CN116696310A - 一种干热岩勘查开发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种干热岩勘查开发方法，所述方法包括：对开发场地进行地质勘查，获取开发场地地质条件参数，根据所述地质条件参数，选择勘探井井位，并进行勘探井钻探、测井、岩心物理力学参数测试，获得参数测试结果；基于所述地质条件参数以及所述参数测试结果，获取更新后的地质条件参数，基于所述更新后的地质条件参数，进行注采井型设计，按照设计的所述注采井型实施注采井钻井施工，施工完成后，实施分段射孔和分段压裂造储，使注采井井筒之间形成拉链式沟通裂缝；利用所述注采井和所述沟通裂缝实现热量提取。本发明可以提高钻井连通成功率、提高井间连通性、提高换热效率，具有可复制、可推广性。
Description
技术领域
本发明涉及干热岩资源开采技术领域，尤其涉及一种干热岩勘查开发方法。
背景技术
随着全球能源资源安全和各国碳达峰碳中和战略的凸显，深部干热岩资源已成为世界各国重点研究的战略清洁能源。干热岩是指埋藏于3-10千米深度地下内部不含水或蒸汽的高温岩体，以花岗岩等火成岩为主，温度高于180℃，具有高温、坚硬和致密的特点，干热岩内所能蕴含的热能是开发利用的对象，一般用于发电、供暖等。干热岩潜力巨大、分布广、绿色可持续，据估计地壳深部干热岩所蕴含的能量相当于全球化石能源总能量的30倍。
近年来，国内外在干热岩资源勘查开发关键技术攻关方面投入越来越大，但由于干热岩资源在温度、岩性、致密程度等与传统地热具有显著的不同，开发难度、工程成本、地质风险等因素严重制约了干热岩勘查开发产业化进程，主要的问题为如何实现井间的高效连通与换热，从而支撑实现干热岩热量规模化的利用。
发明内容
本申请的目的之一是提供一种干热岩勘查开发方法，以解决现有技术中干热岩开发井组连通难度大、采收率低等工程技术问题。
根据本发明一方面的一个实施例，提供了一种干热岩勘查开发方法，所述方法包括：
步骤1：对开发场地进行地质勘查，获取开发场地地质条件参数，所述地质条件参数包括：场内断裂构造，地应力分布及天然裂隙；
步骤2：根据所述地质条件参数，选择勘探井井位，制定所述勘探井的地质设计，并进行勘探井钻探、测井、岩心物理力学参数测试，获得参数测试结果；
步骤3：基于所述地质条件参数以及所述参数测试结果，获取更新后的地质条件参数，所述更新后的地质条件参数包括：场内断裂构造，地应力分布，干热岩体内天然裂隙；
步骤4：基于所述更新后的地质条件参数，进行注采井型设计，其中，所述注采井包括：注入井和采出井；其中，所述注采井型设计遵循的原则包括：井身轨道以60-90度大角度穿过天然裂隙；遵循地应力机制和主应力方向；以及井眼与场地内断裂构造保持不小于1000米的安全距离
步骤5：按照设计的注采井型实施注采井钻井施工，施工完成后，实施分段射孔和分段压裂造储，使注采井井筒之间形成拉链式沟通裂缝；
步骤6：利用所述注采井和所述沟通裂缝实现热量提取，包括：从注入井注入采热工质，经井筒和沟通裂缝换热后，从采出井采出被干热岩加热的采热工质，经地面综合利用后，回注至注入井，形成注采循环和热量提取。
其中，所述对开发场地进行地质勘查，获取开发场地地质条件参数的步骤包括：
采用电法、磁法、二维地震、三维地震联合手段，获取开发场地地质条件参数。
其中，所述根据所述地质条件参数，选择勘探井井位包括：
勘探井井位选择在场地地质勘查结果中天然裂隙最为发育的位置。
其中，所述勘探井采用地质岩心钻探方法实施，干热岩层位连续取心钻进。
其中，所述参数测试结果包括：精细地层层序、岩性、裂隙特征和地应力参数，其中，所述裂隙特征包括：数量、倾向、倾角、张开性、充填物成分。
其中，所述注采井井型采用分支井方式设计。
其中，所述多分支井各井眼在目标层内井间距离控制在150-1000米范围内。
其中，所述采热工质包括：温度低于预设温度的水、液态二氧化碳、或液氮。
其中，所述注采井采用近平衡、欠平衡成井工艺施工，保护干热岩天然裂隙储层，防止裂隙堵塞。
本发明的有益效果：
本发明实施例提出一种干热岩勘查开发方法，本发明所述方法在构造条件、地应力特征、天然裂隙分布等地质条件详细勘查的前提下，有效结合地质岩心钻探、注采井型设计、定向钻进、分段压裂等方法，实现钻井以最优方式穿越最多的天然裂隙，保证注采井之间的沟通裂缝数量。
本发明所述方法可以提高钻井连通成功率、提高井间连通性、提高换热效率，具有可复制、可推广性。
本发明所述方法适用于不同地质条件避免了对特定地质条件的要求，降低了勘查开发成本。
本领域普通技术人员将了解，虽然下面的详细说明将参考图示实施例、附图进行，但本申请并不仅限于这些实施例。而是，本申请的范围是广泛的，且意在仅通过后附的权利要求限定本申请的范围。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本发明实施例所述一种干热岩勘查开发方法流程图。
图2是根据本发明一个实施例的干热岩勘查开发原理示意图。
图3是根据本发明另一个实施例的干热岩勘查开发原理示意图。
本领域普通技术人员将了解，虽然下面的详细说明将参考图示实施例、附图进行，但本申请并不仅限于这些实施例。而是，本申请的范围是广泛的，且意在仅通过后附的权利要求限定本申请的范围。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中的术语“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本发明实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
后面所讨论的方法（其中一些通过流程图示出）可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或者其任意组合来实施。当用软件、固件、中间件或微代码来实施时，用以实施必要任务的程序代码或代码段可以被存储在机器或计算机可读介质（比如存储介质）中。（一个或多个）处理器可以实施必要的任务。
这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
还应当提到的是，在一些替换实现方式中，所提到的功能/动作可以按照不同于附图中标示的顺序发生。举例来说，取决于所涉及的功能/动作，相继示出的两幅图实际上可以基本上同时执行或者有时可以按照相反的顺序来执行。
附图2及附图3中编号对应的含义
1-勘探井
2-场内断裂构造
3-干热岩体内天然裂隙
4-注入井
5-采出井
6-采热工质
7-地面发电与综合利用设施
8-多分支注入井
9-多分支采出井
图2与图3的主要区别在于注入井及采出井井型不同。
本发明的目的是解决干热岩开发井组连通难度大、采收率低等工程技术问题。本发明基于构造条件、地应力特征、天然裂隙分布地质条件详细勘查，有效结合地质岩心钻探、注采井型设计、定向钻进、分段压裂方法，聚焦可复制、可推广目标，提供一种面向干热岩产业化的干热岩勘查开发方法，解决井间连通性低、井下换热不充分的问题，是一种实现规模化经济开采的方法路线。
本发明提供的一种干热岩勘查开发方法流程示意图如图1中所示，所述方法至少包括如下步骤：
步骤10：对开发场地进行地质勘查，获取开发场地地质条件参数，所述地质条件参数包括：场内断裂构造，地应力分布，天然裂隙。
其中，对开发场地进行地质勘查可采用电法、磁法、二维地震、三维地震等联合手段。对开发场地进行地质勘查的主要任务是获取目标区域内的主构造特征，包括场内断裂构造、地应力分布、天然裂隙等地质条件参数。如图2中标号2所示线条表示本步骤中所获得的场内断裂构造位置。
步骤20：根据所述地质条件参数，选择勘探井井位，制定所述勘探井的地质设计，并进行勘探井钻探、测井、岩心物理力学参数测试，获得参数测试结果。
其中，根据地质条件参数选择勘探井井位的原则可以为：勘探井井位选择在场地地质勘查结果中天然裂隙最为发育的位置，如图2中中标号1所在的位置为所选择的勘探井井位。
其中，所述勘探井采用地质岩心钻探方法实施，干热岩层位连续取心钻进，即全孔取心，并进行常规测井、成像测井等测井操作。所述岩心物理力学参数测试即对岩心样品进行分析，并进行注入测试。通过勘探井钻探、测井以及岩心物理力学参数测试等操作可以获得的参数测试结果包括但不限于：精细地层层序、岩性、裂隙特征和地应力参数，其中，所述裂隙特征包括：数量、倾向、倾角、张开性、充填物成分。
步骤30：基于所述地质条件参数以及所述参数测试结果，获取更新后的地质条件参数，所述更新后的地质条件参数包括：场内断裂构造，地应力分布，干热岩体内天然裂隙。
本步骤也就是基于步骤1中进行地质勘查结果以及步骤2中勘探井钻探、测井、岩心物理力学参数测试等一系列操作，进一步获取更新后的地质条件参数，也就是获取更精细的地质条件参数，包括但不限于：场内断裂构造，地应力分布，天然裂隙，此时获取的天然裂隙为干热岩体内的天然裂隙，如图2中标号3所示为干热岩体内的天然裂隙分布。
步骤40：基于所述更新后的地质条件参数，进行注采井型设计。可以理解的是所述注采井包括：注入井和采出井。如图2中标号4表示注入井，标号5表示采出井。
其中，注采井型设计遵循的原则包括：
1）井身轨道以60-90度大角度穿过天然裂隙；如图2中注入井4及采出井5的井身轨道均以大于60的角度穿过干热岩体内的天然裂隙3；所述角度为井身轨道与天然裂隙所成的夹角。
2）遵循地应力机制和主应力方向；根据应力机制类型平行或垂直，也就是在地应力机制为挤压型为主情况下，井眼轨道与最大水平主应力方向垂直，在地应力机制为拉张型为主情况下，井眼轨道与最大水平主应力方向平行。
3）注入井和采出井在目标层的井眼段与场内断裂构造保持不小于1000米的安全距离。
其中，所述注采井井型也可以采用分支井方式设计，如图3中所示，注入井4和采出井5均为多分支井，可以降低成本，减少地面占地面积。
需要说明的是，所述多分支井各井眼在目标层内井间距离控制在150-1000米范围内。所述目标层即为干热岩体内天然裂隙分布的层位。
步骤50：按照设计的所述注采井型实施注采井钻井施工，施工完成后，实施分段射孔和分段压裂造储，使注采井井筒之间形成拉链式沟通裂缝。
其中，所述注采井采用近平衡、欠平衡成井工艺施工，保护干热岩天然裂隙储层，防止裂隙堵塞。
步骤60：利用所述注采井和所述沟通裂缝实现热量提取，包括：从注入井注入采热工质，经井筒和沟通裂缝换热后，从采出井采出被干热岩加热的采热工质，经地面综合利用后，回注至注入井，形成注采循环和热量提取。
如图2中标号6所示为采热工质，所述采热工质包括：温度低于预设温度的水、液态二氧化碳、或液氮。
图2中标号7所示为地面发电和综合利用设施，本发明对此不做具体限制。
本发明实施例提出一种面向产业化的干热岩勘查开发方法，本发明在构造条件、地应力特征、天然裂隙分布等地质条件详细勘查的前提下，有效结合地质岩心钻探、注采井型设计、定向钻进、分段压裂等方法，实现钻井以最优方式穿越最多的天然裂隙，保证注采井之间的沟通裂缝数量。
本发明所述方法可以提高钻井连通成功率、提高井间连通性、提高换热效率，具有可复制、可推广性。
本发明所述方法适用于不同地质条件避免了对特定地质条件的要求，降低了勘查开发成本。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种干热岩勘查开发方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：对开发场地进行地质勘查，获取开发场地地质条件参数，所述地质条件参数包括：场内断裂构造，地应力分布及天然裂隙；
步骤2：根据所述地质条件参数，选择勘探井井位，制定所述勘探井的地质设计，并进行勘探井钻探、测井、岩心物理力学参数测试，获得参数测试结果；
步骤3：基于所述地质条件参数以及所述参数测试结果，获取更新后的地质条件参数，所述更新后的地质条件参数包括：场内断裂构造，地应力分布，干热岩体内天然裂隙；
步骤4：基于所述更新后的地质条件参数，进行注采井型设计，其中，所述注采井包括：注入井和采出井；所述注采井型设计遵循的原则包括：
井身轨道以60-90度大角度穿过天然裂隙；遵循地应力机制和主应力方向；以及井眼与场地内断裂构造保持不小于1000米的安全距离；
步骤5：按照设计的注采井型实施注采井钻井施工，施工完成后，实施分段射孔和分段压裂造储，使注采井井筒之间形成拉链式沟通裂缝；
步骤6：利用所述注采井和所述沟通裂缝实现热量提取，包括：从注入井注入采热工质，经井筒和沟通裂缝换热后，从采出井采出被干热岩加热的采热工质，经地面综合利用后，回注至注入井，形成注采循环和热量提取。
2.根据权利要求1所述干热岩勘查开发方法，其特征在于，所述对开发场地进行地质勘查，获取开发场地地质条件参数的步骤包括：
采用电法、磁法、二维地震、三维地震联合手段，获取开发场地地质条件参数。
3.根据权利要求1所述干热岩勘查开发方法，其特征在于，所述根据所述地质条件参数，选择勘探井井位包括：
勘探井井位选择在场地地质勘查结果中天然裂隙最为发育的位置。
4.根据权利要求1所述干热岩勘查开发方法，其特征在于，所述勘探井采用地质岩心钻探方法实施，干热岩层位连续取心钻进。
5.根据权利要求4所述干热岩勘查开发方法，其特征在于，所述参数测试结果包括：精细地层层序、岩性、裂隙特征和地应力参数，其中，所述裂隙特征包括：数量、倾向、倾角、张开性、充填物成分。
6.根据权利要求1所述干热岩勘查开发方法，其特征在于，所述注采井井型采用分支井方式设计。
7.根据权利要求6所述干热岩勘查开发方法，其特征在于，所述多分支井各井眼在目标层内井间距离控制在150-1000米范围内。
8.根据权利要求1所述干热岩勘查开发方法，其特征在于，所述采热工质包括：温度低于预设温度的水、液态二氧化碳、或液氮。
9.根据权利要求1所述干热岩勘查开发方法，其特征在于，所述注采井采用近平衡、欠平衡成井工艺施工，保护干热岩天然裂隙储层，防止裂隙堵塞。
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