[发明专利]一种水-液氮交替疲劳压裂干热岩提高采热率的方法

说明书

本发明公开了一种水‑液氮交替疲劳压裂干热岩提高采热率的方法，该方法是：首先采用高压水在短时间内通过射流喷嘴对干热岩进行压裂形成主裂隙，然后停止水力压裂，通过射流喷嘴在主裂隙中注入液氮，在液氮气化过程中已含水的干热岩体将产生近400℃极大温差使得其内部颗粒产生不同程度的收缩变形而产生微裂缝，同时气化后体积膨胀的氮气更容易进入微裂隙对干热岩进行再次压裂；如此反复，分别利用水和液氮不停的进行交替疲劳压裂使得干热岩体裂缝持续增加、扩大并相互连通，以致在注入井和生产井之间形成复杂连通的裂隙缝网；最后，利用水作为携热介质对地热能进行开采。本发明解决了目前水力压裂导致裂隙通道发生堵塞的问题，且提高了采热效率。

技术领域

本发明涉及地热能开采技术领域，具体涉及一种水-液氮交替疲劳压裂干热岩提高采热率的方法。

背景技术

干热岩是指地层深处3000～10000m范围内存在的一种不含水或含水很少、致密不渗透的热岩体，温度一般在150～650℃之间，是一种清洁、可再生的绿色资源。我国开发利用干热岩地热能的技术还处在起步阶段，相比于美国、法国、日本等技术水平较先进的国家差距较大。

干热岩由于埋藏较深、所处地应力大，且岩体致密、孔隙度小、渗透率极低、基本不含流体。因此，在开发干热岩地热时，需要对储层进行压裂改造。目前我国采用的主要方法是是对热储层进行水力压裂改造，将注入井与生产井之间用裂隙网连通起来，并向储层中注入大量的水作为携热介质，通过水的循环和与干热岩之间的热交换，将地热开采出来。该方法的优点在于水作为携热介质具有高热容、高导热性能，且安全、经济、方便、易取；其缺点是：在高温下水会成为溶解岩石矿物质的强溶剂，使得裂隙表面岩体发生膨胀变形或碎屑脱落，这将导致裂隙通道发生堵塞，岩体渗透性变小，极大的降低了裂隙缝网的导通能力，尤其在生产井口附近易堵塞通道，影响采热效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种水-液氮交替疲劳压裂干热岩提高采热率的方法，能够较好的解决水力压裂所引起的裂隙缝网堵塞问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种水-液氮交替疲劳压裂干热岩提高采热率的方法，在选定的干热岩地热开发区域，利用钻井设备施工注入井和至少两个生产井；利用大排量高压水在注入井内进行首次压裂，在干热岩体内形成主裂隙，并使得干热岩含水；再利用高压液氮对主裂隙进行二次压裂；利用液氮与含水干热岩相遇产生的近400℃温差使得主裂隙表面产生大量微裂隙，然后利用液氮气化后的高压气体更容易进入微裂隙进行压裂的特性，再次对微裂隙进行压裂；反复循环利用高压水、高压液氮对干热岩进行压裂，直至注入井和生成井之间形成渗透性好、热交换面积大、贯通的裂隙缝网；最后注入水作为携热介质对地热能进行开采，提高工业采热效率。

优选的，所述高压水和高压液氮的压裂压力P大于压裂地层垂直地应力σ₃。

优选的，所述注入井和生产井之间的水平距离为1000m-1500m。

优选的，所述水的温度为小于等于20℃。

优选的，所述液氮的温度为-196℃。

本发明还提供上述水-液氮交替疲劳压裂干热岩提高采热率的方法所用的装置，包括水力压裂系统、液氮压裂系统以及三通B，所述水力压裂系统包括热交换器、闸阀C、高压水泵，所述生产井与热交换器入口相连，热交换器出口依次与闸阀C、高压水泵相连；所述液氮压裂系统包括液氮罐A、闸阀A、液氮增压泵，所述液氮罐A的出口经闸阀A与液氮增压泵的入口相连，所述高压水泵的出水管与所述液氮增压泵的出液氮管分别通过三通B与注入井中的压裂管相连，所述压裂管的上端设置有封隔器，所述压裂管的末端设置有射流喷嘴。

进一步地，所述液氮压裂系统还包括液氮罐B、闸阀B及三通A，所述液氮罐A的出口经闸阀A与三通A的一入口相连，所述液氮罐B的出口经闸阀B与三通A的另一入口相连，三通A的出口与液氮增压泵的入口相连。