[發明專利]一種增強型地熱系統壓裂縫網設計及完井方法

在審

• 申請號: 201710136534.0
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN108571307A
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 任威嚴;查永進;陳志學;杜世亮;劉明鑫;王靈碧;紀國棟
• 申請（專利權）人: 中國石油集團鉆井工程技術研究院;中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/30;E21B43/11
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本發明涉及地熱開發領域，提供了一種增強型地熱系統壓裂縫網設計及完井方法。該方法首先鉆達火成巖型干熱巖的上部，利用導向鉆井技術在儲層鉆出水平井段，利用多級分段水利壓裂，利用火成巖體中含有層狀脆性成份制造出水平縫網，然后在注水井水平井段的末端，鉆出和注水井段處于同一平面的兩口水平分支井，穿過注水井水平井段壓裂后的裂縫末端，完成對接，從而構建高滲流的水平縫網通道，流體可沿著壓裂后的裂縫進入井筒當中，開采至地面后進行能量利用。本方法充分利用分支井、微震檢測及處理系統和水利壓裂技術，有效的識別干熱巖儲層裂縫并最大限度的打開儲層，充分利用了干熱巖儲層的地熱能，顯著提高了地熱能源的開采效率。

技術領域

本發明涉及地熱能開發領域，具體的涉及一種增強型地熱系統壓裂縫網設計及完井方法。

背景技術

資源與環境是人類賴以生存、繁衍和發展的基本條件，資源環境與可持續發展已成為人類共同面臨的重大問題。相對于煤、石油、天然氣等不可再生化石資源給環境帶來的污染，地熱資源作為一種清潔、低碳、安全、高效的可再生能源，在資源緊缺的今天引起我們更大的重視。2017年2月，國家發改委、國家能源局和國土資源部聯合印發《地熱能開發利用“十三五”規劃》的通知，《規劃》中提到我國計劃在2020年地熱發電裝機容量達到530MW，說明地熱資源的高效開發迫在眉睫。

地熱資源是指在當前技術經濟和地質環境條件下，能夠從地殼內科學、合理地開發出來的巖石中的熱能量、地熱流體中的熱能量及其伴生的有用組分。地熱能是儲存在地球內部的熱量，一方面來源于地球深處的高溫融溶體，另一方面源于放射性元素的衰變。地熱能按屬性可分為4種類型：(1)水熱型，即地球淺處(地下100m-4500m)所見到的高溫熱水或水熱蒸汽；(2)地壓地熱能，即在某些大型沉積盆地深處(地下3km-6km)存在著的高溫高壓流體，其中含有大量甲烷氣體；(3)干熱巖地熱能，乃由于特殊地質條件造成高溫但少水甚至無水的干熱巖體，需用人工注水的辦法才能將其熱能取出；(4)巖漿熱能，即儲存在高溫(700℃-2000℃)熔融巖漿體中的巨大熱能，但如何開發利用目前仍處于探索階段。在上述4類地熱能中，只有第1類水熱型地熱資源已達到商業開發利用階段，第2類和第3類因技術要求較高，正處于技術研發和小規模開發試驗階段。

干熱巖即是埋藏在地熱儲層中的高溫巖石，需要通過注水與干熱巖進行熱交換的方式開采地熱能。但因干熱巖埋藏深、孔隙度和滲透率極小，巖石中幾乎沒有水的流動通道，通過常規方式向干熱巖中注水進行熱交換的方法是不可行的。增強型地熱系統是高效開發地熱資源的方法，通過借助外力和其他方式高效開發地熱能，針對干熱巖的開發，需要進行大規模的水力壓裂改造，通過水力壓裂，將巖石壓碎，在巖石中構造出人造裂縫，為液體在巖石中的高效流動提供通道，液體流經干熱巖裂縫將熱量攜帶出來。

水力壓裂是增強型地熱系統取得成功的關鍵技術，水力壓裂構造的人工裂縫將注水井和采水井連通，實現地熱能的高效開發。在水力壓裂技術中的關鍵技術是壓裂逢網設計，即壓裂出的逢網既能為液體提供高效的運移通道，又能高效吸收干熱巖中的熱量，高效利用地熱能，因此壓裂逢網設計是水力壓裂成功的關鍵。

基于以上分析，本發明設計了一種增強型地熱系統壓裂縫網設計及完井方法，解決了干熱巖的開采問題，該方法通過鉆一口水平井和一口雙分支井的完井方法完成注水井和采水井的井型設計，然后通過壓裂縫網設計將注水井和采水井高效聯通起來，注水井的水通過壓裂逢網流動到采水井，水在干熱巖中流動時吸收熱量，通過采水井采出，多段水利壓裂有效開發地熱能，解決了干熱巖地熱能開發中可行性和效率低的問題，為干熱巖的高效開發利用提供了可靠的技術支持。

發明內容

本發明的技術方案為：一種增強型地熱系統壓裂縫網設計及完井方法，具體步驟如下：