[发明专利]预防注水作业诱发地震的方法

说明书

本发明提供一种预防注水作业诱发地震的方法，包括步骤S1：依靠地面物探作业，分析诱发地震的断层；步骤S2：在断层附近钻探多口钻穿所有开发层系的直井作为监测井；步骤S3：对监控井采用套管进行固井、完井，并在套管的外壁上固定有用于感测套管应力变化的光纤传感器，光纤传感器与地面的监控系统相连接；步骤S4：向注水井内注入高压液体，在高压液体流经套管时，通过光纤传感器监测高压液体对套管产生的应力变化并传送至监控系统；步骤S5：在套管的应力变化幅度出现大波动时，停止向注水井内注入高压液体，并转入井下封堵作业，防止高压液体激发断层造成地震。利用本发明通过判断高压液体是否有流向断层的趋势，来进行封堵，避免地震的发生。

技术领域

本发明涉及非常规页岩气、致密砂岩气和地热能源产出水回注技术领域，特备别是一种能够实时监测断层附近岩石应力变化，预防回注作业诱发地震的方法。

背景技术

近年来，随着石油勘探、钻井和压裂工艺技术的不断进步，油气能源的开采从常规砂岩和碳酸盐岩转向到非常规储层页岩、致密砂岩和煤层。由于非常规储层岩石致密，孔隙度和有效渗透率非常小，要实现商业性开发，必须实施多层级大规模水力压裂改造施工，在储层中制造大尺寸人工裂缝，并诱导岩石中的节理和裂隙，产生大体积的裂缝网络，尽可能覆盖储层。以我国重庆涪陵页岩气作业区开采为例，单口页岩气水平井水力压裂施工所需液体量通常为40000～70000m³，在施工结束后，随着采气工程的实施，压裂液体会随着页岩气的生产返回到地面，经过特殊化学处理后，符合水质要求的液体可以用于其他井的压裂施工，剩余液体则需要通过注水井回注至地下某个具有高渗透率的层系中。

同时，作为清洁能源的地热能的开采除了实施水力压裂以外，需要从开采井的热能储层中抽取大量的高温热水至地面，用于发电、供暖、热带养殖、种植、温泉休闲、以及工业用热、干燥产品等。随着开采规模的不断扩大和政府对环境污染严格要求，地热开采利用后的水由过去市政处理后排放转为通过专门的注水井回灌到热储中去，用于补充地层能量缺失，使得地层热能再次利用，实现地热资源的可持续开发。

但是，越来越多的研究发现回注作业与小震级的地震存在相当大程度的内在联系。当注入水经地层渗流到附近断层中会增加周围岩石的孔隙压力，该压力会增加断层周围岩石应力，当积累到一定数值后岩石将发生剪切失效，造成断层滑动，引发地震。美国、加拿大、英国等页岩气生产区及地热开采区均存在大量的不同级别的地震活动，引起政府高度重视。在中国，页岩气和地热能富集区域主要集中在西南山区，地下不同类型和尺度的断层多，因此，在回注作业过程中更易于诱发地震，诱发地面山体滑坡等严重地质灾害。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种预防注水作业诱发地震的方法，以解决在干热岩中产生大范围的人工裂缝困难的问题。

本发明提供的预防注水作业诱发地震的方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：依靠地面物探作业，识别注水作业区内断层的性质、深度、长度和方位角，分析诱发地震的断层；

步骤S2：在断层附近钻探多口钻穿所有开发层系的直井作为监控井；

步骤S3：对监控井采用套管进行固井、完井，并在套管的外壁上固定有用于感测套管应力变化的光纤传感器，光纤传感器与地面的监控系统相连接；

步骤S4：向注水井内注入高压液体，在高压液体流经套管时，通过光纤传感器监测高压液体对套管产生的应力变化并传送至监控系统；

步骤S5：通过监控系统判断套管的应力变化是否大于预设幅度，如果大于预设幅度，则停止向注水井内注入高压液体，并转入井下封堵作业，防止高压液体激发断层造成地震。

此外，优选的方案是，通过向注水井内的注水管柱注入封堵剂完成封堵作业，阻断高压液体流向断层。