干热岩热储层的热刺激与化学刺激联合工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种开发干热岩热储层的改造技术，特别涉及一种干热岩热储层的热刺激-化学刺激联合改造系统与改造工艺。
【背景技术】
[0002]地热资源由于其清洁可再生性和广泛的空间分布，已成为世界各国重点研发的可再生清洁能源。依据地热存在形式，主要分为水热型和干热岩型两种。其中，水热型是以蒸汽和液态水为主，是世界目前主要开发和利用的地热资源。干热岩是一种没有水或蒸汽的热岩体，主要是埋深3-10km深处的变质岩或结晶岩类岩体，其温度范围150-650°C之间。现阶段，干热岩地热资源专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。保守估计地壳中干热岩(3-10km深处)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。
[0003]增强型地热系统(Enhanced Geothermal Systems，EGS)是采用人工形成地热储层的方法，从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统，即从干热岩中开发地热的工程。通过注入井注水在地下实现循环，进入人工产生的、张开的联通裂隙带，水与岩体接触被加热，然后通过生产井返回地面，形成一个闭式回路。干热岩体天然环境下渗透率很低，往往需要进行人工改造，常用的改造工艺有水力压裂、热刺激和化学刺激。
[0004]水力压裂，即通过钻孔向深部干热岩体注入高压流体，导致热储层岩体发生张性破坏形成裂缝。水力压裂成本较高，且形成的单一高渗透性裂隙热交换面积较小，不适宜地热开采；水力压裂过程中的高注入压力可能会引发地震，对施工人员和地表设施的安全造成威胁。
[0005]热刺激是通过钻孔向深部干热岩体持续低于最小主应力注入冷清水，热储层高温岩体因热应力降低而发生剪切破坏，形成具有一定渗透性的复杂裂隙网络。该工艺施工成本低，安全性高，是目前常用的干热岩热储层改造工艺。然而，该工艺无法去除井和裂隙通道的结垢和堵塞。并且，热刺激结束后随着冷却区温度的回升，一部分裂缝将闭合，降低了热刺激的改造效果。
[0006]化学刺激，即以低于地层破裂压力的注入压力向井附近热储层裂隙中注入化学压裂液，依靠化学溶蚀作用使矿物溶解来增加地层的渗透性，为EGS工程增产的重要手段。目前，EGS工程采用的化学刺激工艺是注入前置酸盐酸(HCl)后，再向地层注入土酸即氢氟酸(HF)和HCl的混合液作为处理液，其中，HF是用于溶解砂岩地层中含硅物质最有效的普通矿物酸，HCl溶解热储层中的碳酸盐矿物，并起维持低pH值的作用。由于土酸对地层所有矿物都具有一定的溶蚀性并且价格低廉，可以大规模推广。但是，在热储层的高温环境下，化学刺激剂和岩体矿物反应速度快，在近井附近消失殆尽，无法对热储层深部进行穿透。并且，高温会增强化学刺激剂的金属腐蚀性，易对地下井、套管柱等造成破坏。因此，需要新的改造工艺解决以上生产问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种操作简便，生产成本低，可形成热交换面积较高的裂隙网络，并对热储层深部进行穿透，还能有效去除井和裂隙通道的结垢和堵塞的一种干热岩热储层的热刺激与化学刺激联合工艺。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0009]干热岩热储层的热刺激与化学刺激联合工艺，该工艺是通过注入系统将热刺激液与化学刺激液送入岩层中，注入系统是由蓄水池1、HCl供液罐车2、添加剂罐车3、混砂车4、二氧化碳车5、泡沫发生器6、土酸供液罐车7和多氢酸供液罐车8和注入井10通过高压管线9连接构成；
[0010]所述蓄水池1、HC1供液罐车2、添加剂罐车3、二氧化碳车5、土酸供液罐车7和多氢酸供液罐车8中分别装有清水、HC1、添加剂、二氧化碳、土酸和多氢酸。
[0011]干热岩热储层的热刺激与化学刺激联合工艺，包括以下步骤:
[0012]A、将0_20°C的清水通过注入井10注入到干热岩热储层岩体中，施工栗井底注入压力不超过岩体最小主应力，时间控制在2-3天；
[0013]B、向热储层注入泡沫酸-土酸酸化体系I对井及近井地层进行化学刺激，注入压力小于注入冷水的施工压力；
[0014]C、直接接通排液管线，立刻进行酸液返排，把残酸排出地层；
[0015]D、将0-20°C的清水二次注入干热岩热储层岩体，施工栗井底注压力不超过岩体最小主应力，时间控制在5-20天；
[0016]E、向热储层注入泡沫酸-多氢酸化体系II，对远井地层进行化学刺激，注入压力应小于注入冷水的施工压力；
[0017]F、重复D和E步骤，直至储层流体阻抗达到设计要求。
[0018]所述泡沫酸-土酸酸化体系I包括:二氧化碳泡沫酸、处理液A和后置液。
[0019]所述泡沫酸-多氢酸化体系II包括:二氧化碳泡沫酸、处理液B和后置液。
[0020]所述的二氧化碳泡沫酸，是将配置好的酸液经混砂车4注入泡沫发生器6，再按照酸液和二氧化碳2:3的质量比，将二氧化碳注入泡沫发生器6，酸液和二氧化碳在泡沫发生器6中混合而成。
[0021]所述的酸液由HCl、添加剂和水组成，以每100毫升水中的加入量计算:HC1 5-12克，高温酸化缓蚀剂1-3克、铁离子稳定剂1-2克、高温泡沫稳定剂1.5克、耐酸耐碱高温泡沫剂20克和粘土稳定剂1-2克。
[0022]所述的处理液A由土酸、添加剂和水混合组成，以每100毫升水中的加入量计算:HCl 5-14克、HF 0.5-3克、高温酸化缓蚀剂1_3克、铁离子稳定剂1_2克和粘土稳定剂1_2克。
[0023]所述的处理液B由多氢酸、添加剂和水混合组成，多氢酸为HBFjP多氨基多醚基亚甲基膦酸的混合液，以每100毫升水中的加入量计算:HBF42-8克、多氨基多醚基亚甲基膦酸2.5-10克、高温酸化缓蚀剂1-3克、铁离子稳定剂1-2克和粘土稳定剂1-2克。
[0024]所述的后置液由粘土稳定剂和清水组成，以每100毫升水中的加入量计算，粘土稳定剂1-2克。
[0025]有益效果:与现有技术相比(I)将干热岩热储层改造的热刺激、化学刺激两种工艺相结合，可在储层形成裂缝网络的同时，有效去除注入井和储层裂缝内的部分结垢和堵塞物，提高裂缝的导流能力，相对于传统水力压裂，该工艺大大降低了储层改造过程中微地震频繁发生的风险。(2)注入酸液沿着热刺激所形成的裂缝壁面流动反应，形成较深的凹坑或沟槽，导致壁面凹凸不平，裂缝在许多支撑点的作用下，不能随着温度的回升完全闭合。
(3)化学刺激是在热刺激后储层温度降低后开展的，可防止高温环境下化学刺激剂和岩体矿物反应速度快，在注入井处附近消失殆尽，并且能减弱化学刺激剂对井下管线的腐蚀作用。(4)使用泡沫酸-土酸酸化和泡沫酸-多氢酸酸化两种酸体系，其中前者反应速率较快，主要用于去除注入井结垢及近井处的裂缝堵塞物；后者具有缓速性，主要用于刻蚀远井处的裂隙壁面。(5) 二氧化碳泡沫酸反应速度慢、缓速效果好且自身返排能力强，利于施工过程中酸液的返排作业；部分二氧化碳溶解于水并转化为碳酸对岩体矿物进行溶蚀，碳酸及岩体矿物的反应速度较慢，在地层中的穿透距离较长，具有良好的刺激效果。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的干热岩热储层的热刺激-化学刺激联合改造系统的整体结构图。
[0027]1.蓄水池，2.HCl供液罐车，3.添加剂罐车，4.混砂车，5.二氧化碳车，6.泡沫发生器，7.土酸供液罐车，8.多氢酸供液罐车，9.高压管线，10.注入井。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0029]实施例1
[0030]A、将蓄水池I的清水通过高压管线9和注入井10注入干热岩热储层岩体，施工栗井底注入压力不超过岩体最小主应力，时间控制到2天，施工环境为10°C ;
[0031]B、将蓄水池I的清水、HCl供液罐车2的HCl和添加剂罐车3的添加剂通过高压管线9注入混砂车4混合，以每100毫升水中的加入量计算:HC1 5克、高温酸化缓蚀剂I克、铁离子稳定剂I克，高温泡沫稳定剂1.5克、耐酸耐碱高温泡沫剂20克和粘土稳定剂I克。将配置好的酸液经混砂车4注入泡沫发生器6，再将二氧化碳由二氧化碳车5注入泡沫发生器6，酸液和二氧化碳在泡沫发生器6混合并形成泡沫酸，注入酸液和二氧化碳的质量比为2: 3，通过高压管线9和.注入井10将泡沫酸注入干热岩热储层岩体，注入压力应小于注入冷水的施工压力；
[0032]C、将蓄水池I的清水、土酸供液罐车7的土酸和添加剂罐车3的添加剂通过高压管线9注入混砂车4混合，以每100毫升水中的加入量计算:HC1 5克、HF 0.5克、高温酸化缓蚀剂I克、铁离子稳定剂I克、粘土稳定剂I克，通过高压管线9和.注入井10将该酸液注入干热岩热储层岩体，注入压力应小于注入冷水的施工压力；
[0033]D、将蓄水池I的清水、添加剂罐车3的粘土稳定剂通过高压管线9注入混砂车4混合，以每100毫升水中的加入量计算:粘土稳定剂I克，通过高压管线9和.注入井10将该溶液注入干热岩热储层岩体，注入压力应小于注入冷水的施工压力；
[0034]E、直接接通排液管线，立刻进行酸液返排开井速度可适当加快，以利用快速放喷形成的抽汲效应把尽可能多的残酸排出地层；
[0035]F、将蓄水池I的清水通过高压管线9和.注入井10注入干热岩热储层岩体，施工栗井底注入压力不超过岩体最小主应力，时间控制到5天，施工环境为10°C ;
[0036]G、重复步骤B;
[0037]H、将蓄水池I的清水、多氢酸供液罐车8的多氢酸和添加剂罐车3的添加剂通过高压管线9注入混砂车4混合，以每100毫升水中的加入量计算: