技术领域
[0001] 本
发明涉及
地热资源开发技术领域，尤其涉及一种水平井同井循环开发利用水热型地热能的方法及系统。
背景技术
[0002] 本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成
现有技术。
[0003] 全球经济的快速发展导致全世界对
能源需求日益增加，石油、
煤炭等不
可再生能源被大量消耗，诱发环境污染、
全球变暖、资源枯竭等问题。因此，作为一种重要的可再生清洁能源，地热能资源已经成为全世界研究热点。
[0004] 相较于传统可再生能源，如
太阳能、
风能等，地热能不受天气和
气候的影响。因此，地热能将在未来全球清洁能源的稳定供应领域发挥至关重要的作用。据估算，储存于地球内部的地热能约为全球煤炭储量的1.7亿倍，按目前世界年消耗190亿吨标煤计算，能满足人类数十万年的需求，世界各国已经将地热开发作为能源重要发展战略。
[0005] 地热资源主要包括
浅层地热能、干热岩资源和水热型地热资源三种类型。其中，浅层地热能由于浅层热储
温度较低，资源量有限。干热岩资源虽然资源量丰富，但是受限于现有的技术装备水平，目前仍然处于现场试验阶段，尚未实现商业开发。因此，当前最具商业开发价值的为水热型地热资源。
[0006] 我国水热型地热资源丰富，资源总量折合标准煤1.25万亿吨，每年可采量折合标准煤18.65亿吨，但水热型地热资源每年利用量折合标准煤仅415万吨，开采率远低于1％，未来开发潜
力巨大。目前，水热型地热资源开发主要以直接利用为主，供暖洗浴占比超过65％，地热发电占仅占0.5％。而地热发电是具有最高经济效益的一种地热应用方式，因此，地热发电已经被世界各国视为优先发展方向。
[0007] 我国水热型地热发电主要集中在西藏羊八井地区，直接采水取热成本较低，因此目前仍作为一种主要的开发方式。但是因为这种方式没有地热尾水回灌，
地下水长期大量开采将会引发地下水位下降、地面沉降、地面塌陷等地质问题。因此，一种异井回灌方法开始进行应用，但是这种系统的钻井数量较多，面临占地面积大、管理不便、成本高等问题，大规模推广利用存在挑战。在此背景下，一种直井同井循环开发地热能方法被提出，通过一口直井实现采水和回灌，相较于异井回灌方法，降低了钻井数量和成本。值得注意，由于长期的复杂地质运动，大量水热型地热储层被隔水层或弱隔水层分隔为众多的薄储层，即大量热储的厚度有限。这导致在直井同井循环开发地热能的过程中，注水段长度、采水段长度、注水段与采水段间距都非常有限，会引发热突破严重、热产出低、注入压力过高等问题。因此，这种系统存在
泵压偏高、运行成本较高等
瓶颈，当前仍主要处于现场试验阶段，尚未进行商业化应用，并且该种系统由于热产出有限，目前无法满足地热发电中巨额取热量的需求，只能用于供暖等。
[0008] 地热利用主要包括闪
蒸发电、有机
朗肯循环发电、
热泵供暖等方式。目前现场应用是主要采用其中一种方式，面临地热利用效率较低、经济效益不理想等问题，因此，为了推动地热产业发展，需要提出新的技术思路，实现地热利用效率最大化，改善经济效益，实现地热高效利用。
[0009] 应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
[0010] 基于前述的现有技术
缺陷，本发明
实施例提供了一种水平井同井循环开发利用水热型地热能的方法及系统，针对水热型地热资源采用水平井同井回灌，避免直接采水取热中由于地下水过度开采而导致的一系列问题，相较异井回灌方法，降低了钻井数量，削减了初期过高成本。同时避免了直井同井循环取热中热产出低、泵压偏高、运行成本较高、无法满足地热发电等问题，相较传统地热利用方式，可以实现地热三级利用，最大化地热利用效率，进而可以为水热型地热经济高效开发和利用的目标提供重要
支撑。
[0011] 为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。
[0012] 一种水平井同井循环开发利用水热型地热能的方法，包括：
[0013] 步骤S10：根据地质数据，确定水热型地热储层和盖层的
位置；一开采用常规钻井方式钻至所述水热型地热储层顶部，下入竖直段
套管，注入
水泥完成固井作业；
[0014] 步骤S20：采用井下转向器进行侧钻开窗，利用动力钻具造斜工具进行定向造斜，完成二开钻井作业，确保所述水平井的水平段位于所述水热型地热储层中，下入套管，注入水泥完成固井作业；
[0015] 步骤S30：利用射孔器在所述水平井的水平段靠近跟端和趾端位置进行射孔作业，形成注水段和采水段，从而将所述水平井与所述水热型地热储层连通；
[0016] 步骤S40：在地面将
真空保温管底部连接潜液泵，并将底部连接有所述潜液泵的真空保温管下入到所述水平井中，使所述潜液泵位于所述注水段和所述采水段之间的位置；在所述真空保温管和所述套管之间的环形空间中下入封隔器，将所述注水段和所述采水段进行分隔；
[0017] 步骤S50：低温水通过
增压泵注入所述套管和所述真空保温管之间的环形空间，经所述注水段进入所述水热型地热储层，通过充分换热，低温水被所述水热型地热储层加热成高温水，然后经所述采水段进入所述水平井，利用所述潜液泵将高温水采出地面。
[0018] 优选地，在步骤S20中，所述水平井的水平段长度不小于N米；
[0019] 在步骤S30中，所述注水段长度、所述采水段长度、所述注水段与所述采水段间距都至少为N/3米；并且，所述注水段长度、所述采水段长度、所述注水段与所述采水段间距的总和不超过N米。
[0020] 优选地，在步骤S50中，高温水在经由所述水平井的竖直段返回地面的过程中，由于井内压力逐渐降低，高温水析出高温水
蒸汽，形成高温气液两相混合物；
[0021] 所述方法还包括：
[0022] 步骤S60：高温气液两相混合物被通入气液分离器，所述气液分离器将高温气液两相混合物分离形成高温水蒸汽和高温液态水，高温水蒸汽被通入与所述气液分离器连接的一级
汽轮机，所述一级汽轮机在高温水蒸汽的驱动下工作，进而带动与其连接的一级发
电机进行一次地热发电。
[0023] 优选地，所述方法还包括：
[0024] 步骤S70：经所述气液分离器分离形成的高温液态水和高温水蒸汽经所述一级汽轮机闪蒸后形成的闪蒸高温水混合后被通入一级换热器，在所述一级换热器内与低温液态有机工质进行热交换，并将其加热
气化形成高温气态有机工质；高温气态有机工质被通入与所述一级换热器连接的二级汽轮机，所述二级汽轮机在高温气态有机工质的驱动下工作，进而带动与其连接的二级发电机进行二级地热发电。
[0025] 优选地，在步骤S70中：
[0026] 经所述二级汽轮机排出且发生温降后的气态有机工质进入与所述二级汽轮机连接的
冷凝器被冷却成为低温液态有机工质，低温液态有机工质经
循环泵再次进入所述一级换热器被加热气化形成高温气态有机工质；如此往复，形成地热
有机朗肯循环的二级发电。
[0027] 优选地，所述方法还包括：
[0028] 步骤S80：经所述一级换热器后排出且发生温降后的中温液态水进入与其连接的二级换热器，对所述二级换热器内的用于供用户生活使用的低温液态水加热，被加热的液态水经热泵驱动进入用户端。
[0029] 优选地，所述方法还包括：
[0030] 步骤S90：经所述二级换热器排出的低温液态水进入与其连接的增压泵，低温液态水被所述增压泵泵输再次被回灌至所述水热型地热储层中。
[0031] 一种水平井同井循环开发利用水热型地热能的系统，包括：
[0032] 水平井，其内下入有套管；所述水平井的水平段位于水热型地热储层中；所述水平段靠近跟端和趾端位置分别形成有注水段和采水段，所述注水段和采水段连通所述水平井与所述水热型地热储层；
[0033] 下入到所述水平井中的真空保温管，所述真空保温管与所述套管之间形成有环形空间；所述真空保温管的下端连接有潜液泵，所述潜液泵位于所述注水段和采水段之间；
[0034] 与所述真空保温管的底部连接并位于所述注水段和采水段之间的
封堵器，所述封堵器坐封在所述套管上并分隔所述注水段和采水段。
[0035] 优选地，所述水平井的水平段长度不小于N米；
[0036] 所述注水段长度、所述采水段长度、所述注水段与所述采水段间距都至少为N/3米；并且，所述注水段长度、所述采水段长度、所述注水段与所述采水段间距的总和不超过N米。
[0037] 优选地，所述系统还包括：设在地面的气液分离器、一级汽轮机和一级发电机；所述气液分离器具有气液输入端、水蒸汽输出端、液态水输出端；所述一级汽轮机具有蒸汽输入口和蒸汽输出口；
[0038] 所述气液分离器的气液输入端通过气液输出管与所述真空保温管的上端连通，所述气液分离器的水蒸汽输出端通过第一蒸汽输出管与所述一级汽轮机的蒸汽输入口连通，所述一级发电机与所述一级汽轮机连接。
[0039] 优选地，所述系统还包括：设在地面的一级换热器、二级汽轮机和二级发电机；所述一级换热器具有一级
流体进口、一级流体出口、热工质输出端和冷工质输入端；所述二级汽轮机具有换热工质入口和换热工质出口；
[0040] 所述一级换热器的一级流体进口通
过热流体输入管与所述气液分离器的液态水输出端连通，所述一级汽轮机的蒸汽输出口通过第二蒸汽输出管与所述热流体输入管连通，所述一级换热器的热工质输出端通过工质输出管与所述二级汽轮机的换热工质入口连接；所述二级汽轮机与所述二级发电机连接。
[0041] 优选地，所述系统还包括：设在地面的冷凝器和循环泵；所述二级汽轮机的换热工质出口通过工质循环管与所述冷凝器的入口端连通，所述冷凝器的出口端通过工质输入管与所述一级换热器的冷工质输入端连通，所述工质输入管上设有循环泵。
[0042] 优选地，所述热流体输入管和第一
地热循环管中的液体流经所述一级换热器的方向，与所述工质输出管和工质输入管中的有机工质流经所述一级换热器的方向相反。
[0043] 优选地，所述系统还包括：设在地面的二级换热器、热泵和用户端；所述二级换热器具有二级流体进口、二级流体出口、热水输出端、冷水输入端；
[0044] 所述二级换热器的二级流体进口通过第一地热循环管与所述一级换热器的一级流体出口连通，所述热水输出端通过热水输出管与所述热泵的输入口连接，所述热泵的输出端通过热
水循环管与所述二级换热器的冷水输入端连通，所述用户端设在所述热水循环管上。
[0045] 优选地，所述系统还包括：设在地面的增压泵；
[0046] 所述二级换热器的二级流体出口通过第二地热循环管与所述增压泵的进口端连通，所述增压泵的出口端通过尾水回灌管与所述环形空间连通。
[0047] 优选地，所述第一地热循环管和所述尾水回灌管中的液体流经所述二级换热器的方向，与所述热水输出管和所述热水循环管中的水流经所述二级换热器的方向相反。
[0048] 本发明的水平井同井循环开发利用地热能的方法及系统具备以下优点：
[0049] (1)本发明在采出
地热水的同时可以实现进行地热尾水100％回灌，避免由于地下水直接大量开采引发的地下水位下降、地面塌陷等问题，确保地热资源可持续开发；
[0050] (2)本发明用一口井同时实现了采水和回灌，降低了钻井数量，有利于大幅度削减初期高昂的钻完井成本，经济性好，同时也减少了占地面积，提升了井场管理效率；
[0051] (3)本发明通过水平井进行取热，尤其是在水热型地热储层厚度有限的区域，通过成熟的水平井钻井技术可以钻取任意长度的水平段，极大增加注水段长度、采水段长度、注水段与采水段间距，从而大幅度提高热产出、降低注入压力，有助于获得极好的经济效益；
[0052] (4)本发明结构简单，所用地面装备和井
下管柱均为常规部件，经济性好，在现场应用中也便于维护；
[0053] (5)本发明方法采用同井循环取热的方式，严格满足环保需求。
[0054] 参照后文的说明和
附图，详细公开了本发明的特定实施例，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。
[0055] 针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。
[0056] 应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
[0057] 在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：
[0058] 图1为本发明实施例的水平井同井循环开发利用水热型地热能的系统的示意图；
[0059] 图2为本发明实施例的水平井同井循环开发利用水热型地热能的方法的
流程图。
[0060] 附图标记说明：
[0061] 1、水平井；2、套管；3、注水段；4、采水段；5、水热型地热储层；6、真空保温管；7、环形空间；8、潜液泵；9、注水段及采水段间距；10、封堵器；11、气液分离器；12、一级汽轮机；13、一级汽轮机；14，气液输出管；15、第一蒸汽输出管；16、一级换热器；17、二级汽轮机；18、二级发电机；19、冷凝器；20、循环泵；21、热流体输入管；22、第二蒸汽输出管；23、工质输出管；24、工质循环管；25、工质输入管；26、二级换热器；27、热泵；28、用户端；29、增压泵；30、第一地热循环管；31、热水输出管；32、热水循环管；33、第二地热循环管；34、尾水回灌管；
35、盖层；36、竖直段套管；37、水泥；38、水泥。
具体实施方式
[0062] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0063] 需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
[0064] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0065] 如图1所示，本发明实施例提供了一种水平井同井循环开发利用水热型地热能的方法以及实现该方法的系统。所述系统包括：
[0066] 水平井1，其内下入有套管2；水平井1的水平段位于水热型地热储层5中；水平井1的水平段靠近跟端和趾端位置可通过射孔工艺分别形成有注水段3和采水段4，注水段3和采水段4连通水平井1与水热型地热储层5；
[0067] 下入到水平井1中的真空保温管6，真空保温管6与套管2之间形成有环形空间7；真空保温管6的下端连接有潜液泵8，潜液泵8位于注水段3和采水段4之间；
[0068] 与真空保温管6连接并位于注水段3和采水段4之间的封堵器10，封堵器10坐封在套管2上并分隔注水段3和采水段4。
[0069] 在本实施例中，注水段3和采水段4将水平井1与水热型地热储层5连通，需要确保注水段3长度、采水段4长度、注水段3及采水段4间距9都应当满足预定值。这是因为注水段3长度的增加可以有效降低注水段3附近的流速，进而大幅度降低注入压力。采水段4长度的增加可以极大的增加采水段4和储层的
接触面积，从而大幅度提高采水量。而注水段3及采水段4间距9的增加有利于延缓热突破，进而大幅度提高采水温度。
[0070] 有鉴于此，水平井1的水平段长度不小于N米。注水段3长度、采水段4长度、注水段3及采水段4间距9都至少为N/3米。并且，注水段3长度、采水段4长度、注水段3及采水段4间距9的总和不超过N米。N的数值可根据实际情况进行设定，本实施例对此可以不作限定。
[0071] 在一个具体的实施例中，N可以为300，即水平井1的水平段长度超过300米，注水段3长度、采水段4长度、注水段3及采水段4间距9都至少为100米。
[0072] 为实现对开发上来的地热能的利用，所述系统还可以包括：设在地面的气液分离器11、一级汽轮机12和一级汽轮机13。气液分离器11具有气液输入端、水蒸汽输出端、液态水输出端，一级汽轮机12具有蒸汽输入口和蒸汽输出口。气液分离器11的气液输入端可通过气液输出管14与真空保温管6的上端连通，气液分离器11的水蒸汽输出端可通过第一蒸汽输出管15与一级汽轮机12的蒸汽输入口连通，一级发电机13与一级汽轮机12连接。
[0073] 具体的，低温水经注水段3进入水热型地热储层5，通过与高温
岩石直接接触进行充分热交换。被加热后形成的高温水经采水段4进入水平井1内，利用潜液泵8将高温热水采出地面。高温水在经由水平井1的竖直段返回地面的过程中，由于井内压力逐渐降低，高温水会析出高温水蒸汽，形成高温气液两相混合物。高温气液两相混合物通过气液输出管14输入气液分离器11，气液分离器11将高温水蒸汽和高温液态水进行分离。其中高温水蒸汽经第一蒸汽输出管15被通入一级汽轮机12，从而推动一级汽轮机12工作，进而一级汽轮机12带动一级发电机13进行地热发电，完成地热闪蒸发电的一级利用。
[0074] 为提高对开发上来的地热能的利用率，进一步地，所述系统还可以包括：设在地面的一级换热器16、二级汽轮机17、二级发电机18、冷凝器19和循环泵20。一级换热器16具有一级流体进口、一级流体出口、热工质输出端和冷工质输入端；二级汽轮机17具有换热工质入口和换热工质出口。一级换热器16的一级流体进口可通过热流体输入管21与气液分离器11的液态水输出端连通，一级汽轮机12的蒸汽输出口可通过第二蒸汽输出管22与热流体输入管21连通，一级换热器16的热工质输出端可通过工质输出管23与二级汽轮机17的换热工质入口连接；二级汽轮机17与二级发电机18连接。二级汽轮机17的换热工质出口可通过工质循环管24与冷凝器19的入口端连通，冷凝器19的出口端可通过工质输入管25与一级换热器16的冷工质输入端连通，工质输入管25上设有循环泵20。
[0075] 具体过程流程如下：气液分离器11分离形成的高温液态水和一级发电利用形成的高温闪蒸液态水混合后汇流进入一级换热器16，通过与有机工质在一级换热器16内的充分热交换将其加热气化，加热气化后的有机工质则推动二级汽轮机17工作，进而带动二级发电机18进行地热发电。然后有机工质进入冷凝器19，被冷却成为低温液态有机工质，经循环泵20进入地面换热器再次被加热气化。如此往复，完成地热有机朗肯循环发电的二级利用。
[0076] 在本实施例中，工质输出管23、工质循环管24和工质输入管25依次串接，连同一级换热器16、二级汽轮机17、冷凝器19和循环泵20一起形成可供有机工质循环流动的一级循环回路。有机工质可以采用低沸点换热工质，例如R245FA。
[0077] 如图1所示，在一个实施例中，热流体输入管21和第一地热循环管30中的液体流经一级换热器16的方向，可以与工质输出管23和工质输入管25中的有机工质流经一级换热器16的方向相反。这样，可延长换热时间，提高换热效率。
[0078] 为进一步提高对开发上来的地热能的利用率，所述系统还可以包括：设在地面上的二级换热器26、热泵27、用户端28和增压泵29。二级换热器26具有二级流体进口、二级流体出口、热水输出端、冷水输入端。二级换热器26的二级流体进口可通过第一地热循环管30与一级换热器16的一级流体出口连通，热水输出端可通过热水输出管31与热泵27的输入口连接，热泵27的输出端可通过热水输出管31与二级换热器26的冷水输入端连通，用户端28设在热水循环管32上。二级换热器26的二级流体出口可通过第二地热循环管33与增压泵29的进口端连通，增压泵29的出口端可通过尾水回灌管34与环形空间7连通。
[0079] 这样，流经一级换热器16后的较高温液态水(中温液态水)进入二级换热器26，将由用户供暖、洗浴等用户端28的低温水加热，该低温水被加热后经热泵27驱动进入用户端28，完成
地热供暖、洗浴等的三级利用。之后。在二级换热器26被冷却的液态水进入增压泵
29再次被回灌至地热储层进行往复循环，实现地热高效开发和利用。
[0080] 在本实施例中，热水输出管31、热水输出管31依次串接，连同二级换热器26、热泵27、用户端28一起形成可供水循环流动的二级循环回路。
[0081] 而气液输出管14、热流体输入管21、第一地热循环管30、第二地热循环管33和尾水回灌管依次串接，连同气液分离器11、一级换热器16、二级换热器26、增压泵29一起，形成地热水在地面上循环流动的高压管汇。
[0082] 同样的，在一个实施例中，第一地热循环管30和尾水回灌管34中的液体流经二级换热器26的方向，可与热水输出管31和热水循环管32中的水流经二级换热器26的方向相反。这样，可延长换热时间，提高换热效率。
[0083] 在本实施例中，所述高温水为
地层水被地热能加热后形成的水，其温度可接近或达到水的沸点温度，一般可达95℃以上。而经过一级换热器16的一级利用之后，高温水会出现一定的温度降，形成中温液态水。中温液态水的温度一般可在40-70℃之间。随后，中温液态水被一级换热器26继续进行二级利用之后，再次出现温度降，形成低温液态水。低温液态水的温度一般可在20-30℃之间，接近常温。随后，低温液态水再被回灌至水热型地热储层5，被再次加热形成高温水。如此，循环往复。
[0084] 下面介绍利用本发明实施例的一种水平井同井循环开发水热型地热能的系统的流程。图2为本发明实施例的一种水平井同井循环开发水热型地热能的方法的流程图。虽然本
申请提供了如下述实施方式或流程图所述的方法操作步骤，但是基于常规或者无需创造性的劳动，在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。此外，所述方法在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施方式中所提供的执行顺序。
[0085] 所述方法可以包括如下步骤：
[0086] 步骤S10：据地质数据，确定水热型地热储层5和盖层35的位置；一开采用常规钻井方式钻至水热型地热储层5顶部，下入竖直段套管36，注入水泥37完成固井作业。
[0087] 在该步骤中，常规钻井用于钻得水平井1的竖直段，该竖直段的下端抵至水热型地热储层5的上端。竖直段套管36下入至水平井1的竖直段中后，两者之间形成环空，向环空中注入水泥37，再执行固井工艺，完成对水平井1的竖直段的固井操作。
[0088] 步骤S20：采用井下转向器进行侧钻开窗，利用动力钻具造斜工具进行定向造斜，完成二开钻井作业，确保水平井1的水平段位于水热型地热储层5中，下入套管2，注入水泥38完成固井作业。
[0089] 在该步骤中，井下转向器和动力钻具造斜工具用于钻得水平井1的水平段。套管2下入至水平井1中后，套管2与水平井1(包括竖直段和水平段)之间形成环空，向环空中注入水泥38，再次执行固井工艺，完成对水平井1的整段的固井操作。
[0090] 步骤S30：利用射孔器在所述水平井1的水平段靠近跟端和趾端位置进行射孔作业，形成注水段3和采水段4，从而将所述水平井1与所述水热型地热储层5连通。
[0091] 同上文描述，注水段3和采水段4将水平井1与水热型地热储层5连通，需要确保注水段3长度、采水段4长度、注水段3及采水段4间距9都应当满足预定值。有鉴于此，水平井1的水平段长度不小于N米。注水段3长度、采水段4长度、注水段3及采水段4间距9都至少为N/3米。并且，注水段3长度、采水段4长度、注水段3及采水段4间距9的总和不超过N米。N的数值可根据实际情况进行设定，本实施例对此可以不作限定。
[0092] 在一个具体的实施例中，N可以为300，即水平井1的水平段长度超过300米，注水段3长度、采水段4长度、注水段3及采水段4间距9都至少为100米。
[0093] 步骤S40：在地面将真空保温管6底部连接潜液泵8，并将底部连接有潜液泵8的真空保温管6下入到水平井1中，使潜液泵8位于注水段3和采水段4之间的位置；在真空保温管6和套管之间的环形空间7中下入封隔器，将注水段3和采水段4进行分隔。
[0094] 步骤S50：低温水通过增压泵29注入套管和真空保温管6之间的环形空间7，经注水段3进入水热型地热储层5，通过充分换热，低温水被水热型地热储层5加热成高温水，然后经采水段4进入水平井1，利用潜液泵8将高温水采出地面。
[0095] 在该步骤中，高温水在经由所述水平井1的竖直段返回地面的过程中，由于井内压力逐渐降低，高温水析出高温水蒸汽，形成高温气液两相混合物。
[0096] 为实现对开发上来的地热能的利用，所述方法还可以包括：
[0097] 步骤S60：高温气液两相混合物被通入气液分离器11，气液分离器11将高温气液两相混合物分离形成高温水蒸汽和高温液态水，高温水蒸汽被通入与气液分离器11连接的一级汽轮机12，一级汽轮机12在高温水蒸汽的驱动下工作，进而带动与其连接的一级发电机13进行一次地热发电。
[0098] 具体的，低温水经注水段3进入水热型地热储层5，通过与高温岩石直接接触进行充分热交换。被加热后形成的高温水经采水段4进入水平井1内，利用潜液泵8将高温热水采出地面。高温水在经由水平井1的竖直段返回地面的过程中，由于井内压力逐渐降低，高温水会析出高温水蒸汽，形成高温气液两相混合物。高温气液两相混合物通过气液输出管14输入气液分离器11，气液分离器11将高温水蒸汽和高温液态水进行分离。其中高温水蒸汽推动一级汽轮机12工作，进而带动一级发电机13进行地热发电，完成地热闪蒸发电的一级利用。
[0099] 为提高对开发上来的地热能的利用率，进一步地，所述方法还可以包括：
[0100] 步骤S70：经气液分离器11分离形成的高温液态水和高温水蒸汽经一级汽轮机12闪蒸后形成的闪蒸高温水混合后被通入一级换热器16，在一级换热器16内与低温液态有机工质进行热交换，并将其加热气化形成高温气态有机工质；高温气态有机工质被通入与一级换热器16连接的二级汽轮机17，二级汽轮机17在高温气态有机工质的驱动下工作，进而带动与其连接的二级发电机18进行二级地热发电。
[0101] 具体过程流程如下：气液分离器11分离形成的高温液态水和一级发电利用形成的高温闪蒸液态水混合后汇流进入一级换热器16，通过与有机工质在一级换热器16内的充分热交换将其加热气化，加热气化后的有机工质则推动二级汽轮机17工作，进而带动二级发电机18进行地热发电。然后有机工质进入冷凝器19，被冷却成为低温液态有机工质，经循环泵20进入地面换热器再次被加热气化。如此往复，完成地热有机朗肯循环发电的二级利用。
[0102] 为进一步提高对开发上来的地热能的利用率，所述方法还可以包括：
[0103] 步骤S80：经一级换热器16后排出且发生温降后的中温液态水进入与其连接的二级换热器26，对二级换热器26内的用于供用户生活使用的低温液态水加热，被加热的液态水经热泵27驱动进入用户端28。
[0104] 步骤S90：经二级换热器26排出的低温液态水进入与其连接的增压泵29，低温液态水被增压泵29泵输再次被回灌至水热型地热储层5中。
[0105] 这样，流经一级换热器16后的较高温液态水进入二级换热器26，将由用户供暖、洗浴等用户端28的低温水加热，该低温水被加热后经热泵27驱动进入用户端28，完成地热供暖、洗浴等的三级利用。之后。在二级换热器26被冷却的液态水进入增压泵29再次被回灌至地热储层进行往复循环，实现地热高效开发和利用。
[0106] 本发明的水平井同井循环开发利用地热能的方法及系统具备以下优点：
[0107] (1)本发明在采出地热水的同时可以实现进行地热尾水100％回灌，避免由于地下水直接大量开采引发的地下水位下降、地面塌陷等问题，确保地热资源可持续开发；
[0108] (2)本发明用一口井同时实现了采水和回灌，降低了钻井数量，有利于大幅度削减初期高昂的钻完井成本，经济性好，同时也减少了占地面积，提升了井场管理效率；
[0109] (3)本发明通过水平井1进行取热，尤其是在水热型地热储层5厚度有限的区域，通过成熟的水平井1钻井技术可以钻取任意长度的水平段，极大增加注水段3长度、采水段4长度、注水段3及采水段4间距9，从而大幅度提高热产出、降低注入压力，有助于获得极好的经济效益；
[0110] (4)本发明可以在地面可以实现地热三级高效利用，最大限度的提高地热能的利用效率，改善经济效益，推动地热产业良性发展；
[0111] (5)本发明方法及系统结构简单，所用地面装备和井下管柱均为常规部件，经济性好，在现场应用中也便于维护；
[0112] (6)本发明采用同井循环取热的方式，严格满足环保需求。
[0113] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0114] 本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。
这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
[0115] 除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在
覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
[0116] 以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容，可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
