[發明專利]干熱巖垂直井切割壓裂方法

在審

• 申請號: 201811323043.8
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109488272A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 曲海;張碩;劉營;劉忠華;魏秦文;任連城
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 重慶蘊博君晟知識產權代理事務所(普通合伙) 50223
• 代理人: 鄭勇

本發明提供一種干熱巖垂直井切割壓裂方法，包括：通過連續油管將水力切割器下入到垂直井內的指定位置；通過泵向水力切割器內泵注帶有磨料的液體，水力切割器在沿垂直井的軸線向下移動的同時，噴射出液體對干熱巖進行切割形成縫槽；在完成縫槽的切割后停止泵注液體，并向垂直井內通入惰性氣體，惰性氣體沿連續油管與井筒之間的環形空間替換出垂直井內殘留的液體；通過泵向水力切割器內泵注液氮，液氮經水力切割器射入縫槽中，使縫槽內的巖層破裂產生若干裂縫；停止向水力切割器內泵注液氮，從垂直井內取出水力切割器，并向縫槽內泵入壓裂液，使縫槽內的巖層裂縫繼續擴張，勾通形成裂縫網絡。利用本發明可以形成有效連通的大體積裂縫網絡。

技術領域

本發明涉及地熱能源開采技術領域，更為具體地，涉及一種干熱巖垂直井切割壓裂方法。

背景技術

隨著化石能源局勢和環境狀況的惡化，大力發展替代性可再生能源已成為關系人類福祉的普遍共識。中國在水力、太陽能和風能等資源利用中取得了顯著的進展和成果，但由于可再生資源的開發利用手段受限，難以保證多樣化的能源需求，在所有可再生能源中唯有地熱能源可作為基礎載荷，保持電網安全穩定運行。地熱資源分為水熱型地熱和干熱巖型地熱，其中干熱巖型資源開發潛力巨大，所蘊含的能量相當于全球所有石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍，而我國干熱巖資源儲量豐富，只要能開發其中2％就相當于我國一年能源消耗總量的千倍以上。

干熱巖是指埋深數千米、內部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體，巖體溫度一般在150～650℃，是一種儲量巨大、清潔、可再生的地熱資源。目前世界上普遍通過增強型地熱系統開采干熱巖資源，即采用鉆井的方法鉆一口井作為注水井，鉆一口或多口井作為生產井，利用人工壓裂在注水井和生產井之間形成人工裂縫與天然裂縫交織的可流動通道。從注水井注入冷水，在地下流動通道中完成熱能交換，然后生產井獲得蒸汽、高溫水和熱水用于地面發電和供暖等，在地面完成能量交換，再將冷卻后的水注入地下進行循環。因此，干熱巖開發的關鍵是利用合理壓裂技術在生產井和注入井之間形成大體積相互連通的裂縫網絡，從而實現高效、低成本的熱能開采。

目前，干熱巖的壓裂方式主要包括：1)水力壓裂，地下壓力達到一定程度后產生剪切縫或張性裂縫，即常規的水力壓裂致裂；2)熱激發，即溫差導致巖體爆裂，形成裂縫；3)化學激發。由于干熱巖具有溫度高，且巖石屬性為花崗巖，硬度很高。因此，采用傳統的射孔彈進行井筒與巖層間連接，難以形成具有一定長度的孔道，造成壓裂施工過程中孔道起裂裂縫難度大。對于厚度高的干熱巖層，采用常規的水力壓裂方式，在難以形成具有一定高度和長度的裂縫。

因此，急需一種新型壓裂方法實現干熱巖的商業開采。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種干熱巖垂直井切割壓裂方法，以解決傳統的三種壓裂方式的難以形成有效連通的大體積裂縫網絡的問題。

本發明提供的干熱巖垂直井切割壓裂方法，具體包括如下步驟：

步驟S1：將連續油管的一端與地面的泵連接，另一端與水力切割器的彈簧返回型液壓阻尼器連接；

步驟S2：通過連續油管將水力切割器下入到垂直井內的指定位置；

步驟S3：通過泵以預設排量向水力切割器內泵注帶有磨料的液體，水力切割器在以恒定速度沿垂直井的軸線向下移動的同時，噴射出液體對干熱巖進行切割，在干熱巖上形成縫槽；

步驟S4：在完成縫槽的切割后停止泵注液體，并向垂直井內通入惰性氣體，惰性氣體沿連續油管與井筒之間的環形空間替換出垂直井內殘留的液體；

步驟S5：通過泵向水力切割器內泵注液氮，液氮經水力切割器射入縫槽中，使縫槽內的巖層破裂產生若干裂縫；

步驟S6：停止向水力切割器內泵注液氮，從垂直井內取出水力切割器，并向縫槽內泵入壓裂液，使縫槽內的巖層裂縫繼續擴張，勾通形成裂縫網絡。