CN112648873B - 一种干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于干热岩人工热储建造技术领域，尤其涉及一种干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法。该热储方法，首先需确定干热岩热储层的深度和范围并根据干热岩热储层的深度和范围确定井组布置方案，对注水井和采水井进行施工，其次将高压脉冲装置放置在地表面上，并将与高压脉冲装置电性连接的两组电极组件分别放置在注水井和采水井中，启动高压脉冲装置，使电极组件对干热岩热储层进行多次放电后，水力压裂由注水井和采水井相向作业，当水贯通时停止作业，向注水井内部注入常温水至干热岩热储层，常温水流经干热岩进行热交换。由此，该方法克服了单一式的水压致裂技术人工热储范围小的缺陷，且降低了生产成本，扩大经济效益。
Description
技术领域
本发明属于干热岩人工热储建造技术领域，尤其涉及一种干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法。
背景技术
干热岩是一种清洁能源，我国的干热岩资源储量丰富，具有很大的开发潜力。干热岩是一种渗透性差且含水率极低的高温岩体，通过进行人工致裂，将注水井向干热岩的裂缝中注入冷水，冷水吸收干热岩中热量转化成热水之后从采水井抽出，从而达到将其热量开采出来用于发电或取暖的目的。
目前最常用的人工致裂方法为水力压裂技术，但水压致裂技术是依靠水压将岩体中的天然裂缝延伸贯通，干热岩属于致密岩体，天然裂缝很少，故按常规的水力压裂技术在热储层内形成的裂缝数量较少，且裂缝延伸范围较小，整体压裂效果不好，难以形成大规模裂隙，地热资源利用率低。
高压脉冲技术发源于俄罗斯，经过几十年的发展，高压脉冲放电技术已经在天然气、煤层气的抽采，油气井的解堵增产增注以及爆破等各个领域成功应用。脉冲放电碎岩的方式主要有熔丝爆炸碎岩、液电爆炸碎岩和直接放电碎岩三种方式。熔丝爆炸碎岩每次需要更换爆炸的熔丝，难以实现快速多次的重复爆破，因而关于该方法的研究目前较少。对于液电爆炸碎岩方式国内已经有了一定的研究，主要是应用高压脉冲的液电效应来增加煤层气及天然气储层的渗透率。其原理主要是利用高压脉冲装置击穿水介质从而在水中形成等离子通道，高压电源上的能量释放到等离子通道并对通道进行加热，通道内压力急剧上升并向外膨胀，强烈地压缩相邻的水介质，使其压力、密度、温度成阶跃式升高，形成水激波致裂储层从而增加储层的渗透率。但由于水中放电形成的冲击波是以球形波形式向周围扩散，冲击波的强度随距离的变化成指数衰减，因此该方法的有效影响范围比较有限，效率比较低。与液电爆炸碎岩方式不同的是，直接放电碎岩方式放电形成的等离子通道发生在岩体内部，故直接放电碎岩的能量利用率要高于液电爆炸碎岩。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，克服了单一式的水压致裂技术人工热储范围小的缺陷，且降低了生产成本，扩大经济效益，满足商业开发方面需求。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供的一种干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，包括以下步骤；
S1、确定干热岩热储层的深度和范围并根据干热岩热储层的深度和范围确定井组布置方案；
S2、对注水井和采水井进行施工，当注水井和采水井施工到干热岩热储层时，停止钻井；
S3、将高压脉冲装置放置在地表面上，并将与高压脉冲装置电性连接的两组电极组件均通过用于位置调节的调节组件将其分别放置在注水井和采水井中，其中两组电极组件相向设置；
S4、启动高压脉冲装置，使电极组件对干热岩热储层进行多次放电，之后关闭高压脉冲装置，并通过调节组件将注水井和采水井内的电极组件移出井口；
S5、水力压裂由注水井和采水井相向作业，当水贯通时停止作业；
S6、向注水井内部注入常温水至干热岩热储层，常温水流经干热岩热储层进行热交换，并从采水井采出热水用于发电或供暖。
优选地，在步骤S3中；
调节组件设置在井口处，调节组件通过钢索与电极组件连接，调整电极组件在井口内的到达干热岩热储层的高度并将两组电极组件紧贴井口的内壁。
优选地，调节组件包括调节支架、移动滑块和滑轮；
调节支架包括立板和支架滑槽，立板将支架滑槽对准井口，移动滑块设置在支架滑槽内，滑轮与移动滑块连接以带动滑轮沿井口的横向移动紧贴井口的内壁，钢索与滑轮滚动连接，以调整电极组件在井口内的高度。
优选地，在步骤S4中；
高压脉冲装置包括高压脉冲发生器和电容器；
开启电容器后电容器充电，当达到设定放电电压时，开启高压脉冲发生器，高压脉冲发生器通过电极组件的正极对电极组件的负极进行多次放电，之后关闭高压脉冲装置。
优选地，在步骤S4中；
高压脉冲发生器通过电极组件的正极对电极组件的负极进行多次放电的次数为30-100次。
优选地，在步骤S4中；
高压脉冲装置的放电频率为10-30Hz，高压脉冲装置的电压范围在200-500KV。
优选地，在步骤S2中；
注水井和采水井的间距为100-1000m。
优选地，在步骤S3中；
电极组件包括正极、负极和电极承托；
调节组件与电极承托连接，调节组件将电极组件分别放置在注水井和采水井中。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，首先利用高压脉冲放电产生的高能量，使干热岩热储层表面形成大量的裂缝，并使原生裂隙扩展，能够有效地增加干热岩热储层表面的复杂微裂缝数量，其次通过水压致裂方法将高压脉冲致裂出的微裂缝延伸贯通形成庞大的裂隙系统，从而形成连通注水井与采水井的裂隙体系，建立人工热储。高压脉冲致裂作业时间短，造缝均匀，适用性强并可重复利用，通过将高压脉冲致裂和水压致裂的方法相结合，可以最大限度地建造干热岩热储，扩大热交换范围，极大地增加了经济效益。
附图说明
图1为实施例二中干热岩高压脉冲复合水压致裂人工热储系统的结构示意图；
图2为实施例二中调节支架的结构示意图；
图3为实施例二中高压脉冲装置的结构示意图。
【附图标记说明】
1：干热岩热储层；2：注水井；3：采水井；4：电极承托；5：电极组件；6：高压脉冲装置；7：调节支架；8：电缆；9：钢索；10：支架滑槽；11：移动滑块；12：滑轮；13：液压装置；14：电容器；15：高压脉冲发生器；16：高压脉冲发生器开关；17：电容器开关。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例一
本实施例提供的一种干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1、确定干热岩热储层1的深度和范围并根据干热岩热储层1的深度和范围确定井组布置方案，根据干热岩地热开发区地质资料，结合地质勘探手段来确定干热岩热储层1的深度和范围。
S2、对注水井2和采水井3进行施工，当注水井2和采水井3施工到干热岩热储层1时，停止钻井。
在实际应用的过程中，注水井2和采水井3的间距为100-1000m。
S3、将高压脉冲装置6放置在地表面上，并将与高压脉冲装置6电性连接的两组电极组件5均通过用于位置调节的调节组件将其分别放置在注水井2和采水井3中，其中两组电极组件5相向设置。
其中，在步骤S3中，调节组件设置在井口处，调节组件通过钢索9与电极组件5连接，调整电极组件5在井口内的到达干热岩热储层1高度并将两组电极组件5的正极和负极紧贴井口的内壁。
应当说明的是，两组电极组件5分别放置在注水井2或采水井3中即在采水井3和注水井2中均有电极组件5中的正极和负极。其中电极组件5的正极和负极均与干热岩热储层1接触，电极组件5的正极向负极放电。
且步骤S3中的电极组件5包括正极、负极和电极承托4，调节组件与电极承托4连接，调节组件将电极组件5分别放置在注水井2和采水井3中。
S4、启动高压脉冲装置6，使电极组件5的正极向负极进行多次放电即采水井3(注水井2)内的正极和负极之间的热干岩热储层表面受到多次电冲击，之后关闭高压脉冲装置6，并通过调节组件将正极组件和负极组件移出注水井2和采水井3，应当说明的是，为了增大电冲击的面积增大裂纹，可通过调节组件将电极组件5移动至采水井3(注水井2)内干热岩热储层1的不同部位，进行多次放电。
具体地，在步骤S4中；
高压脉冲装置6包括高压脉冲发生器15、高压脉冲发生器开关16、电容器14和电容器开关17。电容器开关17开启后，电容器14充电，当达到设定放电电压时，高压脉冲发生器开关16开启，高压脉冲发生器15通过采水井3(注水井2)内电极组件5的正极向负极进行多次放电，之后关闭高压脉冲发生器15。
其中，高压脉冲发生器15通过电极组件5的正极向电极组件5的负极进行多次放电的次数为30-100次，高压脉冲装置6的放电频率为10-30Hz，高压脉冲装置6的电压范围在200-500KV。
在本实施例中利用高压脉冲装置6产生的巨大能量将正负电极之间的干热岩热储层1表面击穿，在干热岩热储层1表面形成的等离子体通道内瞬间通过了巨大能量，形成的高温热膨胀力和冲击波作用于等离子体通道壁周围的干热岩体，使干热岩热储层1表面形成大量的复杂微裂缝。
S5、水力压裂由注水井2和采水井3相向作业，当注水井2和采水井3内的水贯通时停止作业。
S6、向注水井2内部注入常温水至干热岩热储层1，常温水流经干热岩进行充分地热交换，实现固态热向液态热转变，并从采水井3采出热水用于发电或供暖。本文中述及的“常温水”是指温度为25℃左右的水，热水为100℃左右的水。
本实施提供的一种干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，首先利用高压脉冲放电产生的高能量，使干热岩热储层1表面形成大量的裂缝，并使原生裂隙扩展，能够有效地增加干热岩热储层1表面的复杂微裂缝数量，其次通过水压致裂方法将高压脉冲致裂出的微裂缝延伸贯通形成庞大的裂隙系统，从而形成连通注水井2与采水井3的裂隙体系，建立人工热储。高压脉冲致裂作业时间短，造缝均匀，适用性强并可重复利用，通过将高压脉冲致裂和水压致裂的方法相结合，可以最大限度地建造干热岩热储，扩大热交换范围，极大地增加了经济效益。
实施例二
本实施例提供了实施一中使用的干热岩高压脉冲复合水压致裂人工热储系统，该系统包括高压脉冲装置6、两组电极组件5和两组调节支架7。其中高压脉冲装置6放置在地表面上，两组电极组件5与高压脉冲装置6电性连接，两组调节支架7分别对准预先施工的注水井2和采水井3的井口，两组调节支架7分别与两组电极组件5连接，将其分别下放至注水井2和采水井3中。
在本实施例，调节组件包括调节支架7、移动滑块11和滑轮12。调节支架7包括立板和支架滑槽10，立板将支架滑槽10对准井口，移动滑块11设置在支架滑槽10内，滑轮12与移动滑块11连接以带动滑轮12沿井口的横向移动紧贴井口的内壁，钢索9与滑轮12滚动连接，以调整电极组件5在井口内的高度。应当说明的是，调节装置还包括液压装置13能够驱动钢索9下放井内的长短从而调节电极组件5在井口内的高度。
高压脉冲装置6包括高压脉冲发生器15、高压脉冲发生器开关16、电容器14和电容器开关17，其中，电极组件5通过电缆8与高压脉冲发生器15电连接。电容器开关17开启，电容器14充电，当达到设定放电电压时，高压脉冲发生器开关16开启，高压脉冲发生器15通过正极向组件之间的干热岩热储层1表面进行放电。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1、确定干热岩热储层的深度和范围并根据所述干热岩热储层的深度和范围确定井组布置方案；
S2、对注水井和采水井进行施工，当所述注水井和所述采水井施工到所述干热岩热储层时，停止钻井；
S3、将高压脉冲装置放置在地表面上，并将与所述高压脉冲装置电性连接的两组电极组件均通过用于位置调节的调节组件将其分别放置在所述注水井和所述采水井中，其中两组所述电极组件相向设置，所述电极组件包括正极和负极，所述正极和所述负极均与所述干热岩热储层接触，所述电极组件的所述正极向所述负极放电；
S4、启动所述高压脉冲装置，使所述电极组件对所述干热岩热储层进行多次放电，使所述干热岩热储层表面形成大量的微裂缝，之后关闭高压脉冲装置，并通过所述调节组件将所述注水井和所述采水井内的所述电极组件移出井口；
S5、水力压裂由所述注水井和所述采水井相向作业，当水贯通时停止作业，通过所述水压致裂将高压脉冲致裂出的所述微裂缝延伸贯通形成庞大的裂隙系统；
S6、向所述注水井内部注入常温水至干热岩热储层，常温水流经所述干热岩热储层进行热交换，并从所述采水井采出热水用于发电或供暖。
2.根据权利要求1所述的干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，其特征在于，在步骤S3中；
所述调节组件设置在井口处，所述调节组件通过钢索与所述电极组件连接，调整所述电极组件在井口内的到达所述干热岩热储层的高度并将两组所述电极组件紧贴所述井口的内壁。
3.根据权利要求2所述的干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，其特征在于，
所述调节组件包括调节支架、移动滑块和滑轮；
所述调节支架包括立板和支架滑槽，所述立板将所述支架滑槽对准所述井口，所述移动滑块设置在所述支架滑槽内，所述滑轮与所述移动滑块连接以带动所述滑轮沿所述井口的横向移动紧贴所述井口的内壁，所述钢索与所述滑轮滚动连接，以调整所述电极组件在所述井口内的高度。
4.根据权利要求1所述的干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，其特征在于，在步骤S4中；
所述高压脉冲装置包括高压脉冲发生器和电容器；
开启所述电容器后所述电容器充电，当达到设定放电电压时，开启所述高压脉冲发生器，所述高压脉冲发生器通过所述电极组件的正极对所述电极组件的负极进行多次放电，之后关闭高压脉冲装置。
5.根据权利要求4所述的干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，其特征在于，在步骤S4中；
所述高压脉冲发生器通过所述电极组件的正极对所述电极组件的负极进行多次放电的次数为30-100次。
6.根据权利要求1所述的干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，其特征在于，在步骤S4中；
所述高压脉冲装置的放电频率为10-30Hz，所述高压脉冲装置的电压范围在200-500KV。
7.根据权利要求1所述的干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，其特征在于，在步骤S2中；
所述注水井和所述采水井的间距为100-1000m。
8.根据权利要求1所述的干热岩高压脉冲复合水压致裂热储方法，其特征在于，在步骤S3中；
所述电极组件还包括电极承托；
所述调节组件与所述电极承托连接，所述调节组件将所述电极组件分别放置在所述注水井和所述采水井中。
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