阅读说明：本技术 一种干热岩热能开发降温压裂方法 (Dry-hot rock heat energy development cooling fracturing method ) 是由 彭晓龙 惠城 任威严 查永进 汪海阁 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了增强型地热发电系统(EGS)中干热岩热能利用技术的一种干热岩热能开发降温压裂方法。旨在通过向干热岩地层注入低砂比稠化水压裂液,对目标地层进行降温,由于低砂比稠化水压裂液的注入,井筒温度和裂缝内压裂液温度都逐渐降低,为了保证较好的降温效果,又达到不浪费的目的,需要精确计算低砂比稠化水压裂液的注入量。由于井筒周围地层温度分布状况与裂缝周围岩石温度分布不同,井筒周围地层温度随井深变化按地温梯度增加,而裂缝周围储层温度是一个均值,因此需要计算井下射孔位置温度变化和裂缝内压裂液的温度分布状况,以实现更好的干热岩层降温效果。(The invention discloses a dry hot rock heat energy development cooling fracturing method of a dry hot rock heat energy utilization technology in an enhanced geothermal power generation system (EGS). The method aims to cool a target stratum by injecting the low-sand-ratio thickened water fracturing fluid into a dry hot rock stratum, and due to the injection of the low-sand-ratio thickened water fracturing fluid, the temperature of a shaft and the temperature of the fracturing fluid in a crack are gradually reduced, so that a good cooling effect is guaranteed, the aim of avoiding waste is achieved, and the injection amount of the low-sand-ratio thickened water fracturing fluid needs to be accurately calculated. Because the temperature distribution condition of the formation around the shaft is different from the temperature distribution of the rock around the fracture, the temperature of the formation around the shaft is increased along with the change of the well depth according to the temperature gradient of the ground, and the temperature of the reservoir around the fracture is an average value, the temperature change of the position of the downhole perforation and the temperature distribution condition of the fracturing fluid in the fracture need to be calculated, so that the better dry-hot rock layer cooling effect is realized.)

一种干热岩热能开发降温压裂方法

技术领域

本发明涉及增强型地热发电系统(EGS)中干热岩热能利用技术，具体涉及一种干热岩热能开发降温压裂方法。

背景技术

地热能作为可再生新能源，具有资源潜力巨大、CO₂排放低和分布广泛的优点，已成为世界各国重点研究开发的可再生清洁能源。地热能分为水热型和干热岩型，世界目前开采和利用地热资源主要是水热型地热，但未来资源潜力更大的是干热岩型地热的开采，即增强型地热发电系统(EGS)，目前增强型地热发电系统(EGS)面临一系列工程技术难点，使其目前在世界上尚没有商业上成功的实例。

水力压裂是增强型地热发电系统(EGS)取得商业成功的关键技术，人工裂缝将注水井和采水井连通，实现地热能的高效开发。然而，由于地热储层的超高地层温度，压裂时对压裂液耐高温性能提出了很大挑战，目前常规的交联压裂液耐温在160℃以下，然而商业利用的干热岩岩层温度大于250℃，甚至达到300℃以上。常规的交联压裂液达不到施工需要的耐温要求，若提高压裂液耐温性能，不仅会大幅度增加开发成本，而且面临一系列技术挑战。

针对上述的问题，目前亟需设计一套有效的解决方案。

发明内容

基于以上分析，本发明设计了一种干热岩热能开发降温压裂方法，旨在通过向干热岩地层注入低砂比稠化水压裂液，对目标地层进行降温，由于低砂比稠化水压裂液的注入，井筒温度和裂缝内压裂液温度都逐渐降低，为了保证较好的降温效果，又达到不浪费的目的，需要精确计算低砂比稠化水压裂液的注入量。由于井筒周围地层温度分布状况与裂缝周围岩石温度分布不同，井筒周围地层温度随井深变化按地温梯度增加，而裂缝周围储层温度是一个均值，因此需要计算井下射孔位置温度变化和裂缝内压裂液的温度分布状况，以实现更好的干热岩层降温效果。

一种干热岩热能开发降温压裂方法，在一个实施方式中，其包括如下步骤：

1)在注入携砂液和常规压裂液之前，注入压裂前置液(清水)27m³，该部分水注入到裂缝前端55m处；

2)注入低砂比(携砂浓度小于10％)稠化水压裂液，对地层进行降温；

3)注入常规交联压裂液以正常携砂比进行正常压裂；

4)必须保证压裂施工过程连续，不得发生停泵现象。如果在泵入交联压裂液前发生停泵现象，就应加大低砂比压裂液量，以保障对地层降温效果。

降温压裂工艺形成的裂缝末端，因砂比较低，其导流能力会略低于常规压裂情况。但是，由于地热储层地热岩本身强度高，支撑剂量减少不会对裂缝闭合产生显著影响。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：(1)在压裂过程中，能够有效克服地热储层下的超高地层温度而选用耐高温压裂液所带来的开发成本升高的难题，可以大大节省整个储层的开发成本；(2)随着注入时间的延长，射孔位置处的温度降低较慢。当裂缝内压裂液的温度梯度较大时，针对300℃高温储层，裂缝前端55m范围内的温度下降80℃以上，所使用的的压裂液的耐温能力能够满足EGS超高温地层压裂的要求。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为示意性地显示了实施本发明的方法的步骤；

图2为压裂时井筒***孔位置温度变化情况图；

图3为压裂终止前1～20min的裂缝内液体温度分布图像；

图4为不同地温梯度下，射孔处温度的变化情况图；

图5为不同地温梯度下，压裂终止前裂缝内液体温度分布图像；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的一具体实施方式中，以地温梯度7℃/100m为例。裂缝前端55m范围内，裂缝内的流体与地层的温差已达到了80℃以上，此时压裂液的体积为100m³。

如图1所示，本发明的干热岩热能开发降温压裂方法包括以下步骤：

步骤1：在本发明的一个实施例中，地热井下4000m处的地层温度为300℃。压裂过程中注入前置液清水对井筒有较好的降温效果，通过计算裂缝内压裂液的温度分布，如图3所示，可得压裂前置液对地层的降温效果。故在注入携砂液和常规压裂液之前，注入压裂前置液(清水)27m³，该部分水注入到裂缝前端55m处。

步骤2：在本发明的一个实施例中，通过射孔位置的温度求解模型和压裂期间裂缝内传热模型得到压裂液与储层之间的传热性质。

在本发明的一个实施例中，应用COMSOL Multiphysics 5。1软件热传递模块(HeatTransfer Module)进行计算，得到射孔位置的温度变化如图2，分析结果显示，在压裂施工初始期的很短时间内，井筒温度快速降低，压裂液对地层降温效果显著。在t＝20min，即压裂终止时，射孔处的温度约为105℃，该温度为裂缝内压裂液的初始温度。

更进一步地，根据地温梯度分别为5℃/100m，6℃/100m，7℃/100m时，射孔位置温度随时间的变化如图4所示。从图4可以看出，压裂终止前射孔位置温度分别为80。0，92。4，105℃，压裂液对井筒降温效果显著。地温梯度分别为5℃/100m，6℃/100m，7℃/100m时，裂缝内压裂液温度分布情况如图5所示。储层温度为220℃时，在压裂终止前，裂缝前端50m处的压裂液，与地层的温差达70℃以上，温度降低到150℃[图5(a)]；储层温度为260℃时，在压裂终止前，裂缝前端60m处的压裂液，与地层的温差达80℃以上，温度降低到180℃，满足常规压裂液性能要求[图5(b)]；储层温度300℃时，在压裂终止前，裂缝前端55m处的压裂液，与地层温差达80℃以上，温度降低到220℃，满足耐高温压裂液性能要求[图5(c)]。根据以上计算结果，注入低砂比(携砂浓度小于10％)稠化水压裂液，对地层进行降温。

步骤3：本发明的一个实施例中，注入常规交联压裂液以正常携砂比进行正常压裂。

步骤4：本发明的一个实施例中，在达到设计排量后，停止泵入，完成压裂。