CN107989589A - 一种提高干热岩压裂后换热效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，属于地热能开发领域。本发明采用单井压裂技术，在干热岩储层水力压裂处灌注耐高温导热水泥，使水力压裂近井区域密集裂缝封闭，仅留存据远井区域的裂缝，达到了改善携热流体流通路径，提高换热效率的目的。上部流通孔眼和下部流通孔眼的布设可最大限度的扩大携热流体的流动区域，促进携热流体与干热岩储层的热交换，在地面抽吸力的作用下，携热流体通过上部流通孔眼、压裂裂缝、下部流通孔眼和隔热油管返回地面，同样可提高干热岩压裂后的换热效率。单井技术和提高干热岩压裂后换热效率方法的应用，可降低干热岩开发费用，并减小了环境破坏，对地热能的广泛应用有积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及地热能开发领域，具体的涉及一种提高干热岩压裂后换热效率的方法。
背景技术
在全球能源消费逐渐趋于清洁化和可再生化的背景下，地热能成为当下热门的新型能源。地热能分布广泛，开发利用方便，是优良的可再生能源，有着良好的利用前景。干热岩是赋存在地层深处的没有水或者蒸汽的热岩体，普遍埋藏于地表以下3-10km处，温度范围在150-650℃之间，是地热能资源的重要组成部分。
获取干热岩中热能的方法通常称为增强型地热系统，其是通过深部钻井、储层改造、流体循环等工艺从干热岩中提取具有经济价值的地热资源的工程技术。水力压裂是增强型地热系统储层改造的主要方式，该技术通过在目标地层进行人工造缝，来达到使增强型地热系统换热充分的目的。
然而，由于地下岩体结构复杂，又缺乏实用的监测方式，水力压裂往往难以完全控制裂缝的展布和数量。在水力压裂近井区域，通常会形成密集的裂缝，过多的裂缝则会造成携热流体的漏失，难以形成有效的换热路径，致使换热效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种干热岩压裂后换热效率的方法，通过在干热岩储层水力压裂处灌注耐高温导热水泥，使水力压裂近井区域密集裂缝封闭，仅留存远井区域的裂缝，以改善携热流体流通路径，使干热岩储层充分换热，提高换热效率。
一种干热岩压裂后换热效率的方法，包括以下步骤：
1)选取干热岩储层，采用钻井设备钻穿干热岩盖层，钻进至干热岩储层底部区域；
2)提出钻具后，沿钻井轨迹下入生产套管及井底封隔器，并使用耐高温导热水泥固井；
3)将射孔设备下入干热岩压裂目标储层，将生产套管、水泥环和干热岩储层射穿后，形成干热岩压裂孔眼；
4)将水力压裂设备下入干热岩压裂目标储层，通过干热岩压裂孔眼注入压裂液，大范围压裂干热岩储层；
5)将水泥注浆设备下至干热岩压裂孔眼处，通过干热岩压裂孔眼注入耐高温导热水泥，从而封闭水力压裂近井区域的密集裂缝；
6)再次将射孔设备下入钻井，在干热岩压裂孔眼上部区域和下部区域分别射孔，形成上部流通孔眼和下部流通孔眼；
7)在生产套管中下入隔热生产油管，提供携热流体采出通道；
8)沿生产套管和隔热生产油管间的油套环空下入封隔器，将上部封隔器安装在上部流通孔眼以下，将下部封隔器安装在下部流通孔眼以上，以防止携热流体在油套环空中流动；
9)沿油套环空注入携热流体，携热流体沿上部流通孔眼和压裂裂缝流入干热岩储层上部区域，在注入压力和重力作用下流向干热岩储层下部区域；
10)在地面安装抽吸装置，携热流体将在抽吸力作用下从压裂裂缝流入下部流通孔眼，并沿隔热生产油管流回地面，通过热交换设备，可获取携热流体中的热能。
优选的是：步骤2)和步骤5)中耐高温导热水泥的导热系数应大于8W/(m·K)。
优选的是：步骤2)中生产套管的导热系数应大于90W/(m·K)。
优选的是：步骤3)中的干热岩压裂孔眼根据实际工程需要周向均匀布设2-4个，轴向均匀布置1-3排，每排间距50-100米。
优选的是：步骤6)中的上部流通孔眼和下部流通孔眼周向均匀布置2-4个，轴向均匀布置1-3排，每排间距5-10米。
优选的是：步骤6)中的上部流通孔眼和下部流通孔眼之间的距离应大于1000米，且下部流通孔眼应在井底封隔器之上5-20米处，以保证携热流体换热充分。
优选的是：步骤7)中隔热生产油管管体材料的导热系数应小于0.03W/(m·K)。
优选的是：步骤8)中上部封隔器应在上部流通孔眼之下10-20米处，下部封隔器应在下部流通孔眼之上10-20米处。
本发明的有益效果为：
本发明针对因水力压裂在近井区域造成的密集裂缝，而使携热流体漏失、换热路径较短、换热效率较低的问题，采用单井压裂技术，在干热岩储层水力压裂处灌注耐高温导热水泥，使水力压裂近井区域密集裂缝封闭，仅留存远井区域的裂缝，达到了改善携热流体流通路径，提高换热效率的目的。上部流通孔眼和下部流通孔眼的布设可最大限度的扩大携热流体的流动区域，促进携热流体与干热岩储层的热交换，在地面抽吸力的作用下，携热流体通过上部流通孔眼、压裂裂缝、下部流通孔眼和隔热油管返回地面，同样可提高干热岩压裂后的换热效率。单井技术和提高干热岩压裂后换热效率方法的应用，可降低干热岩开发费用，并减小了环境破坏，对地热能的广泛应用有积极作用。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图。
其中：1、干热岩盖层，2、干热岩储层，3、压裂裂缝，4、上部流通孔眼，5、干热岩压裂孔眼，6、下部流通孔眼，7、耐高温导热水泥，8、井底封隔器，9、下部封隔器，10、上部封隔器，11、水泥环，12、隔热生产油管，13、生产套管，14、携热流体。
具体实施方式
请参阅图1所示，一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，包括以下步骤：
1、选取干热岩储层2，采用钻井设备钻穿干热岩盖层1，钻进至干热岩储层2底部区域；
2、提出钻具后，沿钻井轨迹下入导热系数大于90W/(m·K)的生产套管13及井底封隔器8，并使用导热系数大于8W/(m·K)耐高温导热水泥7固井；
3、将射孔设备下入干热岩压裂目标储层，将生产套管13、水泥环11和干热岩储层2射穿后，形成干热岩压裂孔眼5，干热岩压裂孔眼5根据实际工程需要周向均匀布设2-4个，轴向均匀布置1-3排，每排间距50-100米；
4、将水力压裂设备下入干热岩压裂目标储层，沿干热岩压裂孔眼5注入压裂液，大范围压裂干热岩储层2；
5、将水泥注浆设备下至干热岩压裂孔眼5处，沿干热岩压裂孔眼5注入耐高温导热水泥7，从而封闭水力压裂近井区域的密集裂缝；
6、再次将射孔设备下入钻井，在干热岩压裂孔眼5上部区域和下部区域分别射孔，形成上部流通孔眼4和下部流通孔眼6，上部流通孔眼4和下部流通孔眼6周向均匀布置2-4个，轴向均匀布置1-3排，每排间距5-10米，上部流通孔眼4和下部流通孔眼6之间的距离应大于1000米，且下部流通孔眼6应在井底封隔器8之上5-20米处，以保证携热流体14换热充分；
7、在生产套管13中下入隔热生产油管12，提供携热流体14采出通道，隔热生产油管12管体材料的导热系数应小于0.03W/(m·K)，以减小携热流体14的热损失；
8、沿生产套管13和隔热生产油管12间的油套环空下入封隔器，将上部封隔器10安装在上部流通孔眼4以下10-20米处，将下部封隔器9安装在下部流通孔眼6以上10-20米处，以防止携热流体14在油套环空中流动，；
9、沿油套环空注入携热流体14，携热流体14沿上部流通孔眼4和压裂裂缝3流入干热岩储层2上部区域，在注入压力和重力作用下流向干热岩储层2下部区域；
10、在地面隔热生产油管12处安装抽吸装置，携热流体14将在抽吸力作用下从压裂裂缝3流入下部流通孔眼6，并沿隔热生产油管12流回地面，通过热交换设备，可获取携热流体中的热能。
本发明中的上部封隔器10和下部封隔器9可以通过本领域中已知的现有封隔技术进行。例如，如考虑需适应较高温度，可采用钢筋混凝土封隔技术；如考虑快速便捷封隔，可采用石材封隔技术；或可采用橡胶封隔技术，本领域的技术人员可根据经验自由的选取合适的封隔技术。
本发明中所采用的携热流体14为本领域中已知的现有的流体介质，可以为常规的水，也可以为新型的超临界C02等介质，本领域的技术人员可根据经验和干热岩储层实际情况自由的选取合适的携热流体。
Claims (8)
1.一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，其特征在于：包括以下步骤为：
1)选取干热岩储层，采用钻井设备钻穿干热岩盖层，钻进至干热岩储层底部区域；
2)提出钻具后，沿钻井轨迹下入生产套管及井底封隔器，并使用耐高温导热水泥固井；
3)将射孔设备下入干热岩压裂目标储层，将生产套管、水泥环和干热岩储层射穿后，形成干热岩压裂孔眼；
4)将水力压裂设备下入干热岩压裂目标储层，通过干热岩压裂孔眼注入压裂液，大范围压裂干热岩储层；
5)将水泥注浆设备下至干热岩压裂孔眼处，通过干热岩压裂孔眼注入耐高温导热水泥，从而封闭水力压裂近井区域的密集裂缝；
6)再次将射孔设备下入钻井，在干热岩压裂孔眼上部区域和下部区域分别射孔，形成上部流通孔眼和下部流通孔眼；
7)在生产套管中下入隔热生产油管，提供携热流体采出通道；
8)沿生产套管和隔热生产油管间的油套环空下入封隔器，将上部封隔器安装在上部流通孔眼以下，将下部封隔器安装在下部流通孔眼以上，以防止携热流体在油套环空中流动；
9)沿油套环空注入携热流体，携热流体沿上部流通孔眼和压裂裂缝流入干热岩储层上部区域，在注入压力和重力作用下流向干热岩储层下部区域；
10)在地面安装抽吸装置，携热流体将在抽吸力作用下从压裂裂缝流入下部流通孔眼，并沿隔热生产油管流回地面，通过热交换设备，可获取携热流体中的热能。
2.根据权利要求1所述的一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，其特征在于：所述步骤2)和步骤5)中耐高温导热水泥的导热系数大于8W/(m·K)。
3.根据权利要求1所述的一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，其特征在于：所述步骤2)中生产套管的导热系数大于90W/(m·K)。
4.根据权利要求1所述的一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，其特征在于：所述步骤3)中的干热岩压裂孔眼根据实际工程需要周向均匀布设2-4个，轴向均匀布置1-3排，每排间距50-100米。
5.根据权利要求1所述的一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，其特征在于：所述步骤6)中的上部流通孔眼和下部流通孔眼周向均匀布置2-4个，轴向均匀布置1-3排，每排间距5-10米。
6.根据权利要求1所述的一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，其特征在于：所述步骤6)中的上部流通孔眼和下部流通孔眼之间的距离应大于1000米，且下部流通孔眼应在井底封隔器之上5-20米处。
7.根据权利要求1所述的一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，其特征在于：所述步骤7)中隔热生产油管管体材料的导热系数应小于0.03W/(m·K)。
8.根据权利要求1所述的一种提高干热岩压裂后换热效率的方法，其特征在于：所述步骤8)中上部封隔器应在上部流通孔眼之下10-20米处，下部封隔器应在下部流通孔眼之上10-20米处。
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