CN110006185B - 干热岩地热开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种干热岩地热开采方法，首先选取地层倾角为30°‑90°的干热岩地层作为目标层，再向目标层内注入低温液体，以使所述目标层开裂形成裂缝，并不断发展为裂缝网络；最后向目标层注入液体采集地热。采用本发明的显著效果是，通过选取倾斜地层作为目标层，再向目标层注入低温液体，在热应力的作用下促进目标层内形成裂缝网络，从而在干热岩内建造出人工热储，需要的施工压力极低，大大降低了人工热储的建造难度，地热开采的成本和难度更低。
Description
技术领域
本发明涉及一种地热的开采方法，具体涉及一种干热岩地区的地热开采方法。
背景技术
地热能是一种清洁能源，是可再生能源，地热开发利用的关键技术在于人工热储的建造，人工热储泛指采用人工方法在目标地层内建成的水与热岩进行热交换的区域，一般表现为在两井或群井之间形成裂隙发育的裂缝网络；目前建造人工热储常用的方法是水力致裂法，在岩体内产生宏观水力主裂缝，并与众多天然裂缝相交，形成复杂且发育的裂缝网。
干热岩(Hot Dry Rock，HDR)，是指埋深3～10km、温度150～650℃、没有水或蒸汽的热岩体，干热岩绝大部分为中生代以来的中酸性侵入岩，较为常见的有花岗岩、花岗闪长岩、黑云母片麻岩以及花岗岩小丘等，此类岩石岩性致密、孔隙度和渗透率极低。
如采用依靠传统的水力压裂方法致裂干热岩，往往会由于地面施工压力(最大为100MPa)难以达到地层破裂压力(120MPa)，而无法实施人工热储的建造；美国Los AlamosNational Laboratory在总结Fenton Hill干热岩地热开发项目后指出：人工热储水力压裂连通是非常困难的，形成的裂缝体积有限。
发明内容
为解决传统的水力压裂方法无法在干热岩区域建造人工热储的问题，本发明提供一种利用底层倾角配合水力压裂致裂干热岩，从而实现地热开采的方法。
技术方案如下：
一种干热岩地热开采方法，其关键在于按以下步骤进行：
步骤一、选取地层倾角为30°-90°的干热岩地层作为目标层，从地面向该目标层钻取两口地热井，两口所述地热井在所述目标层内分别倾斜形成斜井段，所述斜井段的倾角与所述地层倾角不相等，两口所述地热井的斜井段在目标层上下分布从而形成上斜井段和下斜井段；
步骤二、向所述上斜井段内注入低温液体，以使所述目标层开裂形成裂缝，裂缝上方的岩块在垂直应力和地层倾角的共同作用下向下滑移，裂缝处的所述目标层的原始结构被破坏，从而在所述上斜井段和下斜井段之间发展为裂缝网络；
步骤三、在所述下斜井段内进行实时监测，当监测到由所述上斜井段内注入的低温液体时，表明所述上斜井段和所述下斜井段之间的裂缝网络已发育连通；
步骤四、向所述上斜井段内注入液体，并从所述下斜井段内抽取液体，从而采集地热。
低温液体与干热岩接触后，短时间内的温差效应造成岩石内部收缩变形差异，促进新生裂缝生成，裂缝面上的岩块受重力作用斜向下滑移，促进裂缝不断生长，形成裂缝网络，相较于传统的水力致裂水平地层，施工压力大大减小，施工难度大大降低；滑移后裂缝接触面粗糙程度不一致，从而具有很高的渗透性。在下斜井段内监测时，还可以依靠微地震裂缝监测系统监测判断裂缝网络向下发育的程度。
作为优选，所述步骤一中，选取倾角为45°-90°的干热岩地层作为所述目标层。
作为优选，所述步骤二中，所述低温液体为常温条件下的水或液氮。
作为优选，所述步骤二中，所述低温液体的注入流量为0.2-1m3/min。
作为优选，所述步骤二中，在所述裂缝网络内注入3-7天的低温液体后，再向所述裂缝网络内注入暂堵剂，以继续促使所述裂缝网络向下扩展。
有益效果：采用本发明的干热岩地热开采方法，通过选取倾斜地层作为目标层，再向目标层注入低温液体，在热应力的作用下促进目标层内形成裂缝网络，从而在干热岩内建造出人工热储，需要的施工压力极低，大大降低了人工热储的建造难度，地热开采的成本和难度更低。
附图说明
图1为本发明的干热岩地热开采方法建造人工热储后目标层的状态示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种干热岩地热开采方法，按以下步骤进行：
步骤一、选取目标层，所述目标层深度5.5km，以花岗岩为主，温度为200-230℃，地层倾角为31°；
从地面向该目标层钻取两口地热井，两口所述地热井在所述目标层内分别倾斜形成斜井段，所述斜井段的倾角为60°，所述斜井段与所述目标层垂直，两口所述地热井的斜井段在目标层上下分布从而形成上斜井段和下斜井段，所述上斜井段和下斜井段的水平间距为20m；
步骤二、向所述上斜井段内注入20-25℃的水作为低温液体，注入流量为1m3/min，以使所述目标层开裂形成裂缝，裂缝上方的岩块在垂直应力和地层倾角的共同作用下向下滑移，裂缝处的所述目标层的原始结构被破坏，从而在所述上斜井段和下斜井段之间发展为裂缝网络；
在所述裂缝网络内注入5天的低温液体后，再向所述裂缝网络内注入暂堵剂，以继续促使所述裂缝网络向下扩展，暂堵剂的注入流量为30m3/min。
步骤三、在所述下斜井段内进行实时监测，当监测到由所述上斜井段内注入的低温液体时，表明所述上斜井段和所述下斜井段之间的裂缝网络已发育连通；
步骤四、稳定后，向所述上斜井段内注入液体，并从所述下斜井段内抽取液体，从而采集地热。
实施例2：
一种干热岩地热开采方法，按以下步骤进行：
步骤一、选取目标层，所述目标层深度7.5km，以花岗岩和黑云母片麻岩为主，温度为470-515℃，地层倾角为45°，地层破裂压力梯度为2.5MPa/100m，地层破裂所需地面施工压力为112MPa。地层最小水平主应力梯度为2.3MPa/100m，裂缝延伸过程所需压力97.5MPa，附加流体摩阻和裂缝摩阻，水力压裂施工压力降高于140MPa；
从地面向该目标层钻取两口地热井，两口所述地热井在所述目标层内分别倾斜形成斜井段，所述斜井段的倾角为60°，两口所述地热井的斜井段在目标层上下分布从而形成上斜井段和下斜井段，所述上斜井段和下斜井段的水平间距为35m；
步骤二、向所述上斜井段内注入液氮作为低温液体，所述液氮的注入流量为0.7m3/min。以使所述目标层开裂形成裂缝，裂缝上方的岩块在垂直应力和地层倾角的共同作用下向下滑移，裂缝处的所述目标层的原始结构被破坏，从而在所述上斜井段和下斜井段之间发展为裂缝网络；
在所述裂缝网络内注入3天低温液体后，再向所述裂缝网络内注入暂堵剂，以继续促使所述裂缝网络向下扩展，暂堵剂的注入流量为50m3/min。
步骤三、在所述下斜井段内进行实时监测，当监测到由所述上斜井段内注入的低温液体时，表明所述上斜井段和所述下斜井段之间的裂缝网络已发育连通；
步骤四、向所述上斜井段内注入液体，并从所述下斜井段内抽取液体，从而采集地热。
实施例3：
一种干热岩地热开采方法，按以下步骤进行：
步骤一、选取目标层，所述目标层深度4.3km，以黑云母片麻岩和花岗闪长岩为主，温度为280-305℃，地层倾角为78°，地层破裂压裂梯度为2.8MPa/100m，最小主应力梯度为2.5MPa/100m，缝延伸过程所需压力64.5MPa，附加流体摩阻和裂缝摩阻，水力压裂施工压力降高于110MPa。
从地面向该目标层钻取两口地热井，两口所述地热井在所述目标层内分别倾斜形成斜井段，所述斜井段的倾角为15°，两口所述地热井的斜井段在目标层上下分布从而形成上斜井段和下斜井段，所述上斜井段和下斜井段的竖向间距为18m；
步骤二、向所述上斜井段内注入25℃的水作为低温液体，低温液体自流进入所述上斜井段，注入流量为0.2m3/min，以使所述目标层开裂形成裂缝，裂缝上方的岩块在垂直应力和地层倾角的共同作用下向下滑移，裂缝处的所述目标层的原始结构被破坏，从而在所述上斜井段和下斜井段之间发展为裂缝网络；
在所述裂缝网络内注入3天低温液体后，再向所述裂缝网络内注入暂堵剂，以继续促使所述裂缝网络向下扩展，暂堵剂的注入流量为40m3/min。
步骤三、在所述下斜井段内进行实时监测，当监测到由所述上斜井段内注入的低温液体时，表明所述上斜井段和所述下斜井段之间的裂缝网络已发育连通；
步骤四、向所述上斜井段内注入液体，并从所述下斜井段内抽取液体，从而采集地热。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种干热岩地热开采方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一、选取地层倾角为45°-90°的干热岩地层作为目标层，从地面向该目标层钻取两口地热井，两口所述地热井在所述目标层内分别倾斜形成斜井段，所述斜井段的倾角与所述地层倾角不相等，两口所述地热井的斜井段在目标层上下分布从而形成上斜井段和下斜井段；
步骤二、向所述上斜井段内注入低温液体，以使所述目标层开裂形成裂缝，裂缝上方的岩块在垂直应力和地层倾角的共同作用下向下滑移，裂缝处的所述目标层的原始结构被破坏，从而在所述上斜井段和下斜井段之间发展为裂缝网络；
步骤三、在所述下斜井段内进行实时监测，当监测到由所述上斜井段内注入的低温液体时，表明所述上斜井段和所述下斜井段之间的裂缝网络已发育连通；
步骤四、向所述上斜井段内注入液体，并从所述下斜井段内抽取液体，从而采集地热；
所述步骤二中，所述低温液体为常温条件下的水或液氮；
所述步骤二中，所述低温液体的注入流量为0.2-1m3/min。
2.根据权利要求1所述的一种干热岩地热开采方法，其特征在于：所述步骤二中，在所述裂缝网络内注入3-7天的低温液体后，再向所述裂缝网络内注入暂堵剂，以继续促使所述裂缝网络向下扩展。
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