CN108678722A - 一种多井联合干热岩人工热储建造系统及建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多井联合干热岩人工热储建造系统及建造方法，本发明是针对干热岩人工热储建造的一种新思路，以多井联合建造法为核心，综合水力压裂和化学刺激等手段，多井联合储层建造可形成“群井效应”，有效提高干热岩开发中注入井与开采井的连通距离，增大人工热储的有效体积和换热面积，多井持续长时间低泵量的剪切压裂与化学刺激，泵入压力和规模小、应力释放过程缓慢，可有效降低诱发地震的风险；本发明方法实现干热岩有效大规模人工热储建造，提高干热岩开发的经济效益，以满足商业性开发的要求。
Description
技术领域
本发明属于高温地热资源开采技术领域，特别涉及一种多井联合干热岩人工热储建造系统及建造方法。
背景技术
近年来，地热资源的开发利用迅速发展，已成为世界各国重点开发的清洁可再生能源之一。依据存在形式，主要分为水热型和干热岩型两种类型。干热岩是指埋藏于地下数千米内部不含水或蒸汽的高温岩体，以火成岩为主，温度高于180℃，具有高温、坚硬和致密的特点，干热岩资源开发潜力巨大，据估计地壳深部3-10千米深度范围内干热岩所蕴含的能量相当于全球化石能源总能量的30倍。干热岩资源作为一种绿色、清洁、安全、高效的高温地热能源，其资源量巨大、分布广泛，是未来战略性接替能源，越来越受到世界各国的重视。干热岩资源的开发需要在高温坚硬致密的干热岩体中建造范围足够大的人工换热储层(人工热储)，并利用载热流体(一般为水)通过人工换热储层与干热岩体进行热交换，将热量采出地面，如何建造热交换体积和面积足够大的人工换热储层，是实现干热岩资源经济性和规模化开发利用的难点。
目前，国内外干热岩项目一般采用单井水力压裂和双井注水循环进行人工热储层建造。干热岩为坚硬致密岩石，破裂压力极高(70-90MPa)，单井水力压裂过程中裂缝的扩展和延伸受限，容易形成单一裂缝，波及范围小；双井注水循环作业时受限于单井压裂的缝长和波及范围，最终形成的人工热储体积和换热面积很难有显著提高。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术中，现有国内外干热岩项目一般采用单井水力压裂和双井注水循环进行人工热储层建造，单井水力压裂过程中裂缝的扩展和延伸受限，容易形成单一裂缝，波及范围小；双井注水循环作业时受限于单井压裂的缝长和波及范围，最终形成的人工热储体积和换热面积很难有显著提高等问题，提供一种多井联合干热岩人工热储建造系统及建造方法，本发明以多井联合系统和方法为核心，综合水力压裂和化学刺激等手段，进行干热岩人工热储建造，可有效增大岩体裂缝的长度和数量，显著提高干热岩开发中井间连通距离、人工热储有效体积和换热面积，保证干热岩人工热储具有足够的开采效率和服务寿命。
一种多井联合干热岩人工热储建造系统，是由注入井、中继井、开采井、封隔器、井内注入管柱、高温井口及潜水泵、主泵、混液车、添加剂罐、清水罐、化学刺激液罐、中继泵、地面高压管线和压裂监测装备组成，添加剂罐和清水罐通过地面高压管线与混液车连接，向混液车供应配制压裂液所需的添加剂和清水；混液车通过地面高压管线分别与主泵和中继泵连接，向泵供应压裂液；化学刺激液罐通过地面高压管线分别与主泵和中继泵连接，向泵供应化学刺激液；主泵和中继泵分别通过井内注入管柱向注入井和中继井泵注压裂液或化学刺激液；封隔器安装在注入井和中继井内的，用于封隔上下地层；高温井口及潜水泵安装在开采井内；注入井、中继井和开采井通过地下干热岩人工热储相连通，压裂监测装备以注入井井深为中心布设；
所述注入井的数量为1-2眼，中继井的数量为3-5眼，开采井的数量为1-2眼。
一种多井联合干热岩人工热储建造系统的建造方法，其具体建造方法如下：
一、中继井采用小井眼施工，以开发场地为中心、以注入井井深为半径，布设数个压裂监测装备，用于监测干热岩人工热储发展优势方向，指导中继井和开采井的布置，钻井与单井水力压裂顺序为：首先进行注入井的钻井和压裂，然后进行中继井的钻井和压裂，最后进行开采井的钻井和压裂；
二、钻井和单井水力压裂完成后，混液车混合来自添加剂罐和清水罐的液体，形成压裂液并向主泵和中继泵供应，化学刺激液罐向主泵和中继泵工业化学刺激液，根据现场工艺需求切换注入压裂液与化学刺激液，地面各设备通过地面高压管线连接，主泵和中继泵分别通过井内注入管柱向注入井和中继井进行注入实施热储建造，封隔器用于封隔上下地多井联合人工热储建造过程中，通过高温井口及潜水泵抽取开采井内的高温流体，维持开采井井口压力维持在井内液体的饱和蒸汽压力之上；
三、进行多井联合储层建造，通过注入井进行水力压裂和化学刺激，脉冲式提高注入泵量，同时，通过中继井进行小泵量注水维持地层孔隙压力，增加地层裂隙开度，引导压裂液和化学刺激液沿中继井向开采井方向扩展，扩大人工裂缝网络和地层渗透率；整个过程中，开采井井口压力维持在井内流体饱和蒸汽压力之上，持续进行多井联合热储建造，达到开采井采出流体的温度和流量满足生产需求的目的，从而建成大体积和大热交换面积的干热岩人工热储，逐步提高注采流量和回收率，直至达到生产需求；
所述中继井采用小井眼施工，终孔直径小于＜φ105mm；
所述中继井和开采井布置在干热岩人工热储发展优势方向上，井间距取水力压裂裂缝半长1.2-2倍；
所述水力剪切压裂技术指，持续数周至数月的持续低泵量压裂技术，开启岩体既有裂缝并使裂缝上下放生滑移错位，进而依托裂缝粗糙面形成“自支撑”作用，降低储层建造成本，扩大裂隙的复杂程度，提高换热面积；
所述的开采井采用电潜泵或有杆泵抽吸井内高温高压热水的方式维持开采井内流体在饱和蒸汽压力范围内；
所述压裂液为常温(＜25℃)的清水或低粘度压裂液，化学刺激液配方根据干热岩岩性和裂隙充填物进行配伍。
本发明的有益效果：
1、本发明多井联合压裂可有效形成“群井效应”，可有效提高干热岩开发中注入井与开采井的连通距离和波及范围，增大人工热储的有效体积和换热面积；
2、本发明多井持续长时间低泵量的剪切压裂与化学刺激，泵入压力和规模小、应力释放过程缓慢，可有效降低诱发地震的风险，从而实现干热岩有效大规模人工热储建造。
附图说明
图1是本发明中钻井与单井压裂过程示意图。
图2是本发明中平面俯视示意图。
图3是本发明建造系统的原理示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3所示：一种多井联合干热岩人工热储建造系统，是由注入井1、中继井2、开采井5、封隔器8、井内注入管柱9、高温井口及潜水泵10、主泵11、混液车12、添加剂罐13、清水罐14、化学刺激液罐15，中继泵16、地面高压管线17和压裂监测装备组成；添加剂罐13和清水罐14通过地面高压管线17与混液车12连接，向混液车12供应配制压裂液所需的添加剂和清水，混液车12通过地面高压管线17分别与主泵11和中继泵16连接，向泵供应压裂液，化学刺激液罐15通过地面高压管线17分别与主泵11和中继泵16连接，向泵供应化学刺激液，主泵11和中继泵16分别通过井内注入管柱9向注入井1和中继井3泵注压裂液或化学刺激液，封隔器8安装在注入井1和中继井3内的，用于封隔上下地层；高温井口及潜水泵10安装在开采井内，注入井1、中继井3和开采井5通过地下干热岩人工热储相连通，压裂监测装备以注入井1井深为中心布设；
一种多井联合干热岩人工热储建造系统的建造方法，其具体建造方法如下：
一、根据地质勘探资料确定干热岩开发场地和注入井1的位置和开采井5深度，中继井3的井深为注入井1井深±100-300m；
二、以开发场地为中心、以注入井1井深为半径，井深半径为3-5km，布设数个压裂监测装备，用于监测干热岩人工热储发展优势方向，指导中继井和开采井的布置；
三、实施钻井与单井水力压裂，其顺序为：首先进行注入井1的钻井和单井压裂，形成注入井单井压裂裂缝区2，然后进行中继井3的钻井和单井压裂，形成中继井单井压裂裂缝区4，最后进行开采井5的钻井和单井压裂，形成中继井单井压裂裂缝区6；
四、通过主泵11和中继泵16，分别对注入井1和中继井3进行长时间持续低泵量注入储层建造流体，并结合大规模水力压裂、水力剪切压裂技术和化学刺激技术进行人工热储建造，根据注入效果进行流量和流体成分的调整，储层建造流体经地面高压管线17、混液车12、注入泵井内注入管柱9及封隔器8进入干热岩层，所述注入泵包括主泵11和中继泵16；
五、注入井1和主泵11是进行热储建造的核心，热储建造过程中逐渐提高泵量，扩大裂隙数量和延伸范围；
六、中继井3和中继泵16起中继和辅助作用，采用较小泵量稳定注入，维持地层压力使裂隙保持张开，引导人工裂隙向开采井5方向扩展；
七、开采井5安装高温井口101和潜水泵10，利用潜水泵10抽吸高温流体以维持开采井5井口压力在饱和蒸汽压力之上；
八、持续数月开展上述步骤，直至形成满足开采要求的大规模多井联合人工热储建造裂隙区7，逐步提高注采流量和回收率，直至达到生产需求。
Claims (5)
1.一种多井联合干热岩人工热储建造系统，其特征在于：是由注入井(1)、中继井(3)、开采井(5)、封隔器(8)、井内注入管柱(9)、高温井口及潜水泵(10)、主泵(11)、混液车(12)、添加剂罐(13)、清水罐(14)、化学刺激液罐(15)、中继泵(16)、地面高压管线(17)和压裂监测装备组成，添加剂罐(13)和清水罐(14)通过地面高压管线(17)与混液车(12)连接，向混液车(12供应配制压裂液所需的添加剂和清水；混液车(12)通过地面高压管线(17)分别与主泵(11)和中继泵(16)连接，向泵供应压裂液；化学刺激液罐(15)通过地面高压管线(17)分别与主泵(11)和中继泵(16)连接，向泵供应化学刺激液；主泵(11)和中继泵(16)分别通过井内注入管柱(9)向注入井(1)和中继井(3)泵注压裂液或化学刺激液；封隔器(8)安装在注入井(1)和中继井(3)内的，用于封隔上下地层；高温井口及潜水泵(10)安装在开采井内；注入井(1)、中继井(3)和开采井(5)通过地下干热岩人工热储相连通；压裂监测装备以注入井(1)井深为中心布设；
所述注入井(1)的数量为1-2眼，中继井(3)的数量为3-5眼，开采井(5)的数量为1-2眼。
2.根据权利要求1所述的一种多井联合干热岩人工热储建造系统的建造方法，其具体建造方法如下：
一、中继井(3)采用小井眼施工，以开发场地为中心、以注入井(1)井深为半径，布设数个压裂监测装备，用于监测干热岩人工热储发展优势方向，指导中继井(3)和开采井(5)的布置，钻井与单井水力压裂顺序为：首先进行注入井(1)的钻井和压裂，然后进行中继井(3)的钻井和压裂，最后进行开采井(5)的钻井和压裂；
二、钻井和单井水力压裂完成后，混液车(12)混合来自添加剂罐(13)和清水罐(14)的液体，形成压裂液并向主泵(11)和中继泵(16)供应，化学刺激液罐(15)向主泵(11)和中继泵(16)工业化学刺激液，根据现场工艺需求切换注入压裂液与化学刺激液，地面各设备通过地面高压管线(17)连接，主泵(11)和中继泵(16)分别通过井内注入管柱(9)向注入井(3)和中继井(5)进行注入实施热储建造，封隔器(8)用于封隔上下地多井联合人工热储建造过程中，通过高温井口及潜水泵(10)抽取开采井(5)内的高温流体，维持开采井(5)井口压力维持在井内液体的饱和蒸汽压力之上；
三、进行多井联合储层建造，通过注入井(1)进行水力压裂和化学刺激，脉冲式提高注入泵量，同时，通过中继井(3)进行小泵量注水维持地层孔隙压力，增加地层裂隙开度，引导压裂液和化学刺激液沿中继井(3)向开采井(5)方向扩展，扩大人工裂缝网络和地层渗透率；整个过程中，开采井(5)井口压力维持在井内流体饱和蒸汽压力之上，持续进行多井联合热储建造，达到开采井(5)采出流体的温度和流量满足生产需求的目的，从而建成大体积和大热交换面积的干热岩人工热储，逐步提高注采流量和回收率，直至达到生产需求。
3.根据权利要求2所述的一种多井联合干热岩人工热储建造系统的建造方法，其特征在于：所述中继井(3)采用小井眼施工，终孔直径小于＜φ105mm；
所述中继井(3)和开采井(5)布置在干热岩人工热储发展优势方向上，井间距取水力压裂裂缝半长1.2-2倍。
4.根据权利要求2所述的一种多井联合干热岩人工热储建造系统的建造方法，其特征在于：所述所述的开采井(3)采用电潜泵或有杆泵抽吸井内高温高压热水的方式，维持开采井(3)内流体在饱和蒸汽压力范围内。
5.根据权利要求2所述的一种多井联合干热岩人工热储建造系统的建造方法，其特征在于：所述压裂液为常温的清水或低粘度压裂液，常温＜25℃。
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