一、技術(shù)領(lǐng)域

孔隙砂巖地?zé)崽锏責(zé)豳Y源大規(guī)模開發(fā)和利用。

二、

背景技術(shù)：

華北平原2400m以淺的經(jīng)濟(jì)深度內(nèi)蘊藏著豐富的地?zé)崮?。這些熱能，焓在砂巖骨架和孔隙里的水中。要通過水的循環(huán)，將熱儲層中的熱量帶出地面。用過的尾水又必須回灌到地下，補充采出地?zé)崴牡膲毫?。迄今地?zé)嵛菜疅o法順利回灌地下，不僅熱儲層中的水得不到補充，還導(dǎo)致水中的鹽份污染地表良田，在用地?zé)峋畼O易報廢?？肯牡貙訅毫﹂_采，熱儲層中的熱焓絕大多數(shù)要殘留在地下，地下水位在急速下降，已接近臨界深度。

發(fā)明人40年前主持勘探華北地區(qū)新近系館陶組熱儲層后，于1980-1990年間專門建造了地?zé)崴蛪鹤⑺_發(fā)試驗場，歷時10年探索，查明和認(rèn)識了影響地?zé)嵛菜毓嗟母鞣N因素、認(rèn)識了回灌井堵塞過程，找到了實現(xiàn)循環(huán)開采的技術(shù)措施。

國家“七五”期間，地?zé)嵛菜毓嘁呀?jīng)列入重點攻關(guān)課題。主攻部門沒有完成。國家經(jīng)委和地?zé)釋I(yè)委員會驗收后，替補沒有完成的重點攻關(guān)課題。目前國內(nèi)仍延用40年前法國巴黎盆地鮞狀灰?guī)r1000m井距對井開采經(jīng)驗，個別井距縮短至800m。主要問題：循環(huán)開采消耗機械能大，難以實現(xiàn)自流回灌。普通潛水泵的泵量，產(chǎn)生不了＞2-2.5m/s流速，是回灌難題久攻不下的主要原因之一。

發(fā)明人總結(jié)40年開采實踐經(jīng)驗，發(fā)明《孔隙砂巖熱儲層<對井單元體>大流量循環(huán)開采配套技術(shù)》，首次提出小井距、大流量對井循環(huán)體概念，攻克尾水回灌難題。發(fā)明人于2015年在河北省黃驊新近系孔隙砂巖熱儲層，一組420m井距的對井上實現(xiàn)了循環(huán)開采。121天采暖期，循環(huán)開采了51萬m³地?zé)崴?，灌采水量?8％，開采井水位降深47m，成功遏制了水位下降。

三、

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1《對井單元體》大流量循環(huán)開采技術(shù)

(1)針對孔隙砂巖滲透率低，地?zé)崴跓醿又辛鲃酉牡膲翰畲?，縮短了對井間距。按熱儲層地?zé)岬刭|(zhì)條件，設(shè)計相距300-500m開采相同儲層兩眼地?zé)峋Ｒ谎坶_采；另一眼回灌。

(2)根據(jù)地層系數(shù)與出水量的線性關(guān)系，通過增加熱儲層利用井段厚度，實現(xiàn)大流量循環(huán)開采。將地?zé)峋妮斔芗哟种?44.5mm，降低井管沿程阻力損失?；毓嗑诨毓嗲埃辽僖?jīng)歷超過15天抽水，排出井周泥質(zhì)。

(3)針對孔隙砂巖中的泥質(zhì)，只能抽出而不可隨尾水灌入的特點，設(shè)計循環(huán)開采方案。地?zé)崴h(huán)開采系統(tǒng)全程密閉，使用具有反沖洗功能的石英砂過濾罐，濾層厚度1.5m、濾速＜0.01m/s，濾后水中機械雜質(zhì)＜2mg/l?；毓嗑畠?nèi)預(yù)置450m、直徑73mm油管。選擇壓程超過15mpa、風(fēng)量10m³/min的高壓空壓機氣舉洗井。需要洗井時，高壓空壓機即用即接?？諌簷C井口啟動壓力約6.0mpa，工作壓力約2.5mpa，2-3h內(nèi)徹底排出回灌井內(nèi)沉淀物，恢復(fù)吸水能力。灌采水量比＞90％，水位下降得到遏制。

2《對井單元體》300-500m井距，一采一灌實現(xiàn)循環(huán)開采。灌采水量比＞90％，消除尾水污染，遏制水位下降。開采井水溫開始降低的時間＞10-15年，循環(huán)開采出對井范圍內(nèi)，水溫＞35℃地?zé)崮堋?/p>

針對熱泵熱源水溫度紅線，著眼熱泵在供熱系統(tǒng)中的作用，逐漸由調(diào)峰、補充熱量，到許多年后從地?zé)崴刑崛〉臀荒埽捎秘?fù)反饋與地?zé)崴晒峒夹g(shù)，深度利用熱儲層中水溫＞15℃的地?zé)崮堋?/p>

水源熱泵與地?zé)崴晒嵯到y(tǒng)，從尾水中提取低位熱能產(chǎn)出高位熱能，能效比1∶5.8。開采井水溫降低前，調(diào)峰增加供熱面積。開采井水溫降低后，補充減少的熱量，最終采出對井范圍內(nèi)15℃以上的熱焓。《對井單元體》技術(shù)，可使在用地?zé)峋?，連續(xù)開采壽命超過50年?！秾畣卧w》主要消耗對井范圍內(nèi)地?zé)豳Y源的靜儲量，而非區(qū)域性彈性資源，能夠遏制地下水位的區(qū)域性下降。凡是有地?zé)崮苡中枰_發(fā)地?zé)崮艿牡嘏岬貐^(qū)，均可采用《對井單元體》技術(shù)，實現(xiàn)清潔能源的大規(guī)模開發(fā)利用。

四、附圖說明

附圖1《對井單元體》循環(huán)開采圖示

《對井單元體》：平面為長方形，對井距離為短邊，兩倍對井距離為長邊。它底下包含水溫＞15℃熱儲層，視為相對封閉的單元體。熱儲層的熱能焓在砂巖顆粒和孔隙里的水中。通過水的循環(huán)開采，將熱量帶到地面。尾水不外排放，遏制水位下降。

采用大流量開采(回灌)井，鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加熱儲層利用厚度，增加開采(回灌)量、輸水管加粗至244.5mm，降低井管沿程阻力、降低運行中能耗。

附圖2對井循環(huán)系統(tǒng)地面流程圖示，重點展現(xiàn)對井循環(huán)系統(tǒng)的地面部份。這里是通過換熱器換熱的間接供熱系統(tǒng)，水源熱泵作為可選項。

不用水源熱泵，尾水溫度25-30℃，經(jīng)過具有反沖洗功能的石英砂過濾罐，濾后機械雜質(zhì)＜2mg/l，灌入地下。反沖洗泵可兼顧井口加壓。

水源熱泵與地?zé)崴晒嵯到y(tǒng)，不限制尾水溫度。供熱系統(tǒng)溫度降低，從尾水中提取，補充系統(tǒng)減少的熱量，與地暖系統(tǒng)并網(wǎng)。熱泵停運時段，超過25℃的尾水，仍在供熱系統(tǒng)中循環(huán)放熱。水源熱泵可提取尾水中＞15℃以上的熱量。

五、具體實施方式

1首先查明當(dāng)?shù)氐牡責(zé)岬刭|(zhì)條件，水溫超過35-40℃熱儲層空間分布和熱儲層屬性。

以高滲透率(≥0.7μm²)為主，地層系數(shù)(滲透率×儲層厚度)總合≥150μm².m，井距400-500m。循環(huán)開采量180-200m³/h。

以中低滲透率(滲透率≤0.7μm²)為主，地層系數(shù)≤150μm².m井距300-400m。循環(huán)開采量＜150m³/h。

若為在用井配對，要調(diào)查井史和現(xiàn)狀。許多地?zé)峋孜灰瓶赡艹^100-150m。在地質(zhì)條件差的地區(qū)，要測量地下井位。盡量選擇在用井作回灌井。

開采井水溫可以保持10-15年。當(dāng)開采井水溫降低后，可通過熱泵與地?zé)崴晒嵯到y(tǒng)，從尾水中提取熱量補充。

2循環(huán)系統(tǒng)全程密閉。盡量利用已有的抽水井作回灌井。新井滿負(fù)荷抽水歷時超過15天才能作回灌井。

回灌井旁安裝具有反沖洗功能的石英砂過濾罐(濾速＜0.008m/s，濾后水中機雜＜2mg/l)，配裝流量、溫度和壓力儀表，凈化水中的機械雜質(zhì)；

回灌井內(nèi)預(yù)置450m直徑73mm油管，洗井時高壓空壓機，即接即用。

3水源熱泵與地?zé)崴晒嵯到y(tǒng)，是可選項。未設(shè)計安裝水源熱泵，可直接或間接利用《對井單元體》，水溫＞25-30℃的地?zé)崮?。安裝水源熱泵利用《對井單元體》采出水溫＞15℃的地?zé)崮堋?/p>

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
孔隙砂巖熱儲層對井單元體大流量循環(huán)開采配套技術(shù)。本發(fā)明首次提出小井距、大流量對井循環(huán)體概念，采用《對井單元體》循環(huán)開采配套技術(shù)，攻克尾水回灌難題。針對孔隙砂巖滲透率低，地?zé)崴跓醿又辛鲃酉牡膲翰畲?，設(shè)計相距300?500m開采相同儲層兩眼地?zé)峋?，一采一灌；使用大壓差洗井技術(shù)，實現(xiàn)全程密閉的大流量循環(huán)開采地?zé)崮?；使用熱泵與地?zé)崴晒?，補充水溫下降減少的熱量，可采出利用＞15℃地?zé)崮?。本發(fā)明在2015年河北黃驊新近系孔隙砂巖熱儲層420m井距對井上，創(chuàng)造出121天循環(huán)開采51萬m3、自流回灌、灌采水量比98％、開采井水位緩慢下降47m的世界奇跡。本發(fā)明有利于孔隙砂巖地?zé)崽锏責(zé)豳Y源大規(guī)模開發(fā)和利用，并遏制地下水位的區(qū)域性下降。

技術(shù)研發(fā)人員：陳國富;陳虹波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陳國富;陳虹波
技術(shù)研發(fā)日：2016.04.19
技術(shù)公布日：2017.10.31