水压爆破致裂建造干热岩人工热储的方法与流程

本发明属于干热岩地热人工热储建造领域，特别涉及一种针对低孔隙率、低渗透率深层干热岩，应用水压爆破致裂技术低成本、高效率的在干热岩体中建造大范围的热交换面积的人工热储的方法。

背景技术：

进入21世纪以来，随着科学技术的快速发展，能源消耗的比重越来越高，现如今石油、煤炭等一次能源仍占据能源消耗的主导地位，但其作为不可再生能源，终有枯竭的一天，并且对环境污染和生态破坏日益严重。因此从人类的健康可持续发展理念出发，开发利用清洁、可再生能源变得尤为重要。近年来，地热能的开发利用尤为迅速，且取得了一系列的成果。干热岩作为一种清洁的、可持续的能源，以其储量大、无污染、可循环利用等特点，越来越受各国的高度关注。

干热岩一般位于深部的火成岩体中，以花岗岩为主，具有高密度、低渗透且不含水、温度在200℃~650℃之间的地热资源。而干热岩地热能的开发利用有以下特点：（1）干热岩地热能开发潜力巨大。据估计，地壳深部在3千米、温度在200℃以上的干热岩地热资源总量为40~400Mquads，相当于化石能源的100~1000倍；（2)地热能清洁，无污染，没有有害气体（CO2、SOx、NOx）排放，也没有其他流体或固体废弃物的污染；(3)干热岩地热的开发可以提供不间断的电力供应，且不受季节、昼夜、气候、地域等自然条件的影响。因此干热岩的开发前景很好。但是如何提高低渗透干热岩体的渗透率、建造较大范围的人工热储从而提高经济效益，是干热岩开发与利用的难点。目前，国内外对于人工热储的建造方法主要是水压致裂法。

水压爆破致裂技术在拆除充水的建筑物、煤层巷道掘进、隧道开挖、深部开采等领域得到了良好的应用，其基本原理是利用水的不可压缩性质，能量传播损失小、冲击波的作用、爆炸气体膨胀由此形成的高压、高速水流作用而导致较好的破岩效果。有如下特点：（1）较好的传能作用。在水压爆破中，装药结构为不耦合装药，及高压水充于炮孔和药注之间的间隙，由于水是一种微压缩性质，当外界压力增加到100MP时，其密度仅增加5%左右。而高压水又是炸药爆炸时作用于岩体间的缓冲层，其作用不仅可以延长爆炸冲击波对岩体的作用，而且可以减少在岩体中产生的塑形变形带来的能量损失。（2）水楔作用。在爆炸气体膨胀作用下产生的水楔效应可有利于岩石的进一步产生裂隙，对裂隙起到扩展和延伸的作用。

基于水压爆破致裂技术在各领域的广泛的应用和较好的效果，因此可以将水压爆破的原理应用于干热岩人工热储建造中，一方面可以有效克服水压致裂技术建造人工热储的缺陷，另一方面可以提高经济效益，更有利于满足商业开发方面的要求。

技术实现要素：

本发明是基于目前应用巨型水压致裂技术建造干热岩人工热储的一种新思路。应用水压爆破致裂技术建造人工热储可有效增大岩体起裂及裂隙扩展时需要的水压力，增大岩体裂缝(裂隙)密度、长度和宽度，克服水压致裂因设备局限性无法提供所需足够水压力的缺点，可以低成本、高效率的建造人工热储，保证干热岩开发系统具有较长的服务年限，且人工热储具有较高的热交换能力。因此本发明提出一种水压爆破致裂建造干热岩人工热储的方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：

水压爆破致裂建造干热岩人工热储的方法：根据干热岩地热开发区地质资料确定井组布置方案后，首先对注入井进行施工，当注入井施工到岩体温度在200℃以上目标层时，停止钻井。然后在注入井周围约100m处钻取深度较浅的监测设备安装井，用于监测水压爆破范围以指导生产井的布置。然后对药包进行耐高温处理后，根据已经确定的炸药用量，进行装药、安装起爆装置、封孔，采用径向不耦合水压爆破技术对注入井人工热储建造处进行最大范围爆破。同时实时监测爆破过程中的相关数据，分析水压爆破形成的裂隙区和影响范围，将生产井施工至水压爆破影响范围内，然后对生产井再次实施水压爆破，达到注入井和生产井裂隙相互连通的目的，从而以低成本、高效率建成大范围的热交换区域，形成干热岩地热人工热储。

具体实施步骤为：

(1)根据干热岩地热开发区地质资料确定井组布置方案，并确定注入井位置及施工方案。

(2)施工注入井，当注入井施工到岩体温度在200℃以上目标层时，停止钻井。

(3)施工监测设备安装井。在距注入井约100m处钻取深度较浅的监测设备安装井用于安装传感器，并在地面安装一套完整的微震监测系统，从而监测水压爆破范围以指导生产井的布置。

(4)对注入井人工热储目标层进行水压爆破。根据已经确定的炸药用量，并对药包进行耐高温处理后，装药、连线、安装起爆装置、注水、封孔，采用径向不耦合水压爆破技术对注入井人工热储建造目标层进行最大范围爆破。

(5)施工生产井。根据监测结果分析水压爆破形成的水压爆破裂隙连通区和爆破裂隙区与影响范围，将生产井施工至水压爆破影响范围内。

(6)对生产井人工热储进行水压爆破。其方法同步骤(4),达到注入井和生产井裂隙相互连通的目的。

(7)根据井组布置方案将所有的注入井和生产井应用水压爆破致裂技术进行联通，形成干热岩人工热储区域。

上述水压爆破致裂建造干热岩人工热储的方法，所述用炸药为特殊炸药，能够在高温高压高地应力的特殊环境下进行正常工作，而且威力巨大，如军用炸药等。

上述水压爆破致裂建造干热岩人工热储的方法，所述步骤(4),基于高温高压高地应力的特殊环境下进行水压爆破，要确保水压爆破安全实施，进行以下处理：①对注水井孔进行降温处理，②清洗钻孔确保装药顺利进行，③采用耐高温炸药、起爆器材、药包隔热防护器材等，④装药结构采用径向不耦合装药方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果：(1)充分利用水压爆破致裂技术特点，可有效增大岩体起裂及裂隙扩展时需要的水压力，增大岩体裂缝(裂隙)密度、长度和宽度，克服水压致裂因设备局限性无法提供所需足够水压力的缺点；(2)水压爆破形成的岩石碎屑可充填于裂隙中，起到对裂缝的支撑作用，使得裂隙不至于很快闭合。从而实现低成本、高效率的建造人工热储的目的。

附图说明

图1 为水压爆破致裂建造干热岩人工热储实施阶段示意图。

图2 为水压爆破致裂建成的干热岩人工热储结构形态示意图。

图中：1-注入井，2-监测设备安装井，3-生产井，4-封孔剂，5-药包，6-水，7-目标层，8-传感器，9-微震监测系统，10-引线，11-起爆装置，12-破碎区，13-水压爆破裂隙连通区，14-爆破裂隙区。

具体实施方式

下面结合附图1、图2对本发明作进一步说明。

在某干热岩地热开发与利用工程中，采用水压爆破致裂技术来建造人工热储，具体步骤如下：

(1)根据干热岩地热开发区地质资料确定井组布置方案，并确定注入井1位置及施工方案。

(2)施工注入井1，当注入井1施工到岩体温度在200℃以上目标层时，停止钻井。

(3)施工监测设备安装井2。在距注入井1约100m处钻取深度较浅的监测设备安装井2用于安装传感器8，并在地面安装一套完整的微震监测系统9，从而监测水压爆破范围以指导生产井3的布置。

(4)对注入井1人工热储目标层7进行水压爆破。根据已经确定的炸药用量，并对药包5进行耐高温处理后，安装药包5、连接引线10、安装起爆装置11、注水6、用封孔剂4封孔，采用径向不耦合水压爆破技术对注入井1人工热储目标层7进行最大范围爆破。

(5)施工生产井3。根据监测结果分析水压爆破形成的水压爆破裂隙连通区13与爆破裂隙区14和影响范围，将生产井3施工至水压爆破影响范围内。

(6)对生产井3人工热储目标层7进行水压爆破。其方法同步骤(4),达到注入井1和生产井3裂隙相互连通的目的，形成裂隙相互连通区13 。

(7)根据井组布置方案将所有的注入井1和生产井3应用水压爆破致裂技术进行连通，形成干热岩人工热储区域(破碎区12、水压爆破裂隙连通区13和爆破裂隙区14共同形成的区域)。