[发明专利]水平井同井循环开发利用水热型地热能的方法及系统

说明书

本发明提供了一种水平井同井循环开发利用水热型地热能的方法及系统，所述系统包括：水平井，其内下入有套管；水平井的水平段位于水热型地热储层中；水平段靠近跟端和趾端位置分别形成有注水段和采水段，注水段和采水段连通水平井与水热型地热储层；下入到水平井中的真空保温管，真空保温管与套管之间形成有环形空间；真空保温管的下端连接有潜液泵，潜液泵位于注水段和采水段之间；与真空保温管连接并位于注水段和采水段之间的封堵器，封堵器坐封在套管上并分隔环形空间。本发明实施例针对水热型地热采用水平井同井回灌，避免直接采水取热中由于地下水过度开采而导致的一系列问题，相较异井回灌方法，降低了钻井数量，削减了初期过高成本。

技术领域

本发明涉及地热资源开发技术领域，尤其涉及一种水平井同井循环开发利用水热型地热能的方法及系统。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

全球经济的快速发展导致全世界对能源需求日益增加，石油、煤炭等不可再生能源被大量消耗，诱发环境污染、全球变暖、资源枯竭等问题。因此，作为一种重要的可再生清洁能源，地热能资源已经成为全世界研究热点。

相较于传统可再生能源，如太阳能、风能等，地热能不受天气和气候的影响。因此，地热能将在未来全球清洁能源的稳定供应领域发挥至关重要的作用。据估算，储存于地球内部的地热能约为全球煤炭储量的1.7亿倍，按目前世界年消耗190亿吨标煤计算，能满足人类数十万年的需求，世界各国已经将地热开发作为能源重要发展战略。

地热资源主要包括浅层地热能、干热岩资源和水热型地热资源三种类型。其中，浅层地热能由于浅层热储温度较低，资源量有限。干热岩资源虽然资源量丰富，但是受限于现有的技术装备水平，目前仍然处于现场试验阶段，尚未实现商业开发。因此，当前最具商业开发价值的为水热型地热资源。

我国水热型地热资源丰富，资源总量折合标准煤1.25万亿吨，每年可采量折合标准煤18.65亿吨，但水热型地热资源每年利用量折合标准煤仅415万吨，开采率远低于1％，未来开发潜力巨大。目前，水热型地热资源开发主要以直接利用为主，供暖洗浴占比超过65％，地热发电占仅占0.5％。而地热发电是具有最高经济效益的一种地热应用方式，因此，地热发电已经被世界各国视为优先发展方向。

我国水热型地热发电主要集中在西藏羊八井地区，直接采水取热成本较低，因此目前仍作为一种主要的开发方式。但是因为这种方式没有地热尾水回灌，地下水长期大量开采将会引发地下水位下降、地面沉降、地面塌陷等地质问题。因此，一种异井回灌方法开始进行应用，但是这种系统的钻井数量较多，面临占地面积大、管理不便、成本高等问题，大规模推广利用存在挑战。在此背景下，一种直井同井循环开发地热能方法被提出，通过一口直井实现采水和回灌，相较于异井回灌方法，降低了钻井数量和成本。值得注意，由于长期的复杂地质运动，大量水热型地热储层被隔水层或弱隔水层分隔为众多的薄储层，即大量热储的厚度有限。这导致在直井同井循环开发地热能的过程中，注水段长度、采水段长度、注水段与采水段间距都非常有限，会引发热突破严重、热产出低、注入压力过高等问题。因此，这种系统存在泵压偏高、运行成本较高等瓶颈，当前仍主要处于现场试验阶段，尚未进行商业化应用，并且该种系统由于热产出有限，目前无法满足地热发电中巨额取热量的需求，只能用于供暖等。

地热利用主要包括闪蒸发电、有机朗肯循环发电、热泵供暖等方式。目前现场应用是主要采用其中一种方式，面临地热利用效率较低、经济效益不理想等问题，因此，为了推动地热产业发展，需要提出新的技术思路，实现地热利用效率最大化，改善经济效益，实现地热高效利用。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容