一种用于干热岩压裂的筛管串结构及其施工方法与流程

本发明属于干热岩开发研究技术领域，具体涉及一种用于干热岩压裂的筛管串结构及其施工方法。

背景技术：

干热岩是清洁的可再生能源，我国储量非常巨大，据初步估算，我国大陆3～10km深处干热岩资源量总计为2.5×10²⁵j，约合860万亿吨标准煤，储量位居世界前列。即便是考虑了2％左右的热量提取效率，如此巨大储量的热能转化为的电量也相当可观。因此，干热岩的开发对我国能源结构调整和能源安全具有至关重要的意义。开发干热岩需要建立增强型地热系统(egs)，其核心是向储层钻井并压裂形成具有一定规模的裂缝网络，构建注入井和生产井的循环回路来提取热能供发电使用。

不同于油气储层，干热岩花岗岩体不仅具有温度高(≥200℃)、硬度大(>hs70)、超致密(孔隙度0.3％～0.7％)、各向异性明显(多种蚀变矿物填充)的物理力学性质，储层还具有地应力大且差异系数大的特征，开展压裂施工较为困难，此外，油气压裂常用的分段分簇压裂也由于储层的高温，常常引起封隔器的失效，进而导致整个压裂施工的失败。因此，我们就需要采用多种方法来克服高温并降低压裂缝起裂和延伸压力。筛管完井并在天然裂隙发育的层段泵注压裂液是主要的措施之一。地层岩石受长期地质作用的影响会形成很多天然裂隙，由于其胶结程度相对较低，若要在天然裂隙发育的层段开展水力压裂，无疑会使压力大大降低。法国soultz干热岩作为世界上较为成功的egs工程之一，在进行人工热储建造时遇到了天然裂隙带，从而降低了压裂缝的起裂和延伸压力。因此，准确识别储层天然裂隙发育带并采取适当的压裂工艺是干热岩压裂的关键。目前，关于干热岩压裂方法的研究相对较少。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种用于干热岩压裂的筛管串结构，以在基于干热岩储层天然裂隙发育情况，有针对性地提出完井方案，使压裂液在天然裂隙发育程度高的层位集中，有利于降低压裂缝起裂和延伸压力并增加裂缝规模。

本发明的另一目的是提供一种用于干热岩压裂的筛管串结构的施工方法，有利于降低压裂缝起裂和延伸压力并增加裂缝规模。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于干热岩压裂的筛管串结构，包括顶部接头和底部接头，二者之间设有对应干热岩储层第一层段的第一筛管、对应干热岩储层第二层段的第二筛管，以及对应干热岩储层第三层段的无孔实管；该第一层段的裂隙密度＜1.8#/m，该第二层段的裂隙密度≥1.8#/m，该第三层段无裂隙密度；该第一筛管的开孔密度小于该第二筛管的开孔密度。

进一步的，所述第一筛管为螺旋型布孔，孔间相位角30°，孔径15mm，轴向孔间距80mm；所述第二筛管也为螺旋型布孔，孔间相位角22.5°，孔径15mm，轴向孔间距60mm。

一种用于干热岩压裂的筛管串结构的施工方法，包括下列步骤：

s1、根据测井结果显示的干热岩储层选择压裂层位；

s2、将顶部接头、底部接头及二者之间的第一筛管、第二筛管、无孔实管通过螺纹组合并下入井内，使第一筛管、第二筛管、无孔实管分别对应干热岩储层第一层段、第二层段和第三层段，并对目的层以上固井；

s3、压裂液准备：准备清水，并配置酸液、滑溜水、顶替液；

s4、化学刺激与热破裂：首先采用小于0.5m³/min的排量泵注酸液，去除近井污染并腐蚀岩石，之后继续采用小于0.5m³/min的排量泵注清水，使储层岩石发生热破裂；

s5、变排量多液性泵注：采用阶梯升排量、恒定排量和阶梯降排量的方式先后泵注清水、滑溜水和酸液，初始排量为0.3～0.5m³/min，排量增幅和降幅小于50％，最大排量不大于3.5m³/min；

s6、泵注顶替液：以恒定排量泵注顶替液，将s5中泵注的酸液顶入地层；

s7、间歇式泵注：在泵注完压裂液后停泵泄压，并循环步骤s5、s6、s7。

进一步的，所述第一筛管、第二筛管与和无孔实管的连接处1.5m内无孔；所述底部接头最低端为作为沉砂管的两根实管。

进一步的，所述步骤s1是通过不同的测井手段筛选出干热岩储层随机分布的天然裂隙，实施所述测井的探管耐260℃高温。

进一步的，所述步骤s3中酸液为耐高温土酸，包含10％盐酸、10％氢氟酸和耐高温材料，所述滑溜水为普通变黏滑溜水。

进一步的，所述步骤s5中，所述阶梯升排量阶段泵注80～100m³的压裂液，所述恒定排量阶段泵注150～200m³的压裂液，所述阶梯降排量阶段泵注40～60m³的压裂液；所述步骤s6中，所述顶替液泵注量为40m³，所述顶替液为油基压裂液。

进一步的，所述步骤s5的阶梯升排量过程中，当排量小于2.5m³/min时，排量增幅为40％～50％；当排量增长至大于2.5m³/min时，排量增幅为20％～30％。

进一步的，所述步骤s5、s6、s7为一天的泵注内容，白天泵注施工，夜晚停泵泄压，形成间歇式、段塞式泵注，每天的泵注液量为1000m³，停泵泄压时间不小于10小时，如此循环泵注直至完成设计液量。

本发明的有益效果是：本发明用于干热岩压裂的筛管串结构及其施工方法，结合储层天然裂隙发育的实际条件制定完井方案，使压裂液在天然裂隙发育程度高的层位集中，有利于降低压裂缝起裂和延伸压力并增加裂缝规模。

附图说明

图1是本发明用于干热岩压裂的筛管串结构的结构示意图。

图2是本发明用于干热岩压裂的筛管串结构的第一筛管的结构示意图。

图3是本发明用于干热岩压裂的筛管串结构的第二筛管的结构示意图。

图4是本发明用于干热岩压裂的筛管串结构的实际应用时的状态示意图。

图5是本发明用于干热岩压裂的筛管串结构的施工方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1-图4所示，本发明提供一种用于干热岩压裂的筛管串结构，包括顶部接头1和底部接头2，二者之间设有对应干热岩储层第一层段3的第一筛管4、对应干热岩储层第二层段5的第二筛管6，以及对应干热岩储层第三层段7的无孔实管8；该第一层段3的裂隙密度＜1.8#/m，该第二层段5的裂隙密度≥1.8#/m，该第三层段7无裂隙密度；该第一筛管4的开孔密度小于该第二筛管6的开孔密度。进一步的，所述第一筛管4为螺旋型布孔，孔间相位角30°，孔径15mm，轴向孔间距80mm；所述第二筛管6也为螺旋型布孔，孔间相位角22.5°，孔径15mm，轴向孔间距60mm。本发明中，无孔实管8为普通石油套管(直径177.8mm，长度11.51m，钢级p110)，第一、第二筛管的尺寸和材料参数也与无孔实管一致(直径177.8mm，长度11.51m，钢级p110)。两种筛管根据储层不同的天然裂隙发育程度设置不同的打孔方式和孔密度，通过两种筛管及一种实管的组合，为干热岩压裂创造了条件。

本发明还提供一种用于干热岩压裂的筛管串结构的施工方法，包括下列步骤：

s1、根据测井结果显示的干热岩储层选择压裂层位；

s2、将顶部接头1、底部接头2及二者之间的第一筛管4、第二筛管6、无孔实管8通过螺纹组合并下入井内，使第一筛管4、第二筛管6、无孔实管8分别对应干热岩储层第一层段3、第二层段5和第三层段7，并对目的层以上固井；

s3、压裂液准备：准备足量清水，并配置一定浓度的酸液、滑溜水、少量顶替液；酸液为耐高温土酸，包含10％盐酸、10％氢氟酸和耐高温材料，该滑溜水为普通变黏滑溜水；

s4、化学刺激与热破裂：针对干热花岗岩温度高、硬度大、石英含量高的特点，首先采用小于0.5m³/min的排量泵注酸液，去除近井污染并腐蚀岩石，之后继续采用小于0.5m³/min的排量泵注清水，使储层岩石发生热破裂；

s5、变排量多液性泵注：采用阶梯升排量、恒定排量和阶梯降排量的方式先后泵注清水、滑溜水和酸液，初始排量为0.3～0.5m³/min，排量增幅和降幅小于50％，最大排量不大于3.5m³/min；

s6、泵注顶替液：以恒定排量泵注顶替液，将s5中泵注的酸液顶入地层；

s7、间歇式泵注：在泵注完一定量压裂液后停泵泄压，并循环步骤s5、s6、s7。

本发明在充分考虑现有技术条件及干热岩储层特征的基础上，增加干热岩储层建造的体积，实现人工热储建造。

进一步的，为保证该管串强度，该第一筛管4、第二筛管6与和无孔实管8的连接处1.5m内无孔，该底部接头最低端为作为沉砂管的两根实管。如图4、图5所示，所述步骤s2是根据测井结果显示的天然裂隙，将第一筛管4下入次发育不连续的裂缝段(第一层段3)，将第二筛管6下入较发育的连续裂缝段(第二层段5)，无孔实管8则对应目的层中无裂缝发育的层段(第三层段7)，发育与次发育的标准是通过电成像测试的天然裂隙定量参数，裂隙密度≥1.8#/m认为是天然裂隙较发育，裂隙密度＜1.8#/m认为是次发育。采用这种方式使压裂液在天然裂隙发育程度高的层位集中，有利于降低压裂缝起裂和延伸压力并增加裂缝规模。

应当理解的是，受高温定向钻井技术的限制，本发明中所陈述的干热岩压裂井为直井。由于天然裂隙是干热岩压裂裂缝起裂的先决条件之一，故所述步骤s1是通过不同的测井手段筛选出干热岩储层随机分布的天然裂隙，干热岩储层温度往往大于200℃，且随着深度的增加，温度涨幅逐渐加快，故实施所述测井的探管须耐260℃高温，主要测井项目包括：电阻率测井、声成像测井、电成像测井、声波远探测、放射性测井，均可有效识别井壁天然裂隙。

考虑到裂缝扩展过程中摩阻逐渐升高，所述步骤s5中，应按照清水、滑溜水、酸液这种顺序泵注压裂液，每种压裂液泵注过程中均应遵循阶梯升排量、恒定排量和阶梯降排量泵注顺序，该阶梯升排量阶段泵注80～100m³的压裂液，该恒定排量阶段泵注150～200m³的压裂液，该阶梯降排量阶段泵注40～60m³的压裂液。该步骤s6中，该顶替液泵注量为40m³，该顶替液为低浓度普通油基压裂液。考虑到高排量增幅有诱发较高能级微地震的风险，该步骤s5的阶梯升排量过程中，当排量小于2.5m³/min时，排量增幅为40％～50％。当排量增长至大于2.5m³/min时，排量增幅为20％～30％。

考虑到干热岩压裂施工的实际情况，该步骤s5、s6、s7为一天的泵注内容，白天泵注施工，夜晚停泵泄压，形成间歇式、段塞式泵注，每天的泵注液量为1000m³，停泵泄压时间不小于10小时，如此循环泵注直至完成设计液量。小排量、长周期、间歇式、多液性、变排量泵注是干热岩压裂的主要特征。

需要说明的是，以上所述仅是本发明较佳的具体实施方式而已，目的是为了使本领域技术人员更好的理解本发明，不应用以限制本发明的范围及应用，凡是在本发明的精神或原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明所保护的范围之内。