CN114278263B - 一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法 - Google Patents
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Abstract
本说明书提供了一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法。基于该方法，通过采用“小排量注入‑停顿”的方式周期性注入液氮，在交变热应力‑流体压力作用下，使深部地热储层岩石缝周应力场发生周期改变，可诱导岩石发生疲劳破坏，进一步降低起裂压力，诱导裂缝起裂与扩展，最终形成立体缝网；同时，由于液氮注入排量小，整体注入量低，泵压低，可根据裂缝规模选择循环次数，有利于降低地震风险。从而可以克服常规水力压裂起裂压力高、裂缝单一、换热面积小、微地震频发等问题，能够较好地提升深部地热储层压裂效果，提高储层换热效率，以便后续能够安全、高效地对目标区域中的目标地热储层进行地热能资源的开发利用。
Description
技术领域
本说明书属于地热储层开发技术领域，尤其涉及一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法。
背景技术
在进行地热能资源开发时，通常需要需先通过压裂技术在储层中形成复杂缝网，以创造高效的取热通道。
但是，深部的地热储层往往存在温度高、强度高、应力大等特点，如果直接采用现有的水力压裂方法进行压裂，容易出现诸如起裂压力高、裂缝单一、换热面积小等问题，导致压裂效果较差，并且还容易出现微地震等，影响施工作业安全。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本说明书提供了一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法，能够提高储层换热效率、降低起裂压力，获得较好的压裂效果；同时还能够降低微地震风险，以便后续能够安全、高效地对目标区域中的目标地热储层进行地热能资源的开发和利用。
本说明书实施例提供了一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法，包括：
对目标区域进行预处理，得到预处理后的目标区域；其中，所述目标区域包含有目标地热储层；
对预处理后的目标区域进行第一次液氮压裂处理；其中，所述液氮压裂处理包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；并获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；
根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；
检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；
在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行第二次液氮压裂处理。
在一个实施例中，对目标区域进行预处理，包括：
将压裂管柱下入目标区域井下的目标位置；
通过压裂管柱与套管之间的环空注入氮气，以将井内积液从压裂管柱顶替至地面；
保持环空处于打开状态，通过所述压裂管柱注入液氮，并添加磨料颗粒，以射开套管和水泥环，沟通目标地热储层。
在一个实施例中，进行液氮冷却，包括：
停止添加磨料颗粒，并通过压裂管柱注入液氮，以对目标地热储层进行冷却；其中，所注入的液氮气化后通过环空排出。
在一个实施例中，进行液氮压裂，包括：
监测压裂管管柱的外壁面温度；
在监测到压裂管柱的外壁面温度小于预设的第一温度阈值的情况下，通过压裂管柱和环空同时注入液氮，以喷射目标地热储层。
在一个实施例中，进行焖井回温，包括：
关闭所述压裂管柱和环空，并监测目标地热储层的温度；
在监测到目标地热储层的温度回温至目标温度的情况下，结束焖井回温。
在一个实施例中，获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，包括：
利用埋设于压裂管柱中的分布式光纤采集在第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度；
基于温度空间推进算法，根据所述第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度，计算出第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据。
在一个实施例中，根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果，包括：
根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，构建温度正反演模型；
利用所述温度正反演模型，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果。
在一个实施例中，在对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行基于液氮的第二次液氮压裂处理之后，所述方法还包括：
获取第二次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；并根据第二次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据确定第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；
检测所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；
在确定所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果符合预设要求的情况下，对目标地热储层进行地热能资源开发。
本说明书实施例还提供了一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层装置，包括：
预处理模块，用于对目标区域进行预处理，得到预处理后的目标区域；其中，所述目标区域包含有目标地热储层；
第一液氮压裂处理模块，用于对预处理后的目标区域进行第一次液氮压裂处理；其中，所述液氮压裂处理包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；并获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；
确定模块，用于根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；
检测模块，用于检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；
第二液氮压裂处理模块，用于在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行第二次液氮压裂处理。
在一个实施例中，所述预处理模块具体用于将压裂管柱下入目标区域井下的目标位置；通过压裂管柱与套管之间的环空注入氮气，以将井内积液从压裂管柱顶替至地面；保持环空处于打开状态，通过所述压裂管柱注入液氮，并添加磨料颗粒，以射开套管和水泥环，沟通目标地热储层。
基于本说明书提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法，在对包含有深部地热储层的目标区域进行地热能资源开发时，可以先对目标区域进行包括诸如氮气驱替、喷砂射孔等预处理；再对预处理后目标区域循环进行多次液氮压裂处理，其中，每一次的液氮压裂处理都包含有按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；在进行每一次的液氮压裂处理的同时，还会获取每一次的液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；然后根据每一次的液氮压裂处理过程中的目标区域的温度数据，分析裂缝发育结果，以判断裂缝发育结果是否符合预设要求，确定是否还需要继续进行下一次的液氮压裂处理；在确定裂缝发育结果符合预设要求的情况下，不再继续进行下一次的液氮压裂处理，结束对该目标区域的压裂处理。按照上述方式，通过对目标区域循环进行多次液氮压裂处理，可以采用“小排量注入-停顿”的模式安全、有效地向目标区域中的目标地热储层周期性地注入液氮，以使得在交变热应力-流体压力作用下的深部目标地热储层岩石缝周的应力场周期性发生改变，进而诱导岩石发生疲劳破坏，降低起裂压力；同时，通过循环进行多次液氮压裂处理，还可以有效地利用交变热应力-流体压力作用来激活天然裂缝，促进形成复杂的缝网。
具体的，在每一次的液氮压裂处理中的液氮注入过程中，储层高温岩石基质收缩，发生强烈热损伤，以形成大量热应力微裂缝，可显著降地低起裂压力，诱导主裂缝起裂，这样可以有利于在井周形成复杂缝网；在液氮停止注入焖井过程中，井筒和储层中的液氮受热气化，粘度降低并发生体积膨胀，这样有利于促进裂缝延伸并激活天然裂缝；此外，在储层温度恢复的过程中，还会再次发生热损伤促进储层劣化。在按照上述方式循环进行多次的液氮压裂处理，使用液氮重复进行“小排量注入-停顿”时，使得在交变热应力-流体压力作用下深部的目标地热储层岩石缝周的应力场周期改变，可诱导岩石发生疲劳破坏，进一步降低起裂压力，诱导裂缝起裂与扩展，最终形成立体缝网。同时，在整个处理过程中，还由于液氮注入排量小、整体注入量低、泵压低，并可以根据裂缝规模选择循环次数，这样有利于降低地震风险，保证施工作业安全。
从而可以提高储层换热效率、降低起裂压力，获得较好的压裂效果；同时还可以降低微地震风险，以便能够安全、高效地对目标区域中的目标地热储层进行地热能资源的开发。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本说明书的一个实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的流程示意图；
图2是本说明书的一个实施例提供的液氮循环压裂高效开发深部地热储层装置的结构组成示意图；
图3是在一个场景示例中，应用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的一种实施例的示意图；
图4是在一个场景示例中，应用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的一种实施例的示意图；
图5是在一个场景示例中，应用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的一种实施例的示意图；
图6是在一个场景示例中，应用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的一种实施例的示意图；
图7是在一个场景示例中，应用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的一种实施例的示意图；
图8是在一个场景示例中，应用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的一种实施例的示意图；
图9是在一个场景示例中，应用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的一种实施例的示意图；
图10是在一个场景示例中，应用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的一种实施例的示意图；
图11是在一个场景示例中，应用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的一种实施例的示意图。
附图说明：1、套管及水泥环；2、套管与双层隔热压裂管柱环空；3、双层隔热压裂管柱；4、分布式光纤；5、压裂裂缝；6、喷嘴。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
考虑到基于现有方法在对包含有地热储层的区域进行压裂时，往往是采用常规的水力压裂技术进行压裂的。然而，由于深部地热储层往往存在地热储层温度高、强度高、应力高等特点，导致基于现有方法采用常规的水力压裂技术进行压裂处理时，容易出现诸如起裂压力高、裂缝单一、换热面积小等问题，压裂效果较差；并且还容易出现微地震，影响施工作业安全。
针对现有方法所存在的上述技术问题，以及导致上述技术问题的根本原因，本说明书考虑到采用高-低排量循环交替泵注的方式，可以使储层岩石在流体压力循环载荷的作用下发生疲劳破坏。具体的，基于研究结果表明循环水力压裂相对于常规水力压裂可降低起裂压力达到20％～23.7％，对裂缝导流能力可提升3～10倍，同时还可降低深部地热压裂诱发地震风险。
进一步，还考虑到采用液氮压裂深部地热储层相对于采用常规水力压裂深部地热储层，具有许多优势。具体的，首先，液氮温度极低，通常大气压下可达-196℃，使用液氮代替水与高温岩石接触后可产生强烈热应力，从而诱导岩石产生大量热应力微裂缝，降低起裂压力，形成复杂缝网。其次，液氮在储层温度压力条件下易发生膨胀，可促进裂缝延伸。再者液氮粘度低，易作用于天然裂缝，进一步诱导主裂缝沟通天然裂缝。此外，使用液氮代替水进行压裂，还可以减少对储层伤害，并达到节约水资源的效果。
结合上述考虑，本说明书提出可以通过对包含有深部地热储层的目标区域循环进行多次包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温的液氮压裂，采用“小排量注入-停顿”的模式来安全、有效地向目标区域中的目标地热储层周期性地注入液氮，以使得在交变热应力-流体压力作用下的深部目标地热储层岩石缝周的应力场周期性发生改变，进而诱导岩石发生疲劳破坏，降低起裂压力；同时，通过循环进行多次液氮压裂处理，还能利用交变热应力-流体压力作用来激活天然裂缝，促进形成复杂的缝网，从而可以提高储层换热效率、降低起裂压力，获得较好的压裂效果；同时还可以降低微地震风险，以便后续能够安全、高效地对目标区域中的目标地热储层进行地热能资源的开发。
参阅图1所示，本说明书实施例提供了一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法。具体实施时，该方法可以包括以下内容。
S101：对目标区域进行预处理，得到预处理后的目标区域；其中，所述目标区域包含有目标地热储层；
S102：对预处理后的目标区域进行第一次液氮压裂处理；其中，所述液氮压裂处理包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；并获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；
S103：根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；
S104：检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；
S105：在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行第二次液氮压裂处理。
在一些实施例中，上述目标区域具体可以理解为包含有目标地热储层的井下地层区域。其中，上述目标地热储层具体可以为深部地热储层。相应的，上述目标地热储层具有温度高、强度高、应力大等特点。
在一些实施中，上述预处理具体可以包括：氮气驱替和/或喷砂射孔。
在一些实施例中，上述对目标区域进行预处理，具体实施时，可以包括以下内容：
S1：将携带有喷枪工具的压裂管柱下入目标区域井下的目标位置；
S2：通过压裂管柱与套管之间的环空注入氮气，以将井内积液从压裂管柱顶替至地面(以实现氮气驱替处理)；
S3：保持环空处于打开状态，通过所述压裂管柱注入液氮，并添加磨料颗粒，以射开套管和水泥环，沟通目标地热储层(以实现喷砂射孔处理)。
其中，上述目标位置具体可以为目标地热储层所在的位置。
在一些实施例中，具体进行氮气驱替处理时，可以从隔热压裂管柱与套管环空注入1到3倍井筒体积的氮气，以将目标区域井内积液从隔热压裂管柱顶替至地面。这样可以防止后续注入液氮时，井筒内流体结冰堵塞井筒，进而影响液氮循环冷却效果，甚至挤毁井筒。
在一些实施例中，具体进行喷砂射孔处理时，可以将液氮的注入排量设置为1到3m3/min；将所添加的磨料选用20到40目石英砂，且磨料浓度设置为5％到10％；将射孔时间设置为15到30min。这样可以更好地实现喷砂射孔，以与目标地热储层沟通。
在一些实施例中，所使用的喷枪工具具体可以为一种耐低温耐磨喷枪工具。其中，该喷枪工具的喷嘴结构为锥直型，具有磨料加速效果好、射孔效率高等优点。
在一些实施例中，上述液氮压裂具体可以是一种使用液氮代替水进行压裂处理时操作处理组合。具体的，每一次液氮压裂处理可以包括：按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温。
在一些实施例中，具体实施时，可以对预处理后的目标区域循环进行多次液氮压裂处理，直到多次液氮压裂后的目标区域的裂缝发育结果(例如，裂缝规模等)符合预设要求的为止，可以确定已经得到了相对较好的压裂效果。下面以进行多次液氮压裂中的第一次液氮压裂处理为例，对本说明书所提出的液氮压裂处理进行具体说明。
在一些实施例中，上述进行液氮冷却，具体实施时，可以包括以下内容：停止添加磨料颗粒，并通过压裂管柱注入液氮，以对目标地热储层进行冷却；其中，所注入的液氮气化后通过环空排出。
在一些实施例中，在具体进行液氮冷却时，所注入的液氮具体可以是从喷枪工具喷出的。从喷枪工具中喷出的液氮可以形成高速液氮射流，利用该高速液氮射流可以有效提升液氮-岩石对流换热效率，强化深部地热储层损伤效果。
在一些实施例中，上述压裂管柱具体可以包括：隔热压裂管柱。上述压裂管柱具体可以是一种采用双层结构的压裂管柱(也可以称为双层隔热压裂管柱)，具有较好的隔热效果。后续使用上述压裂管柱进行液氮压裂，可减少液氮注入过程中的温度损失，维持液氮低温状态，获得相对较好的处理效果。
在一些实施例中，通过引入和使用隔热压裂管柱可以有效地减少液氮注入过程中的温度的损失，维持液氮的低温。
在一些实施例中，具体进行液氮冷却时，注入的液氮会受热气化，通过环空排出可迅速将液氮与高温的地热储层的岩石换热产生的氮气排出，从而可以更好地维持井下低温环境，进一步促进高温储层热损伤效果。
在一些实施例中，具体进行液氮冷却时，在通过压裂管柱注入液氮的过程中，可以将液氮注入排量设置为6到8m3/min；并在注入液氮的过程中监测井底温度，当监测井底温度降低至-100℃到-170℃时，可以停止泵注液氮。这样，可以通过在液氮冷却的过程中采用大排量液氮注入，实现对压裂管柱和目标地热储层的岩石的快速冷却，进一步提升储层岩石损伤效果。
在一些实施例中，上述进行液氮压裂，具体实施时，可以包括以下内容：监测压裂管管柱的外壁面温度；在监测到压裂管柱的外壁面温度小于预设的第一温度阈值的情况下，通过压裂管柱和环空同时注入液氮，以喷射目标地热储层。其中，所述第一温度阈值具体可以是一个大于等于-100℃且小于等于-170℃的温度值。
在一些实施例中，具体进行液氮压裂时，可以将持环空压力维持在小于储层裂缝延伸压力(例如，3到4MPa)。
在一些实施例中，具体通过压裂管柱和环空同时注入液氮时，可以使用喷枪工具喷射液氮，以形成高压液氮射流来进行液氮压裂。这样，在进行液氮压裂时，所形成的高压液氮射流由于卷吸作用会在射孔内形成增压，进而可以促进裂缝起裂与延伸。
在一些实施例中，具体通过压裂管柱和环空同时注入液氮时，可以将液氮注入排量设置为2到4m3/min，将液氮注入量设置为1000到3000m3。具体实施时，也可以根据目标区域的具体情况，灵活地调整上述液氮注入量。
在一些实施例中，具体监测压裂管管柱的外壁面温度时，可以基于分布式温度传感技术(DTS)，先利用埋设于压裂管柱中的分布式光纤采集在液氮压裂过程目标区域的井底温度；再根据液氮压裂过程目标区域的井底温度，计算出液氮压裂过程目标区域的压裂管管柱的外壁面温度分布，以实现对压裂管管柱的外壁面温度的监测。
具体实施时，可以基于温度空间推进算法，根据液氮压裂过程目标区域的井底温度，计算出液氮压裂过程目标区域的压裂管管柱的外壁面温度。
其中，上述温度空间推进算法主要基于能量守恒和有限差分方法，通过引入顺序函数法中的最小二乘和最优估计的思想，以埋设在双层隔热压裂管柱中的光纤表面作为起点，将光纤和双层隔热压裂管柱外壁面之间的区域进行空间离散，随后再从光纤位置开始，逐步向双层隔热压裂管柱外壁面推进，以计算出每个空间节点的温度，直至得到双层隔热压裂管柱外壁面温度分布。
在一些实施例中，上述进行焖井回温，具体实施时，可以包括以下内容：关闭所述压裂管柱和环空，并监测目标地热储层的温度；在监测到目标地热储层的温度回温至目标温度的情况下，结束焖井回温。
在一些实施例中，具体进行焖井回温时，可以使目标地热储层的温度自然恢复，在自然恢复的过程中，目标地热储层及井筒中的液氮受热膨胀，导致井底压力上升，从而可以促进裂缝延伸；同时由于氮气粘度较低，还容易激活储层天然裂缝，进一步提升压裂效果。
在一些实施例中，具体进行焖井回温时，可以将目标地热储层的温度自然恢复时间设置为6到10h。上述目标温度具体可以设置为大于等于原始温度的70％，且小于等原始温度的95％的一个温度值。
通过上述实施例，在一轮的液氮压裂过程中，依次进行液氮冷却、液氮压裂，和焖井回温，可以通过“小排量注入-停顿”的方式安全、有效地向目标区域中的目标地热储层周期性地注入液氮，以使得在交变热应力-流体压力作用下的深部目标地热储层岩石缝周的应力场周期性发生改变，进而诱导岩石发生疲劳破坏，降低起裂压力；同时，还可以有效地利用交变热应力-流体压力作用来激活天然裂缝，促进形成复杂的缝网。
在一些实施例中，在按照上述方式进行第一次液氮压裂处理的同时，可以采集获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据。
在一些实施例中，上述获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，具体实施时，可以包括：利用埋设于压裂管柱中的分布式光纤采集在第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度；根据所述第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度，计算出第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据。
具体的，可以基于温度空间推进算法，根据所述第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度，计算出第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据。
在一些实施例中，在所述压裂管柱为采用双层结构的隔热压裂管柱的情况下，上述用于采集目标区域的井底温度的分布式光纤具体可以布设于采用双层结构的隔热压裂管柱内，以防止分布式光纤直接与低温液氮接触而发生损伤破坏。
在一些实施例中，上述根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果，具体实施时，可以包括以下内容：
S1：根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，构建温度正反演模型；
S2：利用所述温度正反演模型，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果。
其中，上述温度正反演模型具体可以包括：正演化过程(温度正演模型)和反演过程(温度反演模型)两部分。具体的，基于目标区域地热储层参数、裂缝参数等，通过建立温度模型来预测压裂水平井温度剖面为正演过程；而在未知某些裂缝流量分布情况下，根据现场测试的DTS温度数据反演解释出裂缝参数、产出剖面等则为反演过程。
具体利用所述温度正反演模型，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果时，可以包括：先通过温度正演模型大量模拟不同裂缝参数情况下地热储层水平井温度剖面；再将模拟出的水平井温度剖面与实测的DTS温度数据进行多次拟合，直到误差满足要求时即可，以得到对应裂缝参数的反演解，从而可以得到相应的裂缝发育结果。
在一些实施例中，上述裂缝发育结果也可以是裂缝发育情况，具体可以包括：裂缝的数量、裂缝的长度，以及裂缝的宽度等等。
在一些实施例中，上述检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求，具体实施时，可以包括：根据第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果，确定整体的裂缝规模；再将该裂缝规模与预设的参照裂缝规模进行比较，以确定处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求。
在一些实施例中，具体实施时，还可以在将该裂缝规模与预设的参照裂缝规模进行比较的同时，兼顾液氮压裂处理的周期和成本，来检测处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求。
在一些实施例中，在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，可以对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行基于液氮的第二次液氮压裂处理。其中，上述二轮液氮压裂处理与第一次液氮压裂处理相同，包含有按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温。
在一些实施例中，在对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行基于液氮的第二次液氮压裂处理之后，所述方法具体实施时，还可以包括以下内容：
S1：获取第二次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；并根据第二次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据确定第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；
S2：检测所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；
S3：在确定所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果符合预设要求的情况下，对目标地热储层进行地热能资源开发。
在一些实施例中，在检测所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求，确定所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，可以重复上述液氮压裂处理再进行第三次液氮压裂处理、第四轮液氮压裂处理等，直到循环进行多次液氮压裂处理后的裂缝发育结果符合预设要求为止。这时，可以确定完成对目标区域中目标地热储层的压裂，并获得了较好的压裂效果，进而可以较为高效地对目标区域中的目标地热储层进行具体的地热能资源开发。
在一些实施例中，在检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求，确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果符合预设要求的情况下，也可以不再进行第二次液氮压裂处理，对目标地热储层进行地热能资源开发。
在一些实施例中，通过上述方式，可以循环对目标区域进行多次液氮压裂，以安全、有效地完成针对目标区域中的目标地热储层的压裂改造，获得相对较好的压裂效果。其中，多次液氮压裂的次数具体可以为3轮。
在本实施例中，每进行完一轮液氮压裂后，可以根据该轮液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定该轮液氮压裂处理后的裂缝发育结果；再检测该轮液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求。在确定该轮液氮压裂处理后的裂缝发育结果符合预设要求的情况下，则结束对目标区域的压裂，不再继续进行下一次的液氮压裂处理。相反，在确定该轮液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，则继续进行下一次的液氮压裂处理。
在一些实施例中，同一个目标区域中可以布设有多个井，例如：1号井、2号井、3号井等。具体实施时，可以先从多个井中随机筛选出一个井(例如，2号井)作为参考井，再通过利用本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法处理参考井，确定出在进行目标次数(例如，3轮)的液氮压裂后，可以使得裂缝发育结果符合预设要求。进而，后续在对目标区域中除参考井以外的其他井(例如，1号井、3号井)进行压裂时，可以直接对其他井进行目标次数的液氮压裂。
由上可见，基于本说明书实施例提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法，在对包含有深部地热储层的目标区域进行地热能资源开发时，可以先对目标区域进行包括诸如氮气驱替、喷砂射孔等预处理；再对预处理后目标区域进行多次液氮压裂处理，其中，每一次的液氮压裂处理都包含有按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；在进行每一次的液氮压裂处理的同时，还获取每一次的液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；然后根据每一次的液氮压裂处理过程中的目标区域的温度数据，分析裂缝发育结果，以判断裂缝发育结果是否符合预设要求，确定是否还需要继续进行下一次的液氮压裂处理；在确定裂缝发育结果符合预设要求的情况下，不再继续进行下一次的液氮压裂处理，结束对该目标区域的压裂。按照上述方式，通过对目标区域循环进行多次液氮压裂处理，可以采用“小排量注入-停顿”的模式安全、有效地向目标区域中的目标地热储层周期性地注入液氮，以使得在交变热应力-流体压力作用下的深部目标地热储层岩石缝周的应力场周期性发生改变，进而诱导岩石发生疲劳破坏，降低起裂压力；同时，通过循环进行多次液氮压裂处理，还可以有效地利用交变热应力-流体压力作用来激活天然裂缝，促进形成复杂的缝网，从而可以提高储层换热效率、降低起裂压力，获得较好的压裂效果；同时还可以降低微地震风险，以便后续能够安全、高效地对目标区域中的目标地热储层进行地热能资源的开发。
本说明书实施例还提供一种电子设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器具体实施时可以根据指令执行以下步骤：对目标区域进行预处理，得到预处理后的目标区域；其中，所述目标区域包含有目标地热储层；对预处理后的目标区域进行基于液氮的第一次液氮压裂处理；其中，所述液氮压裂处理包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；并获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行基于液氮的第二次液氮压裂处理。
为了能够更加准确地完成上述指令，本说明书实施例还提供了另一种具体的电子设备，其中，所述电子设备包括网络通信端口、处理器以及存储器，上述结构通过内部线缆相连，以便各个结构可以进行具体的数据交互。
其中，所述网络通信端口，具体可以用于接收操作指令。
所述处理器，具体可以用于响应所述操作指令，对目标区域进行预处理，得到预处理后的目标区域；其中，所述目标区域包含有目标地热储层；对预处理后的目标区域进行基于液氮的第一次液氮压裂处理；其中，所述液氮压裂处理包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；并获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行基于液氮的第二次液氮压裂处理。
所述存储器，具体可以用于存储相应的指令程序。
在本实施例中，所述网络通信端口可以是与不同的通信协议进行绑定，从而可以发送或接收不同数据的虚拟端口。例如，所述网络通信端口可以是负责进行web数据通信的端口，也可以是负责进行FTP数据通信的端口，还可以是负责进行邮件数据通信的端口。此外，所述网络通信端口还可以是实体的通信接口或者通信芯片。例如，其可以为无线移动网络通信芯片，如GSM、CDMA等；其还可以为Wifi芯片；其还可以为蓝牙芯片。
在本实施例中，所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。本说明书并不作限定。
在本实施例中，所述存储器可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。
本说明书实施例还提供了一种基于上述一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法的计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，在所述计算机程序指令被执行时实现：对目标区域进行预处理，得到预处理后的目标区域；其中，所述目标区域包含有目标地热储层；对预处理后的目标区域进行基于液氮的第一次液氮压裂处理；其中，所述液氮压裂处理包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；并获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行基于液氮的第二次液氮压裂处理。
在本实施例中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory,RAM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive,HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。
在本实施例中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
参阅图2所示，在软件层面上，本说明书实施例还提供了一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层装置，该装置具体可以包括以下的结构模块：
预处理模块201，具体可以用于对目标区域进行预处理，得到预处理后的目标区域；其中，所述目标区域包含有目标地热储层；
第一液氮压裂处理模块202，具体可以用于对预处理后的目标区域进行第一次液氮压裂处理；其中，所述液氮压裂处理包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；并获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；
确定模块203，具体可以用于根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；
检测模块204，具体可以用于检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；
第二液氮压裂处理模块205，具体可以用于在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行第二次液氮压裂处理。
在一些实施例中，上述预处理模块201具体实施时，可以按照以下方式对目标区域进行预处理：将压裂管柱下入目标区域井下的目标位置；通过压裂管柱与套管之间的环空注入氮气，以将井内积液从压裂管柱顶替至地面；保持环空处于打开状态，通过所述压裂管柱注入液氮，并添加磨料颗粒，以射开套管和水泥环，沟通目标地热储层。
在一些实施例中，上述第一液氮压裂处理模块202具体实施时，可以按照以下方式进行液氮冷却：停止添加磨料颗粒，并通过压裂管柱注入液氮，以对目标地热储层进行冷却；其中，所注入的液氮气化后通过环空排出。
在一些实施例中，上述第一液氮压裂处理模块202具体实施时，可以按照以下方式进行液氮压裂：监测压裂管管柱的外壁面温度；在监测到压裂管柱的外壁面温度小于预设的第一温度阈值的情况下，通过压裂管柱和环空同时注入液氮，以喷射目标地热储层。
在一些实施例中，上述第一液氮压裂处理模块202具体实施时，可以按照以下方式进行焖井回温：关闭所述压裂管柱和环空，并监测目标地热储层的温度；在监测到目标地热储层的温度回温至目标温度的情况下，结束焖井回温。
在一些实施例中，上述第一液氮压裂处理模块202具体实施时，可以按照以下方式获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据：利用埋设于压裂管柱中的分布式光纤采集在第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度；基于温度空间推进算法，根据所述第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度，计算出第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据。
在一些实施例中，上述确定模块203具体实施时，可以按照以下方式根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果：根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，构建温度正反演模型；利用所述温度正反演模型，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果。
在一些实施例中，所述装置在对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行基于液氮的第二次液氮压裂处理之后，具体实施时，还用于获取第二次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；并根据第二次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据确定第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；检测所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；在确定所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果符合预设要求的情况下，对目标地热储层进行地热能资源开发。
需要说明的是，上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
由上可见，基于本说明书实施例提供的液氮循环压裂高效开发深部地热储层装置，通过循环进行多次液氮压裂处理，可以采用“小排量注入-停顿”的模式安全、有效地向目标区域中的目标地热储层周期性地注入液氮，以使得在交变热应力-流体压力作用下的深部目标地热储层岩石缝周的应力场周期性发生改变，进而诱导岩石发生疲劳破坏，降低起裂压力；同时，通过循环进行多次液氮压裂处理，还可以有效地利用交变热应力-流体压力作用来激活天然裂缝，促进形成复杂的缝网，从而可以提高储层换热效率、降低起裂压力，获得较好的压裂效果；同时还可以降低微地震风险，以便后续能够安全、高效地对目标区域中的目标地热储层进行地热能资源的开发。
在一个具体的场景示例中，可以应用本说明书实施例所提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法对相应的区域中的深部地热储层进行基于液氮的压裂处理，再进行具体的地热能资源开发，以实现液氮循环压裂高效开发深部地热储层。
具体进行液氮循环压裂高效开发深部地热储层，可以包括以下处理步骤。
步骤(1)氮气驱替。在该步骤，可以将装有喷枪工具的压裂管柱下入井下指定位置(例如，目标位置)，以从隔热压裂管柱与套管环空注入氮气，将井内积液从隔热压裂管柱顶替至地面。
步骤(2)喷砂射孔。在该步骤，可以保持环空打开，从隔热压裂管柱注入液氮，并添加磨料颗粒，以射开套管和水泥环，沟通储层。
步骤(3)液氮冷却。在该步骤，停止添加磨料颗粒，继续从隔热压裂管柱注入液氮，液氮从喷枪工具喷出对储层进行冷却，液氮受热气化从环空排出，以实现隔热压裂管柱及储层岩石的高效冷却。
步骤(4)液氮压裂。在该步骤，可以利用分布式温度传感技术(DTS)监测井底温度，基于空间推进算法推算双层隔热管柱外壁面温度分布，当温度降低至-100℃～-170℃时，从隔热压裂管柱和环空同时注入液氮喷射压裂深部地热储层。
步骤(5)焖井回温。在该步骤，可以关闭环空和隔热压裂管柱，并利用DTS监测储层温度恢复情况。
步骤(6)裂缝监测。在该步骤，可以利用液氮注入和焖井回温过程中的温度波动数据(例如，第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度)，基于空间推进算法推算双层隔热管柱外壁面温度分布，再建立温度正反演模型，以分析裂缝发育情况(例如，裂缝发育结果)。
步骤(7)循环压裂。待储层温度恢复后，可以重复步骤(3)(4)(5)(6)开展多次液氮循环压裂并分析裂缝发育情况，当裂缝规模满足要求时停止作业(例如，进行第二次液氮压裂处理、第三次液氮压裂处理等)。
在本场景示例中，步骤(1)在注入氮气时，可以从隔热压裂管柱与套管环空注入1～3倍井筒体积的氮气，将井内积液从隔热压裂管柱顶替至地面。通过该步骤可以将井筒中的积液顶替至地面，以防止液氮注入时井筒内流体结冰堵塞井筒、影响液氮循环冷却效果甚至挤毁井筒。
在本场景示例中，步骤(2)中所述射开套管和水泥环时，液氮注入排量为1～3m3/min，磨料选用20～40目石英砂，磨料浓度为5～10％，射孔时间为15～30min。
在本场景示例中，步骤(2)中喷枪工具为另外设计加工的耐低温耐磨喷枪工具。喷嘴结构为锥直型，磨料加速效果好，射孔效率高。
在本场景示例中，步骤(3)中所述冷却储层时液氮是从喷枪工具喷出，形成高速液氮射流，可极大提升液氮-岩石对流换热效率，强化深部地热储层损伤效果。
在本场景示例中，步骤(3)中所述隔热压裂管柱可以采双层结构，具有较好的隔热效果，可减少液氮注入过程中的温度损失，维持液氮低温。
在本场景示例中，步骤(3)中所述液氮受热气化从环空排出可迅速将液氮与高温储层岩石换热产生的氮气从环空排出，维持井底低温环境，进一步促进高温储层热损伤效果。
在本场景示例中，步骤(3)中所述液氮注入排量为6～8m3/min，当井底温度降低至-100℃～-170℃时，停止泵注。采用大排量液氮注入，可实现压裂管柱和储层岩石的快速冷却，提升储层岩石损伤效果，是液氮循环压裂的关键。
在本场景示例中，步骤(4)中所述液氮压裂时维持环空压力小于储层裂缝延伸压力3～4MPa。
在本场景示例中，步骤(4)中所述液氮压裂时高压液氮射流由于卷吸作用在射孔内形成增压，可促进裂缝起裂与延伸。
在本场景示例中，步骤(4)中所述液氮喷射压裂时液氮注入排量为2～4m3/min，液氮注入量为1000～3000m3。
在本场景示例中，步骤(5)中在储层温度自然恢复的过程中，储层及井筒中的液氮受热膨胀，井底压力上升，可促进裂缝延伸。同时氮气粘度低，易激活储层天然裂缝。
在本场景示例中，步骤(5)中所述储层温度自然恢复时间为6～10h，温度恢复为储层原始温度的70％～95％。
在本场景示例中，步骤(6)中所述分布式光纤温度监测技术中的光纤埋设在双层隔热压裂管柱内，防止直接与低温液氮接触发生损伤破坏，根据空间推进算法推算双层隔热管柱外壁面温度分布。
在本场景示例中，步骤(7)中所述液氮循环压裂次数为2～4次，可根据分布式光纤温度监测技术测得的裂缝发育情况改变液氮循环压裂次数。通常循环次数越多，压裂造缝效果越好(循环3次后，增幅开始下降)。但作业时间越长，压裂成本和周期也会相应增加。因此，可以根据现场施工条件、施工要求和储层条件等合理选择循环次数。
在本场景实施例中，基于上述步骤，在对某具体区域进行液氮循环压裂，以高效开发深部地热储时，可以参阅图3所示，包括以下内容：
S1：氮气驱替。将装有喷枪工具的压裂管柱下入井下指定位置，从隔热压裂管柱与套管环空注入2倍井筒体积的氮气，将井内积液从隔热压裂管柱顶替至地面，防止液氮注入时井筒内流体结冰堵塞井筒、影响液氮循环冷却效果甚至挤毁井筒；
S2：喷砂射孔。从隔热压裂管柱注入液氮，添加磨料颗粒，射开套管和水泥环，沟通储层。液氮注入排量为2m3/min，磨料选用20～40目石英砂，磨料浓度控制为7％，射孔时间为25min，喷枪工具为另外设计加工的耐低温耐磨喷枪工具，喷嘴结构为锥直型，射孔效率高；
S3：液氮冷却。停止添加磨料颗粒，继续从双层隔热压裂管柱注入液氮，液氮从喷枪工具喷出对储层进行冷却，液氮受热气化从环空排出，以实现隔热压裂管柱及储层岩石的高效冷却，提升液氮-岩石对流换热效率，强化深部地热储层损伤效果。其中，液氮注入排量为7m3/min，注入时间为25min，井底温度约为-160℃；
S4：液氮压裂。关闭环空从隔热压裂管柱注入液氮喷射压裂深部地热储层，液氮注入排量为3m3/min，液氮注入量为2000m3，维持环空压力小于储层裂缝延伸压力4MPa，高压液氮射流产生卷吸作用在射孔内形成增压，促进裂缝延伸；
S5：焖井回温。关闭环空和隔热压裂管柱，等待8h后，储层温度恢复为原始状态的90％。储层及井筒中的液氮受热膨胀，井底压力上升，可促进裂缝延伸。同时氮气粘度低，易激活储层天然裂缝；
S6：裂缝监测。利用液氮注入和焖井回温过程中的温度波动数据，基于空间推进算法推算双层隔热管柱外壁面温度分布，建立温度正反演模型，分析裂缝发育情况；
S7：循环压裂。待储层温度恢复后，重复步骤S3、S4、S5和S6开展多次液氮循环压裂并分析裂缝发育情况，当开展三次液氮循环压裂后裂缝规模满足要求，停止作业。
具体的，参阅图4所示，为一次液氮循环压裂(例如，第一次液氮压裂)。图5为二次液氮循环压裂(例如，第二次液氮压裂)。图6为三次液氮循环压裂(例如，第三次液氮压裂)。液氮循环次数越多，压裂造缝效果越好，但需要时间越长，因此需结合分布式光纤温度监测技术监测裂缝发育情况，并根据现场施工条件、施工要求和储层条件等合理选择循环次数。
具体的，为了能够更加直观的验证上述液氮循环压裂深部地热储层方法的压裂效果，利用液氮循环压裂深部地热储层方法进行了室内模拟实验，并对比了压裂后的岩石裂缝的起裂压力和裂缝形态特征。
具体的，参阅图8，可以先构建对应的模拟实验系统，再基于该系统进行具体的室内模拟实验。具体实施时，可以包括以下内容：
S1：试样制备。在尺寸为100×100×100mm花岗岩露头岩样中心钻取直径16mm，深度60mm的孔眼，并采用植筋胶将直径14mm，长度40mm的井筒固结在孔眼中心，预留裸眼段长度为20mm，静置48h(参阅图7所示)；
S2：岩样加热。将岩样放入马弗炉加热至200℃，加热速率为5℃/min；
S3：应力加载。将岩样放入围压釜并按施加三轴应力，垂向应力为15MPa，最大水平主应力为10MPa，最小水平主应力为7MPa(参阅图8所示)；
S4：岩样冷却。开启自增压液氮罐出口阀，通过耐低温管线向岩样以2MPa恒定压力注入液氮，冷却管线和岩样，液氮从内管进入试样，受热气化，将氮气从环空排出，以实现岩样的高效冷却损伤(参阅7所示)；
S5：加热回温。将试样从围压釜中取出，加热6h，使岩样温度完全恢复至200℃，即完成第一个循环；
S6：循环冷却。重复步骤S2、S3、S4、S5共3次；
S7：高压液氮制备。以空气压缩机为动力源，配合气体增压泵将常规氮气瓶中的12MPa低压氮气增压至45MPa并储层在高压氮气罐中，利用自增压液氮罐将高压液氮罐灌满液氮(图8)；
S8：岩样预冷。重复步骤S4，冷却管线和试样并泄压，确保在高压液氮注入井底时处于液态，此即为最后一次循环(图8)；
S9：启动压裂。关闭井筒环空出口阀，通过减压阀控制高压氮气储集罐出口压力，进而控制液氮注入压力为25MPa，对岩样进行压裂(图8)；
S10：采集数据。实时采集液氮循环冷却及压裂过程中的温度、压力等实验数据(图8)。
S11：常规水力压裂：重复步S1、S2、S3，以30ml/min的排量注入清水，观察压力变化，压力下降后取出岩样，记录实验数据，观察裂缝形态。
参阅图9可知：液氮循环压裂起裂压力为10.8MPa，常规水力压裂起裂压力为22.9MPa，液氮循环压裂起裂压力相对于常规水力压裂下降52.8％。对比图10、图11可知：常规水力压裂为单一裂缝，液氮循环压裂为复杂缝网。
通过上述场景示例，验证了本说明书提供的一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法，由于采用“小排量注入-停顿”的模式周期性注入液氮。在液氮注入过程中，储层高温岩石基质收缩，发生强烈热损伤，形成大量热应力微裂缝，可显著降低起裂压力，诱导主裂缝起裂，有利于在井周形成复杂缝网。在液氮停止注入焖井过程中，井筒和储层中的液氮受热气化，粘度降低并发生体积膨胀，有利于促进裂缝延伸并激活天然裂缝，此外，储层温度恢复过程中，会再次发生热损伤促进储层劣化。当液氮重复“小排量注入-停顿”过程时，在交变热应力-流体压力作用下深部地热储层岩石缝周应力场周期改变，可诱导岩石发生疲劳破坏，进一步降低起裂压力，诱导裂缝起裂与扩展，最终形成立体缝网。同时，液氮注入排量小，整体注入量低，泵压低，可根据裂缝规模选择循环次数，有利于降低地震风险。综上所述，本方法克服了常规水力压裂起裂压力高、裂缝单一、换热面积小、微地震频发的难题与挑战，有望进一步提升深部地热储层压裂效果，提高储层换热效率。
虽然本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
通过以上的实施例的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本说明书可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。
Claims (9)
1.一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层方法，其特征在于，包括：
对目标区域进行预处理，得到预处理后的目标区域；其中，所述目标区域包含有目标地热储层；
对预处理后的目标区域进行第一次液氮压裂；其中，所述液氮压裂处理包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；并获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；其中，获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，包括：利用埋设于压裂管柱中的分布式光纤采集在第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度；基于温度空间推进算法，根据所述第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度，计算出第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；所述温度空间推进算法通过引入顺序函数法中的最小二乘和最优估计的思想，以埋设在双层隔热压裂管柱中的光纤表面作为起点，将光纤和双层隔热压裂管柱外壁面之间的区域进行空间离散，随后再从光纤位置开始，逐步向双层隔热压裂管柱外壁面推进，以计算出每个空间节点的温度，直至得到双层隔热压裂管柱外壁面温度分布；
根据第一次液氮压裂过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；
检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；
在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行第二次液氮压裂处理；在按照上述方式循环进行多次的液氮压裂处理，使用液氮重复进行“小排量注入-停顿”时，使得在交变热应力-流体压力作用下深部的目标地热储层岩石缝周的应力场周期改变，诱导岩石发生疲劳破坏，进一步降低起裂压力，诱导裂缝起裂与扩展，最终形成立体缝网。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对目标区域进行预处理，包括：
将压裂管柱下入目标区域井下的目标位置；
通过压裂管柱与套管之间的环空注入氮气，以将井内积液从压裂管柱顶替至地面；
保持环空处于打开状态，通过所述压裂管柱注入液氮，并添加磨料颗粒，以射开套管和水泥环，沟通目标地热储层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行液氮冷却，包括：
停止添加磨料颗粒，并通过压裂管柱注入液氮，以对目标地热储层进行冷却；其中，所注入的液氮气化后通过环空排出。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行液氮压裂，包括：
监测压裂管管柱的外壁面温度；
在监测到压裂管柱的外壁面温度小于预设的第一温度阈值的情况下，通过压裂管柱和环空同时注入液氮，以喷射目标地热储层。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行焖井回温，包括：
关闭所述压裂管柱和环空，并监测目标地热储层的温度；
在监测到目标地热储层的温度回温至目标温度的情况下，结束焖井回温。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果，包括：
根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，构建温度正反演模型；
利用所述温度正反演模型，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行基于液氮的第二次液氮压裂处理之后，所述方法还包括：
获取第二次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；并根据第二次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据确定第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；
检测所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；
在确定所述第二次液氮压裂处理后的裂缝发育结果符合预设要求的情况下，对目标地热储层进行地热能资源开发。
8.一种液氮循环压裂高效开发深部地热储层装置，其特征在于，包括：
预处理模块，用于对目标区域进行预处理，得到预处理后的目标区域；其中，所述目标区域包含有目标地热储层；
第一液氮压裂处理模块，用于对预处理后的目标区域进行第一次液氮压裂处理；其中，所述液氮压裂处理包括按序依次进行的液氮冷却、液氮压裂和焖井回温；并获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；其中，获取第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，包括：利用埋设于压裂管柱中的分布式光纤采集在第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度；基于温度空间推进算法，根据所述第一次液氮压裂处理过程中目标区域的井底温度，计算出第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据；所述温度空间推进算法通过引入顺序函数法中的最小二乘和最优估计的思想，以埋设在双层隔热压裂管柱中的光纤表面作为起点，将光纤和双层隔热压裂管柱外壁面之间的区域进行空间离散，随后再从光纤位置开始，逐步向双层隔热压裂管柱外壁面推进，以计算出每个空间节点的温度，直至得到双层隔热压裂管柱外壁面温度分布；
确定模块，用于根据第一次液氮压裂处理过程中目标区域的温度数据，确定第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果；
检测模块，用于检测所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果是否符合预设要求；
第二液氮压裂处理模块，用于在确定所述第一次液氮压裂处理后的裂缝发育结果不符合预设要求的情况下，对第一次液氮压裂处理后的目标区域进行第二次液氮压裂处理；在按照上述方式循环进行多次的液氮压裂处理，使用液氮重复进行“小排量注入-停顿”时，使得在交变热应力-流体压力作用下深部的目标地热储层岩石缝周的应力场周期改变，诱导岩石发生疲劳破坏，进一步降低起裂压力，诱导裂缝起裂与扩展，最终形成立体缝网。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预处理模块具体用于将压裂管柱下入目标区域井下的目标位置；通过压裂管柱与套管之间的环空注入氮气，以将井内积液从压裂管柱顶替至地面；保持环空处于打开状态，通过所述压裂管柱注入液氮，并添加磨料颗粒，以射开套管和水泥环，沟通目标地热储层。
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