CN116337662B - 一种低温流体-水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温流体‑水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法，属于地热能可再生能源利用领域，涉及从干热岩中采出深层热能的技术。技术方案是采用带有可调节滤失孔的可视化井筒‑裂缝物理模拟试验装置，结合高温恒温箱、耐温摄像机以及带有流量计的压力可控的滤失液收集装置，分区域监测并分析不同控制变量下得到的特征参数，分析每个控制变量的改变对裂缝内相态转化及井筒与裂缝内温度压力的影响规律，根据影响规律进一步制定低温流体‑水交替注入改造热储层时的最佳压裂工艺参数，为低温流体‑水交替压裂过程中的相态控制及冰晶暂堵压裂工艺设计提供技术支持。
Description
技术领域
本发明属于地热能可再生能源利用领域，涉及从干热岩中采出深层热能的技术，具体讲，涉及一种影响地热开采效率的低温流体-水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法。
背景技术
地热能是一种储量大、环境友好的可再生能源。干热岩及中深层热储层中虽含有丰富的地热资源，但埋深大、低孔低渗的特点使得其中的高温资源难以动用。通过人工压裂形成增强型地热系统（EGS）是干热岩及致密中深层地热储层开发的关键技术，复杂的压裂缝网可增强携热流体换热并可减缓冷锋面向生产井的侵入。由于液态CO2、液氮等流体具有低温特性及在热储层中致裂时具有气化膨胀的特征，因此，在人工压裂时常采用液态CO2、液氮等低温流体进行热储层压裂改造，以便在主裂缝周围形成大量次生裂缝。但压裂主裂缝仍主要沿水平最大地应力方向延伸，即在最大主应力方向形成了一定体积的裂缝网络，当压裂形成的次生裂缝与主裂缝偏转角度较小时，形成的裂缝网络对地热系统换热效率的提升幅度有限，因此，有必要通过优化压裂施工工艺参数控制低温流体压裂过程中压裂缝网的形成效果，进而为增强型地热系统的采热效果提升提供支撑。
为进一步强化低温流体压裂过程中压裂缝网形成效果，提高并尽可能形成与主裂缝具有较大偏转角度的次生裂缝，目前提出采用低温流体（液态CO2或液氮）-水交替注入的方法，比如中国专利公开号CN108979609A提供的一种深部干热岩高低温流体交替喷射辅助水力压裂造缝的方法，通过这种方法可以促使微裂隙在低温水基压裂液和高压作用下进一步扩张形成更多微裂缝，反复循环，直至主裂缝和微裂缝相互搭接连通。基于目前的认知，认为该方法机理是来源于温差产生的热应力作用能够显著提高裂缝的数量，形成裂缝网络，裂隙相互导通，提高了渗透性。实际上，更深层的原因是由于裂缝内水在低温流体作用下发生液固相态转化进而实现暂堵压裂效果（固态冰晶作为压裂暂堵剂），进而获得更大规模的裂缝网络。所以说，技术的关键在于如何控制热储层内低温流体-水交替压裂注入参数从而控制裂缝内液固相态的转化进而实现良好的暂堵压裂效果，要想解决这一问题，就必须弄清热储层内低温流体-水交替压裂注入参数对裂缝内液固相态转化过程的影响规律，而现有研究中对这一关键技术的研究均未见报道。即便是上述专利也没有意识到这一点。
因此，针对深而窄的地热井筒，在无法确定热储层内低温流体-水交替压裂注入参数对裂缝内液固相态转化过程的影响规律之前，盲目采用低温流体（液态CO2或液氮）-水交替注入的方法提高压裂缝网形成效果，有时候反而适得其反。基于上述原因，有必要开展低温流体-水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法。
发明内容
为了控制低温流体-水交替注入改造热储层过程中井筒及裂缝内的相态转化，提高压裂缝网的形成效果，本发明提供一种低温流体-水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法，采用该方法对低温流体-水循环注入过程中裂缝内多相流体的相态特征参数及井筒与裂缝内温度与压力变化进行监控、分析和比较，从而得到压裂参数对井筒及裂缝内相态转化以及相应的井筒与裂缝内温度压力的影响规律，为制定低温流体-水交替注入改造热储层时的最佳压裂工艺提供依据。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种低温流体-水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法，具体包括以下步骤：
S1：将带有滤失孔的可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置放在可视高温恒温箱中，恒温箱中设有耐温摄像机；
S2：对滤失孔进行分区；
S3：试验前关闭恒温箱，控制滤失孔开度，设定恒温箱温度以模拟地热储层温度，同时要求试验过程中在控制压力前提下收集滤失流体；
S4：控制流体注入参数，向井筒内注入低温流体，同时监测井筒与裂缝内流体的相态变化，收集滤失孔的低温流体滤失量，据此计算在注入时间段内的低温流体滤失速率；
S5：等注入完流体后，间隔一段时间，继续监测井筒与裂缝内流体的相态变化、温度与压力变化情况和裂缝内流体滤失量，分析间隔时间内低温流体滤失速率；
S6：控制液态水注入参数，向井筒内注入有色液态水，实时监测井筒与裂缝内流体的温度压力变化情况，分析染色水与低温流体的分布规律，并收集低温流体与水的滤失量，并结合步骤S4-S5滤失孔的低温流体滤失量分析滤失量中低温流体与水的含量；
S7：间隔一段时间，监测井筒与裂缝内流体的相态变化和温度与压力变化情况，以及裂缝内流体的滤失量，分析间隔时间内低温流体与水的滤失速率以及滤失流体中低温流体与水的含量；
S8：控制注入参数与S4一样，向井筒内注入低温流体，监测井筒与裂缝内温度压力变化情况、滤失流体中低温流体与水的含量，以及冻结冰晶的形成面积、增长速率和分布位置；
S9：当监测到冰晶生成面积不再增加时，停止低温流体注入，监测停泵后井筒与裂缝内的温度压力变化、滤失流体中低温流体与水的含量、冻结冰晶的开始融化时间、冻结冰晶融化的先后顺序及冻结面积的融化速率；
S10：改变一个控制变量，重复步骤S3-S9，从而分别得到不同控制变量下的特征参数；
S11：对不同控制变量下得到的特征参数进行比较分析，分析每个控制变量的改变对裂缝内相态转化及井筒与裂缝内压力的影响规律，根据影响规律优选出在步骤S4-S8有利于冰晶形成、减少液态水滤失及可有效增加并维持裂缝内压力的控制变量；针对优选出的控制变量，再根据该控制变量下低温流体停止注入后井筒内及裂缝内压力与温度的变化值、冰晶的消融特征参数值，确定防止井筒与裂缝内发生冻结的下一轮次液态水注入间隔时间。
需要说明的是：本发明技术方案步骤S11中所述的“有利于冰晶形成”指的是单位时间内冰晶连续面积增加的更多。步骤S11中所述的“防止井筒与裂缝内发生冻结的下一轮次液态水注入间隔时间”指的是低温流体-水-低温流体交替注入后下一次注入液态水时的间隔时间，所述低温流体-水交替注入形成冰晶暂堵的过程为低温流体-水-低温流体-水-低温流体的持续交替循环注入。本发明控制防止井筒与裂缝内发生冻结的下一轮次液态水注入间隔时间的原因，是因为刚注完低温流体时，井筒或裂缝内温度比较低，如果间隔时间短就转注液态水，在井筒或裂缝内会发生冻结，会使注入的水还没到达裂缝尖端就冻结了，会影响水在裂缝内的运移，进而影响第二轮暂堵压裂效果。
本发明步骤S10所述的控制变量包括：低温流体和液态水的注入时间、注入速率以及各自的温度，滤失孔的开度，模拟的地层温度，步骤S5和S7中的间隔时间。步骤S10所述的特征参数包括：步骤S4和步骤S5得到的低温流体的滤失速率，S6、S7、S8、S9得到的滤失流体中低温流体与水的含量，S4和S5摄像机监测到的相态变化情况，S6摄像机拍下的染色水与低温流体的分布规情况，S8监测到的冻结冰晶的形成面积、增长速率及分布位置，S9监测到的冻结冰晶的开始融化时间、冻结冰晶融化的先后顺序及冻结面积的融化速率，S6、S8、S9中井筒与裂缝内温度压力变化。
下面根据冰晶形成与消融的过程来说明本发明设计上述技术方案的合理性。
冰晶形成与消融的过程：
第一阶段，注入低温流体（液态二氧化碳或液氮），此时对应于现场施工时采用低温流体压裂在储层中形成初始裂缝。
第二阶段，注入水，此时水在已形成的裂缝内流动，与裂缝内已经存在的低温流体形成两相流动，并且这两种流体也在同时从裂缝壁面上滤失。该过程中形成冰晶的可能性较小，原因是地层温度会加热裂缝内流体，同时在加热的过程中低温流体（例如液态CO2）会变为气态增加CO2在裂缝中的滤失速率。
第三阶段，再次注入低温流体，该过程将使已经存在于裂缝内的水在低温作用下形成冰晶，在低温流体不断注入下形成冰晶的面积增加，同时形成的冰晶会在注入流体（低温流体）的驱动下向裂缝尖端移动堆积。此过程，同样也是注入低温流体的造缝过程，此时形成的冰晶就起到了暂堵压裂转向的作用，这就形成了具有较大偏转角度的次生裂缝。当达到低温流体注入时间后，停止注入，此时在地层温度作用下裂缝内冰晶消融，失去暂堵效果。
随后当水再次注入时，对应于现场施工，水就会进入第三阶段形成的次生裂缝，随后再次注入低温流体，形成冰晶暂堵效果。
为了实现上述方法，本发明提供一种试验系统，该系统包括可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置、高温恒温箱、多组温度压力传感器、带有恒速恒压泵的低温流体中间容器和液态水中间容器、耐温摄像机以及带有气体流量计和液体流量计的滤失流体收集器，滤失流体收集器通过背压阀控制压力；所述的可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置包括可视化井筒、可视化裂缝和模拟地层基岩渗透率的滤失孔，所述的可视化裂缝是一个末端封闭的透明夹缝，夹缝两侧壁面以及末端分别均匀开设有小孔作为滤失孔，可视化裂缝的末端作为裂缝尖端；所述的可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置装在高温恒温箱中，所述的可视化井筒底部的筒壁上设有射孔，可视化裂缝与可视化井筒底部的射孔密封导通，所述的温度压力传感器一部分沿可视化井筒壁设置，一部分通过滤失孔插入可视化裂缝中，所述的低温流体中间容器和液态水中间容器分别与可视化井筒顶端密封接通，所述的耐温摄像机固定在恒温箱中，所述的滤失流体收集器与滤失孔接通，接通管路上设有阀门，通过阀门开度控制滤失孔的开度。
进一步的，为了提高可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置的承载能力，在可视化井筒和可视化裂缝上设有加强筋进行束缚。
下面结合每个特征参数的监测意义来说明本发明的积极效果。
1.本发明监测各阶段从裂缝内滤失出流体的量（包括低温流体与水），可以了解裂缝内剩余流体的量及低温流体与水的占比，水滤失的越少，压裂效果越好。
2.因为地层温度对裂缝与井筒也存在加热的作用，所以监测井筒与裂缝中的温度与压力来分析整个“注入低温流体-水-低温流体”过程中裂缝内温度与压力的变化规律，为研究其中流体的相态变化提供依据。
3.本发明监测低温流体滤失速率，主要是分析不同滤失孔开度下对应的液态CO2与水各自的滤失量及裂缝滤失对液态CO2-水交替注入过程中冰晶分布的影响。在实际工程中滤失孔开度代表地层的渗透率大小，滤失孔开度越小对应的就是地层渗透率越低。
4.本发明利用摄像机监测低温流体的相态变化情况，以及染色水与低温流体的分布情况，是为了分析不同注入参数下裂缝内流体在重力与低温流体相变膨胀力作用下低温流体与水的运移分布规律，为分析冻结冰晶的成核位置提供依据。
5.本发明监测冻结冰晶的形成面积、增长速率及分布位置，是由于冻结冰晶的成核与生长过程中也对应于低温流体循环注入时（第二轮注入）的暂堵压裂过程，因此掌握冻结冰晶的形成面积、增长速率及分布位置对于暂堵压裂时次生转向裂缝起裂与扩展规律可提供指导；
6.本发明监测冻结冰晶的开始融化时间、冻结冰晶融化的先后顺序及冻结面积的融化速率，是由于低温流体循环注入停止后，在地层温度作用下裂缝内冰晶开始融化，地层温度不同对应的冰晶暂堵的消除时间也不同。当冰晶融化后，将开展低温流体-水-低温流体-水循环注入过程中第二轮水的注入。因此掌握冻结冰晶的开始融化时间、冻结冰晶融化的先后顺序及冻结面积的融化速率，结合该过程中滤失流体中低温流体与水的含量变化规律，确定第二轮注水的时机与注入量。
总之，本发明提出的低温流体-水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法，是通过不断改变控制变量干预（或者说控制）冰晶在井筒中的相态转化进而起到储层暂堵压裂的效果（此时裂缝内压力提升），在此过程中获取一系列特征参数值，对不同变量下的特征参数值分析，分析特征参数值的分布规律或者说影响规律，从规律中提取到控制变量的优选值，在实际中利用优选值实施低温流体-水交替压裂时，可以促使冰晶的相态转化朝着有利于压裂造缝的方向发展，形成与主裂缝具有较大偏转角度的次生裂缝，从而提高裂缝的数量和裂隙相互导通性，进一步提高热储层的热开采效率。
附图说明
图1是实现本发明方法的试验系统实施例的示意图；
图2是图1中滤失孔与滤失流体收集器的接通关系图；
图3是图1中裂缝尖端的左视图。
图4是本发明试验方法的流程框图。
图中：1-恒速恒压泵；2-低温流体CO2中间容器；3-液态水中间容器；4-密封盖；5-设在井筒内的温度压力传感器；6-可视化井筒；7-可视化裂缝；8-射孔；9-加强筋；10-恒温箱；11-滤失孔；12-耐温摄像机；13-裂缝尖端；14-滤失流体收集器；141-分区的滤失孔；142-气体流量计；143-液体流量计；15-开度可调阀门；16-背压阀。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合三个实施例和附图1-附图4，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
本发明整体技术方案实施步骤见附图4，在此不再详述，下面通过三个实施例分开详细叙述改变不同控制变量时的具体实施过程。
实施例1：模拟液态CO2-水交替注入过程中裂缝内相态变化过程，监测分析液态CO2-水交替注入过程中各流体注入量及交替注入间隔时间对相态转化的影响规律，提出液态CO2-水交替注入冰晶暂堵压裂施工方案。
步骤1：组装试验系统
步骤1.1：首先组装可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置，从附图1中看出，所述的可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置整体包括带密封盖4的可视化井筒6和可视化裂缝7，可视化裂缝7实质上是由两块耐温玻璃（例如钛酸钙玻璃）平行设置形成的末端封闭的夹缝，夹缝两侧壁面设有滤失孔11，夹缝末端作为裂缝尖端13（见附图3），从附图3中看出，裂缝尖端13也设有滤失孔11；所述可视化井筒6与可视化裂缝7通过金属连接桥连接，连接处通过耐温密封胶密封，从而使可视化井筒6的底部射孔8与可视化裂缝7导通；所述可视化井筒6与可视化裂缝7均通过金属加强筋9束缚，使其承压能力可达到5MPa以上；
步骤1.2：然后将可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置置于高温恒温箱10中，并在恒温箱10中固定一耐温摄像机12，沿可视化井筒6的筒壁设多个温度压力传感器，也就是附图1所示的设在井筒内的温度压力传感器5，用于监测可视化井筒6内不同高度的温度和压力，连接方式是，设在井筒内的温度压力传感器5通过螺纹固定在井筒的多级接头上，在可视化裂缝内通过滤失孔11插入温度压力传感器；可视化井筒6顶端与置于试验装置外的低温流体CO2中间容器2和液态水中间容器3接通，从附图1看出，低温流体CO2中间容器2和液态水中间容器3的底端分别连接恒速恒压泵1，低温流体CO2中间容器2和液态水中间容器3的顶端分别穿过可视化井筒6的密封盖4伸入可视化井筒6中；试验前，首先对滤失孔11进行分区，每个区的滤失孔分别与一滤失流体收集器14接通，接通管路上设有开度可调阀门15，通过调整阀门控制滤失孔11的开度，滤失流体收集器14通过背压阀16控制压力；例如附图2示出的就是其中一个区与滤失流体收集器14接通的状况，从附图2看出，分区的滤失孔141在滤失流体收集器14的气体和液体流量分别由气体流量计142和液体流量计143监测；
所述的背压阀设置压力为Pi（Pi小于5MPa）；
滤失孔分区遵循的原则是：同一区的温度或者压力尽可能偏差小，分区的目的可以明确裂缝内不同区域的滤失情况和冰晶的生成速率（冰晶形成过程中对应着该区域滤失量降低，当冰晶暂堵形成时对应区域无滤失），为分析冰晶的形成和分布提供支持；
步骤2：调整滤失孔11开度为1/4，控制裂缝内流体的滤失；
步骤3：试验前先关闭恒温箱10隔热门，设定恒温箱10温度为Trock以模拟地热储层温度，待达到Trock后保温6h，同时要求试验过程中在控制压力前提下收集滤失流体，控制压力的原因是在地层中孔隙内流体是具有一定孔隙压力的，通过控制滤失流体压力以模拟地层孔隙压力模拟地层孔隙压力；
步骤4：采用恒速恒压泵1通过低温流体CO2中间容器2向可视化井筒6内注入液态CO2，控制注入流速为Uco2-1，注入温度为Tco2-1，液态CO2注入时间为T1，采用井筒与裂缝内布置的压力与温度传感器分析井筒与裂缝内低温流体的温度压力演化情况，通过耐温摄像机12分析井筒与裂缝内流体的相态变化，该过程用于模拟低温流体的压裂造缝阶段，通过滤失流体收集器14收集裂缝面上各分区的液态CO2滤失量，采用气体流量计测得的体积流速为VL-1(m3/h)，质量流速为VL-1*ρLT(kg/h)，其中ρLT代表低温流体在储层温度条件下的密度；通过滤失量和体积流速计算液态CO2滤失速率；
步骤5：间隔时间T2，继续监测井筒与裂缝内流体的温度与压力变化情况，监测并分析间隔时间T2内低温流体的滤失速率VL-2*ρLT(kg/h)；所述的T2可设置为Tco2-1的1/10、1/20或1/40；
步骤6：采用恒速恒压泵1通过液态水中间容器3向可视化井筒6内注入液态水（液态水采用染色剂染色），控制注入流速为Uw，注入温度为Tw，液态水的注入时间为T3，采用井筒与裂缝内布置的压力与温度传感器分析井筒与裂缝内流体的温度压力演化情况，采用耐温摄像机12分析染色水与低温流体CO2的分布情况，通过滤失流体收集器14收集滤失流体，并根据收集的滤失流体的量以及低温流体CO2和水的滤失速率计算分析各个区的滤失流体中低温流体CO2与水的含量，其中低温流体CO2滤失速率VL-3*ρLT(kg/h)通过气体流量计进行监测，水的滤失速率VW-3*ρW(kg/h)通过液体流量计监测，其中ρW代表水的密度；
步骤7：间隔时间T4，监测井筒与裂缝内流体的温度与压力变化，分析间隔时间内低温流体CO2的滤失速率VL-4*ρLT(kg/h)，水的滤失速率VW-4*ρW(kg/h)；所述的T4可设置为Tco2-1的1/10、1/20或1/40；
步骤8：采用恒速恒压泵1通过低温流体CO2中间容器2向可视化井筒6内注入液态CO2以模拟低温流体-水-低温流体的交替注入，设注入流速为Uco2-5，注入温度为Tco2-5，液态CO2注入时间为T5，监测井筒与裂缝内温度压力变化情况，监测冻结冰晶的成核时间及位置、形成面积、增长速率、分布位置，通过滤失流体收集器14收集并分析滤失流体中低温流体CO2与水的含量，其中低温流体滤失速率VL-5*ρLT(kg/h)通过气体流量计进行监测，水的滤失速率VW-5*ρW(kg/h)通过液体流量计监测；
要求Uco2-5、Tco2-5、T5分别与步骤4中的Uco2-1、Tco2-1、T1相等；
步骤9：当监测到冰晶生成面积不再增加时，停止低温流体注入，监测停泵后井筒与裂缝内温度压力，监测冰晶开始融化时间、融化的先后顺序及冻结面积的融化速率，通过滤失流体收集器14收集并分析滤失流体中低温流体CO2与水的含量；
步骤10：改变各流体注入时间，重复步骤4-步骤9，改变第一次液态CO2注入时间为T1，此时液态CO2注入量为Uco2-1*T1，改变第一次液态水的注入时间为T3，液态水的注入量为Uw*T3，改变第二次液态CO2注入时间为T5，此时液态CO2注入量为Uco2-5* T5；
同理，改变液态CO2与水交替注入时的间隔时间T2与T4，重复步骤4-步骤9；
步骤11：综合比较分析步骤10中得到的交替注入过程中各流体注入量以及注入间隔时间对冰晶特征参数（冻结冰晶的成核时间及位置、形成面积、增长速率、分布位置、开始融化时间、融化的先后顺序及冻结面积的融化速率）与滤失特征参数（多相流体在交替注入过程中各自的滤失情况）以及井筒与裂缝内温度压力特征的影响规律，根据影响规律优选出在步骤4-步骤8有利于冰晶形成、减少液态水滤失及可有效增加并维持裂缝内压力的控制变量（包括交替注入过程中在井筒内防止冰晶形成、在裂缝内利于冰晶形成并可提升裂缝内压力的各流体最优注入量以及注入间隔时间）；针对优选出的控制变量，再根据该控制变量下低温流体停止注入后井筒内及裂缝内压力与温度的变化值、冰晶的消融特征参数值，确定防止井筒与裂缝内发生冻结的下一轮次注入液态水间隔时间，进而给出针对该储层温度条件下的最佳液态CO2-水交替压裂设计方案。
实施例2：采用本发明提出的试验方案，模拟不同储层温度条件下液态CO2-水交替注入过程中裂缝内相态变化过程，提出不同储层温度条件下液态CO2-水交替注入冰晶暂堵压裂施工方案。
实施例二是在实施例一基础上增加步骤12，在步骤12中改变步骤3中恒温箱10的温度Trock以模拟不同地热储层温度，重复步骤4-步骤11，分析不同地层温度Trock时交替注入过程中的各流体最优注入量以及注入间隔时间，进而给出不同储层温度条件下的最佳液态CO2-水交替压裂设计方案。
实施例3：采用本发明提出的试验方案，模拟不同裂缝滤失条件下液态CO2-水交替注入过程中裂缝内相态变化过程，提出不同裂缝滤失条件下液态CO2-水交替注入冰晶暂堵压裂施工方案。
实施例三是在实施例一基础上增加步骤12，在步骤12中改变步骤2中开度可调阀门15的开度（1/6、1/8、1/10）控制裂缝内流体的滤失速率以模拟不同裂缝滤失条件（对应为基岩渗透率，基岩渗透率越大裂缝滤失率越大），重复步骤4-步骤11，分析不同裂缝滤失条件下交替注入过程中的各流体最优注入量以及注入间隔时间，进而给出不同裂缝滤失条件（对应为基岩渗透率）下的最佳液态CO2-水交替压裂设计方案。
以上只是实现本发明方法的几个实施例，并不作为对本发明技术方案的限制，在实际中可以仅改变一个控制变量或者同时改变几个控制变量，其目的是定性研究每个控制变量对裂缝内冰晶生成的影响规律，从而优选出低温流体-水交替注入改造热储层时的最佳压裂工艺参数，所以保护范围应该以权利要求书记载的为准。
Claims (3)
1.一种低温流体-水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将带有滤失孔的可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置放在可视高温恒温箱中，恒温箱中设有耐温摄像机；
所述的可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置包括可视化井筒、可视化裂缝和模拟渗透率的滤失孔，所述的可视化裂缝是一个末端封闭的透明夹缝，夹缝两侧壁面以及末端分别均匀开设有小孔作为滤失孔，可视化裂缝的末端作为裂缝尖端；所述的可视化井筒底部的筒壁上设有射孔，可视化裂缝与射孔密封导通；
S2：对滤失孔进行分区；
S3：试验前关闭恒温箱，控制滤失孔开度，设定恒温箱温度以模拟地热储层温度，同时要求试验过程中在控制压力前提下收集滤失流体；
S4：控制流体注入参数，向井筒内注入低温流体，同时监测井筒与裂缝内流体的相态变化，收集滤失孔的低温流体滤失量，据此计算在注入时间段内的低温流体滤失速率；
S5：等注入完流体后，间隔一段时间，继续监测井筒与裂缝内流体的相态变化、温度与压力变化情况和裂缝内流体滤失量，分析间隔时间内低温流体滤失速率；
S6：控制液态水注入参数，向井筒内注入有色液态水，实时监测井筒与裂缝内流体的温度压力变化情况，分析染色水与低温流体的分布规律，并收集低温流体与水的滤失量，并结合步骤S4-S5滤失孔的低温流体滤失量分析滤失量中低温流体与水的含量；
S7：间隔一段时间，监测井筒与裂缝内流体的相态变化和温度与压力变化情况，以及裂缝内流体的滤失量，分析间隔时间内低温流体与水的滤失速率以及滤失流体中低温流体与水的含量；
S8：控制注入参数与S4一样，向井筒内注入低温流体，监测井筒与裂缝内温度压力变化情况、滤失流体中低温流体与水的含量，以及冻结冰晶的形成面积、增长速率和分布位置；
S9：当监测到冰晶生成面积不再增加时，停止低温流体注入，监测停泵后井筒与裂缝内的温度压力变化、滤失流体中低温流体与水的含量、冻结冰晶的开始融化时间、冻结冰晶融化的先后顺序及冻结面积的融化速率；
S10：改变一个控制变量，重复步骤S3-S9，从而分别得到不同控制变量下的特征参数；
S11：对不同控制变量下得到的特征参数进行比较分析，分析每个控制变量的改变对裂缝内相态转化及井筒与裂缝内压力的影响规律，根据影响规律优选出在步骤S4-S8有利于冰晶形成、减少液态水滤失及可有效增加并维持裂缝内压力的控制变量；针对优选出的控制变量，再根据该控制变量下低温流体停止注入后井筒内及裂缝内压力与温度的变化值、冰晶的消融特征参数值，确定防止井筒与裂缝内发生冻结的下一轮次液态水注入间隔时间。
2.如权利要求1所述的一种低温流体-水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法，其特征在于,该方法所使用的试验系统包括可视化井筒-裂缝物理模拟试验装置、高温恒温箱、多组温度压力传感器、低温流体中间容器和液态水中间容器、耐温摄像机以及带有气体流量计和液体流量计的滤失流体收集器；所述的温度压力传感器一部分沿可视化井筒壁设置，一部分通过滤失孔插入可视化裂缝中，所述的低温流体中间容器和液态水中间容器分别与可视化井筒顶端密封接通，所述的耐温摄像机固定在恒温箱中，所述的滤失流体收集器与滤失孔接通，接通管路上设有阀门。
3.如权利要求2所述的一种低温流体-水交替注入冰晶暂堵相态控制试验方法，其特征在于，在可视化井筒和可视化裂缝上设有加强筋进行束缚。
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