增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法及装置与流程

本发明涉及地热能开发，尤其涉及一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法及装置。

背景技术：

1、地热能〔geothermal energy〕是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，作为蕴藏在地球内部的天然热能和一种极具竞争力的清洁可再生能源，地热能具有储量大、分布广、绿色低碳、适用性强、稳定性好等优势。

2、过去的地热系统只开发能自然产生地热能的区域，在这些区域，热量、水和岩石渗透性能足以保证提取到地热资源，然而大部分地热能都存在于干燥和不透水的深部地层岩石中，增强型地热系统是深部地层地热能开采与利用领域取得的新进展，增强型地热系统技术通过“水力刺激”向岩石中泵入高压冷水进行储层压裂来提高渗透率，以增强和创造热干岩中可获取的地热，形成人工造储开采地热。

3、现有的增强型地热系统通过水力压裂实现人工造储开采地热，虽然能对干燥和不透水的深部地层岩石区域实现人工造储，但是需要注入大量的高压冷水，冷水加压导致成本较高，开采效率低下。

技术实现思路

1、本发明提供一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法及装置，用以解决现有增强型地热系统通过水力压裂实现人工造储开采地热，而需要冷水加压导致成本较高、开采效率低的缺陷。

2、本发明提供一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法，包括如下步骤：s1、选取回注井井位并确定所述回注井内的地热储层；s2、确定所述地热储层的地应力及压裂所述地热储层所需要的主应力；s3、向所述回注井内的地热储层分别加入固态反应物和液态反应物，所述固态反应物和所述液态反应物在所述地热储层发生反应并生成气体，利用生成的气体对所述地热储层进行气体压裂；s4、监测所述地热储层裂隙发育情况，直至达到地热采集标准；s5、向所述回注井注水采热，并收集生成的气体。

3、根据本发明提供的一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法，步骤s3中的所述固态反应物为固体金属粉末，所述液态反应物为水或酸性液体。

4、根据本发明提供的一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法，所述固态反应物为钠、钾、钙、铝、铁中的一种，所述液态反应物为水、盐酸、硫酸中的一种，所述固态反应物与所述液态反应物发生化学反应以生成氢气。

5、本发明还提供一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，适用于进行上述任意一项所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法，包括进料通道、注液通道、采集通道和监测装置，所述进料通道形成于回注井内，适于在回注井井口处通过所述进料通道向地热储层投放固态反应物；所述注液通道形成于回注井内，适于在回注井井口处通过所述注液通道向地热储层注入液态反应物；所述采集通道适于在地热储层压裂完成后进行地热采集和气体采集；所述监测装置设置于所述回注井内对应于地热储层的位置，用于对所述地热储层进行应力监测和裂隙监测。

6、根据本发明提供的一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，包括同轴的外管和内管，所述外管和所述内管的底端均伸入第一回注井并位于所述第一回注井对应于地热储层的位置，所述内管内部形成为所述进料通道和所述采集通道，所述外管和所述内管之间的环形空间形成为所述注液通道，所述外管底部外周设置有裂隙探测装置，所述裂隙探测装置形成所述监测装置。

7、根据本发明提供的一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，所述外管外周中部套设有封隔器。

8、根据本发明提供的一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，所述封隔器为皮碗封隔器，所述皮碗封隔器适于在地热储层的反应气体作用下，实现所述外管和所述第一回注井之间的封隔。

9、根据本发明提供的一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，所述内管可沿着所述外管的轴向方向在第一位置和第二位置之间移动；在所述第一位置，所述内管的底端位于地热储层注水面的上方，以通过所述内管采集反应气体，在所述第二位置，所述内管的底端伸入地热储层注水面，以通过所述内管进行地热采集。

10、根据本发明提供的一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，所述裂隙探测装置包括压力传感器和地质雷达，所述压力传感器用于探测地热储层的地应力及压裂地热储层所需要的主应力，所述地质雷达用于探测地热储层裂隙发育情况。

11、根据本发明提供的一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，还包括第二回注井，所述第二回注井内设置抽采管，所述第一回注井和所述第二回注井均连通地热储层，以通过所述第一回注井进行冷水驱替，并通过所述第二回注井进行地热采集。

12、本发明提供的增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法及装置，通过向回注井内投入固态反应物并注入液态反应物，固态反应物和液态反应物会在地热储层发生反应并生成气体，利用不断生成的气体在地热储层逐渐升压，高压气体对地热储层进行压裂，生成裂隙，提高地热储层渗透率，达到人工造储的目的，继而通过常压的冷水即可完成注水驱替，以进行地热能的采集，同时还可以对反应生成的气体进行回收利用。本发明通过化学反应产生的气体和热量对储层进行压裂和改造，减少能耗，造储和开采的过程，可实现增强型地热系统的高效人工造储，成本低，易实施，还能回收反应生成的气体以进行回收利用。

技术特征：

1.一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法，其特征在于，步骤s3中的所述固态反应物为固体金属粉末，所述液态反应物为水或酸性液体。

3.根据权利要求2所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法，其特征在于，所述固态反应物为钠、钾、钙、铝、铁中的一种，所述液态反应物为水、盐酸、硫酸中的一种，所述固态反应物与所述液态反应物发生化学反应以生成氢气。

4.一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，其特征在于，适用于进行权利要求1至3中任意一项所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法，包括：

5.根据权利要求4所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，其特征在于，包括同轴的外管（1）和内管（2），所述外管（1）和所述内管（2）的底端均伸入第一回注井（3）并位于所述第一回注井（3）对应于地热储层的位置，所述内管（2）内部形成为所述进料通道和所述采集通道，所述外管（1）和所述内管（2）之间的环形空间形成为所述注液通道，所述外管（1）底部外周设置有裂隙探测装置（4），所述裂隙探测装置（4）形成所述监测装置。

6.根据权利要求5所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，其特征在于，所述外管（1）外周中部套设有封隔器（5）。

7.根据权利要求6所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，其特征在于，所述封隔器（5）为皮碗封隔器，所述皮碗封隔器适于在地热储层的反应气体作用下，实现所述外管（1）和所述第一回注井（3）之间的封隔。

8.根据权利要求5所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，其特征在于，所述内管（2）可沿着所述外管（1）的轴向方向在第一位置和第二位置之间移动；在所述第一位置，所述内管（2）的底端位于地热储层注水面的上方，以通过所述内管（2）采集反应气体，在所述第二位置，所述内管（2）的底端伸入地热储层注水面，以通过所述内管（2）进行地热采集。

9.根据权利要求5所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，其特征在于，所述裂隙探测装置（4）包括压力传感器和地质雷达，所述压力传感器用于探测地热储层的地应力及压裂地热储层所需要的主应力，所述地质雷达用于探测地热储层裂隙发育情况。

10.根据权利要求5所述的增强型地热系统的气体压裂造储和采集装置，其特征在于，还包括第二回注井（6），所述第二回注井（6）内设置抽采管（7），所述第一回注井（3）和所述第二回注井（6）均连通地热储层，以通过所述第一回注井（3）进行冷水驱替，并通过所述第二回注井（6）进行地热采集。

技术总结本发明涉及地热能开发技术领域，尤其涉及一种增强型地热系统的气体压裂造储和采集方法及装置，选取回注井井位并确定回注井内的地热储层；确定地热储层的地应力及压裂地热储层所需要的主应力；向回注井内的地热储层分别加入固态反应物和液态反应物，固态反应物和液态反应物在地热储层发生反应并生成气体，利用生成的气体对地热储层进行气体压裂；监测地热储层裂隙发育情况，直至达到地热采集标准；向回注井注水采热，并收集生成的气体。本发明通过化学反应产生的气体和热量对储层进行压裂和改造，减少能耗，以上造储和开采的过程，可实现增强型地热系统的高效人工造储，成本低，易实施，还能回收反应生成的气体以进行回收利用。技术研发人员：王丹丹受保护的技术使用者：中国煤炭地质总局勘查研究总院技术研发日：技术公布日：2024/11/18