[发明专利]一种地热系统的锯齿状压裂装置及方法

说明书

本发明提供的一种地热系统的锯齿状压裂装置及方法，包括压裂桥塞和射孔簇，其中，所述地热系统的斜井段上间隔布置有多个压裂桥塞，两个相邻的压裂桥塞之间设置有一组射孔簇，所述每组射孔簇包括两对射孔，所述两对射孔沿斜井段的轴线方向对称布置；每对射孔包括两个射孔，所述两个射孔中的一个射孔的开设方向为顺向压裂，另一个射孔的开设方向为逆向压裂；本发明能够将流体与地热储层接触面积提高2.3‑2.8倍，大大提升注入尾水的换热效率，有利于地热资源的可持续性循环利用。

技术领域

本系统涉及地热勘探开发技术领域，特别涉及一种地热系统的锯齿状压裂装置及方法。

背景技术

地热资源是一种储量大、效率高、稳定性好的清洁可再生能源，对于节能减排、治理雾霾等方面具有重大意义。地热资源按照是否含有地下流体，可进一步划分为水热型地热资源和干热型地热资源。干热岩作为干热型地热资源的主要赋存载体，主要指不含或仅含少量流体、温度高于180℃且热能在当前技术经济条件下可利用的岩体。3-10km深处的干热岩总资源量约为2.5×10²⁵J，相当于856万亿吨标煤，可见其资源潜力非常巨大。但由于干热岩地热资源多赋存于无水、致密的地热储层内，通常需通过注水并经过压裂酸化改造后才具有开采价值，因此，干热岩通常又被称为增强型地热系统，即enhanced geothermalsystem，简称EGS。

目前，干热岩的压裂改造工艺主要是借鉴页岩气开采中的相关技术，因此主要是通过单井沿径向分段分簇压裂改造为主。尽管其也能起到增大换热面积的效果，但鉴于缝网间未形成有效沟通回路，导致井下流体可流动性较差，难以在液体流动过程中实现高效换热。部分学者提出通过实施双井、并在双井底部压裂形成U形连通通道的方式提升流体的可流动性，进而提高采热效率。然而，实施双井一方面增加了施工成本，一方面要求压裂造缝长度需达到数百米，在致密岩体、尤其在岩浆岩内实现这种压裂规模难度较大、能耗较高，不利于地热资源的经济性开发。因此，针对现有的地热储层压裂技术，无论是在技术性上、还是在经济性上，均还具有较大的提升空间。

可见，目前尚未形成一种高效的地热系统压裂工艺方法，不仅可以仅实施单口地热钻井、降低施工成本，同时在既有的压裂改造能力下，可有效保证流体在压裂缝网中的可流动性。因此，有必要形成一种新型的地热系统压裂工艺及方法，以满足对地热开发、尤其是干热岩开发在技术性和经济性方面的实际需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地热系统的锯齿状压裂装置及方法，解决了现有的地热系统的压裂方法存在单井换热效率低、双井成本高的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种地热系统的锯齿状压裂装置，包括压裂桥塞和射孔簇，其中，所述地热系统的斜井段上间隔布置有多个压裂桥塞，两个相邻的压裂桥塞之间设置有一组射孔簇，所述每组射孔簇包括两对射孔，所述两对射孔沿斜井段的轴线方向对称布置；每对射孔包括两个射孔，所述两个射孔中的一个射孔的开设方向为顺向压裂，另一个射孔的开设方向为逆向压裂。

优选地，每个所述射孔的开设方向与斜井段之间设置的倾角相等，且每个射孔与斜井段均在同一竖直平面内。

优选地，斜井段上置于同一侧的射孔同轴布置。

一种地热系统的锯齿状压裂方法，包括以下步骤：

第一步，计算压裂簇间距，并在斜井段内的每一个压裂簇间距的中心位置设置有一个压裂桥塞；

第二步，两个相邻的压裂桥塞之间设置一组射孔簇，每组射孔簇设置有两对射孔，两对射孔沿斜井段的轴线对称布置；

第三步，每对射孔包括两个射孔，两个射孔中一个射孔为顺向压裂，另一个射孔为逆向压裂；进而在地热储层的斜井段形成锯齿状流体通道。

优选地，第一步中，压裂簇间距的具体计算方法是：