[发明专利]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

说明书

本发明提供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。该方法包括：布置井网，初次水力压裂形成主裂缝；以较短的交替时间向主裂缝中交替进行高温高压流体和低温水的注入；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，直至主裂缝和微裂缝相互搭接连通，最终使注入井与生产井之间形成裂缝群和/或裂缝带；最后注入携砂液、支撑剂和顶替液，关井完成造缝，构建出高效换热储层。该方法利用温差产生的热应力作用能够显著提高裂缝的数量，形成裂隙网络，增加热储空间提高换热效率。

技术领域

本发明属于能源开采技术领域，涉及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。

背景技术

地热资源由于清洁可再生性和广泛地空间分布，已成为世界各国重点研发的可再生清洁能源。依据地热存在形式，主要分为水热型和干热岩型两种。其中水热型是以蒸汽和液态水为主，是世界上目前主要开发和利用的地热资源。干热岩是一种没有水或蒸汽的热岩体。

增强型地热系统是采用人工形成地热储层的方法，从低渗透性岩体中经济的采出深层热能的人工地热系统，即从干热岩中开发地热的工程。通过注入井注水在地下实现循环，进入人工产生的、张开的联通裂缝带，水与岩体接触被加热，然后通过生产井返回地面，形成一个闭式回路。干热岩天然情况下渗透率很低，往往需要进行人工改造，常用的改造工艺有水力压裂、热刺激和化学刺激。

水力压裂是通过钻孔向深部干热岩体注入高压流体，导致热储层岩体发生张性破坏形成裂缝。水力压裂成本较高，且形成的单一高渗透裂缝换热面积小，不适宜地热开采；水力压裂过程中的高注入压力可能会引发地震，对施工人员和地表设施的安全造成威胁。

热刺激是通过钻孔向深部干热岩体持续注入冷清水，热储层高温岩体因热应力降低而发生剪切破坏，形成具有一定渗透性的复杂裂隙网络。该工艺成本高，安全性高。然而该工艺无法去除裂隙堵塞，并且热刺激结束后，随着温度的回升，一部分裂缝闭合，降低了热刺激的改造效果。

化学刺激是以低于地层破裂压力向井附近热储层裂隙中注入化学压裂液，依靠化学溶剂的溶蚀作用是矿物溶解来增加底层的渗透性。但是，在热储层的高温环境下，化学刺激与岩体矿物的反应速度快，在近井地带消失殆尽，无法对热储层深部进行穿透。

因此需要一种新的改造工艺解决以上生产问题。

发明内容

基于现有技术中水力压裂在干热岩开采中裂缝单一、高效换热储层不足等缺点，本发明的目的在于提供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。该方法利用温差产生的热应力作用改善干热岩水力压裂造缝难的问题，能够显著提高裂缝的数量，形成裂隙网络，增加热储空间提高换热效率。本发明的目的还在于提供该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造缝后在能源开采中的应用，用于发电。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一方面，本发明提供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，其包括以下步骤：

步骤一，选取干热岩开发区域，在该区域进行生产井和注入井的井网布置，通过注入井将水基压裂液注入到干热岩储层中，形成主裂缝；

步骤二，向注入井中下入连续油管，所述连续油管底部设置有燃料反应腔，向燃料反应腔中注入液态燃料和低温水并通入空气，对燃料反应腔进行点火操作，燃料在燃料反应腔中燃烧产生高温高压流体，通过热力射流喷嘴注入到主裂缝中；当岩石表面温度升高到预定值后，停止燃烧反应；然后通过热力射流喷嘴向主裂缝中注入低温水，使岩石表面温度降至预定值后，以较短的交替时间向主裂缝交替进行高温高压流体的注入和低温水的注入；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；