CN111946316B - 一种提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法。包括：步骤(1)液体准备：准备0～4℃的清水和pH值为3～5的酸性滑溜水；步骤(2)使用0～4℃的清水压裂形成沿最大主应力方向的微裂隙；步骤(3)多级暂堵压裂形成横向微裂隙；步骤(4)酸性滑溜水形成溶蚀缝。本发明采用高排量进行多级暂堵压裂，大幅度提升裂隙内净压力，在不同的位置使裂隙转向延伸，之后再注入酸性滑溜水溶蚀掉干热岩中的充填物，使微裂隙、转向微裂隙和溶蚀缝联通起来，形成微裂隙网络系统，减小流体阻力到0.1MPa.kg‑1.s‑1以下，避免后期注水换热过程中流体短路，提高换热的流体流量和温度，为高效利用地热资源提供支撑。
Description
技术领域
本发明涉及干热岩压裂技术领域，具体是涉及一种提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法。
背景技术
干热岩是一种埋藏于地层3-10km深处以花岗岩为主，岩石内部不存在流体或仅有少量地下流体，且孔隙度、渗透率极差，温度150℃以上的高温岩体，在我国藏南、云南西部、东南沿海等地区大规模赋存。在干热岩储层中进行压裂改造形成压裂裂隙网络系统，将水注入到这个裂隙网络系统进行热交换，经高温岩体加热后由生产井返回地面，采出的热能以高温蒸汽的方式通过地上发电装置转变为电能，是目前利用干热岩资源的最有效方式之一。目前干热岩压裂改造主要采用清水大规模压裂技术，施工排量2m3/min，单层或单井液量5000-70000m3，压后形成的压裂微裂隙系统主要沿最大主应力方向，横向微裂隙少未相互连通形成网络系统，连通性差，流体阻力差异大，干热岩热能的利用率整体不高，全世界还没有一个干热岩开发系统投入商业运行。
中国专利“一种干热岩压裂高压提高采收率实验室模拟装置”(201410012026.8)公开了一种干热岩压裂高压提采实验室模拟装置。该装置包括压裂液注入系统、支撑剂注入系统、高压气体增压注入系统、压裂主体、环压施加系统、高压管阀件；支撑剂注入系统包括支撑剂间接注入和固化；高压气体增压注入系统包括气体增压和气体间接注入。该专利是一种实验装置，包括压裂液注入系统、支撑剂注入系统、高压气体增压注入系统和相关阀件等，没有涉及到干热岩热储改造过程中提高裂缝连通性的方法。
中国专利“一种干热岩压裂原位换热实验室模拟系统装置”(201410012005.6)公开了一种干热岩压裂原位换热实验室模拟系统装置。该装置包括压裂液注入、压裂主体、环压施加系统、高压管阀件；所述压裂主体包括样品压裂仓和样品环压腔；所述压裂仓包括三维固定支撑和三维液压系统；所述三维液压系统包括液压滑动腔和液压活动塞；所述样品环压腔包括环压腔钢板和胶质内套，胶套与钢板之间存有空腔，注入液体实现压力包裹作用；所述压裂液注入和环压施加均通过高压管线和高压控制组件相连来实现。该专利是一种原位换热实验装置，包括压裂液注入、压裂主体、环压施加系统、高压管阀件等，没有涉及到干热岩热储改造过程中提高裂缝连通性的方法。
中国专利201811337019.X公开了一种提高干热岩热储改造体积的方法；针对孔隙度、渗透率极差、温度高的干热岩地层，主要效果体现在以下两方面：(1)相互连通的微裂缝构建成巨大的热储体积，注采过程中注入水沿微裂缝整体向前推进，水线不短路，热交换效率高，采出水流量大、温度高；(2)通过控制排量与压力在地层不形成主裂缝，避免注采过程中注入水沿主裂缝指进，出现流量大、温度低等不利局面。该专利针对的是提高干热岩热储改造体积一种方法，其方法是使用CO2、低排量施工、焖井和循环注入等措施增加改造的体积，不能用来形成分支缝、溶蚀缝并使它们相互连通，没有涉及到提高裂缝连通性的方法。
中国专利201510710353.5公开了干热岩热储层的热刺激与化学刺激联合工艺；涉及一种新的干热岩热储层改造系统与工艺。其工艺特征表现为，首先通过热刺激，使天然存在的裂隙网络发生破坏而增强渗透率，然后通过化学刺激溶解井筒和裂缝内的部分矿物、垢类和堵塞物，再次提高裂缝的导流能力。通过反复进行该工艺方法可以使更大范围的热储层发生改造。该专利针对的是提高干热岩热裂缝导流能力，其方法是使用冷水和酸液使天热裂缝发生破坏并溶解井筒和裂缝内的部分矿物、垢类和堵塞物来提高导流能力，不能用来形成分支缝、溶蚀缝并使它们相互连通，没有涉及到提高裂缝连通性的方法。
中国专利201610064672.8公开了一种干热岩地热人工热储的建造方法；沿火成岩相形成的软弱面或夹层进行超临界二氧化碳压裂产生主裂缝，进而在主裂缝内进行大排量的水力压裂产生二次破裂，干热岩体在循环压裂下发生体积破裂或者丛式破裂的形式来建造人工热储的方法的技术方案。该专利针对的是干热岩人工热储建造的一种方法，其方法是使用超临界二氧化碳形成裂缝，再大排量施工产生二次破裂，不能用来形成分支缝、溶蚀缝并使它们相互连通，没有涉及到提高裂缝连通性的方法。
发明内容
目前干热岩压裂改造主要采用清水大规模压裂技术，压后形成的压裂微裂隙系统主要沿最大主应力方向，横向微裂隙少，未相互连通形成网络系统，连通性差，渗流阻力大(＞0.2MPa.kg-1.s-1)，导致采出的热流体流量小、温度低，干热岩热能的利用率整体不高，全世界还没有一个干热岩开发系统投入商业运行。为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法。针对干热岩储层，在常规压裂形成了大量的微裂隙之后，再采用高排量进行多级暂堵压裂，大幅度提升裂隙内净压力，在不同的位置使裂隙转向延伸，之后再注入酸性滑溜水溶蚀掉干热岩中的充填物，使微裂隙、转向微裂隙和溶蚀缝联通起来，形成微裂隙网络系统，减小流体阻力到0.1MPa.kg-1.s-1以下，避免后期注水换热过程中流体短路，提高换热的流体流量和温度，为高效利用地热资源提供支撑。
本发明的目的是提供一种提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法。
包括：
步骤(1)液体准备：准备0～4℃的清水和pH值为3～5的酸性滑溜水；
步骤(2)使用0～4℃的清水压裂形成沿最大主应力方向的微裂隙；
步骤(3)多级暂堵压裂形成横向微裂隙；
步骤(4)酸性滑溜水形成溶蚀缝。
其中，
所述步骤(1)中，酸性滑溜水的粘度为粘度5-9mPa.s。
所述步骤(2)中，清水压裂排量为1.5-2.0m3/min，液量为100-200m3，压裂形成沿最大主应力方向的微裂隙。
所述步骤(3)包括：注入清水携带耐高温缝内暂堵剂，利用大排量和三级暂堵剂增加的缝内净压力使微裂隙转向，形成横向微裂隙。
所述步骤(3)具体包括：
以1.5-2.0m3/min的排量清水携带100-150kg耐高温缝内暂堵剂向前扩展裂缝，直到泵注液量达到压裂设计液量的40～50％时，再加入150-200kg耐高温缝内暂堵剂，继续以1.5-2.0m3/min排量泵注0～4℃的清水至设计压裂液用量的80～90％时，再加入200-300kg耐高温缝内暂堵剂，当把缝内暂堵剂完全顶替进入裂缝内后将排量提高到5.0-6.0m3/min，利用大排量和三级暂堵剂增加的缝内净压力使微裂隙转向，形成横向微裂隙。
所述压裂设计液量为200～300m3。
所述耐高温缝内暂堵剂为粉陶，粒径范围140目～200目。
所述步骤(4)包括：
当暂堵压裂结束后，继续注入酸性滑溜水，以溶蚀掉干热岩中的充填物，形成溶蚀缝，微裂隙、转向微裂隙或分支微裂隙和溶蚀缝相互连通的微裂隙网络系统。
所述步骤(4)中，酸性滑溜水的排量为5.0-6.0m3/min，液量为200-300m3。
本发明具体可采用以下技术方案：
步骤(1)液体准备：准备0-4℃的清水和pH值为3-5的酸性滑溜水；
步骤(2)压裂形成微裂隙：使用0-4℃的清水按照设计的施工排量和液量进行压裂施工，在地层中形成沿最大主应力方向的微裂隙；
步骤(3)多级暂堵压裂形成横向微裂隙：首先以大排量携带耐高温缝内暂堵剂到裂隙的前端位置，利用大排量和耐高温缝内暂堵剂增加的缝内净压力使微裂隙转向，形成横向微裂隙；再用大排量携带耐高温缝内暂堵剂到裂隙的中部位置，利用大排量和耐高温缝内暂堵剂增加的缝内净压力使微裂隙转向；最后用大排量携带耐高温缝内暂堵剂到裂隙的后端位置，利用大排量和耐高温缝内暂堵剂增加的缝内净压力使微裂隙转向；
步骤(4)酸性滑溜水形成溶蚀缝：当暂堵压裂结束后，继续泵注pH值为3-5的酸性滑溜水以溶蚀掉干热岩中的充填物，形成溶蚀缝，微裂隙、转向微裂隙(或分支微裂隙)和溶蚀缝相互连通的微裂隙网络系统。
干热岩岩性主要为花岗岩，地层温度200℃以上，岩石坚硬，压裂主要形成微裂隙，裂缝宽度小，常规粒径的暂堵剂很难进入裂缝，且耐温能力也达不到。所以干热岩压裂没采用过暂堵方法，本发明采用的是140/200目粉陶作为缝内暂堵剂，既可进入微裂隙，并且耐温性能优异。
发明的效果
本发明针对干热岩常规压裂的所形成的连通性差的微裂隙，主要效果体现在以下两方面：(1)既有沿最大主应力方位的微裂隙，还有转向的微裂隙，两者相互连通；(2)通过溶蚀充填物形成溶蚀缝，增加了地层的连通性，可使流体阻力减小到0.1MPa.kg-1.s-1以下，避免后期注水换热过程中流体短路，可大幅度提高换热的流体流量和温度，为高效利用干热岩资源提供支撑。
附图说明
图1原始地层示意图；
图2常规压裂形成的微裂隙示意图；
图3多级暂堵形成的微裂隙系统示意图；
图4酸性滑溜水溶蚀后的微裂隙网络系统示意图；
附图标记说明：
1微裂缝；2转向微裂缝；3溶蚀缝。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例1：
(1)液体准备。根据具体某干热岩井压裂设计要求，准备1.1倍设计用量的0℃清水和pH值为3，粘度5mPa.s的酸性滑溜水。
(2)常规压裂施工。用排量2.0m3/min按照设计的液体用量200m3泵注0℃清水，在干热岩中压裂形成微裂隙。
(3)多级暂堵压裂。形成沿最大主应力方向的微裂隙后，继续以2.0m3/min排量携带100kg缝内暂堵剂(粉陶，粒径范围140～200目)向前扩展裂缝，直到泵注液量达到压裂设计液量(压裂设计液量位200m3)的50％时，再加入150kg缝内暂堵剂，继续以2.0m3/min排量泵注0℃的清水至设计压裂液用量的90％时，再加入200kg缝内暂堵剂，当把缝内暂堵剂完全顶替进入裂缝内后将排量提高到6.0m3/min，利用大排量和三级暂堵剂增加的缝内净压力使微裂隙转向，形成横向微裂隙。
(4)酸性滑溜水溶蚀。在前述作业的基础上，用排量6.0m3/min泵注pH值为3的粘度5mPa.s酸性滑溜水200m3，除进一步扩展微裂隙外，还利用酸性特性溶蚀充填物形成溶蚀缝，溶蚀缝，微裂隙、转向微裂隙(或分支微裂隙)和溶蚀缝相互连通的微裂隙网络系统。
(5)进行吸水指数和流体阻力测试。压裂后采用恒定压力、恒定注入时间法测试吸水指数和流体阻力，注入压力从10MPa-35MPa，每5MPa为一个测试台阶，每个台阶测试5min，依据公式：
视吸水指数＝日注入量÷井口注入压力
计算公式计算视吸水指数，从而计算渗流阻力。数据表明，“通过溶蚀充填物形成溶蚀缝，增加了地层的连通性，可使流体阻力减小到0.1MPa.kg-1.s-1以下，避免后期注水换热过程中流体短路，可大幅度提高换热的流体流量和温度，为高效利用干热岩资源提供支撑。
实施例2
(1)液体准备。根据具体某干热岩井压裂设计要求，准备1.1倍设计用量的4℃清水和pH值为5的粘度9mPa.s的酸性滑溜水。
(2)常规压裂施工。用排量1.5m3/min按照设计的液体用量150m3泵注4℃清水，在干热岩中压裂形成微裂隙。
(3)多级暂堵压裂。形成沿最大主应力方向的微裂隙后，继续以1.5m3/min排量携带150kg缝内暂堵剂(粉陶，粒径范围140～200目)向前扩展裂缝，直到泵注液量达到压裂设计液量(压裂设计液量位300m3)的40％时，再加入200kg缝内暂堵剂，继续以1.5m3/min排量泵注4℃的清水至设计压裂液用量的80％时，再加入300kg缝内暂堵剂，当把缝内暂堵剂完全顶替进入裂缝内后将排量提高到5.0m3/min，利用大排量和三级暂堵剂增加的缝内净压力使微裂隙转向，形成横向微裂隙。
(4)酸性滑溜水溶蚀。在前述作业的基础上，用排量5.0m3/min泵注pH值为5粘度9mPa.s酸性滑溜水300m3，除进一步扩展微裂隙外，还利用酸性特性溶蚀充填物形成溶蚀缝，溶蚀缝，微裂隙、转向微裂隙(或分支微裂隙)和溶蚀缝相互连通的微裂隙网络系统。
(5)进行吸水指数和流体阻力测试。压裂后采用恒定压力、恒定注入时间法测试吸水指数和流体阻力，注入压力从10MPa-35MPa，每5MPa为一个测试台阶，每个台阶测试5min，依据公式
视吸水指数＝日注入量÷井口注入压力
计算视吸水指数，从而计算渗流阻力。数据表明，“通过溶蚀充填物形成溶蚀缝，增加了地层的连通性，可使流体阻力减小到0.1MPa.kg-1.s-1以下，避免后期注水换热过程中流体短路，可大幅度提高换热的流体流量和温度，为高效利用干热岩资源提供支撑。
Claims (6)
1.一种提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法，其特征在于所述方法包括：
步骤(1)液体准备：准备0～4℃的清水和pH值为3～5的酸性滑溜水；
步骤(2)使用0～4℃的清水压裂形成沿最大主应力方向的微裂隙；
步骤(3)多级暂堵压裂形成横向微裂隙；
注入清水携带耐高温缝内暂堵剂，利用大排量和三级暂堵剂增加的缝内净压力使微裂隙转向，形成横向微裂隙；所述耐高温缝内暂堵剂为粉陶，粒径范围140目～200目；
步骤(4)酸性滑溜水形成溶蚀缝；
当暂堵压裂结束后，继续注入酸性滑溜水，以溶蚀掉干热岩中的充填物，形成溶蚀缝，微裂隙、转向微裂隙或分支微裂隙和溶蚀缝相互连通的微裂隙网络系统。
2.如权利要求1所述的提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法，其特征在于：
所述步骤(1)中，酸性滑溜水的粘度为5-9mPa.s。
3.如权利要求1所述的提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法，其特征在于：
所述步骤(2)中，清水压裂排量为1.5-2.0m3/min，液量为100-200m3，压裂形成沿最大主应力方向的微裂隙。
4.如权利要求1所述的提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法，其特征在于：
所述步骤(3)包括：
以1.5-2.0m3/min的排量清水携带100-150kg耐高温缝内暂堵剂向前扩展裂缝，直到泵注液量达到压裂设计液量的40～50％时，再加入150-200kg耐高温缝内暂堵剂，继续以1.5-2.0m3/min排量泵注0～4℃的清水至设计压裂液用量的80～90％时，再加入200-300kg耐高温缝内暂堵剂，当把缝内暂堵剂完全顶替进入裂缝内后将排量提高到5.0-6.0m3/min，利用大排量和三级暂堵剂增加的缝内净压力使微裂隙转向，形成横向微裂隙。
5.如权利要求4所述的提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法，其特征在于：
所述压裂设计液量为200～300m3。
6.如权利要求1所述的提高干热岩压裂微裂隙连通性的方法，其特征在于：
所述步骤(4)中，酸性滑溜水的排量为5.0-6.0m3/min，液量为200-300m3。
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