專利名稱：開發(fā)和生產(chǎn)深部地?zé)醿瘜拥姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及井孔的鉆探，鉆井的完成方法和來自地球表面下巖層的熱能抽取和/或利用。
背景技術(shù)：
人們在全球的許多特定位置中發(fā)現(xiàn)了具有高溫的可滲透的地質(zhì)層。當(dāng)雨水透過地面下滲到這些巖層中時(shí)，這些雨水就會(huì)被加熱并且可以作為 泉和溫泉流到表面。高溫的不可滲透的地質(zhì)巖層(典型的是前寒武紀(jì)巖層)幾乎在全球到處可以發(fā)現(xiàn)，并且它們通常位于比高溫可滲透的地質(zhì)層(在自然界中它通常為沉積巖)更深的深度處。通常認(rèn)為這些不可滲透的前寒武紀(jì)巖層是很干燥的，并且可以通過干熱巖體(HDR)地?zé)嵘a(chǎn)方法來從這些巖層回收熱量，在該方法中，水被泵入到井(該井鉆到這些不可滲透的深部熱巖層內(nèi))中并且通過與巖石的接觸而被加熱。如果巖石在其自然狀態(tài)沒有足夠的網(wǎng)狀裂紋和裂縫供水流過以便帶走熱量的話，如同通常情況那樣，就要用液壓方式通過液壓使巖石破裂而產(chǎn)生這樣的裂紋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。用來使HDR巖層的熱量連續(xù)循環(huán)的各種方法目前已經(jīng)產(chǎn)生。
目前，能量主要是由礦物燃料如煤，石油和天然氣來提供。這些資源是有限的，并且在不難預(yù)見的未來將會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)不足的情況。而且，礦物燃料的使用也會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。此外，目前美國所使用的石油很大比例需要進(jìn)口。由于本國儲備減少，對國外石油的依賴就不斷增加。因此，發(fā)展替代能源是必需的。當(dāng)煤燃燒時(shí)，大量的硫和氧化氮將排入大氣中。這些氣體與大氣中的水相結(jié)合將產(chǎn)生酸性物，這些酸性物通過排放源的下降氣流落在地上。這種“酸雨”對水棲動(dòng)物和植物的壽命具有有害的影響。僅就長期作用的規(guī)模上來說，由于礦物作為燃料燃燒的結(jié)果，大量的二氧化碳被排放到大氣中所產(chǎn)生的“溫室效應(yīng)”將使得大氣變暖。溫室效應(yīng)的長期影響是目前爭論的問題，其中包括由于南北極冰蓋溶化而使海平面提高和沿海城市淹沒問題，以及地球的沙漠化增加問題。表明溫室效應(yīng)使氣候變暖的數(shù)據(jù)資料包括大氣中二氧化碳含量在過去一百年來的增加，以及表明大氣溫度呈上升趨勢的氣象記錄。這些事實(shí)都指出需要我們在突然受到自己的排放物的襲擊之前，現(xiàn)在就考慮減輕排放行動(dòng)。
水力發(fā)電是世界上主要的非礦物能源，它既便宜又清潔。水力發(fā)電在世界上的許多地方都已得到廣泛的發(fā)展，但是它只能滿足不超過世界總能源需求的小部分的需要。其它可供選擇的能源是核裂變，太陽能，風(fēng)能，核聚變和地?zé)崮艿取：肆炎円呀?jīng)得到廣泛的使用，但是由于出現(xiàn)三英里島和切爾諾貝利事故的眾所周知的消息，目前缺乏公眾(特別是美國公眾)的信任。目前只有少量的核電站處在設(shè)計(jì)和建造階段。太陽能已經(jīng)在小規(guī)模發(fā)電中得到了證明，如同風(fēng)力發(fā)電的情況那樣。雖然兩種能源都是可再次使用的能源，但是它們都會(huì)受到局部氣候條件的突發(fā)情況的限制，并且僅能依靠斷續(xù)地傳輸能量。依靠氫的同位素(它可在海水中大量地發(fā)現(xiàn))作為燃料，核聚變是一種潛在的幾乎是無限的能源。但是核聚變僅在很難控制的熱核爆炸形式方面有明確的證明。在可控核聚變反應(yīng)的點(diǎn)火和密閉度檢查合格以前的數(shù)十年，非核點(diǎn)火源(例如激光)已發(fā)展到可使核聚變作為能源找到實(shí)際的應(yīng)用的程度。
目前，以天然的熱液系統(tǒng)形式存在的地?zé)豳Y源正在世界許多地方進(jìn)行開發(fā)，以便提供有用的能量，例如電能和熱能?，F(xiàn)在，雖然適合開發(fā)的潛在的資源底數(shù)與礦物燃料資源相比具有相同的數(shù)量級，但是目前熱液資源提供的能量僅僅是世界能量需求的很少的一部分。由于熱液資源對于溫室氣體排放來說比礦物燃料更清潔，通常它排放的二氧化碳量僅僅是一個(gè)能當(dāng)量的礦物燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的二氧化碳量的10％或更少。但是熱液資源是受地理范圍限制的，它主要存在于地殼構(gòu)造活動(dòng)或火山活動(dòng)的地區(qū)。因此，世界上許多人口稠密的地方大都是位于熱液資源開發(fā)的貧乏地區(qū)。
干熱巖體(HDR)通常是前寒武紀(jì)巖，它埋藏在地球的許多地方。與熱液資源不同，HDR廣泛分布在地球的許多地方，通常是在沉積基熱液巖層的下面。潛在的HDR資源是一種數(shù)量巨大的資源，并且像核聚變一樣，HDR可以為地球提供幾乎無限的能源?，F(xiàn)在運(yùn)行中的熱液電站令人信服地說明，可以利用地球的熱量作為熱能和電能的實(shí)用能源。HDR操作法是用于打孔接通巨大而又普遍分布的能源的熱液技術(shù)的合理的延伸。
從HDR(干熱巖體)抽取能量的傳統(tǒng)學(xué)說包括建立一個(gè)閉合的液體循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由HDR儲集層和地面設(shè)備組成。首先，將注入井鉆探到熱干巖層，然后使用液力破碎技術(shù)通過增注現(xiàn)有的天然接縫或者產(chǎn)生新的裂縫來誘發(fā)滲透能力。液力增注和液力破碎廣泛用于石油回收。這樣就建造了HDR儲集層，它的尺寸由下列因素所控制施加在巖石上的液力破碎液體的壓力，速度和體積，巖石結(jié)構(gòu)的類別以及原地壓力，如在地球動(dòng)力學(xué)有限公司(Geodynamics Limited)的季度報(bào)告(其結(jié)束時(shí)間為2004年3月31日)中所引用的現(xiàn)代的HDR完井所清楚地論證的那樣。其次，還要鉆一口附加的井，以便提供建立閉合環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)所必需的液壓系統(tǒng)的其他部分。為了生產(chǎn)加熱產(chǎn)品，將液體泵入注入井內(nèi)，該液體由HDR儲集層的熱巖石加熱并且從第二井回收，該第二井是一個(gè)生產(chǎn)井，它鉆到儲集層中離開注入井一定距離的某個(gè)位置。在基本的閉合環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)可以使用多個(gè)注入井和回收井。在地面上的熱交換器用來回收水的熱量，以便用于發(fā)電或直接的熱用途。然后，將水通過注入井重新注入到HDR儲集層內(nèi)。這樣，就可以連續(xù)不斷地從用其他方法不能獲得的地?zé)豳Y源抽取熱量。該系統(tǒng)基本上不會(huì)向環(huán)境排放氣體或者鹽水。因此，HDR操作法不會(huì)排出二氧化碳或者酸雨的前身(例如二氧化硫)，因此，它是與太陽能，風(fēng)能，水力發(fā)電等為同一等級的環(huán)境良好型的能源。在HDR儲集層內(nèi)加熱的水的主要用途是產(chǎn)生水蒸汽或使其他的工作液體(例如氨水或異丁烷)汽化，以便供生產(chǎn)電力使用。
1974年1月22日頒布的美國專利3,786,858描述了HDR操作法。洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實(shí)驗(yàn)室于1989年7月出版的代號為LA-1154-MS的刊物，該刊物的名稱為“干熱巖體地?zé)崮?二十一世紀(jì)的新能源議程”，其中描述了HDR能源使用的一些基本概念。在歐洲，日本，美國都有HDR實(shí)驗(yàn)站，在歐洲和澳大利亞，HDR商業(yè)化的嘗試正在發(fā)展的過程中。地?zé)豳Y源委員會(huì)定期發(fā)表涉及地?zé)崮芮闆r的公報(bào)。Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室地球和環(huán)境科學(xué)分部的D.V.Duchane 1995年10月提交的題為“干熱巖體一種可供選擇的多用途的能量技術(shù)”的SEP論文No.30738中描述了HDR發(fā)展的目前狀態(tài)。
澳大利亞的地球動(dòng)力學(xué)有限公司于2002年8月13日提出的題為“地球動(dòng)力學(xué)有限公司-ABN 55 095 090-來自地球的能量-說明書”的公共提議說明書中提供了最現(xiàn)代的思考方法以及對開發(fā)HDR發(fā)電系統(tǒng)和使其商業(yè)化的研究計(jì)劃。地球動(dòng)力學(xué)有限公司的HDR模式提供了多個(gè)通過公用的注入井孔和生產(chǎn)井孔垂直地相互連接的開口的天然巖石的接縫群的“扁平礦體”，由此提供了從“三個(gè)一組”的井群中抽取熱量的基礎(chǔ)。熱量是通過從一個(gè)注入井到多個(gè)生產(chǎn)井的連續(xù)循環(huán)從儲集層巖石中抽取的，該生產(chǎn)井提供了一個(gè)用來誘發(fā)直接循環(huán)的壓力差。這種普遍了解的結(jié)構(gòu)提供了一種逐點(diǎn)定向比壓力差型的閉合環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)。
提供電力的電力公司必須有足夠的發(fā)電能力，不僅要滿足基本的負(fù)載需求，還必須滿足通常發(fā)生在炎熱的夏天后半下午的高峰用電的需求，或者最大用電需求。留作備用的電力生產(chǎn)設(shè)備必須能很快與主機(jī)聯(lián)機(jī)，以防止“燈光暗淡”或者甩負(fù)荷。甩負(fù)荷指的是切斷一些用戶的電源以避免災(zāi)害性的整個(gè)系統(tǒng)斷電。這種設(shè)備通常被稱為“運(yùn)轉(zhuǎn)備用”設(shè)備。運(yùn)轉(zhuǎn)備用電力或峰值電力是很昂貴的，因?yàn)橛脕懋a(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)備用電力的設(shè)備僅僅是在產(chǎn)生收入的一部分時(shí)間內(nèi)(而不是一天24小時(shí))使用。此外，該設(shè)備的購買和運(yùn)行通常都比基本負(fù)載電力生產(chǎn)設(shè)備更昂貴。
1997年11月11日頒布的美國專利5,685,362描述了一種使用HDR熱量開采系統(tǒng)和發(fā)電設(shè)備來滿足高峰電力需求的方法。因此，發(fā)明5,685,362實(shí)現(xiàn)了將HDR發(fā)電系統(tǒng)用于后續(xù)電力負(fù)載。發(fā)明5,685,362也可以稱為按需即給的高峰電力。由HDR系統(tǒng)產(chǎn)生的高峰電力比由其他能源產(chǎn)生的高峰電力便宜，但可以以與由其他方法如燃汽輪機(jī)產(chǎn)生的高峰電力相同的價(jià)格銷售。以后續(xù)負(fù)載的形式使用HDR系統(tǒng)而不是用它提供基本電力負(fù)載可以減少HDR系統(tǒng)的總的運(yùn)行成本?？梢灶A(yù)期，以高峰形式運(yùn)行的設(shè)備的遞增成本將是適度的。新墨西哥州87545，洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)市，Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室地球和科學(xué)分部的Donald W.Brow在題為“用于后續(xù)電力需求負(fù)載的抽水蓄能的地?zé)崮M裝置”的未注明日期的論文中描述了這種方法。發(fā)明5,685,362講授了利用連續(xù)液體循環(huán)進(jìn)行熱開采的實(shí)際作法，該作法通過一個(gè)注入井和多個(gè)生產(chǎn)井與周期地減少生產(chǎn)井的背壓以便使產(chǎn)生的短期液體流量大于穩(wěn)定狀態(tài)下的流量并由此提供周期性的“功率容量”的方法相結(jié)合，從而提供了后續(xù)特征的發(fā)電負(fù)載。
在1978年9月12日頒布的題為“氣化方法”的美國專利4,113,446中由Modell等人所公開的超臨界水條件下有機(jī)物質(zhì)的氣化在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。此外，在1986年6月10日頒布的題為“在超臨界條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方法和裝置”的美國專利4,594,164中由Titmas公開的使用地下井孔提供重力基的反應(yīng)器容器來進(jìn)行連續(xù)的超臨界水化學(xué)反應(yīng)是目前技術(shù)水平的眾所周知的典型例子。這些論文提供了通過超臨界水厭氧氣化來使有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法。石油天然氣資源是有限的資源，它們的生產(chǎn)能力正在快速地下降，因此，必需把可在世界廣大地區(qū)大量找到的煤中發(fā)現(xiàn)的有機(jī)碳，通過該技術(shù)把煤轉(zhuǎn)化成清潔燃燒的燃?xì)夂鸵后w，同時(shí)捕獲其他各種適合市場銷售的或有害的組分進(jìn)行有效銷售或清除(這要根據(jù)具體情況而定)。
產(chǎn)生地?zé)岬腍DR概念在數(shù)十年前就已經(jīng)了解，但是由于要把多個(gè)井鉆探到深埋的結(jié)晶型前寒武紀(jì)熱干巖層中需要的成本非常高，因而通常把它歸屬于到非商業(yè)化的技術(shù)。使產(chǎn)生地?zé)崮艿腍DR方法商業(yè)化的一些現(xiàn)代嘗試必須首先確定在地質(zhì)方面具有十分獨(dú)特的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件的位置，該位置應(yīng)呈現(xiàn)特別高的地?zé)崽荻?，以便對于相對淺的鉆探深度提供可控制的鉆探項(xiàng)目成本。通常，這些開發(fā)方案必須尋找這樣的場地，在鉆探到前寒武紀(jì)型巖層接近HDR前要具有相當(dāng)數(shù)量的沉積覆蓋層，這樣就可以通過在前寒武紀(jì)巖層中鉆一個(gè)很小截面的孔來使鉆探成本達(dá)到最小。此外，這些使HDR地?zé)嵘a(chǎn)商業(yè)化的現(xiàn)代嘗試在經(jīng)濟(jì)上受到鉆探注入井和多個(gè)生產(chǎn)井的高成本的限制。高成本的井孔嚴(yán)重地制約了該方案設(shè)計(jì)被設(shè)計(jì)成能開發(fā)出母巖中的最大熱能的最佳生產(chǎn)系統(tǒng)。
本發(fā)明提供一種鉆探，完成和生產(chǎn)地?zé)醿瘜拥姆椒?，以便a)在世界絕大部分地區(qū)，甚至在那些目前進(jìn)行生產(chǎn)并不經(jīng)濟(jì)的具有較小的溫度梯度的地區(qū)，經(jīng)濟(jì)地確定所述的地?zé)醿瘜拥奈恢茫琤)經(jīng)濟(jì)地確定所述地?zé)醿瘜涌商峁┏R界水條件的深度，c)使有效回收的每單位體積HDR巖層形成的地?zé)釤崃窟_(dá)到最大值，d)提供一種生產(chǎn)和使用所述地?zé)崮艿姆椒ǎ摲椒捎糜趩为?dú)或同時(shí)的，直接和/或間接的應(yīng)用，例如高溫地?zé)嵘a(chǎn)用蒸汽的產(chǎn)生和使用，電力生產(chǎn)用的地?zé)崮艿漠a(chǎn)生和使用和/或在有機(jī)碳，或其他化學(xué)反應(yīng)的處理過程中的地?zé)崮艿漠a(chǎn)生和使用方面的單獨(dú)或組合應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種鉆探，完成和生產(chǎn)一個(gè)深部地?zé)醿瘜拥姆椒?，該方法能?jīng)濟(jì)地從稱為干熱巖體(HDR)的地質(zhì)層抽取熱能。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種經(jīng)濟(jì)地在前寒武紀(jì)巖或冥古代結(jié)晶巖(例如花崗巖和玄武巖等典型的HDR巖層)中鉆探深井孔的方法。使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆探方法的現(xiàn)行操作法伸入到HDR巖層內(nèi)鉆探井孔的成本實(shí)際上已經(jīng)排除了用它來打孔接通巨大的HDR資源的可能。使用流行的以液力為基礎(chǔ)的新型鉆探方法可以克服旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)的例如穿透速度底，使孔傾斜等固有的缺點(diǎn)，該方法將提供一種打孔接通巨大的HDR資源的經(jīng)濟(jì)的裝置。具體考慮是使用液壓鉆孔的粒子噴射鉆孔(PJD)方法來克服旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆探的缺點(diǎn)。本發(fā)明一些實(shí)施例的主要優(yōu)點(diǎn)包括聯(lián)合使用PJD來鉆探終止在HDR巖層內(nèi)的深井孔。這樣將充分降低達(dá)到高溫HDR深度的成本，該深度將為巨大的HDR資源的經(jīng)濟(jì)開發(fā)提供可能的最高能量密度生產(chǎn)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種開發(fā)高溫地?zé)醿瘜?，以便為各種用途提供地?zé)崮艿姆椒?，這些用途包括例如基本負(fù)載和后續(xù)負(fù)載容量的發(fā)電和各種有機(jī)材料的加工，以便生產(chǎn)銷路好的產(chǎn)品如清潔的燃?xì)夂鸵后w，凈化液體，處理有機(jī)廢料和其它化學(xué)反應(yīng)等。
另一方面，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)向垂直地或水平地分離的擴(kuò)張的巖石接縫群或儲集層中的一組或多組提供順序的注入和排出。當(dāng)與從斷裂的HDR儲集層系統(tǒng)產(chǎn)生熱能的常規(guī)方法比較時(shí)，本發(fā)明的這個(gè)特征提供了能顯著提高從每個(gè)斷裂的HDR儲集層系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能容量的能力。此外，當(dāng)與生產(chǎn)HDR儲集層的常規(guī)方法相比較時(shí)，由于該儲集層系統(tǒng)同時(shí)存在的熱和機(jī)械壓力循環(huán)對儲集層的擴(kuò)大作用，該產(chǎn)生HDR儲集層系統(tǒng)的方法將使該HDR儲集層的生產(chǎn)率隨時(shí)間而增加。
另一方面，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種從巖層中抽取熱能的方法，該方法包括以下步驟將多個(gè)井鉆孔到某個(gè)深度，該深度足以能開發(fā)至少一個(gè)包括一群斷裂接縫(a cloud of fracture joints)的儲集層；用液壓方式使該多個(gè)井中的至少一個(gè)破裂；使該至少一個(gè)斷裂接縫群儲集層擴(kuò)張；迫使冷卻液體在高壓和大流量條件下進(jìn)入該多個(gè)井中的至少一個(gè)井內(nèi)；交替地打開和關(guān)閉多個(gè)排出控制閥和多個(gè)注入控制閥，以便從該多個(gè)井中提供周期的或連續(xù)的流量；從該井中取出加熱液體；以及將該加熱液體送到熱交換器或者將它們直接用于某些用途。
另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種減少鉆探在前寒武紀(jì)巖層和/或冥古代結(jié)晶巖層(它們在油氣工業(yè)及地?zé)峁I(yè)中是眾所周知的)中終止的深井孔的昂貴成本的方法。把這些井鉆入前寒武紀(jì)或冥古代巖層中的成本是成本的主要部分，它限制了可以用來經(jīng)濟(jì)地開發(fā)HDR地?zé)豳Y源的井的深度，直徑和數(shù)量。為了開發(fā)HDR工程儲集層，用來普遍地開發(fā)地?zé)豳Y源的本發(fā)明的第一部分顯著降低了與鉆探終止于前寒武紀(jì)巖層和/或冥古代巖層的深井有關(guān)的鉆探成本。通過使用粒子噴射鉆孔(PJD)方法來鉆探出入，形成和產(chǎn)生HDR儲集層必需的井孔可以達(dá)到顯著地降低鉆探成本的目的。
噴射粒子用于鉆探油氣井的實(shí)驗(yàn)性使用，已經(jīng)有油氣工業(yè)的許多文件所證實(shí)。主要有兩種形式的鉆井方法使用了夾帶在鉆探液體中的高密集粒子。夾帶在鉆井液體中的高密集粒子的用途已經(jīng)由海灣石油公司(Gulf Oil Company)根據(jù)1968年5月21日頒布的美國專利3,348,189在1969年早期所證實(shí)，并且夾帶在鉆探液體中的較大直徑的高密集粒子的最近用途已經(jīng)由發(fā)明人取得專利，專利號為6,386,300，于2004年5月14日頒布。這些參考文獻(xiàn)特別把焦點(diǎn)集中在粒子噴射輔助的旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆探(PJARMD)的使用方面。用PJARMD鉆探深井的基準(zhǔn)方法包括在夾帶于鉆探液體中的分散的高密度固體粒子的方法中，以便使用通過噴射液體傳遞給挾帶粒子的沖量傳給巖層的沖擊能量切割巖層，從而使該巖層擦破，破碎，斷裂，裂縫，移動(dòng)或基本上破壞該巖層并且以高速將該巖層除去。PJARMD方法可以提高各種土制巖層的鉆探速度已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中成功地得到證明。PJARMD的某些實(shí)驗(yàn)性野外試驗(yàn)也已經(jīng)連同在沉積巖層中鉆探油氣井一起進(jìn)行。噴射鉆探結(jié)晶巖的全液壓粒子噴射鉆孔(HPJD)方法也已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和野外實(shí)驗(yàn)。PJARMD和HPJD在減少終止于前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層內(nèi)的井孔的成本方面的應(yīng)用對于HDR資源的廣泛開發(fā)是十分重要的。準(zhǔn)確地說，PJD提供了一種經(jīng)濟(jì)地鉆探用于HDR生產(chǎn)的大直徑的，很深部的注入井孔和生產(chǎn)井孔的方法。
兩種PJD方法和本文進(jìn)一步描述的專業(yè)化的完井和生產(chǎn)方法的一起使用將可使HDR地?zé)崮艿玫綇V泛的開發(fā)和使用。成本低廉的地?zé)峋足@探提供了確定靠近目前終端用戶的經(jīng)濟(jì)的HDR地?zé)崮苌a(chǎn)位置的能力，以便取代礦物燃料的使用，特別是當(dāng)終端用戶的應(yīng)用處于低熱梯度場地時(shí)。
用液壓方式使埋藏于深處的結(jié)晶巖內(nèi)的現(xiàn)有的天然接縫擴(kuò)張，以便形成液體可以在其內(nèi)循環(huán)的擴(kuò)大接縫滲透性的壓力網(wǎng)絡(luò)的能力，已經(jīng)在HDR文獻(xiàn)的許多文件中得到證明。
通過在多個(gè)井之間的連續(xù)循環(huán)來開采HDR熱量的方法也在一般的HDR文獻(xiàn)的許多文件中得到證明，在該方法中，將多個(gè)井這樣安排，以便通過一群擴(kuò)張的接縫或裂縫(這些裂縫是人工地通過用液壓方式使通常不可滲透的HDR巖層斷裂而產(chǎn)生的)在各井之間建立逐點(diǎn)定向比壓力差型流動(dòng)通道。本發(fā)明涉及一種從HDR裂縫群系統(tǒng)生產(chǎn)熱能的方法，該方法以這樣的方式使裂縫群系統(tǒng)交替地液壓擴(kuò)張和收縮，使得同時(shí)或順序產(chǎn)生HDR巖層的熱和機(jī)械循環(huán)，以便在HDR內(nèi)部產(chǎn)生周期的或連續(xù)的靠近裂縫表面的角礫巖化。該角礫巖化可以用來達(dá)到建立在遞增基礎(chǔ)上的使新暴露的高溫差表面逐漸增加的目的，該高溫差表面可以用來提供具有以下功能的裝置保持高溫生產(chǎn)，更有效地通過增加的暴露表面開采HDR巖層的熱量以及產(chǎn)生通過巖層角礫巖化(它將增加正在隨時(shí)被沖刷的表面積)隨著時(shí)間而增加的儲集層容量。
本發(fā)明的實(shí)施例還涉及生成一種儲集層生產(chǎn)方法，該方法取消了通常所了解的常規(guī)HDR生產(chǎn)系統(tǒng)的逐點(diǎn)定向比壓力差型流動(dòng)通道。本發(fā)明利用儲集層的液力增壓，在每個(gè)循環(huán)的基礎(chǔ)上將液體注入到該儲集層的所有表面上。這種增壓作用將在HDR巖層內(nèi)儲存彈性應(yīng)變能。然后，該儲集層可以通過由于儲存在儲集層內(nèi)的彈性應(yīng)變能松弛產(chǎn)生的儲集層體積收縮而允許注入液體流到該儲集層內(nèi)的多個(gè)生產(chǎn)井的一個(gè)井中。通過由這種形式的生產(chǎn)方法產(chǎn)生的接縫系統(tǒng)的分配流動(dòng)通道和回收流動(dòng)通道在注入循環(huán)和生產(chǎn)循環(huán)過程中都是各向流動(dòng)的。與目前通常所了解的HDR生產(chǎn)方法的逐點(diǎn)定向壓力差型的比流量通道不同，該方法具有顯著地增加由工作液體所沖刷的表面積的作用。
本發(fā)明的實(shí)施例還進(jìn)一步涉及通過使一組接縫擴(kuò)張以形成所述儲集層來開發(fā)一個(gè)或多個(gè)分散的儲集層的步驟。然后，用液體交替地注入和排出該儲集層，以便使該儲集層擴(kuò)張以及使液體先進(jìn)入該儲集層然后再從其中流出。預(yù)期該方法可以迫使液體沿兩個(gè)方向沖刷擴(kuò)張的接縫表面，由此可提供較長的持續(xù)時(shí)間使液體能從巖石吸收熱量。在儲集層巖石表面上同時(shí)存在的機(jī)械和熱應(yīng)力變向的循環(huán)地誘發(fā)，將使處于或靠近儲集層巖石表面的結(jié)晶巖處于受力狀態(tài)，并使儲集層巖石表面連續(xù)不斷地角礫化或剝落，從而露出新的儲集層巖石表面。這種類型的角礫巖化被稱為剪切帶，它將在其熱量被沖刷的較大的裂縫表面的表面上產(chǎn)生十字形裂縫網(wǎng)。這種剪切帶狀的角礫巖化可以形成許多角礫巖化或剝落的巖石塊，這些巖石塊的尺寸從很小一直到很大，這取決于許多可變因素。這種活性的角礫巖化將持續(xù)不斷地提供新暴露的儲集層表面積，該表面積由于逐漸增加的大量巖石暴露在沖刷其熱量的水面前，將會(huì)引起更多的熱傳遞。另外，該角礫巖化過程將提供不斷增加的供沖刷熱量的表面積，因此，產(chǎn)生熱量的能力也將隨時(shí)間而增加。這種多種應(yīng)力變向的循環(huán)方法將引起暴露的高溫差表面積的連續(xù)和逐漸的增加，以及儲集層容積的增加。由于循環(huán)應(yīng)力變向而斷裂的巖層預(yù)期能夠以比常規(guī)的HDR生產(chǎn)方法效率更高地除去更大量的熱密度(由單位容積提供)的方式來提供連續(xù)地從該巖層沖刷熱量的能力。此外，該儲集層生產(chǎn)方法可以為很少或沒有水的損失提供保證，就像前面作為干熱巖體生產(chǎn)方法實(shí)施的通過兩個(gè)或多個(gè)井的定向逐點(diǎn)比壓力差型流動(dòng)通道閉合環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)所具有的特征那樣。這些常規(guī)的定向逐點(diǎn)比壓力差型流動(dòng)通道的HDR生產(chǎn)方法往往用液壓方式隔離使用該常規(guī)HDR生產(chǎn)方法不能生產(chǎn)的大部分儲集層。本發(fā)明生產(chǎn)方法由于各向流動(dòng)的注入和流回液體通道在加注儲集層容積的每個(gè)循環(huán)對中央的生產(chǎn)地點(diǎn)提供幾乎全部的流量回收。當(dāng)本發(fā)明的儲集層完成后，液體十字形的循環(huán)預(yù)期能在儲集層內(nèi)出現(xiàn)，它將幫助從儲集層中回收對流的熱量。
該儲集層系統(tǒng)可以是a)單個(gè)獨(dú)立的儲集層，該儲集層獨(dú)立地進(jìn)行循環(huán)，以便生產(chǎn)循環(huán)的或周期的產(chǎn)品，b)一組多個(gè)獨(dú)立的儲集層，這些儲集層可以循環(huán)地或按順序地生產(chǎn)，以便可以產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)的生產(chǎn)液流，或者諸如后續(xù)負(fù)載那樣的脈動(dòng)的生產(chǎn)液流。C)具有多個(gè)井的單個(gè)儲集層，這些井用來以下述方式同時(shí)進(jìn)行注入和生產(chǎn)注入井周期地以超過建立在循環(huán)基礎(chǔ)上的生產(chǎn)流量的某個(gè)流量注入，以便當(dāng)生產(chǎn)井以穩(wěn)定的或脈動(dòng)的流量連續(xù)地生產(chǎn)時(shí)，循環(huán)地?cái)U(kuò)張儲集層并且以彈性帶的形式儲存能量。
本發(fā)明的實(shí)施例還涉及這樣一些儲集層，它們可以a)垂直地層疊，但是相鄰儲集層之間保持獨(dú)立和隔離，b)水平地配置，但是相鄰儲集層之間保持獨(dú)立和隔離。這些儲集層的配置通常是取決于與本地的HDR巖層相關(guān)的應(yīng)力場的類型和大小。可以對系統(tǒng)的注入和排出時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便產(chǎn)生一個(gè)順序，使得當(dāng)引發(fā)同時(shí)發(fā)生的導(dǎo)致儲集層巖石角礫巖化和剝落的熱和機(jī)械循環(huán)時(shí)，可以產(chǎn)生循環(huán)的或穩(wěn)定狀態(tài)的或具有后續(xù)負(fù)載的穩(wěn)定狀態(tài)的生產(chǎn)循環(huán)。每一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)都具有與該熱能的終端用戶相匹配的特定的生產(chǎn)特性。
從這類工程儲集層生產(chǎn)熱能的一種方法是由一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的和互相隔離的接縫系統(tǒng)群通過一組隔離的巖石接縫群的協(xié)調(diào)的循環(huán)的開發(fā)和生產(chǎn)來完成的，該隔離的巖石接縫群互相垂直地或水平地取向，使得從該儲集層組有連續(xù)生產(chǎn)的熱能可供直接使用，并且還有后續(xù)負(fù)載的高峰容量可供終端用戶作發(fā)電用。
從這類工程儲集層生產(chǎn)熱能的另一種方法是由單個(gè)接縫儲集層與兩個(gè)或多個(gè)井相結(jié)合來完成的，其中，注入井周期地或連續(xù)地以不同的注入流量注入，并使該注入流量大于從生產(chǎn)井提供的連續(xù)生產(chǎn)流量，從而使該儲集層交替地先擴(kuò)張然后收縮，以便產(chǎn)生必需的組合的熱和機(jī)械應(yīng)力，從而當(dāng)該儲集層從生產(chǎn)井孔以連續(xù)的流量(或者是穩(wěn)定狀態(tài)或者是后續(xù)負(fù)載狀態(tài))進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，可以在原位置產(chǎn)生儲集層的角礫巖化。在這種情況下，單個(gè)儲集層的工作以下述方式進(jìn)行，交替地以大于生產(chǎn)流量的某個(gè)流量將液體注入，以便先擴(kuò)張儲集層，然后再減少或終止注入循環(huán)使得儲集層收縮，以便從儲集層的儲存能量中提出儲藏能量。這類壓力循環(huán)還提供了熱和機(jī)械剝落同時(shí)發(fā)生的好處，如此前所述。


在結(jié)合附圖閱讀了下面的詳細(xì)描述后，將可對本發(fā)明的方法和裝置獲得更完整的理解，附圖中
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)用來從巖層抽取熱量的逐點(diǎn)定向比壓力降型閉合環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)的簡化的總示意圖；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的破裂巖石的閉合環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)的一種改進(jìn)的型式，該系統(tǒng)正在利用各種現(xiàn)代的研究成果來進(jìn)行試驗(yàn)，例如澳大利亞的地球動(dòng)力學(xué)有限公司正在進(jìn)行的工業(yè)用干熱巖體試驗(yàn)；圖3示出了本發(fā)明的HDR生產(chǎn)系統(tǒng)及其初始工作循環(huán)的一個(gè)實(shí)施例的總示意圖；圖4示出了本發(fā)明用來產(chǎn)生地?zé)崮芰康腍DR生產(chǎn)系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例的總示意圖；圖5示出了本發(fā)明利用地?zé)崮芰縼碓诔R界條件下加工有機(jī)碳的HDR生產(chǎn)系統(tǒng)的第三個(gè)實(shí)施例的總示意圖；圖6是利用PJD操作法鉆探地?zé)峋姿匦璧闹饕慵氖疽鈭D；圖7是井口和鉆探系統(tǒng)的示意圖，圖中示出了在使干熱巖體露出以便開發(fā)地?zé)醿瘜訒r(shí)所利用的不同類型的鉆探方法；以及圖8是一個(gè)流程圖，圖中示出了本發(fā)明原理的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
下面將參考示出本發(fā)明較佳實(shí)施例的附圖對本發(fā)明進(jìn)行更充分的描述。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式體現(xiàn)，并且其建造將不受本文中所顯示的實(shí)施例的限制；相反，這些實(shí)施例是這樣提供的，使得對于在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來說，本公開文件是充分的和完整的，它們充分表達(dá)了本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明以在熱巖層中的可擴(kuò)張的裂縫的分散系統(tǒng)，以及隨后通過注入和回收注入液體(例如水)使該儲集層產(chǎn)生“擴(kuò)張”和“收縮”的彈性循環(huán)，進(jìn)而從熱巖層中抽取熱量方面的進(jìn)展為基礎(chǔ)。巖層中的接縫將隨著把液體(例如水)注入井孔內(nèi)使儲集層壓力增加而打開。巖層中的接縫將隨著已經(jīng)由儲集層巖石加熱的注入水的產(chǎn)生使儲集層壓力減小而關(guān)閉?？梢詫⒃撍萌雰瘜觾?nèi)儲存，而當(dāng)需要水時(shí)或者其生產(chǎn)已經(jīng)到了與其他可擴(kuò)張裂縫系統(tǒng)一起生產(chǎn)熱水的純連續(xù)流動(dòng)時(shí)可以將該注入水抽出。
圖1示出了一種已經(jīng)由Los Alamos(洛斯阿拉莫斯)美國國家實(shí)驗(yàn)室做過試驗(yàn)的用來從熱巖層中產(chǎn)生熱水的裝置，注入液體(此處為水)在該裝置中以連續(xù)的閉環(huán)方式循環(huán)。井孔20從地球表面1穿過疊置的沉積巖層2和不透水的前寒武紀(jì)結(jié)晶巖層10鉆出。將冷卻水泵入套管的井孔20內(nèi)，使得在前寒武紀(jì)巖層中的天然接縫擴(kuò)張，以便在地?zé)醿瘜?5內(nèi)形成互相連接的裂縫(或接縫)的網(wǎng)或群。由于前寒武紀(jì)巖層的巖層應(yīng)力，互相連接的裂縫儲集層的形狀通常為橢圓形或長橢圓形，并且可以或者是水平地，垂直地取向，或者是其間任何中間角度的取向。將第二井孔70在地?zé)醿瘜?5中鉆出并且加上套管，以便建立一個(gè)逐點(diǎn)定向比壓力降型的地下閉合環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提供一條通向用來從該地?zé)醿瘜由a(chǎn)地?zé)嵋后w80的地面的通道。當(dāng)該地?zé)醿瘜右呀?jīng)產(chǎn)生并且該井孔已經(jīng)鉆出并被加上套管時(shí)，應(yīng)加上地面基本設(shè)備以便形成一個(gè)閉合環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)。先將井口30和65安裝在井口套管上，并且再安裝上熱交換器45，以便收集開采出的熱量。再安裝上適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)管道，控制閥60和泵35。然后，該井就可以由泵35通過井孔20將冷卻水75注入，并從井孔20沿著用箭頭25所示的方向排入地?zé)醿瘜?5內(nèi)而實(shí)現(xiàn)循環(huán)。該水在由生產(chǎn)井孔70的液體壓力差所建立的一個(gè)逐點(diǎn)定向比流動(dòng)通道中通過儲集層，并且沿著表示地?zé)峒訜嵋后w的箭頭85進(jìn)入生產(chǎn)井孔70中并被加熱。然后，地?zé)峒訜岬囊后w80通過生產(chǎn)井孔70和井口裝置65返回到地面。該加熱水通過控制閥60流動(dòng)，該閥用來在生產(chǎn)井孔上保持適當(dāng)?shù)谋硥?，以便保持?jǐn)U張的斷裂接縫充分地打開，從而使井孔之間的流動(dòng)阻抗減至最小。該加熱水接著通過熱交換器45，并在該處通過熱交換受到冷卻而成為通過管道40流到管道50的二次液體。然后將該冷卻水通過泵35向下再注入井孔許多次。這種配置提供了一種使水從注入井孔20通過地?zé)醿瘜?5流到生產(chǎn)井孔70(該孔通常被認(rèn)為是由井孔之間的壓力差形成的逐點(diǎn)電路)的方法。這種配置不允許使用儲存在擴(kuò)張接縫內(nèi)的大量加熱水，這些加熱水由于在兩個(gè)井孔之間隔離的適合壓力而不能流過。當(dāng)?shù)責(zé)醿瘜?5對長期的擴(kuò)張壓力起反應(yīng)時(shí)，地?zé)醿瘜?5將力圖建立壓力平衡，并且通過其本身的擴(kuò)大而增強(qiáng)，直到建立壓力和熱平衡為止。因而該方法需要連續(xù)添加大量的補(bǔ)充水，該補(bǔ)充水可以在位置55處注入到冷卻水流動(dòng)管道中，但是由于上述的壓力隔離，它通常是與生產(chǎn)循環(huán)隔離的。這種水量消耗對于廣泛使用這種形式的HDR完井和生產(chǎn)形成一個(gè)重大的缺點(diǎn)。
在水通過地?zé)醿瘜?5進(jìn)行循環(huán)期間，上述系統(tǒng)將受到較大的流動(dòng)阻抗。通過增加注入壓力來增加生產(chǎn)的努力將使地?zé)醿瘜?5產(chǎn)生更大的壓力激勵(lì)，從而利用上述對壓力隔離的補(bǔ)充水的合成消耗造成與擴(kuò)張有關(guān)的進(jìn)一步的儲集層平衡。因此，在該系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)的流量只能通過鉆出更多的井以便可在地?zé)醿瘜?5的末端提供附加流量來實(shí)現(xiàn)。全系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)因素對井孔的總成本十分敏感。因此，在使鉆探成本減至最小的努力過程中，出現(xiàn)了圖2中示出的多井和多裂縫群儲集層的開發(fā)方案。
圖2示出了從地球表面鉆到疊置型沉積巖層2和前寒武紀(jì)巖層10的注入井孔70和生產(chǎn)井孔71和72。井孔70用來作為用液壓方式產(chǎn)生分離的裂縫群扁平礦體16，17和18的開發(fā)井。用來產(chǎn)生這些井的該方法將一個(gè)套管柱正好安裝在井孔的底部并用水泥粘合。對井孔的無套管的下部用液壓方式進(jìn)行加壓，以便引起裂縫/接縫的擴(kuò)張。然后，該下部通過用液壓方式將砂子注入到該下部的某個(gè)預(yù)定高度或者井下停放裝置上而被隔離。然后，在充填砂層/井下停放隔離高度以上將井鉆孔，并且將井用液壓方式增壓，以便在下部裂縫群上方的某個(gè)垂直距離上引起二次分離裂縫。通常這些裂縫群沿垂直方向的垂直高度可以超過3,000英尺。由于前寒武紀(jì)巖的鉆進(jìn)費(fèi)用隨著井的加深而呈非線性增加，因而由于受使用通常鉆進(jìn)方法可以達(dá)到的深度的經(jīng)濟(jì)限制，大概只有一個(gè)或兩個(gè)扁平礦體可以被經(jīng)濟(jì)地開發(fā)出來。在開發(fā)預(yù)定數(shù)量的沿垂直方向隔開的裂縫群系統(tǒng)的重復(fù)循環(huán)完成以后，就可以在大批生產(chǎn)時(shí)，將用來以液壓方式隔離下面的井孔部分的充填砂層通過直接循環(huán)除去，以便把砂栓除凈并且把下面的裂縫群暴露在注入井孔壓力下流動(dòng)。注入井孔70和生產(chǎn)井孔71和72以組合方式形成了一個(gè)由閉合環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)中的生產(chǎn)井的液體壓力差所產(chǎn)生的逐點(diǎn)定向比流量通道，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生一個(gè)能產(chǎn)生熱水或蒸汽的商用體積的累積流量。與在圖1中所使用的相類似的控制和熱回收系統(tǒng)也可以用于圖2的系統(tǒng)中。
圖3示出了在直接和間接使用場合(例如用來生產(chǎn)瀝青和發(fā)電)中用來生產(chǎn)熱能的本發(fā)明的完整的流程圖和生產(chǎn)方法的一個(gè)實(shí)施例。井320，325和330從地球表面穿過疊置在前寒武紀(jì)巖層10上的任何沉積巖層2鉆入前寒武紀(jì)巖層10中，直到一個(gè)溫度足夠高并且能開發(fā)出一個(gè)或更多分離的巖層斷裂接縫群的深度，該接縫群沿著垂直或水平方向取向，這要根據(jù)彼此之間的巖層的主應(yīng)力場來決定。在巖層斷裂群為垂直取向的情況下，最深的井320需要鉆到30,000英尺以上的深度(這取決于該巖層的熱梯度和地?zé)嶙罱K用戶的所需溫度)，以便獲得足夠高的井底巖石溫度，從而能以在井底儲集層上方開發(fā)一個(gè)或更多儲集層。如果斷裂由于最小主應(yīng)力位于垂直位置而垂直地發(fā)展，那么每個(gè)裂縫群儲集層必須在大約5,000英尺處分離。在這種情況下，第二深的井325就需要鉆到25,000英尺的深度并且加上套管，第三深的井330就需要鉆到20,000英尺的深度并且加上套管。每個(gè)井的最下面部分可以用液壓方式通過以大于接縫擴(kuò)張壓力和巖層破裂壓力(該壓力估計(jì)約為1.0磅/英寸2/英尺深度)的壓力泵入液體而被破裂，從而在巖層中產(chǎn)生擴(kuò)張接縫的儲集層容積。然后，井孔就可以用于增壓循環(huán)，使儲集層增壓，然后再減壓儲集層，以便沖洗來自擴(kuò)張接縫的加熱水，并且產(chǎn)生在增壓和減壓循環(huán)期間由該水吸收的熱量。同樣的井孔完成方法可以在其他兩個(gè)較淺的井的每個(gè)井中重復(fù)使用，以便形成三個(gè)分離儲集層的聚集體，這些儲集層可以使增壓水通過擴(kuò)張接縫來使儲集層增壓，從而使水進(jìn)入儲集層，并被加熱，然后當(dāng)井孔內(nèi)的水壓下降時(shí)從儲集層中排出。通過調(diào)整井孔的壓力循環(huán)時(shí)間，使得一個(gè)井的注入流量兩倍于該井回流時(shí)的流量，就可以使被吸收熱量連續(xù)地產(chǎn)生。通過補(bǔ)償這些井的回流循環(huán)時(shí)間，就可以從儲集層的這種結(jié)構(gòu)配置中提供連續(xù)的大流量的生產(chǎn)能力。為了開發(fā)多個(gè)儲集層，一個(gè)相似的方法將是需要的，即某儲集層與另外的沿垂直取向或水平取向的儲集層沿水平方向是隔開的。
圖3示出了為從沿垂直方向互相隔開的三個(gè)分離的儲集層中產(chǎn)生連續(xù)的大流量的加熱水流所需要的結(jié)構(gòu)配置。預(yù)增壓泵360把冷卻水從地面蓄水槽350供入注射泵385中。注射泵385在高壓和大流量下迫使冷卻水進(jìn)入三個(gè)干熱巖體(HDR)儲集層中的一個(gè)儲集層中。注射泵385的尺寸大小應(yīng)能以與沖洗來自其他兩個(gè)HDR儲集層的加熱水的排出流量相同的流量來充分注入一個(gè)儲集層。這樣，第三井的生產(chǎn)流程就能夠保證其他兩個(gè)井以注入流量的一半進(jìn)行生產(chǎn)，由此通過匹配在三個(gè)井之間的注入和生產(chǎn)流量就能夠提供連續(xù)的流量。通過交替地打開和關(guān)閉排出控制閥410，405，400和注入閥390，415，420來對這些井進(jìn)行操縱，就能夠每24小時(shí)提供該固有順序。在排出循環(huán)期間，大流量的加熱水通過儲存在巖石內(nèi)的壓力能被排出地面。然后，加熱水由導(dǎo)管通到熱交換器45中，并在此處將來自并排出流量的熱量傳遞給通過熱交換器管道40至50的第二液體。冷卻后的井孔液體通過控制閥370流到注入泵385再被向下送回井孔中。另一方面，冷卻的井孔液體可以從熱交換器通過管道380和節(jié)流閥375(該閥控制系統(tǒng)的背壓)排出到地面蓄水槽350中。當(dāng)儲集層成熟時(shí)，地面蓄水槽350可以用來儲存提供補(bǔ)充水所必需的任何備用水。
圖4示出了在直接和間接使用場合(例如用來生產(chǎn)瀝青和發(fā)電)中用來生產(chǎn)熱能的本發(fā)明的完整的流程圖和生產(chǎn)方法的另一個(gè)實(shí)施例。井70從地球表面穿過覆蓋在前寒武紀(jì)巖層10上的任何沉積巖層2鉆入前寒武紀(jì)巖層10中，直到一個(gè)溫度足夠高并且能開發(fā)出分離的巖層斷裂接縫群的深度，該接縫群沿著垂直或水平方向取向，這要根據(jù)彼此之間的巖層的主應(yīng)力場來決定。地?zé)醿瘜?5可以用液壓方式通過以大于接縫擴(kuò)張壓力和巖層破裂壓力(該壓力估計(jì)約為1.0磅/英寸2/英尺深度)的壓力泵入液體而被破裂，從而在巖層中產(chǎn)生所需的擴(kuò)張接縫的儲集層容積。附加井68，69和20鉆入(并被套管)到地?zé)醿瘜?5中離開生產(chǎn)井70某個(gè)預(yù)定距離處。該較佳實(shí)施例使用了兩個(gè)井70和68。為了說明本發(fā)明的工程性質(zhì)的適應(yīng)性，圖4示出了將附加井69作為注入井使用，以便減少在注入井中的附加壓力損失的情況。另外的附加生產(chǎn)井可以合乎需要的用來減少在生產(chǎn)井中的附加壓力損失。井68，69和20可以用作注入井，以便對地?zé)醿瘜?5增壓。在注入井68，69和20鉆成(并被套管)并且與生產(chǎn)井70建立了液壓連通以后，地?zé)醿瘜?5另外的裂縫可以用來增加地?zé)醿瘜?5的生產(chǎn)量。生產(chǎn)井70可以被利用來以與最終用途相當(dāng)?shù)牧髁可a(chǎn)注入液體。該生產(chǎn)流量可以是a)穩(wěn)定的生產(chǎn)流量，b)具有為適應(yīng)后續(xù)電力負(fù)載而周期的增加和/或減少的穩(wěn)定的生產(chǎn)流量，c)周期的停止和啟動(dòng)流量，以便與最終用途要求相一致。注入井68，69和20可以用來以大于生產(chǎn)井70中產(chǎn)生的流量的注入流量注入，直到達(dá)到地?zé)醿瘜?5的最大彈性能量為止。然后，將注入流量減少或中止，以便使在地?zé)醿瘜?5中儲存的彈性應(yīng)變通過使儲集層收縮和產(chǎn)生包含在地?zé)醿瘜?5內(nèi)的加熱水而減輕。在地?zé)醿瘜?5中的壓力水平可以通過地?zé)醿瘜?5儲存的彈性應(yīng)變的松弛到足以在地?zé)醿瘜?5中保持接縫的擴(kuò)張的預(yù)定水平而減少。當(dāng)松弛后的彈性應(yīng)變的預(yù)定水平減輕到該預(yù)定水平后，液體的注入將根據(jù)具體情況開始或增加。這種使地?zé)醿瘜?5重復(fù)擴(kuò)張和收縮的方法將產(chǎn)生a)注入液體的各向流動(dòng)，該流動(dòng)確定了允許從各向流動(dòng)通道流向生產(chǎn)井的注入液體生產(chǎn)的條件，b)產(chǎn)生同步和/或周期地交替的熱和機(jī)械循環(huán)，以便產(chǎn)生接縫表面區(qū)域的角礫巖化和剝落，該表面區(qū)域產(chǎn)生了其熱量可被沖刷的新近暴露的高溫差表面，c)注入井對生產(chǎn)井的配置用來當(dāng)液體通過地?zé)醿瘜?5循環(huán)時(shí)提供熱量的二次對流沖刷，以及提供熱量從擴(kuò)張接縫表面的初次傳導(dǎo)沖刷，以及d)注入井對生產(chǎn)井的配置可用來通過遠(yuǎn)距離地注入工作液體并迫使它通過傳導(dǎo)和對流兩種類型的流動(dòng)而使靠近生產(chǎn)井的熱消耗減至最少。地?zé)醿瘜?5可用于增壓循環(huán)，先使儲集層15增壓，然后再使儲集層15減壓，以便沖洗來自擴(kuò)張接縫的加熱水，并且產(chǎn)生在增壓和減壓循環(huán)期間由該水吸收的熱量。
圖5示出了用來生產(chǎn)和利用可在超臨界液體狀態(tài)下加工有機(jī)碳時(shí)使用的地?zé)崮芰康谋景l(fā)明的完整的流程圖和生產(chǎn)方法的另一個(gè)實(shí)施例。在超臨界狀態(tài)下加工有機(jī)碳的基本步驟在無專利權(quán)狀態(tài)下有許多文件可以引證。代表性的文件是由Modell提供的下列專利說明書1978年9月12日頒布的題為“氣化方法”的美國專利，其專利號為4,113,446；以及1982年7月6日頒布的題為“在超臨界水中氧化有機(jī)物的處理方法”的美國專利，其專利號為4,338,199。Timus和其他人描述了把套管的深井孔作為壓力安全容器的在各種地形中的情況，以便通過使用各種管狀結(jié)構(gòu)(它在井孔內(nèi)作為壓力安全容器)并且利用固有的靜壓頭梯度(它在井孔內(nèi)作為用來方便地注入原料和回收產(chǎn)品的方法)連續(xù)地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。Timus在1974年12月14日頒布的題為“液壓動(dòng)力柱的激活方法——使用深井孔作為連續(xù)處理各種化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)容器的方法”的專利(其專利號為3,853,759)中對該方法進(jìn)行了描述。Timus還在1986年6月10日頒布的專利(其專利號為4,594,164)以及1988年12月20日頒布的專利(其專利號為4,792,408)中描述了深井孔在超臨界水條件下連續(xù)地進(jìn)行化學(xué)加工中的使用。Modell和Timus的說明書中都要求一種以化學(xué)，電氣或燃料為基礎(chǔ)的方法來啟動(dòng)并且隨后保持在壓力容器反應(yīng)器部分中的內(nèi)部高溫處于為促進(jìn)臨界水條件所必須的溫度范圍內(nèi)。在Modell的說明書中，必要的臨界水條件壓力由一個(gè)泵裝置產(chǎn)生，而在Timus的說明書中，必要的臨界水條件壓力是通過井孔的固有的靜壓頭的幫助而獲得的。本發(fā)明綜合了Modell和Timus的學(xué)說中的某些條件和特征，并且加上提供一個(gè)整體的地?zé)嵘a(chǎn)系統(tǒng)的特征，以便通過使用安裝在地?zé)嵘a(chǎn)系統(tǒng)(大體上如圖4中所描述的系統(tǒng))的生產(chǎn)井內(nèi)的壓力容器反應(yīng)器系統(tǒng)來啟動(dòng)和保持在超臨界液體條件下的化學(xué)加工。
圖5的實(shí)施例以圖4的實(shí)施例為基礎(chǔ)，但加上通過用來容納管狀的反應(yīng)器容器73的改進(jìn)的井口64把管狀的反應(yīng)器容器73插入套管井孔70內(nèi)的附加步驟。地?zé)醿瘜?5基本上位于HDR巖層內(nèi)，該巖層提供了生產(chǎn)超臨界液體(最好是水)的能力。該地?zé)嵘a(chǎn)系統(tǒng)按照圖4的描述設(shè)置成連續(xù)循環(huán)的系統(tǒng)，并且將為其熱容量而被開采，以便用來a)加熱反應(yīng)器容器，以促進(jìn)反應(yīng)器容器內(nèi)的連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)，b)提供用來在地面產(chǎn)生有用功的熱量，例如通過將來自所述地?zé)醿瘜?5的地?zé)崴h(huán)到可以使用的地面上而產(chǎn)生的電能，c)預(yù)熱有機(jī)原料，如下文中所述。
圖4中示出的本發(fā)明的實(shí)施例在圖5的實(shí)施例中只作了如下的改進(jìn)地?zé)醿瘜?5在這樣一個(gè)深度進(jìn)行開發(fā)，以致使產(chǎn)生的地?zé)嵋后w的溫度超過375℃，最好在450℃以上。地?zé)岙a(chǎn)生的加熱流體85和86圍繞與套管井孔70同心地放置的反應(yīng)器容器73的四周流到地面。地?zé)岙a(chǎn)生的加熱液體85，86，80和81把熱量導(dǎo)入反應(yīng)器容器73中，以便把不均勻的有機(jī)碳泥漿761，760，770和771加熱到375℃以上的溫度。地?zé)岙a(chǎn)生的加熱液體80和81通過井口64，控制閥750，管道690進(jìn)入熱交換器45中，地?zé)峁ぷ饕后w在該熱交換器中先擴(kuò)張然后再冷凝，從而除去其熱量的大部分。然后，冷凝的地?zé)嵋后w從熱交換器45通過管道590流動(dòng)，并在該管道中與來自反應(yīng)器容器的污水相混合，然后該混合液體循環(huán)通過熱交換器605，以便提供熱能來預(yù)熱不均勻的有機(jī)碳泥漿，如下文中所述。
不均勻的有機(jī)碳泥漿在混合處理器530內(nèi)通過將由泵500從水槽200經(jīng)過供料管220和550泵入混合處理器530的水以及來自料堆570經(jīng)過管道560的有機(jī)碳材料和適當(dāng)?shù)拇呋瘎┗蜃铚┫嗷旌隙纬?。然后，不均勻的有機(jī)碳泥漿由泵600泵出，經(jīng)過管道580和熱交換器605，并在該熱交換器中由地?zé)岙a(chǎn)生的加熱液體80的最后焓傳遞將該不均勻泥漿預(yù)熱。不均勻的有機(jī)碳泥漿從熱交換器605通過管道610，井口730流入反應(yīng)器容器的環(huán)狀空間內(nèi)。由此，不均勻的有機(jī)碳泥漿被向下泵入反應(yīng)器容器73的同心壁之間的環(huán)狀空間內(nèi)，并在此處在由地?zé)醿瘜?5產(chǎn)生的地?zé)峒訜嵋后w80，81，85和86的作用下，被加熱到超臨界水溫度以上。在不均勻的有機(jī)碳泥漿被向下泵和反應(yīng)容器的環(huán)狀空間內(nèi)后，它將承受比超臨界水更大的壓力，不均勻的有機(jī)碳泥漿將在此壓力下與某些非有機(jī)沉淀物起反應(yīng)并且形成一種單相液體。反應(yīng)器容器流動(dòng)通道的長度應(yīng)使在超臨界水條件下有機(jī)材料的停留時(shí)間能提供足夠的循環(huán)時(shí)間，以便超過有機(jī)材料溶解在其基本組分內(nèi)所必需的反應(yīng)時(shí)間。圍繞在反應(yīng)器容器800末端的該液體經(jīng)過腔773流入或被泵入反應(yīng)器容器800的內(nèi)部，而該處的生產(chǎn)液體741和740則通過井口720返回到地面。生產(chǎn)液體741和740在通過反應(yīng)器容器800的管狀公用壁時(shí)將不均勻的有機(jī)碳泥漿加熱。生產(chǎn)液體740通過井口720進(jìn)入粒子分離器620內(nèi)，并在其中將無機(jī)方法生產(chǎn)的粒子從液體蒸汽中分離出來，并且將該固體粒子通過管道710進(jìn)入固體粒子儲存器700。然后，采出的凈水通過流動(dòng)管道660，控制閥650進(jìn)入氣體分離器640內(nèi)，并在其中對采出的凈水進(jìn)行處理，使氣體從采出的凈水的液體組分中分離出來。然后將該氣體抽出通過管道670進(jìn)入氣體分類器680，并在其中進(jìn)一步分離成氣體的各種形式，然后將這些氣體取出，以便作進(jìn)一步處理。從采出的凈水中獲得的熱能在熱交換器45內(nèi)回收，以便產(chǎn)生有用的熱能。然后，該液體從熱交換器45流入管道590內(nèi)，并在其中與來自地?zé)岙a(chǎn)生的加熱液體80和81的熱交換過程的液體相混合。來自熱交換器45的混合污水被導(dǎo)入熱交換器605中，在該熱交換器中，任何余熱都可以作為對通過熱交換器605流動(dòng)的不均勻的有機(jī)碳泥漿的預(yù)熱方法而被進(jìn)一步交換。來自熱交換器605的污水經(jīng)過管道540，控制閥520和管道510排入蓄水槽200內(nèi)。
圖5中的實(shí)施例提供了一種利用包含在地?zé)岙a(chǎn)生的加熱液體(其溫度在375℃以上)內(nèi)的地?zé)崮芰康姆椒ǎ摲椒捎脕碓诮胨龅責(zé)嵘a(chǎn)井內(nèi)的反應(yīng)器容器中啟動(dòng)或保持一個(gè)連續(xù)的或周期的超臨界反應(yīng)。
圖6示出了利用鉆探地?zé)峋腜JD方法來鉆探地?zé)峋讜r(shí)所需要的主要部件。在前寒武紀(jì)巖石中鉆探一個(gè)大直徑的深井孔，使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械對土質(zhì)巖層進(jìn)行鉆井作業(yè)的通常作法的費(fèi)用是十分昂貴的，這是普通的常識。與旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆探系統(tǒng)相關(guān)的慢速穿入已經(jīng)成為HDR地?zé)崮茉吹木薮筇N(yùn)藏量遭到冷落的主要原因。PJD技術(shù)和方法的使用提供了一種可在所有巖層中增加穿入速度的裝置，特別是在結(jié)晶巖中，該裝置足以將時(shí)間和費(fèi)用降低到可以為地?zé)崮艿膹V泛使用提供可能性的水平。
用來鉆探油和氣井的PJARMD的試驗(yàn)用途已經(jīng)由油氣工業(yè)的許多文件證明。在鉆探液體中夾帶的大量粒子的試驗(yàn)用途已經(jīng)由海灣石油公司(Gulf Oil Company)根據(jù)05/21/1968頒布的美國專利3,348,189在1969年早期所證明，夾帶在鉆探液體中的大量大直徑粒子的最新用途已經(jīng)由發(fā)明者取得了美國專利，該專利于2002年5月14日頒布，其專利號為6,386,300。使用噴射粒子來鉆井的基準(zhǔn)方法包括在把分散的高密度固體粒子夾帶到鉆井液體中的方法中，該鉆井液體在鉆井作業(yè)期間不斷循環(huán)，以便把充滿泥漿的粒子噴射沖擊在巖層上，由此通過由于大量粒子的作用傳遞的動(dòng)量給與巖石的沖擊能而將巖層切開。PJARAD和HPJD方法都已經(jīng)成功地在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中取得了證明，它們可以在各種土質(zhì)巖層中增加鉆井的穿入速度。某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的試驗(yàn)已經(jīng)在沉積巖層中進(jìn)行。迄今為止，PJARMD已經(jīng)在對擁有油氣儲藏的沉積巖層的工業(yè)用途鉆井中進(jìn)行了開發(fā)和/或試驗(yàn)。沉積巖層通常都在前寒武紀(jì)巖層的上方發(fā)現(xiàn)。沉積巖層由層狀板巖，砂石，石灰?guī)r和/或它們的變質(zhì)材料組成。使用PJARMD技術(shù)來鉆探沉積巖層還包括使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械的鉆頭，該鉆頭由于使用了噴射粒子而得到幫助。PJARMD需要仔細(xì)的權(quán)衡泥漿液體特性和工作參數(shù)。包含有大量粒子的鉆孔泥漿液體的有效循環(huán)密度(ECD)必須小心地保持，以便不至于打碎任何沉積巖層，例如板巖，砂石或石灰?guī)r。由于潛在的長期和可疑的巖層破碎被認(rèn)為是喪失循環(huán)條件，因而需要在沉積巖層中小心地控制ECD，它預(yù)期可以在將PJD廣泛用來作為沉積巖層中鉆探油氣井的裝置時(shí)得到一個(gè)重要的限制因素。其次，PJARMD方法更加適合于在油氣生產(chǎn)中較小的井孔直徑中使用。
為了經(jīng)濟(jì)地開發(fā)深部的HDR地?zé)豳Y源，使用用于鉆探很大深度處的前寒武紀(jì)巖石的HPJD技術(shù)是重要的。HPJD可以在堅(jiān)硬的井孔巖層中使用，該巖層的ECD不是一個(gè)控制因素。諸如晶體狀前寒武紀(jì)和冥古代巖層這樣的巖層非常適用于使ECD的作用減至最小，因此，可以全部使用HPJD技術(shù)而無需旋轉(zhuǎn)機(jī)械的鉆井輔助設(shè)備。圖6示出了一種鉆探終止于結(jié)晶巖石的深井孔(以便產(chǎn)生HDR地?zé)醿瘜?的方法。全部幾何圖形示出了通常疊置在前寒武紀(jì)巖層840上面的沉積巖層870，860和850。沉積巖層870，860和850通常是例如板巖，砂石或石灰?guī)r這樣的不同沉積巖材料的層狀巖層。在適合沉積部分的結(jié)構(gòu)和厚度的情況下，這些巖層可以由標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械或者PJARMD裝置來鉆孔。井孔880的沉積部分將通過套管890與更深的井孔920相隔離，通常，該套管由水泥護(hù)層900固定就位。由鉆探機(jī)(未示出)操縱的鉆桿910構(gòu)成通向HPJD鉆頭810的導(dǎo)管和管狀連接部分。HPJD鉆頭810構(gòu)成用來把在標(biāo)準(zhǔn)的PJD鉆頭噴嘴射流820內(nèi)加速的大量粒子830噴射沖擊在前寒武紀(jì)巖層上，以便快速地在所述巖層上鉆孔。鉆通和隔離沉積巖層以便只有晶狀的前寒武紀(jì)巖層由HPJD方法鉆孔的新穎性在于提供了使用HPJD最佳的工作條件，從而在鉆探所述前寒武紀(jì)巖層時(shí)，可以使穿入速度達(dá)到最大，該速度在鉆探沉積巖層時(shí)是不能獲得的。因此，對于HPJD粒子的挾帶，輸送，撞擊和返回的循環(huán)運(yùn)行來說，低粘度的液體用于前寒武紀(jì)巖層的鉆孔是適合的，因?yàn)榕c暴露的沉積巖層井孔缺乏完整性的情況不同，由于前寒武紀(jì)巖層的完整性，這里無需非常重視ECD特性。當(dāng)鉆探前寒武紀(jì)巖層時(shí)還可以使用很高的PJD液體流量，因?yàn)橛捎谇昂浼o(jì)巖層的完整性，這里也無需非常重視鉆孔液體的巖層侵蝕。
使用用來減少鉆探終止于前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層的井孔成本的PJD方法對于HDR資源的開發(fā)具有重要的意義。準(zhǔn)確地說，PJD提供了一種裝置，該裝置可以經(jīng)濟(jì)地鉆探出用于HDR生產(chǎn)用途的很深的大直徑的注入井孔和生產(chǎn)井孔。和PJD技術(shù)一起使用的具體的井孔形狀是獨(dú)特的，以便產(chǎn)生能使PJD技術(shù)在穿孔生產(chǎn)流量的最佳水平上運(yùn)行的環(huán)境。
現(xiàn)在參看圖7，圖中示出了在多個(gè)土質(zhì)巖層內(nèi)鉆探的井孔的示意的簡圖。在由塔式起重機(jī)的簡圖所表示的井口400處，第一土質(zhì)巖層404由井孔402穿透。在該特定的巖層中使用的鉆頭412的類型可以是一般用于淺井和/或本文涉及的PJARMD的機(jī)械鉆頭。在更深的土質(zhì)巖層406示意地表示的是一個(gè)鉆頭414，該鉆頭可以與鉆頭412相同和/或相似，但是也可以根據(jù)本發(fā)明的原理加以改變，這取決于在土質(zhì)巖層部分406中查明的土質(zhì)結(jié)構(gòu)的類型。同樣，土質(zhì)巖層部分408是井孔402的延續(xù)，其中示意地示出了一個(gè)鉆頭，根據(jù)本發(fā)明的原理，該鉆頭可以是不同操作法的鉆頭，這取決于結(jié)合在土質(zhì)巖層408中的結(jié)構(gòu)類型。最后，土質(zhì)巖層410示意地表示為前寒武紀(jì)巖層和/或冥古代結(jié)晶巖層，其中，它的橫剖面外形是不同的，圖中示出的井孔部分430由鉆具418具有的液壓鉆孔操作法所穿透，該鉆孔操作法可以包括在根據(jù)本發(fā)明的原理的用于穿透前寒武紀(jì)巖層和/或冥古代結(jié)晶巖層的粒子噴射鉆孔中，以便取得巖層中的熱能并且在井孔內(nèi)建立一個(gè)位置，該位置可用于上文根據(jù)本發(fā)明的原理所描述的隨后的液力碎裂，注入和排出。
現(xiàn)在參看圖8，圖中示出了本發(fā)明原理的一個(gè)實(shí)施例的工藝流程圖。在該特定的流程圖中，清楚的規(guī)定和示出了上文所描述的操作法，其中，步驟501包括根據(jù)本發(fā)明的原理建立井孔鉆探系統(tǒng)。步驟503說明使用PJARMD操作法來鉆探第一井孔部分。該操作法可以根據(jù)在圖7中所示出的土質(zhì)巖層的具體類型而改變。
仍請參看圖8，步驟505說明井孔已經(jīng)到達(dá)前寒武紀(jì)巖層或冥古代結(jié)晶巖層，此處可以根據(jù)本發(fā)明原理改變所使用的鉆頭類型。步驟507說明使用液體鉆孔操作法來穿過前寒武紀(jì)巖層或冥古代結(jié)晶巖層鉆出一個(gè)更深的第二井孔。在本發(fā)明中所設(shè)定和描述的HPJD操作法的一種形式是粒子噴射鉆井。步驟509說明干熱巖體(HDR)的液力碎裂產(chǎn)生了擴(kuò)張接縫的裂縫群。步驟511說明根據(jù)本發(fā)明原理的一個(gè)實(shí)施例對裂縫進(jìn)行注入和排出。步驟513說明根據(jù)本發(fā)明的原理如上所述的從裂縫群生產(chǎn)熱能。
總起來說，上述說明描述和顯示了本發(fā)明的下列幾個(gè)發(fā)明方面1)為了開發(fā)干熱巖體的地?zé)豳Y源，使用HPJD來鉆探井孔，該井孔終止于a)非沉積巖層，或b)前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層。
2)為了用PJD技術(shù)來鉆探下伏結(jié)晶體，非沉積巖層，前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層，使用或不使用PJD方法來作為鉆探和隔離沉積巖層的方法。
3)為了開發(fā)干熱巖體的地?zé)豳Y源，使用非旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置來鉆探井孔，該井孔終止于a)非沉積巖層，或b)前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層。
4)為了開發(fā)干熱巖體的地?zé)豳Y源，使用非機(jī)械鉆頭來鉆探井孔，該井孔終止于a)非沉積巖層，或b)前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層。
5)為了開發(fā)干熱巖體的地?zé)豳Y源，使用低粘度或牛頓鉆井液體來鉆探井孔，該井孔終止于a)非沉積巖層，或b)前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層。
6)為了開發(fā)干熱巖體的地?zé)豳Y源，使用流量等于或大于每分鐘500加侖的PJD液體來鉆探井孔，該井孔終止于a)非沉積巖層，或b)前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層。
7)為了開發(fā)干熱巖體的地?zé)豳Y源，使用非標(biāo)準(zhǔn)鉆桿來鉆探井孔，該井孔終止于a)非沉積巖層，或b)前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層。
8)為了開發(fā)干熱巖體的地?zé)豳Y源，使用PJD方法來鉆探其直徑為9英寸或更大的井孔，該井孔終止于a)非沉積巖層，或b)前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層。
為了開發(fā)干熱巖體的地?zé)豳Y源，使用PJD方法來鉆探其深度為5,000英尺或更深的井孔，該井孔終止于a)非沉積巖層，或b)前寒武紀(jì)巖層或冥古代巖層。
因此，下列概念應(yīng)被認(rèn)為屬于本發(fā)明的原理和范圍內(nèi)1)在HDR儲集層生成時(shí)，一般的想法是使液體在兩個(gè)或更多井孔之間通過在HDR儲集層內(nèi)的誘發(fā)的巖石裂縫或者擴(kuò)張的天然存在的巖石接縫中的流動(dòng)通道連續(xù)地循環(huán)。這種“液壓短路”或逐點(diǎn)流動(dòng)都在其容量內(nèi)在以下方面受到限制1)吸收熱量，2)具有較大的流動(dòng)阻抗，3)用液壓方式隔離包含在裂縫群儲集層中的大部分液體。本發(fā)明方法提供了儲集層的注入和排出的彈性循環(huán)，該循環(huán)在注入過程中通過各向流動(dòng)以及在儲集層松弛期間的各向流動(dòng)的反向流動(dòng)提供了儲集層裂縫系統(tǒng)的完整的使用。此外，當(dāng)水與儲集層表面相接觸時(shí)，水的吸收熱量的能力是其停留時(shí)間的函數(shù)。在巖層的加壓和松弛期間，當(dāng)最初需要將水掃入巖石接縫以及隨后又需要將水順序地掃出巖石接縫時(shí)，本發(fā)明方法提供了相當(dāng)長的停留時(shí)間。此外，當(dāng)與一般的HDR完井系統(tǒng)相比較時(shí)，各向流動(dòng)提供了大量增加的表面積，以便水在每個(gè)循環(huán)期間被加熱。這種雙倍通過流量的方式將顯著改進(jìn)對生產(chǎn)水的熱傳遞。
2)使用機(jī)械的和熱循環(huán)應(yīng)力變向都可以隨著時(shí)間的過去由于組合的循環(huán)應(yīng)力變向的作用而提供重大的巖石表面碎裂。由于儲集層巖石通過剪切帶剝落或分裂而被碎裂成比較小的巖石塊或大巖石塊或巖石片，從而增加了儲集層的表面積和體積，提供了逐漸增加的面積，各向液體通道在沖刷“液壓容器”表面積時(shí)從該面積吸取熱量。當(dāng)剝落巖石被碎裂而沒有裂縫表面時(shí)，就將該剝落巖石用液壓方式隔離。重力將會(huì)把碎裂的巖石拉到儲集層的最下部區(qū)域，并在該處隨著時(shí)間的過去通過儲集層巖石的機(jī)械循環(huán)的作用而被粉碎。在該裝置中有兩種從傳導(dǎo)吸收熱量的熱作用原理，近場和遠(yuǎn)場熱傳導(dǎo)。近場熱量由于在巖石與沖刷液體之間的巨大溫差而非常快速地通過傳導(dǎo)而被傳遞。當(dāng)近場熱量被吸取到一個(gè)下極限值時(shí)，更多的熱量傳遞就由巖石介質(zhì)的擴(kuò)散能力大小來決定。由于與剪切帶狀角礫巖相關(guān)的循環(huán)，最大的熱沖刷作用可以通過將注入液體連續(xù)地暴露在下一個(gè)“液壓容器”表面而獲得。可以預(yù)期，在近場區(qū)域的高熱量水平減少到能啟動(dòng)作用在儲集層壁上的遠(yuǎn)場熱擴(kuò)散能力的某個(gè)水平，并由此減少熱傳遞速度以前，剪切帶狀角礫巖可以連續(xù)地生產(chǎn)新的與注入液體互相作用的接觸表面。上述作用機(jī)理可以隨著時(shí)間的過去不斷提供接近連續(xù)的可用于近場導(dǎo)熱沖刷的巨大溫度差的更新。這種情況與一般的HDR系統(tǒng)相反，它們在近場熱被導(dǎo)熱沖刷(它具有隨著時(shí)間的過去顯著地降低全部熱量輸出和生產(chǎn)溫度的作用)后，必須依靠遠(yuǎn)場巖石塊的遠(yuǎn)場熱擴(kuò)散能力。因此，在擴(kuò)張的儲集層中產(chǎn)生新的表面積的能力是保持近場型導(dǎo)熱數(shù)值的關(guān)鍵。當(dāng)巖石對生產(chǎn)期間重復(fù)循環(huán)的熱或機(jī)械應(yīng)力起反應(yīng)時(shí)，新的表面積就會(huì)由于巖石收縮而產(chǎn)生，該巖石收縮是由于熱變化及同時(shí)發(fā)生的作用在儲集層“液壓容器”的內(nèi)部巖石表面上的機(jī)械位移的作用而產(chǎn)生的。
3)儲集層可以通過在裂縫擴(kuò)張壓力以上的附加壓力而擴(kuò)大，以便延伸或產(chǎn)生更大底部儲集層。這樣可以用來達(dá)到增加底部儲集層尺寸，使底部儲集層的增長速度比它只通過加壓和減壓循環(huán)的循環(huán)作用時(shí)的增長速度更快，如果需要的話，可用來在儲集層中補(bǔ)充保持溫度。
4)由于沖刷表面積和新的暴露表面隨著時(shí)間的過去而增加，該地?zé)嵘a(chǎn)方法可以產(chǎn)生比任何其他正在使用的現(xiàn)有方法大得多的生產(chǎn)流量和最大的回收潛力。
5)使用大于375℃的地?zé)嵘a(chǎn)溫度，以便為支持浸入地?zé)嵘a(chǎn)井內(nèi)的反應(yīng)器容器中的化學(xué)反應(yīng)提供能量可以為把大量有機(jī)碳(例如煤，油頁巖，生命體和矸石)轉(zhuǎn)換為有用的和銷路好的產(chǎn)品提供基礎(chǔ)。生產(chǎn)的地?zé)崮芸梢蕴峁゛)用來在反應(yīng)器容器中啟動(dòng)或保持超臨界水化學(xué)過程的熱能，b)提供剩余熱能，用來對諸如通過合成型發(fā)電廠發(fā)電這樣的最終用途的地?zé)嵘a(chǎn)液體進(jìn)行直接和間接使用，以及c)提供另外的熱能產(chǎn)量，用來預(yù)熱有機(jī)碳原料。該系統(tǒng)在分離和捕獲有害副產(chǎn)品(它們采取可以被進(jìn)一步處理，有效清除或銷售的形式)的同時(shí)，通過產(chǎn)生清潔的電能和生產(chǎn)完全燃燒的氫來獲得其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。與用來生產(chǎn)清潔水和銷路好的產(chǎn)品(例如氫，甲烷或Fischer-Tropsch液體)的有機(jī)碳(例如煤，油頁巖，生命體和矸石)的分批生產(chǎn)相反，循環(huán)的地?zé)醿瘜訌椥陨a(chǎn)方法的使用支持了地?zé)嵘a(chǎn)用于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的能力，該方法從單個(gè)儲集層提供穩(wěn)定狀態(tài)的生產(chǎn)，并且具有循環(huán)注入加工的各種優(yōu)點(diǎn)，從而可保持很高的熱生產(chǎn)溫度，很大的流量和儲集層增長。該系統(tǒng)在現(xiàn)有發(fā)電廠的煤處理以及給這些工廠提供完全燃燒的可燃?xì)怏w，以便提高其經(jīng)濟(jì)性并且減少工業(yè)生產(chǎn)的溫室氣體方面是有用的。目前僅在美國就有約700家燃煤火力發(fā)電廠，它們將可從本發(fā)明中獲取巨大的利益。此外，本發(fā)明還為可開采的油頁巖的大規(guī)模加工提供了可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。
因此，可以相信，通過上面對較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，將會(huì)對本發(fā)明的工作原理和結(jié)構(gòu)十分清楚。雖然所示出的形狀和結(jié)構(gòu)是作為較好的實(shí)施例來描述的，但是應(yīng)當(dāng)指出，只要不脫離由下面的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的原理和范圍，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以對此做出各種變化和改進(jìn)。所以，權(quán)利要求書的原理和范圍不受本文所包含的較佳實(shí)施例的說明的限制。
權(quán)利要求
1.一種從巖層中抽取熱能的方法，該方法包括以下步驟將多個(gè)井鉆探到一深度，該深度足以能開發(fā)至少一個(gè)斷裂接縫群儲集層；用液壓方式使該多個(gè)井中的至少一個(gè)斷裂；使該至少一個(gè)斷裂接縫群儲集層擴(kuò)張；迫使冷卻水在高壓和大流量條件下進(jìn)入該多個(gè)井中的至少一個(gè)井內(nèi)，以便對該儲集層進(jìn)行注入；交替地打開和關(guān)閉多個(gè)排出控制閥和多個(gè)注入控制閥，以便從所述多個(gè)井中提供連續(xù)的流量并且可從該儲集層中排出；從所述井中取出加熱的水；以及將該加熱的水送到熱交換器。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中，該鉆孔步驟包括液壓鉆孔的步驟。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中，該液壓鉆孔步驟包括粒子噴射鉆孔。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少一個(gè)斷裂接縫群儲集層的容積是通過同步的機(jī)械和熱循環(huán)增加的。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中，該至少一個(gè)斷裂接縫群儲集層中的熱值是通過儲集層巖石的機(jī)械和熱循環(huán)保持的。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其中，在該至少一個(gè)斷裂接縫群儲集層中可以被沖刷的熱容量是通過儲集層巖石的熱力和機(jī)械循環(huán)增加的。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中，該系統(tǒng)的注入和排出步驟還包括設(shè)定注入和排出時(shí)間的步驟，以便在誘發(fā)同時(shí)發(fā)生的導(dǎo)致儲集層角礫巖化和剝落的熱和機(jī)械循環(huán)時(shí)，產(chǎn)生在生產(chǎn)循環(huán)之后形成的具有穩(wěn)態(tài)負(fù)載的循環(huán)順序。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中，該熱量生產(chǎn)方法可以通過利用至少兩個(gè)井而變得更加方便，其中，注入井周期性地以不同注入流量注入，使得該注入流量大于從生產(chǎn)井提供的連續(xù)生產(chǎn)流量，從而使該儲集層交替地先擴(kuò)張然后收縮，以便當(dāng)該儲集層以連續(xù)的流量進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)生必需的組合的熱和機(jī)械應(yīng)力，從而在原位置產(chǎn)生儲集層的角礫巖化。
9.權(quán)利要求7所述的方法，其中，該方法可以通過利用至少三個(gè)井而變得更加方便。
10.一種完成地?zé)嵘a(chǎn)井的方法，包括以下步驟從至少一個(gè)井口穿過多個(gè)土質(zhì)巖層鉆探出多個(gè)井；使用第一種鉆頭穿過上部第一土質(zhì)巖層來產(chǎn)生井孔；使用粒子噴射鉆頭來產(chǎn)生井孔，該井孔在配置于該第一土質(zhì)巖層的下方的干熱巖體區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生；將在第一前寒武紀(jì)巖層內(nèi)的多個(gè)井孔中的第一井孔終止于某個(gè)深度上，該深度上具有足夠高的溫度，從而可以開發(fā)一個(gè)或更多垂直地或水平地取向的分散的巖層斷裂接縫群，這要根據(jù)巖層來確定；將多個(gè)井孔中的第二井孔終止于下部區(qū)域內(nèi)，以便產(chǎn)生下部斷裂接縫群，該接縫群大體上水平地配置在該第一接縫群的下方；以及借助在超過接縫擴(kuò)張壓力和巖層斷裂壓力的壓力下泵入液體，用液壓方式使每個(gè)接縫群斷裂，從而在該巖層內(nèi)產(chǎn)生擴(kuò)張接縫的儲集層容積。
11.權(quán)利要求10所述的方法還包括將第三井孔終止在第一和第二井孔的末端區(qū)域的下方。
12.權(quán)利要求10所述的方法，其中，該使接縫群斷裂的步驟包括施加一個(gè)增壓循環(huán)以便加注該儲集層，接著再加上對該儲集層的減壓循環(huán)，以便從擴(kuò)張的接縫沖去加熱水，該接縫在增壓和減壓循環(huán)期間產(chǎn)生由該水吸收的熱量。
13.權(quán)利要求12所述的方法還包括重復(fù)對每個(gè)接縫群的增壓和減壓的過程，以便開發(fā)多個(gè)分散儲集層的聚集體，當(dāng)接縫擴(kuò)張時(shí)，這些接縫將會(huì)接受增壓水對儲集層的注入，使該水流入儲集層中被加熱，然后，當(dāng)加熱水壓力在來自井口的井孔內(nèi)被降低時(shí)，將該水從儲集層中排出。
14.權(quán)利要求13所述的方法還包括通過設(shè)定井孔的壓力循環(huán)時(shí)間來連續(xù)生產(chǎn)加熱水的步驟，以便向某個(gè)井提供的液體注入流量是該井液體反向流動(dòng)流量的兩倍。
15.權(quán)利要求14所述的方法還包括按規(guī)定路線把冷卻的井孔液體通過一個(gè)控制閥退出該井孔發(fā)送到注入閥中。
16.權(quán)利要求14所述的方法還包括把冷卻的井孔液體從熱交換器排出到地面蓄水槽中。
17.權(quán)利要求1所述的方法，其中，該使接縫群斷裂的步驟包括使在巖層中的多個(gè)材料接縫擴(kuò)張的步驟。
18.權(quán)利要求1所述的方法，其中，該鉆探步驟包括使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆頭來鉆出井的上部。
19.權(quán)利要求18所述的方法，其中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆頭包括PJARMD操作法。
20.一種從井口鉆入前寒武紀(jì)巖層和冥古代結(jié)晶巖層以便獲取其中的熱能的鉆探深井孔的方法，該方法包括以下步驟使用鉆孔操作法中的至少第一種和第二種鉆孔操作法來從井口建立一個(gè)井孔鉆探系統(tǒng)，該第一種操作法包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆孔，該第二種操作法包括液壓鉆孔；使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆孔的第一操作法將從井口進(jìn)入到第一巖層中的第一井孔部分鉆出；使用液壓鉆孔的第二操作法將在第一井孔部分下方進(jìn)入到結(jié)晶巖層中的第二井孔部分鉆出；以及使在結(jié)晶巖石中的熱能暴露出來，以便于該熱量的利用。
21.權(quán)利要求20所述的方法，其中，該液壓鉆孔包括粒子噴射鉆孔。
22.權(quán)利要求21所述的方法，其中，該粒子噴射鉆孔操作法包括在切割巖層用的鉆孔液體中挾帶分散的高密度固體粒子的方法。
23.權(quán)利要求22所述的方法，其中，該巖層切割使用通過噴射液體傳遞給挾帶粒子的沖量傳給巖層的沖擊能，以便使巖層擦破和裂縫。
24.權(quán)利要求23所述的方法還包括把擦破的巖層以很快的速度通過其周圍的流動(dòng)液體除去。
25.權(quán)利要求21所述的方法還包括在巖層中完成用來進(jìn)出熱能儲集層的井孔后，通過擴(kuò)張一組接縫的步驟以形成該熱能儲集層；交替地用液體注入和排出該組接縫，以便使該儲集層擴(kuò)張，并且使該液體先流入該儲集層隨后再從其中流出。
26.權(quán)利要求25所述的方法還包括在儲集層巖石上同時(shí)發(fā)生的機(jī)械和熱應(yīng)力變向的循環(huán)誘發(fā)使得該巖石連續(xù)地角礫化，并且在其中露出新的儲集層巖石表面(剪切帶)。
27.權(quán)利要求26所述的方法還包括給出多種應(yīng)力變向的步驟，以便產(chǎn)生連續(xù)的和逐漸增加的高溫差表面儲集層和容積，因此，連續(xù)地從巖層沖刷熱量的能力就能以效率很高的方式除去大量的熱密度，其由單位容積提供。
28.權(quán)利要求27所述的方法，其中，該儲集層系統(tǒng)包括一個(gè)獨(dú)立的儲集層，該儲集層獨(dú)立地循環(huán)，以便產(chǎn)生循環(huán)的或周期的生產(chǎn)。
29.權(quán)利要求28所述的方法，其中，該儲集層系統(tǒng)包括一組多個(gè)獨(dú)立的儲集層，這些儲集層可以按順序循環(huán)，以便產(chǎn)生連續(xù)的生產(chǎn)液流，該生產(chǎn)液流可以是穩(wěn)態(tài)和脈動(dòng)的。
30.一種開發(fā)高溫的干熱巖體地?zé)醿瘜右员銖钠渲蝎@取地?zé)崮芰亢瓦M(jìn)行生產(chǎn)的方法，該方法包括以下步驟使用鉆孔操作法中的至少第一種和第二種鉆孔操作法來建立一個(gè)井孔鉆探系統(tǒng)，該第一種操作法包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆孔，該第二種操作法包括液壓鉆孔；使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆孔操作法將第一井孔部分鉆出；使用液壓鉆孔操作法將在第一井孔部分下方進(jìn)入到結(jié)晶巖層中的第二井孔部分鉆出；使在結(jié)晶巖石中的熱能露出，以便該熱量的利用；將結(jié)晶巖石斷裂成裂縫群，并使這些裂縫中的至少某些裂縫處于與第二井孔部分流動(dòng)連通的狀態(tài)；把井孔液體向下泵入第一和第二井孔，以便用液壓方式使裂縫擴(kuò)張；以及使裂縫群交替地液壓擴(kuò)張和收縮，以便在熱干巖層中同時(shí)產(chǎn)生熱干巖層的熱和機(jī)械循環(huán)以及周期的角礫巖化，由此，該角礫巖化可以用來達(dá)到建立在遞增基礎(chǔ)上的使新暴露的高溫差表面逐漸增加的目的，該高溫差表面可以用來保持在熱干巖層中的高溫生產(chǎn)。
31.權(quán)利要求30所述的方法，其中，該液壓擴(kuò)張是以各向流動(dòng)的方式在注入循環(huán)和生產(chǎn)循環(huán)期間進(jìn)行的，以便顯著地增加由工作液體所沖刷的表面積。
32.權(quán)利要求30所述的方法，其中，該液壓鉆孔包括粒子噴射鉆孔。
33.權(quán)利要求32所述的方法，其中，該液壓鉆孔操作法包括在切割巖層用的鉆孔液體中挾帶分散的高密度固體粒子的方法。
34.權(quán)利要求33所述的方法，其中，該巖層切割使用通過噴射液體傳遞給挾帶粒子的沖量傳給巖層的沖擊能，以便使巖層擦破和裂縫。
35.權(quán)利要求34所述的方法還包括把擦破的巖層以很快的速度通過其周圍的流動(dòng)液體除去。
36.權(quán)利要求30所述的方法，其中，該儲集層系統(tǒng)包括一個(gè)獨(dú)立的儲集層，該儲集層獨(dú)立地循環(huán)，以便產(chǎn)生循環(huán)的或周期的生產(chǎn)。
37.權(quán)利要求30所述的方法，其中，該儲集層系統(tǒng)包括一組多個(gè)獨(dú)立的儲集層，這些儲集層可以按順序循環(huán)，以便用來產(chǎn)生連續(xù)的生產(chǎn)液流，該生產(chǎn)液流可以是穩(wěn)態(tài)和脈動(dòng)的。
38.權(quán)利要求30所述的方法還包括一個(gè)具有可用來同時(shí)進(jìn)行注入和生產(chǎn)的多個(gè)井的儲集層，該儲集層以下列方式工作注入井周期地以超過建立在循環(huán)基礎(chǔ)上的生產(chǎn)流量的某個(gè)流量注入，以便當(dāng)生產(chǎn)井以穩(wěn)定的或脈動(dòng)的流量連續(xù)地生產(chǎn)時(shí)，循環(huán)地?cái)U(kuò)張儲集層并且以彈性帶的形式儲存能量。
39.權(quán)利要求38所述的方法，其中，該儲集層垂直地層疊，但是互相之間保持獨(dú)立。
40.權(quán)利要求38所述的方法，其中，該儲集層大體上水平地配置，但是互相之間保持獨(dú)立地隔離。
41.一種在熱干巖層中開發(fā)地?zé)醿瘜拥姆椒?，該方法包括以下步驟使用鉆孔操作法中的至少第一種和第二種鉆孔操作法來建立一個(gè)井孔鉆探系統(tǒng)，該第一種操作法包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆孔，該第二種操作法包括液壓鉆孔；使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆孔操作法將第一井孔部分鉆出；使用液壓鉆孔操作法將在第一鉆孔部分下方進(jìn)入到結(jié)晶巖層中的第二井孔部分鉆出；使在結(jié)晶巖石中的熱能露出，以便進(jìn)入其中的接縫；使一組接縫擴(kuò)張，以便形成一個(gè)儲集層；以及用液體交替地注入和排出該組接縫，以便使該儲集層擴(kuò)張，以及使該液體先流入該儲集層隨后再從其中流出。
42.權(quán)利要求41所述的方法還包括在儲集層巖石上同時(shí)發(fā)生的機(jī)械和熱應(yīng)力變向的循環(huán)誘發(fā)使得該巖石連續(xù)地角礫巖化，并且在其中露出新的儲集層巖石表面。
43.權(quán)利要求41所述的方法還包括給出多種應(yīng)力變向的步驟，以便產(chǎn)生連續(xù)的和逐漸增加的高溫差表面和儲集層容積，因此，連續(xù)地從巖層沖刷熱量的能力就能以效率很高的方式除去大量的熱密度，其由單位容積提供。
44.權(quán)利要求41所述的方法，其中，該儲集層系統(tǒng)包括一個(gè)獨(dú)立的儲集層，該儲集層獨(dú)立地循環(huán)，以便用來產(chǎn)生循環(huán)的或周期的生產(chǎn)。
45.權(quán)利要求41所述的方法，其中，該儲集層系統(tǒng)包括一組多個(gè)獨(dú)立的儲集層，這些儲集層可以按順序循環(huán)，以便用來產(chǎn)生連續(xù)的生產(chǎn)液流，該生產(chǎn)液流可以是穩(wěn)態(tài)和/或脈動(dòng)的。
46.權(quán)利要求41所述的方法還包括一個(gè)具有可用來同時(shí)進(jìn)行注入和生產(chǎn)的多個(gè)井的儲集層，該儲集層以下列方式工作注入井周期地以超過建立在循環(huán)基礎(chǔ)上的生產(chǎn)流量的某個(gè)流量注入，以便當(dāng)生產(chǎn)井以穩(wěn)定的或脈動(dòng)的流量連續(xù)地生產(chǎn)時(shí)，循環(huán)地?cái)U(kuò)張儲集層并且以彈性帶的形式儲存能量。
47.權(quán)利要求46所述的方法，其中，該儲集層垂直地層疊，但是互相之間保持獨(dú)立。
48.權(quán)利要求46所述的方法，其中，該儲集層大體上水平地配置，但是互相之間保持獨(dú)立地隔離。
49.權(quán)利要求41所述的方法，其中，該系統(tǒng)的注入和排出步驟還包括設(shè)定注入和排出時(shí)間的步驟，以便在誘發(fā)同時(shí)發(fā)生的導(dǎo)致儲集層角礫巖化和剝落的熱和機(jī)械循環(huán)時(shí)，產(chǎn)生在生產(chǎn)循環(huán)之后形成的具有穩(wěn)態(tài)負(fù)載的循環(huán)順序。
50.權(quán)利要求41所述的方法還包括至少鉆出兩個(gè)井，其中，一個(gè)注入井周期性地以不同注入流量注入，使得該注入流量大于從生產(chǎn)井提供的連續(xù)生產(chǎn)流量，從而使該儲集層交替地先擴(kuò)張然后收縮，以便當(dāng)該儲集層以連續(xù)的流量進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)生必需的組合的熱和機(jī)械應(yīng)力，從而在原位置產(chǎn)生儲集層的角礫巖化。
51.一種完成地?zé)嵘a(chǎn)井的方法，包括以下步驟穿過多個(gè)土質(zhì)巖層鉆出多個(gè)井；使用第一種鉆頭穿過上部第一土質(zhì)巖層，以便產(chǎn)生井孔；使用粒子噴射鉆頭在配置在該第一土質(zhì)巖層區(qū)域下方的干熱巖石區(qū)域中產(chǎn)生井孔；將在第一前寒武紀(jì)巖層內(nèi)的第一井孔終止于某個(gè)深度上，該深度上具有足夠高的溫度，從而可以開發(fā)一個(gè)或更多垂直地或水平地取向的分散的巖層斷裂接縫群，這要根據(jù)巖層來確定；將多個(gè)井孔中的第二井孔終止于下部區(qū)域內(nèi)，以便產(chǎn)生下部斷裂接縫群，該接縫群大體上水平地配置在該第一接縫群的下方；以及借助在超過接縫擴(kuò)張壓力和巖層破裂壓力的壓力下泵入液體，用液壓方式使每個(gè)接縫群裂縫，以便在該巖層內(nèi)產(chǎn)生擴(kuò)張接縫的儲集層容積。
52.一種從巖層抽取熱能的方法，該方法包括將一個(gè)或更多井鉆到某個(gè)深度，該深度足可以開發(fā)至少一個(gè)由巖層內(nèi)的裂縫或接縫組成的儲集層；用液壓方式通過該井中的至少一個(gè)井使在巖層內(nèi)的天然接縫破裂或擴(kuò)張；使巖層內(nèi)的至少一個(gè)裂縫或接縫擴(kuò)張，由此形成儲集層；迫使冷卻水在高壓和大流量條件下進(jìn)入該多個(gè)井中的至少一個(gè)井內(nèi)，以便對該儲集層注入并且在周圍的巖石內(nèi)產(chǎn)生彈性帶；交替地打開和關(guān)閉至少一組排出控制閥和至少一組注入控制閥，以便從該井中的至少一個(gè)井供給流量并且可以交替地向該儲集層注入和從該儲集層中排出；從該井中取出加熱水；以及從該生產(chǎn)水中取出至少一部分熱量，并且把從該加熱水產(chǎn)生的熱量用于熱用途。
53.一種產(chǎn)生地?zé)嵘a(chǎn)井的方法，該方法包括從地面穿過多個(gè)土質(zhì)巖層鉆出多個(gè)井；使用第一種鉆探系統(tǒng)和方法鉆通上部第一沉積型土質(zhì)巖層，以便產(chǎn)生井孔；使用第二種鉆探系統(tǒng)和方法在配置于該第一沉積型土質(zhì)巖層區(qū)域下方的非沉積型土質(zhì)巖層區(qū)域中產(chǎn)生井孔；將在第一前寒武紀(jì)巖層內(nèi)的多個(gè)井孔中的第一井孔終止于某個(gè)深度上，該深度上具有足夠高的溫度，從而可以開發(fā)一個(gè)或更多分散的巖層斷裂接縫群，該接縫群的取向根據(jù)巖層原地的應(yīng)力場而定；將多個(gè)井孔中的第二井孔終止于下部區(qū)域內(nèi)，以便產(chǎn)生下部斷裂接縫群，該接縫群大體上水平地配置在該第一接縫群的下方；以及通過在超過接縫擴(kuò)張壓力和巖層破裂壓力的壓力下泵入液體，用液壓方式使每個(gè)接縫群裂縫，以便在該巖層內(nèi)產(chǎn)生擴(kuò)張接縫的儲集層容積。
54.一種從井口鉆入前寒武紀(jì)巖層和冥古代結(jié)晶巖層以便獲取其中的熱能的鉆探深井孔的方法，該方法包括以下步驟建立井孔鉆探系統(tǒng)，以便使用鉆孔操作法中的至少第一種和第二種鉆孔來從地面鉆孔，該第一種操作法包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆孔或PJARMD，該第二種操作法包括液壓鉆孔或HPJD；使用PJARMD的第一操作法將從地面進(jìn)入到第一巖層中的第一井孔部分鉆出；使用液壓鉆孔的第二鉆孔操作法將在第一井孔部分下方進(jìn)入到結(jié)晶巖層中的第二井孔部分鉆出；以及使在結(jié)晶巖石中的熱能露出，以便于該熱量的利用。
55.權(quán)利要求54所述的方法，其中，該巖層切割使用通過噴射液體傳遞給挾帶粒子的沖量傳給巖層的沖擊能，以便使巖層擦破或破裂或基本上被切割。
56.一種開發(fā)高溫的干熱巖體地?zé)醿瘜右员銖钠渲蝎@取地?zé)崮芰亢瓦M(jìn)行生產(chǎn)的方法，該方法包括以下步驟使用鉆孔操作法中的至少第一種和第二種操作法來建立一個(gè)井孔鉆探系統(tǒng)，該第一種操作法包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆孔或PJAMRD，該第二種操作法包括液壓鉆孔；使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆孔或PJAMRD將第一井孔部分鉆出；使用液壓鉆孔操作法將在第一井孔部分下方進(jìn)入到結(jié)晶巖層中的第二井孔部分鉆出；使在結(jié)晶巖石中的熱能露出，以便該熱量的利用；將結(jié)晶巖石破裂成裂縫群，并使這些裂縫中的至少某些裂縫處于與第二井孔部分流動(dòng)連通的狀態(tài)；把井孔液體向下泵入第一和第二井孔部分，以便用液壓方式使裂縫擴(kuò)張；以及使裂縫群交替地液壓擴(kuò)張和收縮，以便在熱干巖層中同時(shí)產(chǎn)生熱干巖層的熱和機(jī)械循環(huán)以及周期的角礫巖化，由此，該角礫巖化可以用來達(dá)到建立在遞增基礎(chǔ)上的使新的高溫差表面逐漸增加的目的，該高溫差表面可以用來保持在熱干巖層中的高溫生產(chǎn)。
57.權(quán)利要求56所述的方法，其中，該液壓擴(kuò)張是以各向流動(dòng)的方式在注入循環(huán)和生產(chǎn)循環(huán)期間進(jìn)行的，以便顯著地增加由工作液體所沖刷的表面積。
58.一種使用浸入在地?zé)嵘a(chǎn)井內(nèi)的反應(yīng)器容器來處理化學(xué)反應(yīng)的方法，該方法使地?zé)崮芰靠梢詥?dòng)，保持和/或保障該反應(yīng)器容器內(nèi)的條件和/或反應(yīng)，以便進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從巖層中抽取和/或使用熱能的方法和裝置。提供本摘要是為了遵守有關(guān)規(guī)則，該規(guī)則要求摘要應(yīng)能使檢索人員或其他閱讀者迅速地確定該技術(shù)公開文件的主題。本摘要的提交以它不被用來解釋或限制權(quán)利要求書的范圍或內(nèi)容為條件。依據(jù)37 CFR1.72(b)。
文檔編號E21B7/18GK101027480SQ200580028605
公開日2007年8月29日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者哈里·B·柯萊特 申請人:特拉瓦特控股公司