CN114458270A - 一种提高长裸眼段干热岩井垂向改造程度的方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高长裸眼段干热岩井垂向改造程度的方法与应用，所述方法包括以下步骤：步骤1、将长裸眼段划分为多个压裂段；步骤2、变密度定面射孔；步骤3、采用胶液大排量压开地层，使整个射孔段全部压开；步骤4、采用高温暂堵剂和纤维复合封堵已压开井段；步骤5、重复步骤2～4，压开所有裸眼段；步骤6、大液量清水压裂，沟通纵向多段，形成复杂裂缝和巨大裂缝体积。本发明所述方法不仅使长裸眼段全部得到改造，且裂缝面处于同一平面内，裂缝改造体积提高3倍以上，避免了水线短路和扭曲，降低注水井注入压力，极大提高了换热效率，使采出井保持较高的流量和温度，为地热高效率发电、取暖等创造条件。
Description
技术领域
本发明涉及干热岩垂向改造，尤其涉及一种提高长裸眼段干热岩井垂向改造程度的方法与应用，适用于高温干热岩压裂改造大幅度增加热储换热体积。
背景技术
干热岩是一种埋藏于地下3000-10000m，岩性以花岗岩为主，温度大于180℃，岩石内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体，我国藏南、云南西部、东南沿海等地区均发育着可大规模利用的干热岩资源。干热岩孔隙度、渗透率极差，要动用此类资源，须通过压裂改造增加干热岩换热体积，循环注水将热置换出来后方可用于发电、取暖等。目前干热岩井(直井和斜度井)均采用500m-600m左右的长裸眼完井，鉴于高温裸眼封隔器技术不成熟，压裂改造主要采用清水大规模笼统压裂技术，施工排量1.5-3m3/min，单井液量20000-30000m3，在低排量、低粘度压裂条件下，纵向压开150m左右，难以将500m-600m长的高温裸眼段全部压开，导致换热体积小，采出的流量低且不稳定，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。
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。没有涉及到干热岩井长裸眼段全部压裂改造的工艺方法。
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。没有涉及到干热岩井长裸眼段全部压裂改造的工艺方法。
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，没有涉及到考虑加砂措施来形成支撑条带，保持注水过程中的裂缝长期导流能力的方法。没有涉及到干热岩井长裸眼段全部压裂改造的工艺方法。
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。没有涉及到干热岩井长裸眼段全部压裂改造的工艺方法。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种提高长裸眼段干热岩井垂向改造程度的方法与应用，在所述方法中，通过变密度定面射孔与缝口暂堵相结合，先将长裸眼段划分为多段，用电缆射孔枪在第一段沿最大主应力方位定面射孔，射孔后将射孔枪上提到井口密封装置内，从套管注液进行第一段压裂，压完后投暂堵剂和纤维封堵第一压裂段，再将电缆射孔枪下放到第二段射孔位置进行定面射孔，射孔完成上提射孔枪到井口密封装置内，继续压裂第二段，再次投暂堵剂和纤维封堵第二段裂缝，依次类推，使所有裸眼段均压开后再进行正式的大规模清水压裂，最终得到纵向裸眼段全部改造且裂缝面处于同一平面的裂缝网络系统，不仅大大提高裂缝换热体积，而且后期的循环注入换热过程避免了水线短路和扭曲，将降低注水井注入压力，极大提高换热效率，使采出井保持较高的流量和温度，为地热高效率发电、取暖等创造条件。
本发明一方面提供了一种提高长裸眼段干热岩井垂向改造程度的方法，具体体现在以下几个方面：
(1)一种提高长裸眼段干热岩井垂向改造程度的方法，包括以下步骤：
步骤1、将长裸眼段划分为多个压裂段；
步骤2、变密度定面射孔；
步骤3、采用胶液大排量压开地层，使整个射孔段全部压开；
步骤4、采用高温暂堵剂和纤维复合封堵已压开井段；
步骤5、重复步骤2～4，压开所有裸眼段；
步骤6、大液量清水压裂，沟通纵向多段，形成复杂裂缝和巨大裂缝体积。
(2)根据上述(1)所述的方法，其中，在步骤1中，将400-600m裸眼段划分为2～6个压裂段，优选3-5个压裂段。
(3)根据上述(1)所述的方法，其中，在步骤2中，在第一压裂段沿最大主应力方位进行变密度定面射孔。
(4)根据上述(3)所述的方法，其中，步骤2所述变密度射孔如下分布：下部2-4簇，每簇长1.0-1.5m，每簇孔密20-24孔/m，上部2-3簇，每簇长0.5-1.0m，每簇孔密12-16/m。沿最大主应力方位射孔。
(5)根据上述(1)所述的方法，其中，在步骤3中，所述胶液的黏度为40-60mPa.s；和/或，施工排量采用限压下的最大排量。
(6)根据上述(5)所述的方法，其中，在步骤3中，所述胶液以2～3m3/min的排量注入，注入液量为200～300m3。
(7)根据上述(1)所述的方法，其中，在步骤4中，所述高温暂堵剂耐温200℃。
(8)根据上述(1)～(7)之一所述的方法，其中，所述高温暂堵剂和纤维的重量用量比为1：(0.18～0.22)，优选为1：(0.19～0.21)。
(9)根据上述(8)所述的方法，其中，所述方法如下进行：
1)将长裸眼段划分为多个压裂段；
2)采用电缆带射孔枪在第一压裂段沿最大主应力方位进行变密度定面射孔；
3)从套管注液进行第一段压裂、采用胶液大排量压开地层；
4)压完后投暂堵剂和纤维封堵第一压裂段；
5)再将电缆射孔枪下放到第二段射孔位置进行定面射孔，射孔完成上提射孔枪到井口密封装置内，继续压裂第二段、采用胶液大排量压开地层，再次投暂堵剂和纤维封堵第二段裂缝，依次类推；
(6)待所有裸眼段均压开后大液量清水压裂，沟通纵向多段，形成复杂裂缝和巨大裂缝体积。
本发明第二方面在于提供本发明第一方面所述方法在长裸眼段干热岩井垂向改造压裂中的应用。
按照压裂设计液量和排量进行正式压裂施工，扩展横向裂缝，同时进一步沟通纵向裂缝，形成巨大裂缝体积。最终得到纵向裸眼段全部改造且裂缝面处于同一平面的裂缝网络系统，不仅大大提高裂缝换热体积，而且后期的循环注入换热过程避免了水线短路和扭曲，将降低注水井注入压力，极大提高换热效率，使采出井保持较高的流量和温度，为地热高效率发电、取暖等创造条件。
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。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明针对长裸眼段完井的高温干热岩井，主要效果体现在以下两方面：(1)使高温长裸眼段全部得到改造，换热体积将提高3倍以上；(2)长裸眼段的裂缝面处于同一平面，避免了注入水线短路和扭曲，将降低注水井注入压力和提高换热效率。
附图说明
图1示出常规笼统压裂裂缝示意图；
图2示出裸眼段全部压开示意图；
图3纵向裂缝沟通与横向裂缝扩展与示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施方式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。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。
本发明通过变密度定面射孔与缝口暂堵相结合，先将长裸眼段划分为N段，用电缆射孔枪在第一段沿最大主应力方位定面射孔，射孔后将射孔枪上提到井口密封装置内，从套管注液进行第一段压裂，压完后投暂堵剂和纤维封堵第一压裂段，再将电缆射孔枪下放到第二段射孔位置进行定面射孔，射孔完成上提射孔枪到井口密封装置内，继续压裂第二段，再次投暂堵剂和纤维封堵第二段裂缝，依次类推，使所有裸眼段均压开后再进行正式的大规模清水压裂，最终得到纵向裸眼段全部改造且裂缝面处于同一平面的裂缝网络系统，不仅大大提高裂缝换热体积，而且后期的循环注入换热过程避免了水线短路和扭曲，将降低注水井注入压力，极大提高换热效率，使采出井保持较高的流量和温度，为地热高效率发电、取暖等创造条件。
本发明的目的之一在于提供一种提高长裸眼段干热岩井垂向改造程度的方法，包括以下步骤：
步骤1、将长裸眼段划分为多个压裂段。
在一种优选的实施方式中，在步骤1中，将400-500m裸眼段划分为2～6个压裂段，优选3-5个压裂段，更优选为4段。
其中，依据长裸眼段的垂向应力剖面和裂缝模拟的缝高延伸情况，将长裸眼段划分为多个压裂段。
步骤2、变密度定面射孔。
在一种优选的实施方式中，在步骤2中，(采用电缆带射孔枪)在第一压裂段沿最大主应力方位进行变密度定面射孔。
在进一步优选的实施方式中，步骤2所述变密度射孔如下分布：下部2-4簇，每簇长1.0-1.5m，每簇孔密20-24/m，上部2-3簇，每簇长0.5-1.0m，每簇孔密12-16/m。沿最大主应力方位射孔。
其中，所述变密度定面射孔是指单位射孔长度下的射孔孔眼数非均匀分布。
在本发明中，先将长裸眼段划分为多段，用电缆射孔枪在第一段沿最大主应力方位定面射孔，射孔后将射孔枪上提到井口密封装置内，从套管注液进行第一段压裂。
步骤3、采用胶液大排量压开地层，使整个射孔段全部压开。
在一种优选的实施方式中，在步骤3中，所述胶液的黏度为40-60mPa.s，优选为50mPa.s。
在进一步优选的实施方式中，在步骤3中，所述胶液以2～3m3/min的排量注入，注入液量为200～300m3。
在一种优选的实施方式中，在步骤3中，施工排量采用限压下的最大排量。
步骤4、采用高温暂堵剂和纤维复合封堵已压开井段。
在一种优选的实施方式中，在步骤4中，所述高温暂堵剂耐温200℃，其粒径为1mm～2mm目。
在进一步优选的实施方式中，所述高温暂堵剂和纤维的重量用量比为1：(0.18～0.22)，优选为1：(0.19～0.21)。
其中，采用清水为压裂液注入高温暂堵剂和纤维，高温暂堵剂在清水压裂液中固液比为1.0-1.5％，优选为1.1％-1.3％；和/或，纤维在清水压裂液中中固液比为0.20-0.28％，优选为0.22-0.25％。
步骤5、重复步骤2～4，压开所有裸眼段。
重复射孔、压开、封堵等过程，使纵向各个小段均压开。
在本发明所述方法中，从套管注液进行第一段压裂，压完后投暂堵剂和纤维封堵第一压裂段，再将电缆射孔枪下放到第二段射孔位置进行定面射孔，射孔完成上提射孔枪到井口密封装置内，继续压裂第二段，再次投暂堵剂和纤维封堵第二段裂缝，依次类推，使所有裸眼段均压开后再进行正式的大规模清水压裂。
步骤6、大液量清水压裂，沟通纵向多段，形成复杂裂缝和巨大裂缝体积。
在一种优选的实施方式中，在步骤6中，所述清水以1.5～2.0m3/min的排量注入，注入液量为5000～7000m3。
按照压裂设计液量和排量进行正式压裂施工，扩展横向裂缝，同时进一步沟通纵向裂缝，形成巨大裂缝体积。最终得到纵向裸眼段全部改造且裂缝面处于同一平面的裂缝网络系统，不仅大大提高裂缝换热体积，而且后期的循环注入换热过程避免了水线短路和扭曲，将降低注水井注入压力，极大提高换热效率，使采出井保持较高的流量和温度，为地热高效率发电、取暖等创造条件。
本发明所述方法的关键在于：(1)无明显应力差异裸眼段精细分段使裂缝高度在可控范围内；(2)变密度定面射孔使所分小段一次性全部压开且使不同小段裂缝处于同一平面；(3)复合暂堵封堵裸眼段裂缝；(4)胶液与大规模清水结合沟通纵向裂缝与扩展横向裂缝。
本发明所述方法适用于长裸眼段干热岩井压裂构建热储作业，针对裸眼段长400-600m的干热岩井，利用变密度定面射孔、胶液大排量压裂与高温暂堵剂相结合使长裸眼段全部压开，再用清水大规模压裂沟通纵向裂缝与扩展横向裂缝，不仅使长裸眼段全部得到改造，且裂缝面处于同一平面内，裂缝改造体积提高3倍以上，避免了水线短路和扭曲，降低注水井注入压力，极大提高了换热效率，使采出井保持较高的流量和温度，为地热高效率发电、取暖等创造条件。
本发明目的之二在于提供本发明目的之一所述方法在长裸眼段干热岩井垂向改造压裂中的应用。
【实施例】
实施例中采用的原料，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。
液体准备：根据具体某干热岩井压裂设计要求，准备1.1倍设计用量的胶液和清水。
裸眼段分段：将500m长裸眼段划分为4压裂段。
第一压裂段变密度定面射孔：用电缆带射孔枪进行第一段射孔，分4簇射孔，下部2簇，每簇长1.0m，每簇孔密20/m，上部2簇，每簇长1.0m，每簇孔密16/m。射孔方位：最大主应力方位。
胶液大排量压开地层：用黏度50mPa.s胶液100方、以2.0-3.0m3/min的排量在井口限压下压开地层。
采用携带有高温暂堵剂和纤维的清水进行复合封堵已压开井段，其中，高温暂堵剂和纤维以1：0.2的重量比组合。
重复步骤2～4，压开所有裸眼段：重复射孔、压开、封堵等过程，使纵向各个小段均压开。
大液量清水压裂(注入清水6000m3、排量为2.0m3/min)，沟通纵向多段，形成复杂裂缝和巨大裂缝体积：按照压裂设计液量和排量进行正式压裂施工，扩展横向裂缝，同时进一步沟通纵向裂缝，形成巨大裂缝体积。
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 (10)
1.一种提高长裸眼段干热岩井垂向改造程度的方法，包括以下步骤：
步骤1、将长裸眼段划分为多个压裂段；
步骤2、变密度定面射孔；
步骤3、采用胶液大排量压开地层，使整个射孔段全部压开；
步骤4、采用高温暂堵剂和纤维复合封堵已压开井段；
步骤5、重复步骤2～4，压开所有裸眼段；
步骤6、大液量清水压裂，沟通纵向多段，形成复杂裂缝和巨大裂缝体积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，将400-600m裸眼段划分为2～6个压裂段，优选3-5个压裂段。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，在第一压裂段沿最大主应力方位进行变密度定面射孔。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2所述变密度射孔如下分布：下部2-3簇，每簇长1.0-1.5m，每簇孔密20-24孔/m，上部2-4簇，每簇长0.5-1.0m，每簇孔密12-16/m。沿最大主应力方位射孔。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，所述胶液的黏度为40-60mPa.s；和/或，施工排量采用限压下的最大排量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤3中，所述胶液以2～3m3/min的排量注入，注入液量为200～300m3。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，所述高温暂堵剂耐温200℃。
8.根据权利要求1～7之一所述的方法，其特征在于，所述高温暂堵剂和纤维的重量用量比为1：(0.18～0.22)，优选为1：(0.19～0.21)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法如下进行：
(1)将长裸眼段划分为多个压裂段；
(2)采用电缆带射孔枪在第一压裂段沿最大主应力方位进行变密度定面射孔；
(3)从套管注液进行第一段压裂、采用胶液大排量压开地层；
(4)压完后投暂堵剂和纤维封堵第一压裂段；
(5)再将电缆射孔枪下放到第二段射孔位置进行定面射孔，射孔完成上提射孔枪到井口密封装置内，继续压裂第二段、采用胶液大排量压开地层，再次投暂堵剂和纤维封堵第二段裂缝，依次类推；
(6)待所有裸眼段均压开后大液量清水压裂，沟通纵向多段，形成复杂裂缝和巨大裂缝体积。
10.权利要求1～9之一所述方法在长裸眼段干热岩井垂向改造压裂中的应用。
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- 2020-10-22 CN CN202011136329.2A patent/CN114458270A/zh active Pending
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