开采干热岩地热的预防渗漏工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地热开发领域，特别涉及一种注超临界CO2开采干热岩地热的预防渗 漏的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 地热是一种储量丰富的清洁可再生能源，但目前煤炭、石油等化石燃料仍是世界 能源消费结构的主要构成，CO 2资源化利用及地质埋存技术被认为是减少温室气体排放、缓 解气候变暖的一项有效措施。将CO2资源化利用的思想应用于地热开发，即利用超临界CO 2 替代常规的水作为工作介质，进行循环携带地热或驱替地下热水，是一种新颖的地热开发 技术，受到广泛关注。2000年，Brown首次提出利用超临界CO 2作为携热介质开采干热岩地 热。随后Pruess等人分析了 0)2在干热岩储层中的热力学性质、热交换规律以及可能发生 的地球化学反应等。Randolph等人提出了将0) 2注入深部盐水层或废弃油藏进行加热，利 用后再回注地下。庞忠和等人也提出利用〇)2改善热储物性从而达到提高地热采收率的目 的，受到国际同行关注。
[0003] 超临界CO2特殊的热物性决定了其自身的携热优势。首先，超临界CO2的密度接近 于液态，粘度接近于气态，质量热容是水的〇. 3~1倍，根据达西定律，在相同注采压差下其 质量流量可以达到水的1~6倍，采热速率可以达到水的1. 4~2. 7倍，因此超临界CO2比 水更易于注入和在岩层中渗流，特别适用于低渗储层地热资源的开发；其次，超临界〇) 2的 热物性对温度压力条件敏感，相同注采温差下的〇)2密度变化比水大，因此注采井筒间具有 比水更强烈的热虹吸现象，可以为地面工艺流程提供驱动压差，降低注采泵功率；第三，超 临界CO 2与岩石矿物之间的物理化学作用非常微弱，在完全取代水作为携热介质的情况下， 可以有效避免井筒、管线、地面设备中的结垢问题，以及微量有害矿物排放引起的环境污染 等问题。此外，CO 2作为主要温室气体，还可以结合地质埋存技术，将大部分CO2封存在地下。 深部盐水层、油气田以及地压型地热储层，都可以用于CO 2埋存。根据实施目标的不同，利 用〇)2开采地热与同时实现埋存之间，存在着一个权衡和优化问题。
[0004] 干热岩是埋藏在地下3000~10000m，温度在150~650°C的高温岩体，原生孔隙 度和渗透率极小，不存在地层水或仅有少量地层水。因此，在开发干热岩地热时，需要对储 层进行水力压裂，将注采井连通，并向储层中注入大量水，通过水的循环将地热开采出来。 由于干热岩储层的渗流空间是由人工压裂而成，且渗流区域的边界相对封闭，与周围岩体 之间的流体交换较弱，为携热介质的选择带来较大的自由空间。干热岩成为第一个被提出 可以利用超临界CO 2来开发的地热类型，即利用超临界CO 2进行储层压裂和循环携带地热。 采用超临界CO2作为压裂液，可以避免采用水基压裂液引起的地化问题，有利于避免地热开 采初期的产水过程，降低对地热开采工艺的要求。
[0005] 现场经验表明，采用水开采干热岩地热时，存在水向围岩中的渗漏，渗漏速度约为 注入速度的〇~64% (水损失率），一般按照7%~12%进行估算。采用超临界CO2作为携 热介质时也会存在类似问题，但渗漏速度可能有所降低。〇) 2向围岩中的缓慢渗漏将引起地 层水的蒸发进而导致溶解的矿物沉淀。围岩的孔隙度和渗透率降低，将导致〇)2的渗漏速 度降低，预计为注入速度的5%。为保证地面输出功率，需要向地热储层中不断补充注入额 外的CO2。例如，装机容量为KKKMW的干热岩地热发电系统，需要3000丽的煤电系统补偿 每天的CO 2渗漏量。但从埋存角度考虑，CO2向围岩中的渗漏存在着极大的安全隐患。为避 免0) 2向围岩中的渗漏，应当改进压裂工艺，采用物理化学等方法封堵围岩中的渗漏通道， 使CO2能够安全有效的在压裂区域进行渗流和热交换。
【发明内容】
[0006] 本发明针对注CO2开采干热岩地热过程中存在的渗漏问题，利用三种无机盐生成 机理，改进压裂工艺，提供一种预防CO 2渗漏的工艺方法。
[0007] 工艺步骤如下：
[0008] 步骤1 :先钻取1 口注入井至干热岩目标储层，大排量注入水基压裂液进行水力压 裂，建造人工地热储层，人工热储半径在500-1000m，厚度在500-1000m ;在注入井的两侧各 钻取1 口生产井，生产井穿过人工热储的两翼，形成注采回路。
[0009] 步骤2 :向注入井和生产井中，同时等速依次注入前置段塞（共0. 3PV)、间隔段塞 (共0. 15PV)和后置段塞（即诱导段塞，共0. 3PV)，并持续利用超临界0)2将各段塞驱替至 人工热储深处，随着各段塞向人工热储深处运移，间隔段塞逐渐溶解于前缘的前置段塞和 后缘的后置段塞中，最终前置段塞和后置段塞在人工热储边缘及围岩中相接触，导致两段 塞中的物质发生一定的物理化学反应，，最终产生大量的无机沉淀，沉淀出来的盐类堵塞人 工热储边缘及围岩中的原生孔隙、微裂缝等渗漏通道。
[0010] 步骤3 :注入井注入CO2，生产井生产CO2，进行干热岩地热开发；随着超临界0)2在 人工热储中渗流，及向热储围岩中的缓慢渗漏，围岩孔隙中的残余地层水不断蒸发，溶解在 地层水中的盐类及其他矿物成分会进一步沉淀出来，加强对人工热储边缘及围岩渗漏通道 的堵塞，降低超临界CO 2在循环采热过程中向围岩中的渗漏损失，有助于超临界CO2的循环 采热以及地质埋存安全。
[0011] 在步骤2中，采用不同的前置段塞、间隔段塞和后置段塞，会发生不同的物理化学 过程，产生不同的无机沉淀。本文提出三种不同的无机盐沉淀机理来预防CO 2渗漏：①高 浓度无机盐水溶液前置段塞与沉淀诱导剂后置段塞混合，导致无机盐溶解度降低而发生沉 淀；②高浓度无机盐水溶液前置段塞与弱酸/弱碱性气体后置段塞混合，发生化学反应生 成不溶物进而沉淀；③高浓度无机盐溶液前置段塞与高浓度无机盐溶液（包括酸与碱溶 液）后置段塞混合，发成化学反应生成两种至多种不溶物进而沉淀。
[0012] 机理①：高浓度无机盐水溶液与沉淀诱导剂混合后可以引起沉淀现象，并对地层 渗流造成堵塞。其中高浓度无机盐水溶液可以是NaCl、KC