CN114458267A - 一种干热岩热储改造中防止走滑断裂滑移的方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干热岩热储改造中防止走滑断裂滑移的方法和应用，所述方法包括：(1)采用变排量循环注入清水；(2)注入第一级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；(3)注入第二级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；(4)注入第三级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；(5)间歇式循环注入压裂施工；(6)重复步骤(5)，完成热储改造施工。本发明所述涉及干热岩热储改造防止走滑断裂滑移的技术方法，适用于处于走滑断裂干热岩井压裂改造过程中避免地震事件发生。利用本发明所述方法可以降低地层中的能量强度，防止走滑断裂滑移诱发地震，确保热储改造施工安全进行，为高效利用干热岩资源提供支撑。
Description
技术领域
本发明属于干热岩热储改造，尤其涉及干热岩热储改造中防止走滑断裂滑移的方法，适用于干热岩热储改造过程中避免走滑断裂滑移引发地震。
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，孔隙度、渗透率极差，温度180℃以上的高温岩体。要实现把干热岩资源转变成能源，通过热储改造在高温岩体中形成连通的导热裂缝网络是关键。目前干热岩热储压裂改造主要采用恒定施工排量连续压裂施工方式，施工排量恒定在1.5-3.0m3/min，连续施工时间在6天-30天不等，对处于走滑断裂附近的干热岩井，压裂过程中经常出现地震事件，震级达到2-3级，甚至更高，不仅影响干热岩井安全压裂施工作业，而且危及压裂井附近居民的生命和财产安全，严重情况下迫使干热岩项目终止。
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防止走滑断裂滑移的技术方法。
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防止走滑断裂滑移的技术方法。
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短期导流能力，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，没有涉及到干热岩热储改造防止走滑断裂滑移的技术方法。
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，没有涉及到干热岩热储改造防止走滑断裂滑移的技术方法。
处于走滑断裂的干热岩体因自身温度超高(180℃以上)、塑性强，压裂过程中恒定排量长时间注入清水，致使施工压力一直处于爬升状态，当连续注入施工压力或孔压上升导致断裂上的应力条件达到走滑断裂滑移的临界压力后，断裂产生走滑移动，诱发地震事件，使压裂施工无法继续进行，甚至危及压裂井附近居民的生命和财产安全，造成社会恐慌，使干热岩资源开发利用进程停滞不前。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明针对干热岩井，提供了一种干热岩热储改造中防止走滑断裂滑移的方法和应用，其中，以低变排量多循环注入方式不断冲击岩石，使岩石产生疲劳破坏，降低破裂时的峰值压力，其后注入多级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度，降低缝内摩阻，抑制裂缝延伸过程中的压力大小和爬升速度，并在此后的主体压裂施工中，采用间歇式循环注入压裂施工方式，控制热储改造过程中的岩石应力条件不达到断裂滑移临界状态，确保断裂不产生走滑移动，避免干热岩热储改造过程中诱发地震事件，确保热储改造施工安全进行。
本发明一方面在于提供一种干热岩热储改造中防止走滑断裂滑移的方法
1.一种干热岩热储改造中防止走滑断裂滑移的方法，包括：
(1)采用变排量循环注入清水；
(2)注入第一级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；
(3)注入第二级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；
(4)注入第三级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；
(5)间歇式循环注入(清水)压裂施工；
(6)重复步骤(5)，完成热储改造施工。
2.根据上述1所述的方法，其中，在步骤(1)之前步骤(1’)：
(1’)依据区域地质地震资料或邻井以往压裂的施工压力、注入液量和地震发生时间，分析确定断裂走滑的临界应力状态和临界施工压力。
3.根据上述1所述的方法，其中，在步骤(2)中，采用清水以0.2-0.6m3/min变排量进行90-110个循环注入，使井底岩石产生疲劳损伤。
4.根据上述3所述的方法，其中，
所述变排量是指自0.2m3/min开始升高排量至0.6m3/min，再逐渐自0.6m3/min降低排量至0.2m3/min；和/或
每个排量时间间隔5～15min，且相邻排量以0.1～0.3m3/min的幅度升高或降低。
5.根据上述1所述的方法，其中，当井口压力降到停泵压力的40～60％(例如50％)后开始进行步骤(2)。
6.根据上述1所述的方法，其中，步骤(2)包括以下子步骤：
(2.1)以0.8～1.2m3/min的排量注入粘度为15-20mPa.s第一中粘清洁聚合物压裂液50-70m3；
(2.2)在步骤(2.1)的排量下用清水顶替所述第一中粘清洁聚合物压裂液进入地层，其中，持续注入1-3个井筒容积清水，控制施工压力低于临界压力3-5MPa。
7.根据上述1所述的方法，其中，步骤(3)包括以下子步骤：
(3.1)以1.2～2.8m3/min(例如1.5m3/min)的排量继续注入粘度为25-30mPa.s第二中粘清洁聚合物压裂液90-110m3；
(3.2)在步骤(3.1)的排量下用清水顶替第二中粘清洁聚合物压裂液进入地层，持续注入2-4个井筒容积清水，控制施工压力低于临界压力3-5MPa。
8.根据上述1所述的方法，其中，步骤(4)包括以下子步骤：
(4.1)以1.8～2.5m3/min(例如2.0m3/min)排量继续注入粘度为35-40mPa.s第三级中粘清洁聚合物压裂液130-150m3；
(4.2)在步骤(3.1)的排量下用清水顶替所述第三级中粘清洁聚合物压裂液进入地层，持续注入3-5个井筒容积清水，控制施工压力低于临界压力3-5MPa。
9.根据上述1～8之一所述的方法，其中，在步骤(5)中，所述间歇式循环注入的排量为0.5～2m3/min变排量进行(优选以0.5-1.5-2.0m3/min进行)，每个排量时间间隔20-40min。
10.根据上述9所述的方法，其中，在步骤(5)中，当施工压力上升到距离临界压力值还有5.0MPa时，停泵放喷泄压，当井口压力降低50％后再起泵继续压裂施工。
本发明另一方面提供了本发明第一方面所述方法在干热岩热储改造中的应用。
在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在下文中，各个技术方案之间原则上可以相互组合而得到新的技术方案，这也应被视为在本文中具体公开。
本发明的效果：
本发明是针对处于走滑断裂的干热岩井热储改造过程中经常发生震级2-3级，甚至更高的地震事件，严重影响干热岩井安全压裂施工作业，且可能危及压裂井附近居民的生命和财产安全等问题提出的新型工艺方法，主要效果体现在以下三方面：
(1)变排量多循环注入方式不断冲击岩石，使岩石产生疲劳破坏，降低破裂时的峰值压力10-15％；
(2)注入多级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度，降低缝内摩阻，抑制裂缝延伸过程中的施工压力和持续速度；
(3)主体压裂施工采用间歇式循环注入方式，间断释放地层能量，始终控制施工压力在断裂滑移临界压力之下。
上述三者相结合，降低地层中的能量强度，防止走滑断裂滑移诱发地震，确保热储改造施工安全进行，为高效利用干热岩资源提供支撑。
附图说明
图1示出本发明所述变排量循环注入方式示意图；
图2示出本发明所述间歇式循环注入方式示意图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。另外需要说明的是，在以下具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，由此而形成的技术方案属于本说明书原始公开内容的一部分，同时也落入本发明的保护范围。
本发明的目的之一在于提供一种干热岩热储改造中防止走滑断裂滑移的方法，包括：
(1)采用变排量循环注入清水；
(2)注入第一级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；
(3)注入第二级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；
(4)注入第三级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；
(5)间歇式循环注入(清水)压裂施工；
(6)重复步骤(5)，完成热储改造施工。
在本发明中，先以低变排量多循环注入方式不断冲击岩石，使岩石产生疲劳破坏，降低破裂时的峰值压力，其后注入多级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度，降低缝内摩阻，抑制裂缝延伸过程中的压力大小和爬升速度，并在此后的主体压裂施工中采用间歇式循环注入压裂施工方式，控制施工压力和连续注入液量，使热储改造过程中的岩石的应力条件始终控制在走滑断裂滑移的临界压力之下，避免走滑断裂发生滑移，确保干热岩热储改造过程中不引发地震，确保热储改造施工安全进行。
在一种优选的实施方式中，在步骤(1)之前步骤(1’)：
(1’)依据区域地质地震资料或邻井以往压裂的施工压力、注入液量和地震发生时间，分析确定断裂走滑的临界应力状态和临界施工压力。
在一种优选的实施方式中，在步骤(2)中，采用清水以0.2-0.6m3/min变排量进行90-110个循环注入，使井底岩石产生疲劳损伤。
在进一步优选的实施方式中，所述变排量是指自0.2m3/min开始升高排量至0.6m3/min，再逐渐自0.6m3/min降低排量至0.2m3/min。
在更进一步优选的实施方式中，每个排量时间间隔5～15min(例如10min)，且相邻排量以0.1～0.3m3/min(优选0.2m3/min)的幅度升高或降低。
其中，所述变排量循环注入如图1所示，其排量在0.2-0.6m3/min按升高或降低的趋势连续变化。例如所述变排量循环注入如下进行：在0.2m3/min排量下注入10min，升高排量至0.4m3/min注入10min，升高排量至0.6m3/min注入10min，降低排量至0.4m3/min注入10min、降低排量至0.2m3/min注入10min、升高排量至0.4m3/min注入10min，以此类推。
本发明以变排量循环注入方式不断冲击岩石，使岩石产生疲劳破坏，降低破裂时的峰值压力。
在一种优选的实施方式中，当井口压力降到停泵压力的40～60％(例如50％)后开始进行步骤(2)。
在进一步优选的实施方式中，步骤(2)包括以下子步骤：
(2.1)以0.8～1.2m3/min(例如1.0m3/min)的排量注入粘度为15-20mPa.s第一中粘清洁聚合物压裂液50-70m3；
(2.2)在步骤(2.1)的排量下用清水顶替所述第一中粘清洁聚合物压裂液进入地层，其中，持续注入1-3个井筒容积清水，控制施工压力低于临界压力3-5MPa。
在一种优选的实施方式中，步骤(3)包括以下子步骤：
(3.1)以1.2～2.8m3/min(例如1.5m3/min)的排量继续注入粘度为25-30mPa.s第二中粘清洁聚合物压裂液90-110m3；
(3.2)在步骤(3.1)的排量下用清水顶替第二中粘清洁聚合物压裂液进入地层，持续注入2-4个井筒容积清水，控制施工压力低于临界压力3-5MPa。
在一种优选的实施方式中，步骤(4)包括以下子步骤：
(4.1)以1.8～2.5m3/min(例如2.0m3/min)排量继续注入粘度为35-40mPa.s第三级中粘清洁聚合物压裂液130-150m3；
(4.2)在步骤(3.1)的排量下用清水顶替所述第三级中粘清洁聚合物压裂液进入地层，持续注入3-5个井筒容积清水，控制施工压力低于临界压力3-5MPa。
本发明在步骤(2)～步骤(4)中注入多级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度，降低缝内摩阻，抑制裂缝延伸过程中的压力大小和爬升速度。
在一种优选的实施方式中，在步骤(5)中，所述间歇式循环注入的排量为0.5～2m3/min变排量进行(优选以0.5-1.5-2.0m3/min进行)，每个排量时间间隔20-40min(例如30min)。
在进一步优选的实施方式中，在步骤(5)中，当施工压力上升到距离临界压力值还有5.0MPa时，停泵放喷泄压(优选停泵用5mm油嘴控制放喷)，当井口压力降低50％后再起泵继续压裂施工。
其中，所述间歇式循环注入如图2所示，如图2所示，所述间歇式循环注入如下进行：0.5m3/min注入30min、升高排量至1.5m3/min注入30min、升高排量至2m3/min注入30min、降低排量至1.5m3/min注入30min、升高排量至0.5m3/min注入30min、升高排量至1.5m3/min注入30min、升高排量至2m3/min注入30min；然后停泵放喷泄压，在重复上述注入过程，然后放喷泄压……
在本发明中，主体压裂施工采用间歇式循环注入方式，间断释放地层能量，始终控制施工压力在断裂滑移临界压力之下。
本发明目的之二在于提供本发明目的之一所述干热岩热储改造中防止走滑断裂滑移的方法在干热岩热储改造中的应用。
【实施例】
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
实施例采用的原料，如果没有特别限定，那么均是现有技术公开的，例如可直接购买获得或者根据现有技术公开的制备方法制得。
(1)先进行液体准备：根据具体某干热岩井压裂设计要求，准备1.1倍设计用量的清水和中粘清洁聚合物压裂液。
(2)确定走滑断裂滑移时的临界施工压力。依据区域地质地震资料或邻井以往压裂的施工压力、注入液量和地震发生时间，确定该区域走滑断裂滑移的临界施工压力为65MPa。
(3)小排量变排量循环注入清水使岩石产生疲劳损伤。使用清水按照0.2-0.4-0.6-0.4-0.2m3/min变排量进行100个循环注入，使井底岩石产生疲劳损伤。
(4)注入三级中粘清洁聚合物压裂液扩缝。当井口压力降到停泵压力的50％后，以1.0m3/min排量注入粘度为15-20mPa.s清洁聚合物压裂液60m3，进行第一级扩缝，清洁聚合物压裂液注完后，在相同排量下用清水顶替清洁聚合物压裂液进入地层，持续注入2个井筒容积清水；继续以1.5m3/min排量注入粘度为25-30mPa.s清洁聚合物压裂液100m3进行第二级扩缝，用清水在相同排量下顶替清洁聚合物压裂液进入地层，持续注入3个井筒容积清水；以2.0m3/min排量继续注入粘度为35-40mPa.s清洁聚合物压裂液140m3进行第三级扩缝，用清水在相同排量下顶替清洁聚合物压裂液进入地层，持续注入4个井筒容积清水，扩缝过程中通过调整排量将施工压力控制低于临界压力5MPa。
(5)间歇式循环注入压裂施工。以施工排量0.5-1.5-2.0m3/min循环注入，每个排量时间间隔30min，当施工压力上升到距离临界压力还有5.0MPa时，停泵用5mm油嘴控制放喷，当井口压力降低50％后再起泵继续压裂施工。
(6)重复步骤(5)，完成热储改造施工。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种干热岩热储改造中防止走滑断裂滑移的方法，包括：
(1)采用变排量循环注入清水；
(2)注入第一级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；
(3)注入第二级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；
(4)注入第三级中粘清洁聚合物压裂液扩展裂缝宽度；
(5)间歇式循环注入压裂施工；
(6)重复步骤(5)，完成热储改造施工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)之前步骤(1’)：
(1’)依据区域地质地震资料或邻井以往压裂的施工压力、注入液量和地震发生时间，分析确定断裂走滑的临界应力状态和临界施工压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，采用清水以0.2-0.6m3/min变排量进行90-110个循环注入，使井底岩石产生疲劳损伤。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述变排量是指自0.2m3/min开始升高排量至0.6m3/min，再逐渐自0.6m3/min降低排量至0.2m3/min；和/或
每个排量时间间隔5～15min，且相邻排量以0.1～0.3m3/min的幅度升高或降低。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当井口压力降到停泵压力的40～60％后开始进行步骤(2)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括以下子步骤：
(2.1)以0.8～1.2m3/min的排量注入粘度为15-20mPa.s第一中粘清洁聚合物压裂液50-70m3；
(2.2)在步骤(2.1)的排量下用清水顶替所述第一中粘清洁聚合物压裂液进入地层，其中，持续注入1-3个井筒容积清水，控制施工压力低于临界压力3-5MPa。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括以下子步骤：
(3.1)以1.2～2.8m3/min的排量继续注入粘度为25-30mPa.s第二中粘清洁聚合物压裂液90-110m3；
(3.2)在步骤(3.1)的排量下用清水顶替第二中粘清洁聚合物压裂液进入地层，持续注入2-4个井筒容积清水，控制施工压力低于临界压力3-5MPa。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括以下子步骤：
(4.1)以1.8～2.5m3/min排量继续注入粘度为35-40mPa.s第三级中粘清洁聚合物压裂液130-150m3；
(4.2)在步骤(3.1)的排量下用清水顶替所述第三级中粘清洁聚合物压裂液进入地层，持续注入3-5个井筒容积清水，控制施工压力低于临界压力3-5MPa。
9.根据权利要求1～8之一所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述间歇式循环注入的排量为0.5～2m3/min变排量进行，每个排量时间间隔20-40min。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，当施工压力上升到距离临界压力值还有5.0MPa时，停泵放喷泄压，当井口压力降低50％后再起泵继续压裂施工。
11.权利要求1～10之一所述方法在干热岩热储改造中的应用。
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