[發明專利]一種干熱巖地熱井液氮多級壓裂系統與方法

有效

• 申請號: 201910440030.7
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN110145290B
• 公開（公告）日: 2021-05-21
• 發明（設計）人: 蔡承政;任科達;楊玉貴;高峰;陳培見;張志鎮
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 劉振祥

一種干熱巖地熱井液氮多級壓裂系統與方法，系統：高壓液氮容器的氮氣進氣管路和液氮出液管路分別與氮氣總輸入管路和液氮總排出管路連接，放空管路設有放空閥；液氮總排出管路與連續油管連接；氣體增壓機的進氣口和驅動空氣入口分別與氮氣瓶組的出氣口和空氣壓縮機的出氣口連接，氣體增壓機的出氣口與氮氣總輸入管路的進氣端連接；低溫液氮泵的進口端與液氮儲罐連接，其出口端與高壓液氮容器的液氮進液管路連接。方法：建立系統與連續油管的連接；驅除系統內的空氣和水分；填充液氮；進行液氮逐級壓裂；依次完成各層段的壓裂作業；關井并記錄壓力。該系統與方法能降低干熱巖儲層裂縫的起裂壓力、節省耗水量，能實現對干熱巖地熱的綠色、高效開發。

技術領域

本發明屬于地熱開發技術領域，具體涉及一種干熱巖地熱井液氮多級壓裂系統與方法。

背景技術

干熱巖地熱資源是一種清潔、可再生能源，實現其規模化開發對于推動國家能源結構調整、保證能源安全具有重大意義。我國干熱巖資源潛力巨大，地下3—10km范圍內干熱巖資源折合標準煤約有860萬億噸，屬于重要的國家戰略能源。由于干熱巖儲層滲透率極低(0.001—0.1mD)，需要對干熱巖儲層進行人工改造形成增強型地熱系統，方能將儲存在干熱巖內部的熱量高效開采出來。水力壓裂是增強型地熱系統最常用的儲層改造方法，該方法通過向儲層注入高壓流體使熱儲層原有裂隙擴展沿伸從而達到增大儲層換熱性能的目的。由于干熱巖儲層巖石質地堅硬、強度高，導致其破裂壓力要遠高于一般油氣儲層，而且裂縫起裂也十分困難。此外，干熱巖儲層壓裂周期長、規模大，需要消耗大量水資源，會引發水資源過度消耗和污染等一系列環境問題。

隨著油氣鉆采技術的快速發展，在上世紀90年代，美國的哈里伯頓公司提出了液氮壓裂方法，并成功進行了現場試驗。液氮壓裂是一種以液氮作為壓裂液的無水壓裂方法，可在常規排量和壓力下將低溫液氮注入井底，從而在地層內形成人工裂縫。液氮無色無味，惰性極強，且不含水相，既不會傷害儲層，還能從根本上解決水資源污染消耗等問題。由于液氮溫度極低(約為-196℃)，在進入地層時，會導致儲層巖石溫度急劇降低，從而促進巖石內部初始裂隙的擴展或者是在巖石內部產生新的破裂，進而提高儲層壓裂改造效果。因此，采用低溫液氮作為壓裂液，有望為干熱巖地熱開發提供一條新途徑。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種干熱巖地熱井液氮多級壓裂系統與方法，該系統能保證液氮壓裂過程地面的注入壓力，能保證作業過程中液氮的持續供給，有利于干熱巖地熱的高效開發；該方法能解決干熱巖儲層壓裂存在的裂縫起裂壓力高、耗水量大等難題，能提高液氮壓裂對干熱巖儲層的改造效果，且有利于實現干熱巖地熱資源的綠色、高效開發。

為了實現上述目的，本發明提供一種干熱巖地熱井液氮多級壓裂系統，包括氮氣增壓系統、液氮注入系統、氮氣總輸入管路、液氮總排出管路和至少3個高壓液氮容器；

3個高壓液氮容器的上端均設置有氮氣進氣管路和放空管路，下端均設置有液氮出液管路和液氮進液管路，3個高壓液氮容器分別為高壓液氮容器A、高壓液氮容器B和高壓液氮容器C，高壓液氮容器A、高壓液氮容器B和高壓液氮容器C的氮氣進氣管路和液氮出液管路分別與氮氣總輸入管路和液氮總排出管路連接，高壓液氮容器A、高壓液氮容器B和高壓液氮容器C的氮氣進氣管路上分別設置有氮氣進氣閥A、氮氣進氣閥B和氮氣進氣閥C，高壓液氮容器A、高壓液氮容器B和高壓液氮容器C的液氮出液管路上分別設置有液氮出液閥A、液氮出液閥B和液氮出液閥C，高壓液氮容器A、高壓液氮容器B和高壓液氮容器C 的液氮進液管路上分別設置有液氮進液閥A、液氮進液閥B和液氮進液閥C，高壓液氮容器 A、高壓液氮容器B和高壓液氮容器C的放空管路上分別設置有放空閥A、放空閥B和放空閥C；液氮總排出管路的排液端與設置在地熱井中的連續油管連接；

所述氮氣增壓系統包括由多個氮氣瓶組成的氮氣瓶組、空氣壓縮機和氣體增壓機，所述氣體增壓機的進氣口和驅動空氣入口分別與氮氣瓶組的出氣口和空氣壓縮機的出氣口連接，氣體增壓機的出氣口與氮氣總輸入管路的進氣端連接；