[發明專利]一種地熱脈沖壓力波壓裂系統及壓裂方法

無效

• 申請號: 201410024513.6
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103726820A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 徐毅
• 申請（專利權）人: 甘孜州康盛地熱有限公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

?本發明涉及一種地熱壓裂方法及壓力方法，尤其涉及一種地熱脈沖壓力波壓裂系統及壓裂方法。

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背景技術

?為解決能源短缺和減少溫室氣體排放，開發和利用可再生能源受到世界各國的高度重視。其中，地熱能的開發和利用得到迅速發展，成為可再生能源的重要組成部分。據世界地熱能協會估計，僅地殼50km以內的熱量就可供人類9000萬年的能源使用。因此，地熱能視為取之不盡用之不竭的可再生能源。

地熱的利用通常是從地下抽取具有一定溫度的溫泉、或蒸汽。然后再將熱能轉換成其它形式的能量，如機械能、電能等，或者將熱能傳輸到特定區域進行利用，如供熱、取暖、生活用熱和洗浴等。無論是溫泉，或是蒸汽，水都是熱能的載體。地下溫泉的數量都是有限的，因此隨著溫泉的不斷抽取，水量和溫度都會逐步下降，使地熱資源逐步枯竭。為解決地下溫泉逐步枯竭的問題，一是打通枯竭井的地下水通道，與附近新的熱儲通聯。或是清除原有水道的淤積物，疏通水道。二是采用回灌技術，將利用以后低溫全睡眠回灌到地下，讓其再次吸收巖層熱能，使地下水溫度升高。將這些溫度升高后的溫泉再次抽取加以利用，就可以增加熱泉流量，延長地熱井的使用年限。這套技術稱為地熱回灌技術。

為了新增、擴大或疏通地熱井和回灌井的通道。石油開采領域已經開發了壓裂技術。這項技術從上世紀40年代開始應用，現已經基本成熟，廣泛應用于全世界的實際工程中，并取得了極佳的社會效益和經濟效益。???????

隨著節能環保產業的興起，煤層氣的開發利用得到廣泛應用。近20多年來，將石油井的壓裂技術用于煤層氣井的壓裂，以增加煤層氣量和延長煤層氣井的壽命受到高度關注，在技術上獲得了重大進展，在工程實際應用中也取得了良好效果。

油層壓裂是利用地面高壓泵組，將高粘度液體以大排量注入井中，在井底附近憋起高壓。當壓力超過地應力及巖石的抗張強度后，在地層中形成裂縫。繼續將帶有支撐劑的壓裂液注入裂縫，使裂縫向前延伸，并在裂縫中填充支撐劑。這樣，就在地層中形成足夠長度、一定寬度及高度的填砂裂縫。這個裂縫擴大了油氣流動通道，改善了地層滲透性，能夠起到增產增注的作用。

????????石油井壓裂技術的基本原理是：①通過高壓泵用壓裂液將油井壁壓裂，形成新的裂縫，或者使原有裂縫擴大和增長。這一過程是通過壓力泵來實現的；②由于地應力的作用，如果這些裂縫不進行支撐，很快就要重新閉合。因此需要對壓裂的裂縫進行鞏固和支撐。對于裂縫的支撐室通過加沙和向裂縫擠壓填充支撐液來實現的；③需要形成新的、穩定的油氣通道。圖1是油井壓裂工藝流程圖。

盡管壓力工藝和過程很復雜，但其關鍵環節是壓裂、支撐和替擠。在油氣井壓裂技術中，無論是壓裂、支撐和擠替都是通過壓力泵作用于壓力劑來實現的。因此，可以把整個壓裂過程簡化如果把這三個環節簡化成壓裂工藝原理圖，如圖2所示。

在油氣開采中，壓裂工藝是增加油氣產量、延長油氣井的使用壽命。或者對回灌井壓裂，增加回灌量。在地熱開采中，壓裂技術也有同樣目的，即增加溫泉或蒸汽產量，延長熱井使用壽命。在地熱利用中仍然需要回灌，因此將壓裂技術用于熱井回灌也可以達到增加回灌量和延長使用壽命的目的。但地熱開采和油氣開采以及煤氣開采都有很大差別，這表現在以下方面：

1、地熱溫泉流量很大，單口徑流量達到100噸/小時左右。日產熱水3000噸以上。而油井的日產原液僅僅為1~5噸/天，流量相差600倍以上。因此，地熱的壓裂技術不能僅僅壓出一條，或多條裂縫，二是要求壓出的裂縫有較大尺寸的通道。油井的裂縫寬度只有幾毫米，而地熱井裂縫寬度至少需要在幾十毫米以上，否則起的作用并不大。

2、單口油井地下的總儲量大約為萬噸的數量級，而單口地熱井地下總儲量大約為千萬噸數量級。

3、油氣井的壓力只有微正壓，而地熱井的壓力幾個大氣壓，甚至十幾個大氣壓。

4、油氣井的溫度較低，高溫井的溫度也只有幾十攝氏度，而地熱井的溫度通常也在100攝氏度左右，有的高達200攝氏度以上。

5、油氣井通常不存在相變，而地熱井通常存在相變。

根據以上特征地熱井的壓裂裂縫尺寸要比油井大10倍以上，作用范圍也要遠遠大于油氣井。否則地熱井的壓裂技術起的作用并不大，其經濟效益也不明顯。因此，地熱井的壓裂必須是大尺度、大作用范圍和低成本的。而現有的油井壓裂技術不適用于地熱井壓裂。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題而提供一種作用范圍大、成本低和經濟效益好的地熱脈沖壓力波壓裂系統及壓裂方法。