CN109869143A - 高产地热井的部署方法及高效循环系统 - Google Patents

Abstract

高产地热井的部署方法及高效循环系统，第一步骤，确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到第一信息；第二步骤，确定地热储层裂缝形态及空间展布，得到第二信息；第三步骤，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的储量，预测高产地热储层区域，得到第三信息；第四步骤，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的空间展布规律，预测地热能富集趋势，得到第四信息；第五步骤，根据所述第三信息和第四信息，确定地热井的分布位置。本发明根据地热储层溶蚀孔洞和裂缝的密度和相互关系，确定地热储层高产区域；根据所述地热储层高产区域中地热资源的富集趋势，在所述地热储层高产区域确定布井位置，更加精确，钻井的产量稳定性更高。

Description

高产地热井的部署方法及高效循环系统

技术领域

本发明总体涉及地热勘探领域，更具体地，涉及一种高产地热井的部署方法及高效循环系统。

背景技术

目前，油气藏的布井技术大多是基于构造的因素进行钻井的部署，主要适用于块状发育的资源储层。但地热储层主要存在于碳酸盐溶蚀孔洞以裂缝中，钻井的位置不能仅仅考虑地热储层的位置，还需要考虑地热储层的裂缝对溶蚀孔洞的连接作用，造成的地热能源的富集。

现有技术在对碳酸盐地热储层进行布井时，仅筛选溶蚀孔洞规模大、裂缝发育较好的储层进行布井，短时间内开采效果比较好，但没有综合考虑裂缝和溶蚀孔洞间的连通效果，致使单井的开采寿命缩短，还需要再次进行勘探，重新确定单井的位置，增加成本。

现有申请号201610092701.1的专利，公开了一种碳酸盐层间岩溶型储层布井方法，其根据层间岩溶型碳酸盐岩储层的地质特点、特殊岩性的预测和描述、储层地震反射类型的划分、地应力场预测、工程地质力学的研究、井轨穿过片状地震反射并尽可能多的穿过地震串珠反射的方式进行布井。其主要是考虑到筛选溶蚀孔洞规模大、裂缝发育较好的储层进行布井，并没有考虑到溶蚀孔洞连通情况对能源的富集作用。

随着地震方法的进步，地震信息和测井技术相结合，逐渐能够较为精确地预测碳酸盐岩溶蚀孔洞的位置及规模，需要一种能够基于预测高产能源储能的基础上进行布井的技术。

发明内容

本发明需要解决的问题是，解决因为地热储层中，空洞型储层和裂缝储层同时存在又相互连通，造成的地热资源富集作用对布井造成的影响。

为了解决上述问题，本发明提出高产地热井的部署方法，包括第一步骤S1，确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到第一信息；第二步骤S2，确定地热储层裂缝形态及空间展布，得到第二信息；第三步骤S3，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的储量，预测高产地热储层区域，得到第三信息；第四步骤S4，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的空间展布规律，预测地热能富集趋势，得到第四信息；第五步骤S5，根据所述第三信息和第四信息，确定地热井的分布位置。

根据本发明的一个实施方式，所述确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布包括，获取地震数据，获取已钻井的信息，根据所述地震数据和已钻井的信息确定所述地热储层溶蚀孔洞的形态及空间展布，作为第一信息。

根据本发明的一个实施方式，将所述第一信息进行三维建模，刻画地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到地热溶蚀孔洞雕刻立体图。

根据本发明的一个实施方式，确定地热储层裂缝形态及空间展布包括，利用测井、地震两种信息，确定地热储层裂缝形态及空间展布，作为第二信息。

根据本发明的一个实施方式，将所述第二信息进行三维建模，刻画所述裂缝储层的形态和空间展布，得到裂缝发育图；所述裂缝发育图，至少包括裂缝密度信息、裂缝空间展布规律信息。

根据本发明的一个实施方式，所述第三信息包括将所述第一信息和所述第二信息进行组合，得到溶蚀孔洞和裂缝之间的位置关系；对所述第三信息进行三维建模，得到地热缝洞储层空间展布预测成果图。

根据本发明的一个实施方式，根据所述地热缝洞储层空间展布预测成果图，预测地热储量，筛选出高产缝洞储层区域其筛选方法如下，

在垂向上满足下列公式：

其中，n为井穿过溶蚀孔洞的数量，V_n表示第n个溶蚀孔洞的体积；

将井所穿过的裂缝区域划分为体积单元，m为井所穿过的区域的体积单元数量，裂缝的等级分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级裂缝，Ⅰ_m表示第m个体积单元中裂缝的等级；在部署地热井时，满足在本区域内的值最大，即为最优布井位置。

根据本发明的一个实施方式，根据所述地热缝洞储层空间展布预测成果图，预测高产地热缝洞内地热资源的富集趋势，在所述高产储层区域内，确定高产地热井的位置，其预测方法如下，

即：

其中，S为离散孔洞中的地热资源向井的位置富集的速度；

V为离散孔洞中地热资源的储量；

I为裂缝等级；

L为离散孔洞与井的距离；

γ为比例系数。

当在某个确定的缝洞密集区域内，以井的覆盖面积为单元，满足离散孔洞中的地热资源向井的位置富集速度最快，且所覆盖的离散孔洞的地热资源储量最大时，所布井的位置为在此缝洞密集区域内的最佳位置。

根据本发明的一个方面，高产地热井的高效循环系统，包括，溶蚀孔洞确定模块1，用于确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到第一信息；裂缝确定模块2，用于确定地热储层裂缝形态及空间展布，得到第二信息；高产地热储层预测模块3，用于根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的储量，预测高产地热储层区域，得到第三信息；地热能富集趋势预测模块4，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的空间展布规律，预测地热能富集趋势，得到第四信息；地热井部署模块5，根据所述第三信息和第四信息，确定地热井的分布位置。

本发明的高产地热井的部署方法及高效循环系统，综合考虑了影响布井因素的地热储层溶蚀孔洞和裂缝的密度和相互关系，确定地热储层高产区域；还从整体上考虑了所述地热储层高产区域中地热资源的富集作用，进一步在所述地热储层高产区域确定布井位置。相对于现有布井技术，更加精确，钻井的产量稳定性更高。

附图说明

图1是高产地热井的高效循环系统的示意图；

图2是高产地热井的部署方法的步骤示意图；

图3是地热储层溶蚀孔洞的形态及空间展布的示意图；

图4是裂缝发育图的示意图；

图5是地热缝洞储层空间展布预测成果图；

图6是以某井区为例的溶蚀孔洞和裂缝共同组成缝洞体；

图7是某井区原始压力系数图；

图8是某井区开采曲线图；

图9是钻遇缝洞储层的井；

图10是钻遇小型溶洞或片状储层的井；以及

图11是未钻遇溶洞或片状储层的井。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本发明中的组件、技术，以便本发明的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本发明权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。

本发明仅从地热能源富集的角度阐述布井的方法，碳酸盐岩溶蚀孔洞的其他地质特点对布井工作的规范作用，在现有文献中大量的存在，本发明不予赘述。

图1示出了部署高产循环地热井的系统的示意图。

如图1所示，高产地热井的高效循环系统，包括，溶蚀孔洞确定模块1，用于确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到第一信息；裂缝确定模块2，用于确定地热储层裂缝形态及空间展布，得到第二信息；高产地热储层预测模块3，用于根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的储量，预测高产地热储层区域，得到第三信息；地热能富集趋势预测模块4，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的空间展布规律，预测地热能富集趋势，得到第四信息；地热井部署模块5，根据所述第三信息和第四信息，确定地热井的分布位置。

所述地热井可以根据不同的地热储层空间展布规律和环境进行调整，可以是单井直井，也可以是直井与呈一定角度的水平井的结合。

通过地震信息和测井信息得到溶蚀孔洞的形态和空间展布，运用各种地震信息解释技术、反演技术，获得较为精确的地热储层的分布情况，再获得溶蚀孔洞之间起到连接作用的裂缝的详细情况，就能够获得溶蚀孔洞的连通性，另外，获得裂缝的发育规模，以及裂缝的空间展布规律，掌握地热储层应力的方向，在布井时，使布井的方向与应力方向的夹角大于等于45°，有利于促进更多的裂缝形成，加强裂缝以及溶蚀孔洞与地热井之间的连通性。

在目前的施工操作中，地热井单井直井具备一定的覆盖范围，约为800至1000米。

所述地热能富集趋势是指地热井覆盖范围以内，未被地热井穿过的溶蚀孔洞和裂缝中的地热资源，由于连通性、压力、渗透力、隔水层等因素的影响，向地热井渗透的能力大小。当地热能富集趋势比较大时，表示所部署的地热井在实现高产的前提下，其产量将长期处于稳定状态。

同时，在布井时，还需要考虑为地热水回灌井保留合适的空间，能进一步的保障高产地热井的产量的稳定。

图2示出了高产地热井的部署方法的步骤示意图。

如图2所示，高产地热井的部署方法，包括，第一步骤S1，确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到第一信息；第二步骤S2，确定地热储层裂缝形态及空间展布，得到第二信息；第三步骤S3，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的储量，预测高产地热储层区域，得到第三信息；第四步骤S4，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的空间展布规律，预测地热能富集趋势，得到第四信息；第五步骤S5，根据所述第三信息和第四信息，确定地热井的分布位置。

所述第一信息是指地热储层溶蚀孔洞的空间位置、大小、容量、形状、深度、压力等信息。

所述第二信息是指地热储层裂缝发育状况；

所述第三信息是指高产地热储层区域，是通过第一信息和第二信息进行筛选，得出的地热储层中缝洞密集的区域；

所述第四信息是指缝洞密集区域内的地热能富集趋势，是将地热储层中缝洞作为一个整体体系，从缝洞的相互连通关系的紧密程度以及相互位置关系考虑，进行分析后得到的。

在确定地热井的分布位置时，根据所述第三信息提供的溶蚀孔洞和裂缝的空间排布情况，初步确定布井范围，使得所述布井能够尽可能多的穿过溶蚀孔洞和裂缝且其穿过的溶蚀孔洞和裂缝的总体积要比较大。即，在垂向上满足下列公式：

其中，n为井穿过溶蚀孔洞的数量，V_n表示第n个溶蚀孔洞的体积；

将井所穿过的裂缝区域划分为体积单元，m为井所穿过的区域的体积单元数量，裂缝的等级分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级裂缝，Ⅰ_m表示第m个体积单元中裂缝的等级；

在部署地热井时，满足在本区域内的值最大，即为最优布井位置。

进一步的，根据第四信息确定缝洞密集区域内的地热能富集趋势，在布井完成后，保证单井覆盖的区域内，未被井穿过的溶蚀孔洞(离散孔洞)和裂缝中的地热资源能够较好地富集到井中。影响地热资源富集的因素主要有三方面，一是离散孔洞与井之间的距离，二是离散孔洞通过裂缝与井之间的连通程度，三是离散孔洞内的地热资源的储量。其中，前两方面的因素可以归集为地热资源富集速度，与离散孔洞的地热资源储量共同决定缝洞密集区域内的地热能富集程度。即：

其中，S为离散孔洞中的地热资源向井的位置富集的速度；

V为离散孔洞中地热资源的储量；

I为裂缝等级；

L为离散孔洞与井的距离；

γ为比例系数。

当在某个确定的缝洞密集区域内，满足离散孔洞中的地热资源向井的位置富集速度最快，且所覆盖的离散孔洞的地热资源储量最大时，所布井的位置为在此缝洞密集区域内的最佳位置。

图3示出了地热储层溶蚀孔洞的形态及空间展布的示意图。

如图3所示，所述确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布包括，获取地震数据，获取已钻井的信息，根据所述地震数据和已钻井的信息确定所述地热储层溶蚀孔洞的形态及空间展布，作为第一信息。其中，溶蚀孔洞的形态利用其边界包围形成的块状表示，三条竖线表示的是测井的位置。

对碳酸盐岩溶蚀孔洞的形态及空间展布的勘探依赖于地震信息和测井信息两方面，可以通过不同的地震资料处理方式进行研究。例如，获取地震数据，除去所述地震数据中的噪音，得到第一数据；对所述第一数据进行道积分，得到第二数据；将所述第二数据沿目的层进行傅里叶变换，得到调谐体；对所述调谐体进行相干分析，得到调谐体相干分析结果，结合已钻井信息确定所述地热能储层的位置。将所述第二数据沿目的层进行傅里叶变换，得到离散频率能量体；对所述离散频率能量体进行相干分析，得到离散频率能量体相干分析结果；利用所述离散频率能量体相干分析结果修正所述调谐体相干分析结果。

上述地震信息和测井信息的利用，能够取得较好的结果，对地热储层溶蚀孔洞的形态和展布情况比较清晰的描述，方便后续进行三维建模，对其形态和展布进行三维刻画。

根据本发明的一种实施方式，将所述第一信息进行三维建模，刻画地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到地热溶蚀孔洞雕刻立体图。

为了保障勘探数据的精确性，利用三个相对位置近似为三角形的钻井获得测井信息。在勘探过程中，为了取得较好的对比信息，还可以采用其他不同的测井分布方式。图中三条直线是测试用的钻井，通过钻井信息，除了得到本发明中所需的信息外，还确定储层的岩性、储层空间类型、储层纵向上的变化、储层压力等信息。

所述地热溶蚀孔洞雕刻立体图直观的揭示了地热能溶蚀孔洞的大小、位置、相互之间的联通程度、分布密度等。

图4示出了裂缝发育图的示意图。

如图4所示，确定地热储层裂缝形态及空间展布包括，利用测井、地震两种信息，确定地热储层裂缝形态及空间展布，作为第二信息。

所述第二信息包括裂缝的密度、裂缝的方向，裂缝与溶蚀孔洞之间的连通等信息。所述第二信息可以通过现有的以各向异性裂缝预测融合技术为手段，在地震理论模拟的指导下，分析方位地震属性，得到裂缝密度、裂缝方向，从而达到裂缝储层检测及综合描述的目的，本发明不予赘述。

根据本发明的一个实施方式，将所述第二信息进行三维建模，刻画所述裂缝储层的形态和空间展布，得到裂缝发育图；所述裂缝发育图，至少包括裂缝密度信息、裂缝空间展布规律信息。

从所述裂缝发育图中即可根据裂缝发育的不同程度，将裂缝发育分为不同的等级，这种分级方法要根据裂缝的密度、连通性等因素，以便于后期对地热资源的富集趋势进行评价。

图5示出了地热缝洞储层空间展布预测成果图。

如图5所示，所述第三信息包括将所述第一信息和所述第二信息进行组合，得到溶蚀孔洞和裂缝之间的位置关系；对所述第三信息进行三维建模，得到地热缝洞储层空间展布预测成果图。

根据本发明的一个实施方式，根据所述地热缝洞储层空间展布预测成果图，预测地热储量，筛选出高产缝洞储层区域。

所述筛选是根据所述溶蚀孔洞的密度和裂缝的密度，相互连通关系等，将布井能够穿过最大数量的缝洞的位置以及单井所能覆盖的范围划分出来，形成高产缝洞区域。

根据本发明的一个实施方式，根据所述地热缝洞储层空间展布预测成果图，预测高产地热缝洞内地热资源的富集趋势，在所述高产储层区域内，确定高产地热井的位置。

所述地热井为直井。所述地热井为直井和水平井相结合。

当地热井采用水平井时，一般选择布井的位置避免穿过大型的溶蚀孔洞，而是在其一侧穿过或者在其在井纵向的方向上较薄的位置穿过，避免钻头在钻井作业时脱落。

所述地热井可以有一定的倾斜角度。

实施例

如图6所示，以某井区为例，通过地震资料和测井信息的分析，获得溶蚀孔洞和裂缝共同组成缝洞体，形成图6所示的图像。

钻遇缝洞储层的井，产量较高，缝洞体规模越大，产量越好(图9钻遇高、大、强串珠型缝洞，产量高，日产液>50方)；未钻遇缝洞储层的井，或者钻遇缝洞体规模较小，产量较差(图10钻遇小型溶洞或片状储层，产量相对较低，日产液10～50方；图11未钻遇溶洞或片状储层，产量很低，日产液<10方)。

钻遇同一缝洞体或者缝洞体相连的井，通过压力变化情况分析(图7某井区原始压力系数图)、流压变化趋势(图8某井区开采曲线图)，示踪剂分析，表现为明显的连通特征。连通特征，表示地热资源的富集趋势，地热资源的富集趋势较好的井的位置，即为最佳布井位置。

本发明的高产地热井的部署方法及高效循环系统，综合考虑了影响布井因素的地热储层溶蚀孔洞和裂缝的密度和相互关系，确定地热储层高产区域；还从整体上考虑了所述地热储层高产区域中地热资源的富集作用，进一步在所述地热储层高产区域确定布井位置。相对于现有布井技术，更加精确，钻井的产量稳定性更高。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

Claims (9)

1.高产地热井的部署方法，包括，

第一步骤(S1)，确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到第一信息；

第二步骤(S2)，确定地热储层裂缝形态及空间展布，得到第二信息；

第三步骤(S3)，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的储量，预测高产地热储层区域，得到第三信息；

第四步骤(S4)，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的走向，预测地热能富集趋势，得到第四信息；

第五步骤(S5)，根据所述第三信息和第四信息，确定地热井的分布位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布包括，

获取地震数据，获取已钻井的信息，根据所述地震数据和已钻井的信息确定所述地热储层溶蚀孔洞的形态及空间展布，作为第一信息。

3.根据权利要求2所述的方法，将所述第一信息进行三维建模，刻画地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到地热溶蚀孔洞雕刻立体图。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定地热储层裂缝形态及空间展布包括，利用测井、地震两种信息，确定地热储层裂缝形态及空间展布，作为第二信息。

5.根据权利要求4所述的方法，将所述第二信息进行三维建模，刻画所述裂缝储层的形态和空间展布，得到裂缝发育图；

所述裂缝发育图，至少包括裂缝密度信息、裂缝走向信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三信息包括将所述第一信息和所述第二信息进行组合，得到溶蚀孔洞和裂缝之间的位置关系；

对所述第三信息进行三维建模，得到地热缝洞储层空间展布预测成果图。

7.根据权利要求6所述的方法，根据所述地热缝洞储层空间展布预测成果图，预测地热储量，筛选出高产缝洞储层区域，其筛选方法如下，

在垂向上满足下列公式：

其中，n为井穿过溶蚀孔洞的数量，V_n表示第n个溶蚀孔洞的体积；

将井所穿过的裂缝区域划分为体积单元，m为井所穿过的区域的体积单元数量，裂缝的等级分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级裂缝，Ⅰ_m表示第m个体积单元中裂缝的等级；

在部署地热井时，满足在本区域内的值最大，即为最优布井位置。

8.根据权利要求7所述的方法，根据所述地热缝洞储层空间展布预测成果图，预测高产地热缝洞内地热资源的富集趋势，在所述高产储层区域内，确定高产地热井的位置，其预测方法如下，

即：

其中，S为离散孔洞中的地热资源向井的位置富集的速度；

V为离散孔洞中地热资源的储量；

I为裂缝等级；

L为离散孔洞与井的距离；

γ为比例系数。

当在某个确定的缝洞密集区域内，以井的覆盖面积为单元，满足离散孔洞中的地热资源向井的位置富集速度最快，且所覆盖的离散孔洞的地热资源储量最大时，所布井的位置为在此缝洞密集区域内的最佳位置。

9.高产地热井的高效循环系统，包括，

溶蚀孔洞确定模块(1)，用于确定地热储层溶蚀孔洞形态及空间展布，得到第一信息；

裂缝确定模块(2)，用于确定地热储层裂缝形态及空间展布，得到第二信息；

高产地热储层预测模块(3)，用于根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的储量，预测高产地热储层区域，得到第三信息；

地热能富集趋势预测模块(4)，根据所述第一信息和第二信息，描述地热储层的走向，预测地热能富集趋势，得到第四信息；

地热井部署模块(5)，根据所述第三信息和第四信息，确定地热井的分布位置。