CN118187803A - 一种干热岩地层的压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干热岩地层的压裂方法，包括S1.在干热岩开发区域建井，钻至目标层完井，确保井底无水；S2.进行综合测井，根据综合测井结果，向井内下入油管和监控装置至设计深度，对监控装置上方的油管和井壁之间进行密封；S3.采集井内数据，根据井内数据计算目标层压裂所需能量，根据计算结果利用油管向井内投入活泼碱金属和水进行反应，对目标层进行压裂；S4.采用综合物探方法实时监测本井及临井的井下状况。可以根据不同的地质条件和岩石性质进行调整化学压裂液成分，以实现更好的开采效果，对于像花岗岩以及由岩浆形成的富含长石和石英的坚硬的侵入性火成岩地层实现了高效压裂，解决了使用水力压裂效率低下的问题。

Description

一种干热岩地层的压裂方法

技术领域

本发明属于干热岩利用技术领域，尤其是涉及一种干热岩地层的压裂方法。

背景技术

干热岩是一种地热能资源形式，它指的是地下深处存在的高温岩石，其温度通常在150摄氏度以上。干热岩的开采具有潜力，因为它存在于全球范围内，并且相对稳定可靠。与传统地热资源相比，干热岩的开发更加灵活，因为不需要依赖地下水的存在和特定地质条件。

专利号CN108979609A公开了一种深部干热岩高低温流体交替喷射辅助水力压裂造缝的方法，其以较短的交替时间向主裂缝中交替注入高温高压流体和低温水，通过极大温差的热力作用和射流产生的冲击作用使主裂缝表面的岩石产生微裂隙，通过多级压裂，促使微裂隙在低温水基压裂液和高压作用下进一步扩张形成更多微裂缝，反复循环，形成裂缝群和/或裂缝带。

专利号CN111173485A公开了一种提高干热岩热储改造体积的方法，其通过将冰水注入到干热岩中产生大量的微裂隙，在临界排量和压力下使微裂隙扩展，停泵焖井使温度恢复后再用冰水注入，并扩展微裂隙，多次循环后在干热岩地层中形成没有主裂缝的大范围的微裂隙系统。

专利号CN110173246A公开了一种水-液氮交替疲劳压裂干热岩提高采热率的方法，该方法利用高压水射流在干热岩储层中压裂形成主裂隙，然后进行超低温的液氮射流，在液氮气化过程中含水的干热岩体将产生近400℃的温差使得其内部产生微裂缝，同时汽化后体积膨胀的氮气进入微裂隙进行再次压裂；如此反复，分别利用水和液氮不停的进行交替疲劳压裂从而在干热岩地层中形成复杂连通的裂隙缝网。

目前，对于干热岩地层的改善施工，现有技术中主要是通过干热岩储层压裂过程中的水力效应及温度效应。然而这对于像花岗岩以及由岩浆形成的富含长石和石英的坚硬的侵入性火成岩来说，如何实现高效的岩石压裂仍然是个问题。

因此需要我们设计出一种干热岩地层的压裂方法，来解决这些问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种干热岩地层的压裂方法，尤其适合对花岗岩以及由岩浆形成的富含长石和石英的坚硬的侵入性火成岩地层的高效压裂，解决了使用水力压裂效率低下的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种干热岩地层的压裂方法，包括以下步骤：

S1.在干热岩开发区域建井，钻至目标层完井，确保井底无水；

S2.进行综合测井，根据综合测井结果，向井内下入油管和监控装置至设计深度，对监控装置上方的油管和井壁之间进行密封；

S3.采集井内数据，根据井内数据计算目标层压裂所需能量，根据计算结果利用油管向井内投入活泼碱金属和水进行反应，对目标层进行压裂；

S4.采用综合物探方法实时监测本井及临井的井下状况，根据监控装置的反馈结果对反应时加入的活泼碱金属数量和水的注入量进行控制，通过进行多次反应使相邻井目标层之间形成满足设计需求的连通裂缝。

优选的，油管和井壁由防喷密封器进行密封，每次目标层被压裂所产生的残渣在反应结束后经环空由防喷密封器排出。

优选的，所述监控装置包括若干温度传感器和若干压力传感器，若干所述压力传感器和若干所述温度传感器沿井的延伸方向分布在干热岩地上。

优选的，所述采集井内数据包括井孔尺寸数据、井孔深度数据、井内岩石类型数据、井内岩石温度数据和井内压力数据。

优选的，利用所述井内数据计算目标层压裂所需能量，根据计算结果利用油管向井内投入活泼碱性金属和水进行反应，对目标层进行压裂。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明提供的方法具有较高的可控性和可重复性。通过调整化学压裂液的成分和操作参数，可以更准确地控制裂缝的形成和扩展，从而提高压裂的效果和稳定性。此外，化学压裂过程可以进行多次重复，以进一步增加岩石的渗透性和热能传导效率。

本发明提供的方法增加了裂缝的复杂程度，显著增大换热面积，避免优势通道的形成，从而提高热储的改造效果。

本发明提供的方法可以根据不同的地质条件和岩石性质进行调整化学压裂液成分，以实现更好的开采效果，对于像花岗岩以及由岩浆形成的富含长石和石英的坚硬的侵入性火成岩地层实现了高效压裂，解决了使用水力压裂效率低下的问题。

本发明提供的方法可在化学压裂液中加入添加剂提高裂缝的稳定性，防止裂缝在压力释放后过快地闭合。这有助于保持裂缝的连通性，并提供持续的流动路径供热水或蒸汽传输，从而提高干热岩开采的效率和可持续性。

本发明提供的方法在高温环境下表现出较好的适应性。在干热岩开采过程中，地下岩石温度通常较高，而水力压裂中使用的水液会面临蒸发、气化和矿物质沉淀等问题。相比之下，化学压裂液的组成可以根据高温环境进行调整，以提高其稳定性和效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

附图标记说明如下：

1、地热井；2、固井水泥；3、套管；4、油管；5、封隔器，6、裂缝。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

实施例1：如图1所示，一种干热岩地层的压裂方法，首先在干热岩开发区域建立地热井11，当地热井11底部钻到目标干热岩地层时停止，此时地热井11完成，同时需要确保地热井11底部无水；

其次利用综合测井法进行综合测井，综合测井通过采集井下的电阻率、自然电位、自然伽马、声波、井温、井径等数据判定，确保钻井深度以达到设计干热岩地层，并且井底无水；

其中，综合测井法即为快速综合测井法，是指将多种测井下井仪器的探测器、电子线路、机械结构等综合在一起，互相匹配，缩短仪器长度，下入地热井1一次进行多参数同时测井的测井方法。

在综合测井完成后，将地热井1的上部扩宽，然后向扩宽后的地热井1内下入套管3，并在套管3与扩宽后的地热井1的井壁之间填充固井水泥2，将套管3固定在地热井1内，然后向套管3内下入油管4和监控装置，监控装置为若干温度传感器和若干压力传感器，并且若干压力传感器和若干温度传感器沿地热井1的延伸方向分布在干热岩地上，再利用耐高压和高温的封隔器5对监控装置上方的油管4与套管3之间进行的空隙密封；

然后采集地热井1内的井孔尺寸数据、井孔深度数据、井内岩石类型数据、井内岩石温度数据和井内压力数据等数据，利用所采集到的数据计算目标层压裂所需能量，然后根据计算结果利用油管4向地热井1内投入活泼碱金属和水进行反应，通过反应所产生的能量对目标层进行压裂；

例如再本实施例中，碱金属以金属钠为例，金属钠与水反应的过程为2Na(s)+H2O>>>2NaOH(aq)+H2(g)，即两份金属钠会与一份水完全反应生成两份氢氧化钠和一份氢气，而1kg金属钠与水完全反应会释放约50MJ能量，根据计算使100立方米花岗岩达到预期连通缝要求大概需要330MJ能量，所以若需要使100立方米花岗岩达到预期连通缝要求则需要6.6kg金属钠与水完全所产生的能量才能满足；

由于碱金属与水反应剧烈，能量释放快，所以为了能够对反应过程进行有效控制，在向井内加入碱金属与水时的添加量需要逐渐增加，需要保证根据碱金属反应时所释放的能量在耐高压和高温的封隔器5下方地热井1内空间反应时所产生的压力不超过耐高压和高温的封隔器5安全压力的一半，当碱金属与水在进行反应时会释放大量热量和气体，气体由于被封隔器5封堵在地热井1内，所以会对地热井的井壁施加压力，使地热井1井壁的岩石破裂产生裂缝6，接着保持压力2-3小时，使高压气体对地热井1井壁压裂的更加充分。

在初次反应完成后通过温度传感器和压力传感器对地热井内的温度与压力进行监测，当地热井1内的压力降低到安全阈值之下后再通过油管4对地热井1进行洗井，将压裂时一部分掉落到地热井1底部的碎石，通过油管4与套管3之间的环空由防喷器排出。

洗井完成后采用综合物探法实时监测相邻的两口地热井1的压裂情况，当相邻地热井1内的裂缝6不满足需求时再次通过油管4向地热井1内加入碱金属与水进行二次反应，此时加入地热井1内反应的碱金属与水量不超过初次反应时加入的量，如此反复进行，直到形成满足设计需求的连通裂缝6。

在采用本方法进行压裂时还可在化学压裂液中加入添加剂提高裂缝6的稳定性，防止裂缝6在压力释放后过快地闭合。有助于保持裂缝6的连通性，并提供持续的流动路径供热水或蒸汽传输，提高干热岩开采的效率和可持续性。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种干热岩地层的压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.在干热岩开发区域建井，钻至目标层完井，确保井底无水；

S2.进行综合测井，根据综合测井结果，向井内下入油管和监控装置至设计深度，对监控装置上方的油管和井壁之间进行密封；

S3.采集井内数据，根据井内数据计算目标层压裂所需能量，根据计算结果利用油管向井内投入活泼碱金属和水进行反应，对目标层进行压裂；

S4.采用综合物探方法实时监测本井及临井的井下状况，根据监控装置的反馈结果对反应时加入的活泼碱金属数量和水的注入量进行控制，通过进行多次反应使相邻井目标层之间形成满足设计需求的连通裂缝。

2.根据权利要求1所述的一种干热岩地层的压裂方法，其特征在于：油管和井壁由防喷密封器进行密封，每次目标层被压裂所产生的残渣在反应结束后经环空由防喷密封器排出。

3.根据权利要求1所述的一种干热岩地层的压裂方法，其特征在于：所述监控装置包括若干温度传感器和若干压力传感器，若干所述压力传感器和若干所述温度传感器沿井的延伸方向分布在干热岩地上。

4.根据权利要求3所述的一种干热岩地层的压裂方法，其特征在于，所述采集井内数据包括井孔尺寸数据、井孔深度数据、井内岩石类型数据、井内岩石温度数据和井内压力数据。

5.据权利要求4所述的一种干热岩地层的压裂方法，其特征在于，利用所述井内数据计算目标层压裂所需能量，根据计算结果利用油管向井内投入活泼碱性金属和水进行反应，对目标层进行压裂。