[發明專利]一種干熱巖地熱人工熱儲的建造方法

有效

• 申請號: 201610064672.8
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105696996B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 郤保平;崔繼明;馮增朝;趙陽升;鄭曉琛;李廣林
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/30;E21B49/00;F24T10/20
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

一種干熱巖地熱人工熱儲的建造方法，屬于干熱巖地熱人工熱儲建造領域，沿火成巖相形成的軟弱面或夾層進行超臨界二氧化碳壓裂產生主裂縫，進而在主裂縫內進行大排量的水力壓裂產生二次破裂，干熱巖體在循環壓裂下發生體積破裂或者叢式破裂的形式來建造人工熱儲的方法的技術方案。其優點在于充分利用超臨界二氧化碳的低粘度和易擴散，以及火成巖在超臨界二氧化碳壓裂下破裂壓力低，易于形成裂縫的特征，結合火成巖具有明顯的巖相結構，易于產生熱破裂的特點，解決目前水力壓裂在深部巖體人工熱儲建造中不宜實施，破裂壓力大，難于形成理想結構的裂縫群或裂縫帶，人工熱儲層特別難于建造的問題。

技術領域

本發明屬于干熱巖地熱人工熱儲建造領域，特別涉及一種沿火成巖相形成的天然弱面和軟弱夾層進行超臨界二氧化碳壓裂產生主裂縫，進而在主裂縫內進行大排量的水力壓裂產生二次破裂，干熱巖體在循環壓裂下發生體積破裂或者叢式破裂的形式來建造人工熱儲的方法。

背景技術

地熱作為綠色的、可再生的資源，被世界各國確定為維系社會可持續發展的新的“綠色能源”，地熱資源可分為兩種類型：天然熱水資源和干熱巖地熱資源(Hot Dry RockGeothermal Energy(HDR))。全世界地殼10km以內的干熱巖地熱資源量為40-400Mquads(1quad＝10¹⁹J)，是化石能源的100-1000倍，幾乎可以說是無限的資源量，而且分布相當普遍。干熱巖地熱一般是指溫度在200℃以上的巖體中蘊藏的地熱能資源，可以經過人工開采從巖體中直接提取出過熱水蒸氣而直接用于發電和熱水利用。在干熱巖地熱開發和利用中，在兩井或者群井之間一定深度的巖層內形成的熱交換面積較大且裂隙發育的裂縫帶或者裂隙群就是人工熱儲。人工熱儲的建造是高溫巖體地熱開發最關鍵的步驟，人工熱儲建造的好壞，直接關系到干熱巖地熱開發的成敗。

人工熱儲建造所在的巖層具有以下特點：(1)埋藏較深，一般在火成巖或變質巖中，深度在地下3000m以上；(2)火成巖體具有明顯的巖相，在不同巖性的巖體交界面處容易形成天然弱面或軟弱夾層，其力學特性異于正常狀態的火成巖；(3)巖層內溫度較高，溫度在200-650℃；(4)干熱巖體原生孔隙度極低，滲透率極差。因此，干熱巖人工熱儲的建造非常困難。目前，建造人工熱儲的技術和方法有水力壓裂法、爆炸法、熱應力法等，但是為大家公認的方法為巨型水壓致裂法。然而巨型水力致裂法建造人工熱儲時仍然面臨很多困難，由于巖體應力高，所以巖體破裂壓力大，難于形成理想結構的裂縫群或裂縫帶，建成的人工熱儲層的流量低于商業運行的參數要求。

超臨界二氧化碳是指二氧化碳流體的溫度、壓力均超過流體臨界溫度31.1℃和臨界壓力7.4MPa的一種狀態。超臨界二氧化碳具有氣體的低粘度和易擴散、液體的高密度和易溶解的特點，且二氧化碳資源充足，成本低，化學惰性，無毒無腐蝕性，臨界狀態容易實現，這為超臨界二氧化碳流體的應用提供了很好的物質保障。超臨界二氧化碳壓裂技術被越來越多的應用于低滲透性巖體的滲透性改造方面。2013年我國首次采用純液態二氧化碳在“延頁7井”現場壓裂試驗成功，也為使用超臨界二氧化碳壓裂提供了現場的可行性案例。綜合實驗室研究結論可知：超臨界二氧化碳壓裂，巖體破裂壓力較水力壓裂低；高溫狀態火成巖遇水產生熱破裂，滲透性增強。

因此，利用火成巖巖相處容易形成軟弱面或夾層的特點，結合超臨界二氧化碳壓裂巖體破裂壓力低，高溫狀態火成巖遇水容易產生熱破裂，運用超臨界二氧化碳壓裂可誘使干熱巖體產生主裂縫，沿著形成的主裂縫進行水力壓裂可使干熱巖體產生二次破裂，反復循環進行，干熱巖體在溫度差和壓裂壓力共同作用下形成體積破裂或叢式破裂，可保證載熱流體和干熱巖之間有足夠大的熱交換面積，所建人工熱儲具有較長的使用壽命與較大的出力。

發明內容

本發明目的在于克服水力壓裂在干熱巖地熱人工熱儲建造中存在的缺點與不足，根據火成巖地質結構中存在由巖相形成的天然弱面和軟弱夾層的結構特征，公開一種充分利用該地質結構特征來建造干熱巖地熱人工熱儲的方法。