一种裂隙型干热岩储层双斜井分段调控强化采热方法

1.本发明属于地下热能开采利用技术领域，涉及一种裂隙型干热岩储层双斜井分段调控强化采热方法。


背景技术：

2.地热资源以其清洁、运行稳定和空间分布广泛的特性，已成为世界各国重点研究和开发的新能源。按照存在形式划分，地热资源可分为水热型和干热岩型两种类型，其中对于干热地热的开采，是目前国内外商业化地热开采的关注重点，也是未来地热资源开采的发展方向。然而，在目前的开采过程中，干热岩裂隙压裂连通面积低，注水循环差，热突破严重，这都严重制约了干热岩地热开发的进程。注水剪切刺激技术作为一种人为改造储层及增产的技术，是依靠地面高压泵注入流体，并采用一定的注入工艺技术和程序，对含原生裂隙的热储层施加一定泵注压力，使得密集的原生裂隙网络产生剪切滑移而与新生裂隙交叉贯通形成裂隙网络，由于干热岩地热井通常在结晶岩（花岗岩）中，因此剪切滑移后的裂隙具有相当大的自支撑能力，从而可实现储层渗透性的增强改造，然后将冷水持续注入岩石原生裂缝和新生裂缝中，实现对热储层热能的提取。
3.目前，国内外深部干热岩开采项目一般都是采用单井注水、双垂直井或双水平井注水循环进行人工热储层的建造和采热。传统的单井注水、双垂直井或双水平井注水循环进行人工热储层建造时，单纯地注水压裂或剪切刺激受缝长和波及范围限制，使得裂缝扩展和延伸受限，容易形成单一裂缝，波及范围小，最终形成的人工热储体积和换热面积很难有显著的提高。由于干热岩储层所处的高温、高压环境，使得单纯依靠注水压裂或注水剪切刺激技术难以建造大体积的人工裂隙热储，且通常所需泵注压力过高，实施困难，使得矿层裂隙压剪连通面积小，导致热采效率低，更甚会引发断层滑移、地表沉陷等一系列的地质灾害问题；此外，在长期注采阶段，由于流体更倾向于在局部渗流路径中形成优势通道，这使得流动难以形成高密度的渗流通道，造成热储发生热短路，过早地形成热突破。
4.一般而言，地热开采关注三方面：1）高注入量；2）高换热量；3）高回采量，其中前两者取决于储层裂隙网络发育情况，而后者取决于井眼布置及注采工艺。因此，如何利用干热岩储层天然裂隙系统及地温特征，在干热岩地热储层中设计钻井布置及注采工艺，关系着干热岩储层的成功改造及高效热能开采。


技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术的不足，提出一种裂隙型干热岩储层双斜井分段调控强化采热方法，以增强热储层渗透率并实现热能的高效提取。
6.为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
7.一种裂隙型干热岩储层双斜井分段调控强化采热方法，包括以下步骤：s1：在干热岩地热开采区地表布置垂直对井，然后分别转斜井倾斜进入目标热储层并固井，形成注入井和采出井。
8.s2：将注入井的倾斜段和采出井的倾斜段分别对应进行分段，从注入井和采出井标高最低的斜井分段开始，逐段向上注入高压低温流体，高压低温流体通过斜井分段上的射孔进入目标热储层实施剪切刺激，以逐步形成对储层区域的卸荷扰动影响。
9.s3：将注入井和采出井的各个斜井分段进行独立密封，从注入井标高最低的斜井分段开始注入低温液体与干热岩储层裂隙间发生充分热交换，再通过采出井上的对应分段采出；然后关闭标高最低的斜井分段，向上一斜井分段进行采热，以此类推逐层采热。
10.优选的，步骤s2中逐段向上注入高压低温流体，以及步骤s3中逐层采热的过程均为循环多次进行。
11.优选的，注入井的倾斜段钻入目标热储层低温区，采出井的倾斜段钻入目标热储层高温区。
12.更优的，注入井的倾斜段和采出井的倾斜段等间距分布，均垂直于热储裂隙区的主裂隙方向，且采出井的倾斜段位于注入井的倾斜段上方。
13.优选的，在注入井和采出井之间设置有监测井，所述监测井设置有微震监测装置。
14.优选的，高压低温流体的注入方式采用恒流量注入或单调注入或循环注入方式。
15.优选的，在注入井的倾斜段和采出井的倾斜段内设置可通过低温流体的导管，导管连接有射孔器，且导管外面布置有套管，套管与井筒间采用水泥固井。
16.更优的，射孔器在压裂侧留有孔，另一侧为封堵的结构。
17.优选的，采用封隔器对斜井分段进行分隔或独立密封，所述封隔器设置有温度传感器和水压传感器，可监测分段内流体温度和水压变化。
18.优选的，各封隔器的温度传感器和水压传感器通过信号线连接至地面控制平台，所述地面控制平台与主机通过接口通信，加入温度阈值报警功能。
19.优选的，封隔器设置有控制阀门，所述控制阀门用于控制封隔器与导管内的水压连通。
20.优选的，在步骤s2循环多次进行中，地面控制平台根据各分段内封隔器的温度测量反馈，通过温度阈值判断，通过控制器灵活调节封隔器的控制阀门，控制封隔器内密封水压大小，完成封隔器的开启/关闭状态的智能控制。
21.优选的，所述的高压低温流体为水或盐酸或超临界co2。
22.本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：本发明通过由下至上按序对注采井分段实施注高压低温流体剪切刺激，实现对裂隙发育带的剪切卸荷扰动，释放高压裂隙热储内的有效体积应力，增加储层内裂缝张开度和长度，从而有效提高干热岩储层裂隙网络压裂连通效果。
23.同时通过动态智能调控注采井分段，可避免由于单一注采路径产生过早热突破而导致采热效率降低，也有利于已开采分段的热恢复，从而实现快速、大规模地从深部干热岩储层中开采地热的目的，以满足裂隙型热储商业性开发与地质环境调控需求。
附图说明
24.图1为本发明的双斜井分段调控强化采热系统布置示意图。
25.图2为本发明注采井分段的建造示意图。
26.图3为本发明的双斜井分段注水剪切卸压增透改造效果图。
27.图4为封隔器设置的传感器控制电路图。
28.附图标号说明：1-注入井；2-采出井；3-监测井；4-断层；5-斜井部分；6-斜井分段；7-耐高温水压膨胀型金属封隔器；8-注水剪切卸压扰动区；9-岩浆库；10-干热岩开采储层；11-原生裂隙发育带；12-水泥；13-套管；14-导管；15-注射孔；16-射孔器；17-水力裂隙；18-注入井第一分段；19-注入井第二分段；20-注入井第三分段；21-注入井第四分段；22-注入井第五分段；23-采出井第一分段；24-采出井第二分段；25-采出井第三分段；26-采出井第四分段；27-采出井第五分段；28-温度传感器；29-水压传感器；30-控制阀门；31-地面控制平台；32-控制器。
具体实施方式
29.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
30.本实施例公开了一种裂隙型干热岩储层双斜井分段调控强化采热方法，包括以下步骤：选择埋深2000m-3000m的干热岩开采储层10为开发区域，热储温度为200℃-300℃，其主要是由深部岩浆库9通过断层4内的热对流作用形成，如图1所示。在地面布置3口井，包括一组垂直对井（注入井1和采出井2）和一口监测井3，对井地面间距为50m，在监测井3内安设微震监测设备，用于对注水剪切卸压过程中裂隙发育的定位表征。
31.各钻井钻至干热岩开采储层10中，并同时下入套管13，套管13与井壁间采用水泥12固井。
32.具体步骤如下：1）利用成像测井手段测定热储层的原生裂隙发育带11的主裂缝方位，然后垂直于主裂缝的方向，将垂直对井的其中之一向热储低温区倾斜钻入形成注入井1，将垂直对井的另外一个向热储高温区倾斜钻入形成采出井2，并同时下入套管13，采用水泥12完井，在垂直井内进行侧向钻孔，是将注入井钻入热储的低温区，而采出井钻入热储的高温区，这样既避免了注入井钻入高温区时存在坍塌的风险，有利于井壁维护，同时也不会影响采热进行。
33.如图2所示，其中注入井1在采出井2下方，两井垂直间距选择300-500m。注入井1和采出井2下部的斜井部分5进入干热岩储层后，下入可通过低温流体的导管14和耐高温水压膨胀型金属封隔器7，用于封隔导管14和套管13环空。导管14连接有射孔器16，其只在压裂侧留设注射孔15，如图2所示。耐高温的水压膨胀型金属封隔器7，其在水压作用下可产生侧向膨胀，既具有橡胶的弹性，也具备金属强度，在长时高温作用下不易产生软化破坏，一方面可有效支护斜井防止井壁垮塌，另一方面也可将斜井封隔为独立密封的不同分段。耐高温的水压膨胀型金属封隔器7安装有温度传感器28和压力传感器29，可对压裂或者热采过程中各分段的温度和水压进行监测，进而为注采工艺选择提供反馈。另外，封隔器还设置有控制阀门30，用于控制封隔器7与导管14内的水压连通，实现封隔器的开启/关闭状态。此外，各封隔器的温度传感器28和水压传感器29通过信号线连接至地面控制平台31，所述地
面控制平台31与主机通过接口通信，加入温度阈值报警功能，以最小地热可采温度100℃作为阈值温度。
34.2）将注入井1和采出井2按长度划分为不同斜井分段6，首先选择注入井1中标高较低的注入井第一分段18为压裂段，将耐高温水压膨胀型金属封隔器7移至注入井第一分段18两侧进行封堵，然后采用大排量注入泵向注入井第一分段18中注入高压冷水实施剪切刺激，生成水力裂隙17，同时形成对注入井第一分段18上方裂隙区的注水剪切卸压扰动区8，然后用封隔器封隔注入井第二分段19，同样开展高压注冷水剪切刺激，然后按顺序采出井第一分段23、采出井第二分段24、注入井第三分段20、注入井第四分段21、采出井第三分段25、采出井第四分段26、注入井第五分段22、采出井第五分段27由下至上依次对注采井各分段实施注水刺激，释放高压裂隙热储内的有效体积应力，使得储层裂隙发育带的原生裂隙在水力剪切刺激和卸荷扰动下达到充分交叉-扩展，然后交替选择注采井各分段再循环压裂4~8天，直至两井间形成一个渗透性较强、热交换面积较大的地热开采通道。
35.3）待井组间相互贯通后，向注采井内下放多个耐高温水压膨胀型金属封隔器7，将注入井1的斜井分段6和采出井2的斜井分段6进行独立密封，选择注入井第一分段18为注入段，采出井第一分段23为采出段，以低泵量注入温度为30~50℃的冷水，使其与干热岩开采储层10的裂隙间发生充分热交换，同时采用封隔器上的温度传感器监测采出段的温度变化，待采出段的温度高于200℃，即可开启采出分段，持续抽采热水，然后将换热后的高温水或水蒸气抽采排出至地面进行蒸汽发电。
36.4）运行7~10天后，关闭注入井第一分段18和采出井第一分段23，并更换注入井第二分段19为注入井，采出井第二分段24为采出井，重复进行热量开采。
37.5）运行7~10天后，关闭注入井第二分段19和采出井第二分段24，选择注入井第三分段20和采出井第三分段25 进行开采，然运行7~10天后，关闭注入井第三分段20和采出井第三分段25，依次依据根据采出井水温温度变化动态调控注采段。
38.6）在循环多次分段注采运行过程中，由地面控制平台31实时监测运行分段内流体温度变化，若流体温度低于最小地热可采温度100℃，则通过控制器32开启分段内的控制阀门30，连通导管14和耐高温的水压膨胀型金属封隔器7，增加卸载导管14内水压使封隔器7产生侧向收缩，停止该分段的注水采热；若分段内流体温度恢复并超过最小地热可采温度100℃，则开启分段内的控制阀门30，增加卸载导管14内水压使封隔器7产生侧向收缩，密封导管14和套管13环空，实现该分段的密封，从而实现各分段封隔器7的开启/关闭状态的智能控制。
39.本实施例中，采用由下至上顺序对各分段进行注水剪切卸压改造，产生沿储层分布的裂缝群，待多分段的主裂缝贯通后，多次间隔轮换注采井分段，使得储层裂隙发育带的原生裂隙在水力剪切刺激和卸荷扰动下达到充分交叉-扩展，构成一个渗透性较强、热交换面积较大的地热开采通道；有效提高干热岩储层裂隙网络压裂连通效果。采用斜井交替分段注水剪切卸压改造，可达到传统所采用的多井或群井的压裂改造效果，这既减少了工程量，同时也降低了井壁维护频率。
40.接着采用封隔器将两斜井封隔为独立密封的不同分段，并将冷水以低泵量沿注入井分段注入储层裂缝中，待冷水与储层产生热交换而温度升高后，通过生产井分段将热水进行抽采，且随着开采进行，间隔轮换注采分段，实现干热岩热储的均匀开采。
41.向热储层钻入侧向斜井，可依照热储的厚度调整侧向钻孔的角度，长度及数量，以此满足对厚度不均匀或分布不规则的热储渗透性的增强改造以及热量高效开采，提高了对热储层改造面积和体积，改善储层流体渗流通道，提高了单井的热水产量和热采效率。
42.在压裂过程中采用大泵量注液压裂，而在回灌开采中采用低泵量，这样可持续长时间低泵量的剪切压裂与化学刺激，泵入压力和规模小，应力释放过程缓慢，可有效降低诱发地震的风险；以低泵量注入冷水，主要是为了避免在热采过程中由于采用大流量诱发的断层滑移等地质危害。低温流体的注入方式可采用恒流量注入，单调注入或者循环注入方式。
43.在采热阶段动态调控注采井分段，可避免由于单一注采路径产生过早热突破而导致采热效率降低，也有利用已开采分段的热恢复。
44.该发明方法可广泛适用于地下不同埋深、不同厚度的干热岩地热资源开采，特别适用于渗透率较低的裂隙型地热储层的开采。该技术原理也可用于页岩气、煤层气等资源的开采利用。
45.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。