[发明专利]注超临界CO2开采干热岩地热的预防渗漏工艺

说明书

技术领域

本发明涉及地热开发领域，特别涉及一种注超临界CO₂开采干热岩地热的预防渗漏的工艺方法。

背景技术

地热是一种储量丰富的清洁可再生能源，但目前煤炭、石油等化石燃料仍是世界能源消费结构的主要构成，CO₂资源化利用及地质埋存技术被认为是减少温室气体排放、缓解气候变暖的一项有效措施。将CO₂资源化利用的思想应用于地热开发，即利用超临界CO₂替代常规的水作为工作介质，进行循环携带地热或驱替地下热水，是一种新颖的地热开发技术，受到广泛关注。2000年，Brown首次提出利用超临界CO₂作为携热介质开采干热岩地热。随后Pruess等人分析了CO₂在干热岩储层中的热力学性质、热交换规律以及可能发生的地球化学反应等。Randolph等人提出了将CO₂注入深部盐水层或废弃油藏进行加热，利用后再回注地下。庞忠和等人也提出利用CO₂改善热储物性从而达到提高地热采收率的目的，受到国际同行关注。

超临界CO₂特殊的热物性决定了其自身的携热优势。首先，超临界CO₂的密度接近于液态，粘度接近于气态，质量热容是水的0.3～1倍，根据达西定律，在相同注采压差下其质量流量可以达到水的1～6倍，采热速率可以达到水的1.4～2.7倍，因此超临界CO₂比水更易于注入和在岩层中渗流，特别适用于低渗储层地热资源的开发；其次，超临界CO₂的热物性对温度压力条件敏感，相同注采温差下的CO₂密度变化比水大，因此注采井筒间具有比水更强烈的热虹吸现象，可以为地面工艺流程提供驱动压差，降低注采泵功率；第三，超临界CO₂与岩石矿物之间的物理化学作用非常微弱，在完全取代水作为携热介质的情况下，可以有效避免井筒、管线、地面设备中的结垢问题，以及微量有害矿物排放引起的环境污染等问题。此外，CO₂作为主要温室气体，还可以结合地质埋存技术，将大部分CO₂封存在地下。深部盐水层、油气田以及地压型地热储层，都可以用于CO₂埋存。根据实施目标的不同，利用CO₂开采地热与同时实现埋存之间，存在着一个权衡和优化问题。

干热岩是埋藏在地下3000～10000m，温度在150～650℃的高温岩体，原生孔隙度和渗透率极小，不存在地层水或仅有少量地层水。因此，在开发干热岩地热时，需要对储层进行水力压裂，将注采井连通，并向储层中注入大量水，通过水的循环将地热开采出来。由于干热岩储层的渗流空间是由人工压裂而成，且渗流区域的边界相对封闭，与周围岩体之间的流体交换较弱，为携热介质的选择带来较大的自由空间。干热岩成为第一个被提出可以利用超临界CO₂来开发的地热类型，即利用超临界CO₂进行储层压裂和循环携带地热。采用超临界CO₂作为压裂液，可以避免采用水基压裂液引起的地化问题，有利于避免地热开采初期的产水过程，降低对地热开采工艺的要求。

现场经验表明，采用水开采干热岩地热时，存在水向围岩中的渗漏，渗漏速度约为注入速度的0～64％(水损失率)，一般按照7％～12％进行估算。采用超临界CO₂作为携热介质时也会存在类似问题，但渗漏速度可能有所降低。CO₂向围岩中的缓慢渗漏将引起地层水的蒸发进而导致溶解的矿物沉淀。围岩的孔隙度和渗透率降低，将导致CO₂的渗漏速度降低，预计为注入速度的5％。为保证地面输出功率，需要向地热储层中不断补充注入额外的CO₂。例如，装机容量为1000MW的干热岩地热发电系统，需要3000MW的煤电系统补偿每天的CO₂渗漏量。但从埋存角度考虑，CO₂向围岩中的渗漏存在着极大的安全隐患。为避免CO₂向围岩中的渗漏，应当改进压裂工艺，采用物理化学等方法封堵围岩中的渗漏通道，使CO₂能够安全有效的在压裂区域进行渗流和热交换。

发明内容

本发明针对注CO₂开采干热岩地热过程中存在的渗漏问题，利用三种无机盐生成机理，改进压裂工艺，提供一种预防CO₂渗漏的工艺方法。

工艺步骤如下：