本發明涉及地熱資源開采技術領域，具體涉及一種中深部砂巖地熱水平井開采方法及結構。

背景技術：

地熱能資源可分為淺層地熱、水熱型和干熱巖型，在我國地熱資源大部分以中低溫的水熱為主，主要分布在東南沿海和內陸盆地中。目前，已經發現的水熱型地熱2900多處，總計天然放熱量相當于750萬噸標準；其中，我國已經探明的深部水熱型地熱資源多為盆地型的砂巖儲層。

相關技術中，地熱資源的開采是向地熱資源的儲層打入一口(或幾口)豎直方向的地熱井，其中一口(或幾口)作為回灌井注入較低溫度的水，另一口(或幾口)作為抽水井提取出較高溫度的水，地熱水回灌即將地熱尾水通過人工加壓或自然回灌的方式注入到開采中的熱儲層。但是，在中深部水熱型地熱資源的開采和回灌中長期以來都是豎直方向的地熱井，導致垂直井開采和回灌的效率低下，尤其是在中深部的砂巖地熱資源中，使得抽取和回灌的流量特別低，這使得地熱資源的利用率較差，經濟效益低。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本發明的實施例提供了一種提高開采效率的中深部砂巖地熱水平井開采方法及結構。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供了一種中深部砂巖地熱水平井開采方法，包括以下步驟：

(1)選取中深部砂巖地熱田的目標儲層，采用滿眼鉆具鉆取豎直井，所述豎直井的底部至所述目標儲層的目標深度處停止；

(2)下放外層套管于所述豎直井的上部，并選用適宜的水泥漿在固井水泥環處進行固井；

(3)采用復合鉆進的方式，對所述豎直井進行增斜鉆進，形成傾斜分支井3；

(4)沿所述傾斜分支井進行水平鉆進，利用套管開窗技術，采用組合導向鉆具鉆取水平分支井，所述組合導向鉆具包括加重鉆桿、無磁鉆鋌、螺旋穩定器和pdc鉆頭，所述加重鉆桿、無磁鉆鋌、螺旋穩定器和pdc鉆頭從上往下依次螺紋連接；

(5)每間隔一定深度向所述目標儲層下部的不同方向鉆取水平分支井，直至所述豎直井的底部，并固井；

(6)所述水平分支井的底部下放封隔器，并在所述水平分支井上建造射孔，然后下入生產套管，形成導流通道，進行測井；

(7)重復步驟(1)～(6)形成多個地熱井，對所述地熱井進行洗井和測井；

(8)采用抽吸泵抽取所述目標儲層熱水，熱水通過所述地熱井到達地面；

(9)開采出的熱水進行熱量利用，熱量利用后的冷水或換熱介質經所述地熱井回灌至所述目標儲層中。

優選地，所述pdc鉆頭為聚晶金剛石復合片鉆頭。

優選地，步驟(5)中的深度大于所述砂巖地熱儲層的降水漏斗影響半徑。

優選地，所述射孔建造要根據砂巖滲透率并進行水力測試，對水層中的水的壓力、水的溫度和水質都要進行測試。

優選地，所述地熱井是單水平井的回灌井、開采井或多水平井的回灌井、開采井。

優選地，所述換熱介質為co2和土酸的混合物。

優選地，步驟(6)中，洗井的方法采用氣舉和氣水混合洗井的方法，若效果不好可以采用壓入土酸方式進行洗井。

本發明實施例還提供了一種中深部砂巖地熱水平井開采結構，包括豎直井、傾斜分支井和水平井，所述豎直井位于砂巖地熱儲層，沿所述豎直井的下部增斜鉆進形成多個所述傾斜分支井，采用組合導向鉆具沿每一所述傾斜分支井進行水平鉆進形成多個所述水平分支井。

優選地，所述豎直井的直徑不小于0.4m，其傾斜角度不超過1.5°。

優選地，所述目標儲層的厚度最小為20m，其孔隙度大于20％，滲透率大于0.38μm²。

優選地，所述組合導向鉆具還包括1.5°的單彎螺桿，所述單彎螺桿與所述螺旋穩定器組合后與所述pdc鉆頭螺紋連接。

優選地，所述水平分支井的傾斜角度小于5°，鉆進距離為500m～3000m。

優選地，相鄰水平分支井之間相隔距離大于所述目標儲層的降水漏斗影響半徑。

與相關技術比較，本發明的實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：本發明實施例的中深部砂巖地熱水平井開采方法，采用水平分支井開采砂巖地熱水，增加開采面積、開采和回灌的效率，提高地熱井的地熱開采產量；而多個水平分支井進一步提高了地熱水開采和回灌的效率；射孔與砂巖的天然裂隙形成滲流網絡，形成阻力很小的回灌或抽吸路線，提高了開采和回灌效率，減小地面沉降的幾率；水平分支井解決了豎直井中的水錐問題，降低了水錐發生的幾率，減小水錐對開采的影響，延長地熱水開采期，提高開采量和經濟效益。

附圖說明

圖1是本發明實施例的流程示意圖；

圖2是本發明實施例的單水平井的回灌井結構示意圖；

圖3是本發明實施例的單水平井的開采井結構示意圖；

圖4是本發明實施例的多水平井的回灌井結構示意圖；

圖5是本發明實施例的多水平井的開采井結構示意圖；

圖6是本發明實施例的多水平井的開采井抽采示意圖；

圖7是本發明實施例的組合導向鉆具結構示意圖；

其中，目標儲層1、豎直井2、傾斜分支井3、水平分支井4、單水平井的回灌井11、單水平井的開采井12、多水平井的回灌井13、多水平井的開采井14、加重鉆桿41、無磁鉆鋌42、螺旋穩定器43、pdc鉆頭44、單彎螺桿45、外層套管5、固井水泥環6、封隔器7、射孔8、生產套管9。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地描述。

參照附圖1、2、3、4，本發明的實施例提供了一種中深部砂巖地熱水平井開采方法，包括以下步驟：

(1)選取中深部砂巖地熱田的目標儲層1，采用滿眼鉆具鉆取豎直井2，所述豎直井2的底部至所述目標儲層1的目標深度處停止；

進一步地，所述豎直井2的直徑不小于0.4m，其傾斜角度不超過1.5°；

進一步地，所述目標儲層1的厚度最小為20m，其孔隙度大于20％，滲透率大于0.38μm²；

(2)下放外層套管5于所述豎直井2的上部，并選用適宜的水泥漿在固井水泥環6處進行固井；

(3)采用復合鉆進的方式，對所述豎直井2進行增斜鉆進，形成傾斜分支井3；

(4)沿所述傾斜分支井3進行水平鉆進，利用套管開窗技術，采用組合導向鉆具鉆取水平分支井4，所述組合導向鉆具包括加重鉆桿41、無磁鉆鋌42、螺旋穩定器43和pdc鉆頭44，所述加重鉆桿41、無磁鉆鋌42、螺旋穩定器43和pdc鉆頭44從上往下依次螺紋連接；

所述加重鉆桿41的鉆桿柱在井內高速回轉時，所述螺旋穩定器43保持所述加重鉆桿41的平穩運轉，使所述pdc鉆頭44的軸線盡可能接近鉆孔中心線，減輕加重鉆桿41的鉆桿柱彈性系統在井內的徑向和軸向的劇烈振動；減少所述加重鉆桿41和pdc鉆頭44的偏磨，保證取心質量，防止井斜；所述無磁鉆鋌42在所述加重鉆桿41的下端起加重作用，所述加重鉆桿41傳遞鉆機扭矩給井底的pdc鉆頭44，并負責傳輸鉆井液到所述pdc鉆頭44；

進一步地，所述pdc鉆頭44為聚晶金剛石復合片鉆頭，適用于中硬巖層的鉆進；

進一步地，所述組合導向鉆具還包括1.5°的單彎螺桿45，所述單彎螺桿45與所述螺旋穩定器43螺紋配合連接；

(5)每間隔一定深度向所述目標儲層1下部的不同方向鉆取另一所述水平分支井4，直至所述豎直井2的底部，并固井；

進一步地，所述水平分支井4的傾斜角度小于5°，鉆進距離為500m～3000m；

進一步地，相鄰水平分支井4之間相隔距離大于所述目標儲層1的降水漏斗影響半徑；

(6)所述水平分支井4的底部下放封隔器7，并在所述水平分支井4上建造射孔8，然后下入生產套管9，形成導流通道，進行測井；

射孔8建造要根據砂巖滲透率并進行水力測試，對水層中的水的壓力、水的溫度和水質都要進行測試；

(7)重復步驟(1)～(6)形成多個地熱井，對所述地熱井進行洗井和測井；

洗井的方法采用氣舉和氣水混合的方法洗井，根據洗井效果可進一步選擇壓入土酸方式洗井；

進一步地，所述地熱井是單水平井的回灌井11、單水平井的開采井12或多水平井的回灌井13、多水平井的開采井14；

(8)采用抽吸泵抽取目標儲層1的熱水，熱水通過所述單水平井的開采井12或多水平井的開采井14到達地面；

(9)開采出的熱水進行熱量利用，熱量利用后的冷水或換熱介質經所述單水平井的回灌井11或多水平井的回灌井13回灌至所述目標儲層1中。

所述換熱介質為co2和土酸的混合物，熱量利用后的冷水或換熱介質的回灌可防止因地熱儲層水分抽走而出現的環境效應。

參照附圖5，本發明實施例還提供了一種中深部砂巖地熱水平井開采結構，包括豎直井2、傾斜分支井3和水平分支井4，所述豎直井2位于砂巖地熱目標儲層1中，沿所述豎直井2的下部增斜鉆進形成多個所述傾斜分支井3，采用組合導向鉆具沿每一所述傾斜分支井3進行水平鉆進形成多個所述水平分支井4；所述水平分支井4上設置射孔8。

采用多個水平分支井4開采砂巖地熱水，增加了開采面積，提高了開采和回灌的效率，提高地熱井的地熱開采產量；射孔8與砂巖的天然裂隙形成滲流網絡，形成阻力很小的抽吸或回灌路線，提高了開采和回灌效率，減小地面沉降的幾率；水平分支井4解決了豎直井2中的水錐問題，降低了水錐發生的幾率，減小水錐對開采的影響，延長地熱水開采期，提高開采量和經濟效益。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達技術方案的清楚及方便。應當理解，所述方位詞的使用不應限制本申請請求保護的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實施例及實施例中的特征可以相互結合。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。