CN107882535A - 一种采用水平井开发干热岩热能的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用水平井开发干热岩热能的工艺方法，通过在地层中钻出注入井、生产井，生产井注入低温度水，生产井产出高温度水，达到从地层获取热量的目的；其具体包括：采用两口注入井和一口采出井进行开采；两口注入井均采用水平井，分别为注入井一、注入井二；注入井与采出井均采用固井射孔完井；注入井采用射孔桥塞分段压裂，每段内采用簇射孔；两口注入井对称分布在采入井两侧，其井筒延伸方向与采出井井筒呈现一定的角度。本发明充分利用地层的热量，过流面积大大增加，注入量增加，注入压力下降，产出流体温度高，效益提高。
Description
技术领域
本发明涉及一干热岩开采技术领域，具体是一种采用水平井开发干热岩热能的工艺方法。
背景技术
目前已经开发成功的地热项目一般采用比较简单的直井井网模式。当最小主应力位于水平方向裂缝为垂直裂缝时，一般采用一注一采直井模式，比如美国芬顿山、美国Ogachi 项目、法国Soultz项目。当最小主应力位于垂直方向，裂缝呈现为圆盘状，可以采用一注一采模式（澳大利亚的Habanero）布井，也可以采用一注三采直井模式（肘折干热岩）。
上述干热岩开采模式采用简单直井井网模式，裂缝形态比较简单，面积较小，当流体通过时，加热面积有限，因此热水水温升高程度不够；另外上述井网模式下，裂缝内没有加砂，裂缝形态比较简单，导流能力较低，当注入温度较低的流体时，流体在比较狭窄的裂缝内流动，摩擦阻力比较高，因此注入流体的流量比较低。由于裂缝为剪切裂缝，靠不均匀岩石壁面支撑使裂缝不能闭合，当流体作为溶剂将凸出点溶解后，裂缝容易闭合。本发明将解决热水水温升高程度不够、注入压力高、流体流量低、裂缝容易闭合消失等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种采用三口水平井多级加砂压裂开发干热岩的工艺技术，由于方案实施后，地层中有多个高导流能力的裂缝参与流体流动，流动面积大，换热面积大，流动阻力小。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种采用水平井开发干热岩热能的工艺方法，通过在地层中钻出注入井、生产井，生产井注入低温度水，生产井产出高温度水，达到从地层获取热量的目的；其具体包括：
（1）针对产生垂直裂缝的地层，采用水平井开采地热资源，注入井与采出井均先期钻成；
（2）即采用两口注入井和一口采出井进行开采；两口注入井均采用水平井，分别为注入井一、注入井二；采用2注1采模式，水平段的垂直深度相同；
（3）注入井与采出井均采用固井射孔完井；
（4）注入井采用射孔桥塞分段压裂，每段内采用簇射孔；
（5）两口注入井对称分布在采入井两侧，其井筒延伸方向与采出井井筒呈现一定的角度；
（6）两口注入井分别进行加砂压裂，各压裂裂缝射孔起裂位置与采出井各裂缝一一相对，各级裂缝设计长度一致；
（7）注入井每次压裂施工过程中，要保证与采出井的对应裂缝联通后再停止压裂；
（8）注入井压裂改造采用体积压裂技术；
（9）注入井在压裂过程中，施工压力有大幅度下降时，表明存在与采出井对应裂缝沟通的迹象，此时停止加砂，进入顶替环节；
（10）采出井为一口水平井，井筒方向沿最小主应力方向；
（11）采出井进行多级加砂压裂，但各级裂缝不等长，靠近垂直井筒一端的压裂裂缝长度较短，离开垂直井筒越远，裂缝长度依次增加；
（12）采出井采用体积压裂技术进行压裂，在地层中制造出体积网状裂缝；采出井压裂时采用耐高温液体体系，采用高排量进行压裂，配合采用低密度支撑剂；采用组合支撑剂；采用多支撑剂段塞、先小后大进行施工。
作为本发明进一步的方案：压裂顺序是，采出井先行压裂，注入井待采出井压裂后再进行压裂。
作为本发明进一步的方案：注入井与采出井的水平段长度超过500米；采出井采用射孔桥塞分段压裂，每段内采用2-3簇射孔，簇间距离20-40m；两口注入井的裂缝单边长度设计为40-60m；采出井的单边最短压裂裂缝长度要达到100m以上；最长的裂缝半长可以达到300m以上。
作为本发明进一步的方案：裂缝长度选择的原则是，低温度水从注入井注入后，从各个裂缝分流注入（分流原理遵循阻力最小原理），经过一定长度的裂缝加热以后，进入采出井井筒，再在采出井井筒内继续升温，到达水平井的A点以后温度相同。
作为本发明进一步的方案：采出井每段内只采用1段多簇射孔，同时压裂的方式。采出井的压裂方式大不相同，采出井采用1段1簇射孔的方式进行，且射孔位置与注入井的裂缝位置一一相对，在每次压裂施工过程中，要保证与生产井的对应裂缝联通，压裂大幅度变化后，再停止压裂，进行顶替作业。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明充分利用地层的热量，过流面积大大增加，注入量增加，注入压力下降，产出流体温度高，效益提高。
附图说明
图1为注入井、采出井水平段裂缝分布示意图。
图2为本发明流量分流及升温示意图。
其中：1-采出井；2-注入井一；3-注入井二;
图2中：Q总-从一口水平井注入低温流体的总流量,m3/d；Q1-流入第一条分支裂缝的低温流体的流,m3/d；Qn-流入第n条分支裂缝的低温流体的流量,m3/d；T1-流入第1条分支裂缝的低温流体的温度,℃；Tn-流入第n条分支裂缝的低温流体的温度,℃；T1-流入第1条分支裂缝的低温流体的温度,℃；L1-第1条分支裂缝从注入水平井到产出井的长度或距离,m；T-不同分支裂缝的低温流体到达第n条分支裂缝出口时的温度,℃。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-2，一种采用水平井开发干热岩热能的工艺方法，通过在地层中钻出注入井、生产井，生产井注入低温度水，生产井产出高温度水，达到从地层获取热量的目的；其具体包括：
1）针对产生垂直裂缝的地层，采用水平井开采地热资源，注入井与采出井均先期钻成；
2）即采用两口注入井和一口采出井1进行开采；两口注入井均采用水平井，分别为注入井一2、注入井二3；采用2注1采模式，水平段的垂直深度相同；
3）注入井与采出井均采用固井射孔完井；
4）注入井与采出井的水平段长度超过500米；
5）采出井采用射孔桥塞分段压裂，每段内采用2-3簇射孔，簇间距离20-40m；
6）注入井采用射孔桥塞分段压裂，每段内采用簇射孔；
7）压裂顺序是，采出井先行压裂，注入井待采出井压裂后再进行压裂；
8）两口注入井对称分布在采入井两侧，其井筒延伸方向与采出井井筒呈现一定的角度；
9）两口注入井的裂缝单边长度设计为40-60m；
10）两口注入井分别进行加砂压裂，各压裂裂缝射孔起裂位置与采出井各裂缝一一相对，各级裂缝设计长度一致，但是与采出井相比，大大减小，有助于提高注入效率，避免液体流失；
11）注入井每次压裂施工过程中，要保证与采出井的对应裂缝联通后再停止压裂；
12）注入井压裂改造采用体积压裂技术；
13）注入井在压裂过程中，施工压力有大幅度下降时，表明存在与采出井对应裂缝沟通的迹象，此时停止加砂，进入顶替环节；
14）采出井为一口水平井，井筒方向沿最小主应力方向；
15）采出井进行多级加砂压裂，但各级裂缝不等长，靠近垂直井筒一端的压裂裂缝长度较短，离开垂直井筒越远，裂缝长度依次增加；
16）采出井的单边最短压裂裂缝长度要达到100m以上；最长的裂缝半长可以达到300m以上；
17）裂缝长度选择的原则是，低温度水从注入井注入后，从各个裂缝分流注入（分流原理遵循阻力最小原理），经过一定长度的裂缝加热以后，进入采出井井筒，再在采出井井筒内继续升温，到达水平井的A点以后温度相同；
18）采出井采用体积压裂技术进行压裂，在地层中制造出体积网状裂缝；采出井压裂时采用耐高温液体体系，采用高排量进行压裂，配合采用低密度支撑剂；采用组合支撑剂；采用多支撑剂段塞、先小后大进行施工。
19）采出井每段内只采用1段多簇射孔，同时压裂的方式。采出井的压裂方式大不相同，采出井采用1段1簇射孔的方式进行，且射孔位置与注入井的裂缝位置一一相对，在每次压裂施工过程中，要保证与生产井的对应裂缝联通，压裂大幅度变化后，再停止压裂，进行顶替作业。
采出井的各级裂缝的长度是不相等的，各级裂缝长度的设计原则及过程是：注入流体进入注入井水平井筒后，井筒内流动产生压力降低。由于各个裂缝均能与生产井连通。流体在注入井流动的过程中，温度不断增加，流量则不断减小。流量根据流动阻力自动分流，进入各个裂缝，在裂缝内增温后，流入采出井井筒，在井筒内，流量逐渐增加，温度逐渐增加。注入井与采出井之间，理想的裂缝长度是，当流量自动分流后，进入各个裂缝，流出裂缝后，在生产井井筒内继续升温加热。各个裂缝流出的流体达到生产井的最后一条裂缝（距离A点最近）处时，温度相等。
实施例一：
采出井1，斜深3800米，水平段长度1000米，沿储层最大主应力方向钻进。注入井一2、注入井二3对称分布于采出井1两边，且他们的B点位于采出井1的A点附近，即注入井的钻进方向与采出井相反。注入井的水平段轴线与采出井的水平段的轴线夹角10°；注入井的水平段的B点距离采出井的垂直距离为100m；两注一采水平井均采用固井射孔完井。采出井率先进行体积压裂，采用一段2簇射孔的方式进行，布缝间距为30m，最短裂缝半长为50m，缝长的选择方法是，采出井裂缝的末端距离注入井井轴位置的裂缝半长为50m。注入井均采用射孔桥塞方式压裂，射孔位置与采出井的裂缝位置一一相对，采用体积压裂方式进行压裂改造，每次压裂一条裂缝，压裂过程中待施工压力下降，采出井有明显压力波动时立即停止加砂，进入顶替阶段。
实施例二：
采出井，斜深4200m，水平段长度1200m，沿储层最大主应力方向钻进。注入井一2、注入井二3对称分布于采出井两边，且他们的B点位于采出井的A点附近，即注入井的钻进方向与采出井相反。注入井的水平段轴线与采出井的水平段的轴线夹角12°；注入井的水平段的B点距离采出井的垂直距离为120m；两注一采水平井均采用固井射孔完井。采出井率先进行体积压裂，采用一段2簇射孔的方式进行，布缝间距为25m，设计最短裂缝半长为60m，各级缝长的选择方法是，采出井的裂缝末端距离注入井的裂缝半长为40m。注入井均采用射孔桥塞方式压裂，射孔位置与采出井的裂缝位置一一相对，采用体积压裂方式进行压裂改造，每次压裂一条裂缝，压裂过程中待施工压力下降，采出井有明显压力波动时立即停止加砂，进入顶替阶段。
本发明充分利用地层的热量，过流面积大大增加，注入量增加，注入压力下降，产出流体温度高，效益提高。
在本采用水平井开发干热岩热能的工艺方法的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种采用水平井开发干热岩热能的工艺方法，其特征在于，通过在地层中钻出注入井、生产井，生产井注入低温度水，生产井产出高温度水，达到从地层获取热量的目的；其具体包括：
（1）针对产生垂直裂缝的地层，采用水平井开采地热资源，注入井与采出井均先期钻成；
（2）即采用两口注入井和一口采出井进行开采；两口注入井均采用水平井，分别为注入井一、注入井二；采用2注1采模式，水平段的垂直深度相同；
（3）注入井与采出井均采用固井射孔完井；
（4）注入井采用射孔桥塞分段压裂，每段内采用簇射孔；
（5）两口注入井对称分布在采入井两侧，其井筒延伸方向与采出井井筒呈现一定的角度；
（6）两口注入井分别进行加砂压裂，各压裂裂缝射孔起裂位置与采出井各裂缝一一相对，各级裂缝设计长度一致；
（7）注入井每次压裂施工过程中，要保证与采出井的对应裂缝联通后再停止压裂；
（8）注入井压裂改造采用体积压裂技术；
（9）注入井在压裂过程中，施工压力有大幅度下降时，表明存在与采出井对应裂缝沟通的迹象，此时停止加砂，进入顶替环节；
（10）采出井为一口水平井，井筒方向沿最小主应力方向；
（11）采出井进行多级加砂压裂，但各级裂缝不等长，靠近垂直井筒一端的压裂裂缝长度较短，离开垂直井筒越远，裂缝长度依次增加；
（12）采出井采用体积压裂技术进行压裂，在地层中制造出体积网状裂缝；采出井压裂时采用耐高温液体体系，采用高排量进行压裂，配合采用低密度支撑剂；采用组合支撑剂；采用多支撑剂段塞、先小后大进行施工。
2.根据权利要求1所述的采用水平井开发干热岩热能的工艺方法，其特征在于，压裂顺序是，采出井先行压裂，注入井待采出井压裂后再进行压裂。
3.根据权利要求1所述的采用水平井开发干热岩热能的工艺方法，其特征在于，注入井与采出井的水平段长度超过500米；采出井采用射孔桥塞分段压裂，每段内采用2-3簇射孔，簇间距离20-40m；两口注入井的裂缝单边长度设计为40-60m；采出井的单边最短压裂裂缝长度要达到100m以上；最长的裂缝半长可以达到300m以上。
4.根据权利要求1所述的采用水平井开发干热岩热能的工艺方法，其特征在于，裂缝长度选择的原则是，低温度水从注入井注入后，从各个裂缝分流注入，经过一定长度的裂缝加热以后，进入采出井井筒，再在采出井井筒内继续升温，到达水平井的A点以后温度相同。
5.根据权利要求1所述的采用水平井开发干热岩热能的工艺方法，其特征在于，采出井每段内只采用1段多簇射孔，同时压裂的方式；采出井采用1段1簇射孔的方式进行，且射孔位置与注入井的裂缝位置一一相对，在每次压裂施工过程中，要保证与生产井的对应裂缝联通，压裂大幅度变化后，再停止压裂，进行顶替作业。
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