[0001] 本发明属于地热能利用技术，主要涉及低温地热开采技术方法。

[0002] 国土资源部数据显示全国主要沉积盆地距地表2000米以内储藏的地温能相当于2500亿吨标准煤的热量。全国经正式勘查并经国土部门审批的地热田为103处，提交的可采地热资源量每年为33283万立方米；经初步评价的地热田为214处。按目前的开发利用水平估算，全国每年可开发利用地热水总量约68.45亿立方米，折合每年3284.8万吨标准煤的发热量。但是，现在被利用的还不到20％，开发利用前景广阔。

[0003] 但地温能开发过程中，国内外普遍认为，开采地温能就是开采温泉水。所以一定要找到温泉，才能开采。于是出现了地热井水量少的难以开采、地热井水量大的难以回灌、没有水的不能开发的局面。在能够开采温泉的地区还存在回灌技术上造成很多问题，例如地热尾水很难回灌下去，用加压回灌成本较高；在回灌不彻底的的地区向外排放。长期下去将造成地热水资源枯竭，造成地面沉降等地质灾害；有些地区地热尾水直接排放还会造成地表水污染。

[0004] 专利申请号一种循环开采地热资源的方法，其储热层地温设计选择地热梯度高的储集层；该专利申请认为，地热梯度高的岩石温度一定最高。实际情况是，热梯度的高低与岩石的成分、密度和埋深条件 有关，同样埋深在2000m～3000m的砂岩，地热梯度铁质砂岩＞硅质砂岩＞钙质砂岩，按该专利申请的理论应选择铁质砂岩作为储集层，但恰恰铁质砂岩无孔隙不含水，钙质砂岩有孔隙含水；另外，埋深在200米左右铁质砂岩地热梯度一般在3.5℃/100m，导温能力强、地热梯度就高，但它的实际地温不会超过25℃；相反与埋深在2500米的钙质砂岩地热梯度2.5℃/100m的实际温度应≥60℃。因此，该专利申请的出水温度95℃～135℃来看岩层温度至少≥100℃，属于中高温地热开采。

[0005] 该专利申请的井深在2000m～3000m，设计开采目的层为中高温热储层，岩层温度在100℃～150℃之间。

[0006] 联通方式，该专利申请采用只在两井间单一的储集层部位先射孔、后压裂联通技术，采用的单井射孔技术目前仅能射30米远，射孔密度仅为15～30孔/米，限制了下一步压裂技术的实施，裂隙联通率降低；预设的井间距300米～500米很难满足增热回温要求。另经过地震波确定的在2000米～3000米之间的储集层，一定是具有承压水头压力的含水层；故很难完成注水回灌工作；因此该专利不可能达到预期效果。

[0007] 该专利申请的设计井距为300m～500m，该井距很难满足持续开采的要求。

[0008] 该专利的所谓储集层是指地热梯度高在2000米～300米深度内含有一定水的热储含水层，所述符合要求的储集层的储集层厚度为20一50米，储集层范围大于100平方米，储集层的孔隙度大于25％，储 集层的渗透率大于200毫达西。按其所述储热层仅2000～5000立方米，储水量才500～750立方米，如按200～500毫达西的渗透率计算，每天的开采量不足100立方米，地热能利用效率低下。

[0009] 有关采灌方式问题，该申请采用储集层的主要延伸方向确定两口井的井位，并进行钻井，一口井在储集层相对低的部位，为进水井；另一口井在储集层相对高的部位，为出水井；明确了注水井和出水井的定性，就固化了水的渗透运动方向，长期一个方向的渗透必然造成孔隙裂隙的淤塞，使出水回灌量越来越小。

[0010] 专利申请号201410216344.6一种基于压裂技术的双井回灌地热开发系统。该专利实际上是一采两灌地热开采方式，目前应用较普遍，所不同的是它采用了压裂技术增加了地下热储层连通能力，而保证回灌井顺利回灌。

[0011] 其方案是一采两灌，井深、井径、井距、热储层岩性没有明确限制，采用上位概念限定。

[0012] 联通方式是：以地下热储层自有渗透条件及人工压裂导通方式连接。

[0013] 从增温吸热效果分析：单一的压裂距离有限，故井间距必然受限，不会超过500米，回灌水循环路径运移渗透时间较短，不利于回灌水增温。

[0014] 应用条件是该专利申请的热储层必须是有热水的地区。

[0015] 专利申请号021210396761.4一种深部地热资源利用及能量转化的新工艺。该专利重点介绍了地热发电工艺，虽然提到了利用压裂技 术和定向钻技术来增大采热量，但没提出具体方案和施工工艺。

[0016] 本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，研究设计一种低温地热能开采技术方法，达到在广大贫地下水地区解决低温地热能开采利用，实现“无处不温泉”的目的。

[0017] 本发明的目的是这样实现的：

[0018] 一种低温地热能开采技术方法是：

[0019] ①井位确定：通过物探手段确定风化裂隙和地层的产状、埋深和接触关系，确定井位、井深、井径、压裂部位和联通方式；井位选择在砂岩、变质砂岩、砂砾岩、变质砂砾岩厚度大、埋深大的地域；井深1000m～2500m，井径r≥150mm，压裂部位选择地层温度大于T≥30℃的砂岩、变质砂岩、砂砾岩、变质砂砾岩；

[0020] ②钻井方法：采用正循环钻机或正反循环钻机，先在上部松散层内下护壁管至坚2 2
硬岩石固井，然后在坚硬岩石段采用气动潜孔锤钻进，钻压控制在78N/m～199N/m 、转速20～50r/min、空气压力0.8～1.3Mpa、风量25～50立方米/min；终孔孔径150mm～
250mm，裸孔成井；下部是半坚硬岩石时可采用正循环牙轮钻头钻进，全井下管成井；

[0021] ③联通方式：

[0022] A、射孔压裂方式：首先在井壁射孔后，进行水力压裂，如下部井为裸孔可直接水力压裂；压裂方式包括定向压裂和辐射压裂；

[0023] 压裂条件：压裂层位岩土层温度t岩≥30℃，压裂的地层为砂岩、 变质砂岩或砂砾岩、变质砂砾岩，井底地温小于50℃，井间距在1000米～2000米；井底地温50℃～100℃之间的地热井井间距在500米～5000米之间，以确保压裂有效影响范围大于井间距离的1/2；

[0024] B、水平定向井分段压裂：采用水平定向井钻进技术先施工水平定向井，视岩层的压裂效果确定上下相邻间的水平定向井间距30～50m，然后依次对各水平定向井进行压裂，直至全井孔段压裂完成。

[0025] 本发明依据地热梯度理论，在确保地质环境稳定的前提下，通过钻探技术、压裂技术、定向钻探技术，在储热层段压裂、联通，使储热地层在地下一这深度内分段联通，形成相对独立的流体循环空间系统，通过采灌结合联动的方式，达到开采低温地热能的目的。

[0026] 本发明特点是：

[0027] 本技术坚持以地下水为介质，使其在一定深度内通过循环吸热满足水温≥25℃后，抽出地面就可以利用，同时本专利解决了以下问题：

[0028] 1、通过在地温≥30℃地层中定向压裂与单井辐射压裂和两井间水平定向井联通并分段压裂方式，构成了地温能开采系统，因此地层中不论有无地下水均可以开采低温能。

[0029] 2、通过定向压裂联通和水平定向井联通方式，可以有效解决地热尾水回灌问题。

[0030] 3、通过采、灌井单井垂向分段辐射压裂及水平定向井分段压裂，增大了采热系统的储热空间，增加了回灌水受热面积，一定储热时间段内，确保回灌的地热尾水能够增温复热。

[0031] 4、始终坚持采灌平衡，不会造成地质灾害发生。独立的，相对封闭的地下采温系统和独自运行采灌体系，不会造成地表水和地下水 污染。附图说明

[0032] 图1是低温地热开采方式示意图；

[0033] 图2是射孔压裂联通方式示意图；

[0034] 图3是水平定向井分段压裂示意图。

[0035] 下面结合附图对本发明实施方案进行详细描述。

[0036] 一种低温地热能开采技术方法是：

[0037] ①井位确定：通过物探手段确定风化裂隙和地层的产状、埋深和接触关系，确定井位、井深、井径、压裂部位和联通方式；井位选择在砂岩、变质砂岩、砂砾岩、变质砂砾岩厚度大、埋深大的地域；井深1000m～2500m，井径r≥150mm，压裂部位选择地层温度大于T≥30℃的砂岩、变质砂岩、砂砾岩、变质砂砾岩；

[0038] ②钻井方法：采用正循环钻机或正反循环钻机，先在上部松散层内下护壁管至坚2 2
硬岩石固井，然后在坚硬岩石段采用气动潜孔锤钻进，钻压控制在78N/m～199N/m 、转速20～50r/min、空气压力0.8～1.3Mpa、风量25～50立方米/min；终孔孔径150mm～
250mm，裸孔成井；下部是半坚硬岩石时可采用正循环牙轮钻头钻进，全井下管成井；

[0039] ③联通方式：

[0040] A、射孔压裂方式：首先在井壁射孔后，进行水力压裂，如下部 井为裸孔可直接水力压裂；压裂方式包括定向压裂和辐射压裂；

[0041] 压裂条件：压裂层位岩土层温度t岩≥30℃，压裂的地层为砂岩、变质砂岩或砂砾岩、变质砂砾岩，井底地温小于50℃，井间距在1000米～2000米；井底地温50℃～100℃之间的地热井井间距在500米～5000米之间，以确保压裂有效影响范围大于井间距离的1/2；

[0042] B、水平定向井分段压裂：采用水平定向井钻进技术先施工水平定向井，视岩层的压裂效果确定上下相邻间的水平定向井间距30～50m，然后依次对各水平定向井进行压裂，直至全井孔段压裂完成。

[0043] 本发明的开采目的层为中低温热储层、岩层温度在30～100℃之间，本发明对两个井所穿透的地温大于30℃的砂岩、砂砾岩或变质砂岩、变质砂砾岩均实行辐射压裂，对于热储层联通按岩石硬度分别采用定向压裂和水平定向孔分段压裂，及两者技术叠加使用等方式，不仅能保证良好的联通效果，而且能够增大储保层储水空间，增加热储层的供热能力。本发明申请根据不同地质情况分别设计为1000～2000米和2000～5000米，并明确井距底线，即井底地温小于50℃时，井间距不得低于1000米，地温50～100℃之间的地热井井间距不得小于500米，以确保压裂有效影响范围大于井间距离的1/2，井距决定回灌水在热储层中的储存运移时间，也决定回水增温效果，只有足够长的井距和优化的开采量控制，才能保证开采井的出水质量。本专利申请的热储层条件是≥30℃砂岩、砂砾岩或硬度≤5的变质岩，有水、无水均可实施，即实现“无处不温泉”。储热空间裂隙率在15％条件下就可以实现最低热储水量5000立方米，渗透率500～1000毫达西条件下，每天可开采1200立方米。有关采灌方式中，本专利申 请无要求和限制，开采井与回灌井可以互换，即采灌轮作，所述采灌轮作的定期轮换使用可以解决长期一个方向渗透必然造成的孔隙裂隙淤塞，出水回灌量越来越小的问题。本申请的压裂影响空间范围大，井距长，利于灌水的储存和渗透运移，增温吸热效果明显，且可持续。本申请对储热层的要求是只要有地温大于30℃的地层的热储层分布即可应用。