、测量水井参数、抽水试水、求产、求温、确定完井方式和下入封固套管、含水量为常规水井或富含水井、热水温度为常温或低温的水井的处置、对贫水井或枯水井以及不能提水利用、水井的温度为常温、高温或低温的一种的处置；所用隔热管包括内管、外管和隔热材料，所述内管和外管的两端管口均分别密封固连形成腔隙，腔隙内填充隔热材料，置于水井内并固连；所用取热装置包括全封闭套管、高压离心泵和隔热管，所述全封闭套管为一端封堵、另一端设置输入孔与高压离心泵密封连接；隔热管置于全封闭套管内并密封固连后置于水井内并固连。
Description
技术领域
本发明涉及提取地热技术领域，是一种通过钻井方式提取地下热水或热能的地热井的地热提取方法，最大限度地将地下热能提取到地面，保证井口热水达到最高温度。
背景技术
机械钻井抽取地下热水提取地热是当前普遍应用的一种地热提取方法。它是通过机械钻井方法钻达地下某一水层抽取该层地下热水。在抽取过程中管内热水与环空冷水进行热交换，热量沿途损失很多，导致地下热水达到井口时热水温度下降，不能充分提取地下热能。
通过钻井方式提取地下热水或热能时，受现有地质勘探技术的制约，还完全不能准确的确定地下水的储量、储层及地层裂隙，在钻取地热井时不能避免遇到贫水井或枯水井。现阶段如遇贫水井地下水很少达不到应用目的，地下产热水不能满足需要，或遇到枯水井不能产热水造成井眼报废，不能提取地热都会造成巨大的经济损失，甚至会有地下热水量虽然足够、但是矿化度高，提取使用和用后排放造成环境污染，因而提取地热受到限制或无法使用的情况出现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提高一种地热井的地热提取方法，避免或降低提取地热和提取地下热水时的热量损失、最大限度的保证地下热水达到井口，解决贫水井、枯水井的地热提取和矿化度高的地热井的地热提取受到限制或无法使用的问题，提高利用地下热能的经济效益和社会效益。
本发明解决技术问题的方案是：它包括以下步骤：
1）地质物理勘探
对平原沉积岩地区确定水层深度，对山区寻找岩石断层裂隙，以确定地面井口位置或钻井方位目标点；
2）钻井施工
利用机械旋转方法进行钻井；
3）测量水井参数
采用石油测井设备测量水井参数，通过测井解释所钻地层情况；
4）抽水试水、求产、求温
根据步骤3）测量的水井参数，采用抽水测试的方法测量水井水量，确定水井的含水量为常规水井、富含水井、贫水井或枯水井的一种，确定日产水量，在抽水过程中测量水温，确定水井为常温水井、高温水井或低温水井的一种；
5）确定完井方式和下入封固套管
依据步骤3）和步骤4）测量的结果，确定完井方式并决定下套管层数和结构；
6）含水量为常规水井或富含水井、热水温度为常温或低温的水井的处置
对含水量为常规水井或富含水井、热水温度为常温或低温的水井，为提高出口热水温度，最大限度提取地热，完井后下入隔热管，隔热管长度为井深4/5～5/6；
所述隔热管的结构是：它包括内管、外管和隔热材料，所述内管和外管均为中空的柱体，内管和外管的两端管口均分别密封固连，密封固连的内管和外管的管壁间形成腔隙，腔隙内填充隔热材料并抽真空，两端的管口一端为进流口、另一端为出流口，隔热管进流口向下、出流口向上置于水井内并固连；
7）对贫水井或枯水井以及不能提水利用、地层温度梯度正常水井的处置
a)下入取热装置
对贫水井或枯水井以及地下水矿化度高、含有毒有害物质不能提取利用、地层温度梯度正常的水井下入取热装置，将地层所有流体封隔，以外注流体循环进行提取地热；
所述外注流体循环方法是：外注流体由取热装置的输入孔注入取热装置的环形空隙、并在环形空隙内由井口流至井底，外注流体在环形空隙内流动过程中由井口到井底边流动边加热，流动到井底温度升至最高，然后由取热装置隔热管的进流口向上流至取热装置隔热管的出流口流出地面井口出口；
所述取热装置的结构是：它包括全封闭套管、高压离心泵和隔热管，所述全封闭套管为一端封堵的中空柱体，在全封闭套管的另一端径向设置输入孔，输入孔通过管路与高压离心泵密封连接；隔热管包括内管、外管和隔热材料，所述内管和外管均为中空的柱体，内管和外管的两端管口均分别密封固连，密封固连的内管和外管的管壁间形成腔隙，腔隙内填充隔热材料并抽真空，两端的管口一端为进流口、另一端为出流口，隔热管进流口向下、出流口向上置于全封闭套管内并密封固连，密封固连的全封闭套管内壁和隔热管的外壁间形成环形空隙；取热装置封堵端向下置于水井内并固连；
所述全封闭套管为石油J55或N80、直径244.5mm或273.05mm套管；
b)确定注水量
启动取热装置进行注水，同时在取热装置的出流口处测量出水的热水温度和排量，当出流口处排出的热水温度达到最高时，取热装置排出的热水排量为最佳注水量，或取热装置排出的热水排量为最佳排量、且温度达到要求时，此时取热装置排出的热水排量为最佳注水量。
本发明地热井的地热提取方法，其隔热管能够有效和最大限度的提取地下热能，防止了在提取地下热能时的热能损失，尤其是能够有效的提取贫水井和枯水井的热能以及不能提取利用的地下水矿化度高、含有毒有害物质的水井的地下热能，它可将环境污染降至最低达到0污染目的，能为各领域提供热能。该技术应用可以给社会带来无法估量经济效益和社会效益。
附图说明
图1本发明的隔热管的结构示意图；
图2 本发明的取热装置的结构示意图；
图3 实施例1的结构示意图；
图4实施例2的结构示意图；
图5实施例3的结构示意图。
图中：1 隔热管， 2 出流口， 3 内管， 4 外管， 5 进流口， 6 环形空隙， 7 全封闭套管， 8 输入孔， 9 高压离心泵， 10取热装置， 11封固套管。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1～图3，实施例1：在平原沉积岩地区打井，步骤如下：
1）地质物理勘探
对平原沉积岩地区确定水层深度后决定钻井深度为2400m，以地面需求确定井口位置；
2）钻井施工
利用机械旋转方法进行钻井，钻井过程中每30～50米测量一次倾斜度，根据倾斜情况调整钻机压力及钻盘转数，直井的倾斜度超过3°时采用弯动力钻具进行施工保证井眼打直，平原沉积岩地区地温梯度平均为3.3度左右，钻井深度为2400m；
3）测量水井参数
采用石油测井设备测量水井参数，解释所钻地层情况；
4）抽水试水、求产、求温
根据步骤3）测量的水井参数，采用抽水测试的方法测量水井水量和热水温度，先测量静水位液面深度，再用20m3/h、扬程200m以上的深水泵，下到液面以下50～80m进行抽水，抽取时间为20h，因小于24h的抽取，将深水泵下入液面以下180—200米进行抽取，抽取时间超过24h，再起出该泵，将40m3/h、扬程200m以上的深水泵下入同一深度进行抽取，抽取时间为19h，可知日产热水760 m3，在抽水过程中测量水温为最高32℃；根据水井的产水量和热水温度的鉴定标准，确定此水井为富含水量、低温水井；
所述水井的含水量鉴定标准为：枯水井：不产水，贫水井：日产水量≤50 m3。标准井：日产水量120～200 m3，富含水井、日产水量≥200 m3以上；
所述水井的热水温度的鉴定标准为：测量井口的热水温度在35～45℃为常温水井，井口的热水温度小于35℃为低温水井，井口的热水温度大于45℃为高温水井；
5）确定完井方式和下入封固套管11
依据步骤3）测量的参数和步骤4）测量的富含水量、低温水井的结论，采用全井套管方式完井，并下入封固套管11至井下500 m；
6）本富含水量、低温水井的处置
为提高出口热水温度，最大限度提取地热，完井后下入外径为φ114.3mm、长度为1950 m的隔热管1；
所述隔热管1的结构是：它包括内管3、外管4和隔热材料，所述内管3和外管4均为中空的圆柱体，内管3和外管4的两端管口均分别密封固连，密封固连的内管3和外管4的管壁间形成腔隙，两端的管口一端为进流口5、另一端为出流口2，隔热材料置于腔隙内，隔热管1进流口5向下、出流口2向上置于水井内并固连。
参照图4， 实施例2，在山区岩石层裂隙地区打井，步骤如下：
1）地质物理勘探
对山区岩石裂隙地区通过地质勘探测得确定地下裂隙含水带宽度40米，并确定地面井口坐标位置；
2）钻井施工
选定地面井口坐标位置后利用机械旋转方法进行钻井，在钻井过程中每10～20米测量一次井斜角与方位角，全井最大井斜角1.8°、把半径R17.8m打中目标点，钻井深度2404m；
3）测量水井参数
采用石油测井设备测量水井参数，解释所钻地层情况；
4）抽水试水、求产、求温
根据步骤3）测量的水井参数，采用抽水测试的方法测量水井水量和热水温度，先测量静水位液面深度，再用20m3/h、扬程200m以上的深水泵，下到液面以下50～80m进行抽水，抽取时间大于24h，再起出该泵，将40m3/h、扬程200m以上的深水泵下入同一深度进行抽取，抽取时间为24h，可知日产热水960 m3，在抽水过程中测量水温为最高51℃；根据水井的产水量和热水温度的鉴定标准，确定此水井为富含水量、高温水井；
所述水井的产水量和热水温度的鉴定标准同实施例1的步骤4）；
5）确定完井方式和下入封固套管11
依据步骤3）测量的参数和步骤4）测量的富含水量、高温水井的结论，采用上部下封固套管11、下部裸眼方式完井，并下入封固套管11至井下500 m。
参照图5，实施例3，在贫水地区、枯水地区、地下水矿化度高、含有毒有害物质地区打井提取地热，步骤如下：
1）地质物理勘探
对平原沉积岩地区勘测地下无水层，根据地面条件选定井口位置确定打井深度；
2）钻井施工
利用机械旋转方法进行钻井，钻井过程中每30～50米测量一次倾斜度，直井的倾斜度超过3°时采用弯动力钻具进行施工保证井眼打直，平原沉积岩地区地温梯度平均为3.3度左右，钻井深度为2300m；
3）测量水井参数
采用石油测井设备测量水井参数，解释所钻地层情况，所测参数为上部800m内水层丰富、温度低，下部无水层，井底温度68℃；
4）抽水试水、求产、求温
根据步骤3）测量的水井参数，采用抽水测试的方法测量水井水量和热水温度，先测量静水位液面深度，再用20m3/h、扬程200m以上的深水泵，下到液面以下50～80m进行抽水，抽取时间为16分钟，因小于24h的抽取，将泵下入液面以下180—200米进行抽取，抽取时间为38分钟，因小于24h的抽取，起出该泵，将10m3/h、扬程200m以上的深水泵下入同一深度进行抽取，抽取时间为1小时20分钟，通过间断抽取日产热水不足50 m3，在抽水过程中测量水温为最高32℃；根据水井的产水量和热水温度的鉴定标准，确定此水井为贫水、低温水井；
所述水井的产水量和热水温度的鉴定标准同实施例1的步骤4）；
5）确定完井方式和下入封固套管11
依据步骤3）测量的参数和步骤4）测量的贫水、低温水井的结论，采用下全井套管方法完井，并下入封固套管11至井下500 m；
6）本实施例贫水井的处置
a)下入取热装置10
对本实施例的贫水井下入取热装置10，以外注流体循环方法提取地热，本实施例的外注流体为低温水，即：外注低温水由取热装置10的输入孔8注入取热装置10的环形空隙6内，并在环形空隙6内由井口流至井底，外注低温水在环形空隙6内流动过程中由井口到井底边流动边加热，流动到井底温度升至最高，然后由取热装置10隔热管1的进流口5向上流至取热装置10隔热管1的出流口2，从而流出井口；
所述取热装置10的结构是：它包括全封闭套管7、高压离心泵9和隔热管1，所述全封闭套管7为一端封堵的石油J55、直径×壁厚244.48mm×8.94（10.03）mm套管，在全封闭套管7的另一端径向设置输入孔8，输入孔8通过管路与高压离心泵9密封连接；隔热管1包括内管3、外管4和隔热材料，所述内管3和外管4均为中空的圆柱体，隔热管1外径114.3mm，内管3和外管4的两端管口均分别密封固连，密封固连的内管3和外管4的管壁间形成腔隙，腔隙内加入隔热材料并且抽真空。两端的管口一端为进流口5、另一端为出流口2，隔热管1进流口5向下、出流口2向上置于全封闭套管7内并通过石油套管螺纹密封固连，密封固连的全封闭套管7和隔热管1的管壁间形成环形空隙6；取热装置10封堵端向下置于水井内并固连；所述高压离心泵9、石油J55套管为现有技术的市售产品；
b)确定注水量
启动取热装置10进行注水，同时在取热装置10的输出口处测量出水的热水温度为48℃时，此时取热装置10排出的热水排量为15 m3/h。
Claims (4)
1.一种地热井的地热提取方法，其特征是：它包括以下步骤：
1）地质物理勘探
对平原沉积岩地区确定水层深度，对山区寻找岩石断层裂隙，以确定地面井口位置或钻井方位目标点；
2）钻井施工
利用机械旋转方法进行钻井；
3）测量水井参数
采用石油测井设备测量水井参数，通过测井解释所钻地层情况；
4）抽水试水、求产、求温
根据步骤3）测量的水井参数，采用抽水测试的方法测量水井水量，根据水井的含水量确定水井为常规水井、富含水井、贫水井或枯水井的一种，确定日产水量，在抽水过程中测量水温，确定水井为常温水井、高温水井或低温水井的一种；
5）确定完井方式和下入封固套管
依据步骤3）和步骤4）测量的结果，确定完井方式并决定下套管层数和结构；
6）含水量为常规水井或富含水井、热水温度为常温或低温的水井的处置
对含水量为常规水井或富含水井、热水温度为常温或低温的水井，为提高出口热水温度，最大限度提取地热，完井后下入隔热管，隔热管长度为井深4/5～5/6；
7）对贫水井或枯水井以及不能提水利用、地层温度梯度正常水井的处置
a)下入取热装置
对贫水井或枯水井以及地下水矿化度、高含有毒有害物质不能提取利用、地层温度梯度正常的水井下入取热装置，将地层所有流体封隔，以外注流体循环进行提取地热； 所述外注流体循环是将外注流体由取热装置的输入孔注入取热装置的环形空隙、并在环形空隙内由井口流至井底，外注流体在环形空隙内流动过程中由井口到井底边流动边加热，流动到井底温度升至最高，然后由取热装置隔热管的进流口向上流至取热装置隔热管的出流口，从而流出井口；
b)确定注水量
启动取热装置进行注水，同时在取热装置的出流口处测量出水的热水温度和排量，当出流口处排出的热水温度达到最高时，取热装置排出的热水排量为最佳注水量，或取热装置排出的热水排量为最佳排量、且温度达到要求时，此时取热装置排出的热水排量为最佳注水量。
2.如权利要求1所述的地热井的地热提取方法，其特征是：所述步骤6）所用隔热管它包括内管、外管和隔热材料，所述内管和外管均为中空的柱体，内管和外管的两端管口均分别密封固连，密封固连的内管和外管的管壁间形成腔隙，腔隙内填充隔热材料并抽真空，两端的管口一端为进流口、另一端为出流口，隔热管进流口向下、出流口向上置于水井内并固连。
3.如权利要求1所述的地热井的地热提取方法，其特征是：所述步骤7）所用取热装置它包括全封闭套管、高压离心泵和隔热管，所述全封闭套管为一端封堵的中空柱体，在全封闭套管的另一端径向设置输入孔，输入孔通过管路与高压离心泵密封连接；隔热管包括内管、外管和隔热材料，所述内管和外管均为中空的柱体，内管和外管的两端管口均分别密封固连，密封固连的内管和外管的管壁间形成腔隙，腔隙内填充隔热材料并抽真空，两端的管口一端为进流口、另一端为出流口，隔热管进流口向下、出流口向上置于全封闭套管内并密封固连，密封固连的全封闭套管内壁和隔热管的外壁间形成环形空隙；取热装置封堵端向下置于水井内并固连。
4.如权利要求3所述的地热井的地热提取方法，其特征是： 所述全封闭套管为石油J55或N80套管。
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