一种降低干热岩压裂破裂压力和延伸压力的方法和应用

技术领域

本发明属于干热岩领域，具体涉及一种降低干热岩压裂破裂压力和延伸压力的方法和应用。

背景技术

干热岩是一种埋藏于地层3-10km深处以花岗岩为主，岩石内部不存在流体或仅有少量地下流体，且孔隙度、渗透率极差，温度180℃以上的高温岩体，在我国藏南、云南西部、东南沿海等地区大规模赋存。在干热岩储层中进行压裂改造形成压裂裂隙网络系统，将水注入到这个裂隙网络系统进行热交换，经高温岩体加热后由生产井返回地面，采出的热能以高温蒸汽的方式通过地上发电装置转变为电能，是目前利用干热岩资源的最有效方式之一。干热岩因岩石坚硬，温度高，塑性强，破裂压力和延伸压力非常高，以往常用的酸处理措施很难在干热岩地层中有效使用，原因在于：(1)地层温度异常高、酸岩反应快，几乎起不到解除地层污染作用；(2)干热岩地层中碳酸盐岩含量非常少，溶蚀作用非常有限。因此，仅能在压裂初期用极低的排量(48L/min)长时间泵注(72小时)，寻找地层薄弱点，实现地层突破起裂裂缝。

CN103790564A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等。但是该专利申请是针对压裂后的注采和提采，以及热能开采进行的实验装置。

CN103790580A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。但是该专利申请是针对原位换热注采的模拟系统装置。

综上，现有的技术主要为压裂后的注采和提采以及热能开采进行的实验室模拟系统装置，而未见到关于降低干热岩压裂破裂压力和延伸压力方面的研究。

发明内容

本发明针对现有的上述技术问题，提供一种降低干热岩压裂破裂压力和延伸压力的方法，该方法能够有效降低干热岩压裂破裂压力和延伸压力，在优选的情况下，可以降低破裂压力20％以上，降低裂缝延伸压力10％以上。

本发明第一方面提供了一种降低干热岩压裂破裂压力和延伸压力的方法，包括以下步骤：

(A)设置从地面至干热岩的井筒，并将冷流体注满所述井筒；

(B)采用变排量脉冲法继续注入冷流体；

(C)停泵并焖井；

(D)重复步骤(B)和步骤(C)的操作。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述设置从地面至干热岩的井筒可以按照本领域常规的操作进行，在此不再赘述。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述冷流体为液态二氧化碳和/或液态氮。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在步骤(A)中，冷流体注入所述井筒的流量为0.4-0.8m

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述步骤(B)的操作包括：

(B1)采用冷流体第一注入井筒，并进行第一停泵；

(B2)采用冷流体第二注入井筒，并进行第二停泵，且第二注入的流量与第一注入的流量不同；

(B3)采用冷流体第三注入井筒，并进行第三停泵，且第三注入的流量与第二注入的流量不同；

(B4)采用冷流体第四注入井筒，并进行第四停泵，且第四注入的流量与第三注入的流量不同；

(B5)重复步骤(B1)至步骤(B4)。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述第一注入、第二注入、第三注入和第四注入的条件各自独立地包括：流量为0.4-0.8m

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述第一停泵、第二停泵、第三停泵和第四停泵的条件各自独立地包括：时间为2-5min。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在步骤(B3)中，所述重复的次数满足冷流体在步骤(B)的总注入量为200-300m

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在步骤(B5)中，重复步骤(B1)至步骤(B4)操作时，每次注入的条件满足只要注入流量0.4-0.8m

在本发明的步骤(B)中，通过热破裂的方式形成微裂隙，也即，利用冷流体与高温岩体的高温差效应在地层中形成微裂隙。其中，所述微裂隙是指宽度小于天然裂缝的裂缝，优选地，所述微裂隙的宽度为1-100μm。热破裂形成的微裂隙示意图可以如图2所示。

根据本发明所述的方法，例如图1所示，所述步骤(B)的一种具体实施方式可以为：

(B1)采用冷流体以0.4m

(B2)采用冷流体以0.8m

(B3)采用冷流体以0.4m

(B4)采用冷流体以0.4m

(B5)重复(B1)至(B4)，直至冷流体在步骤(B)的总注入量为200m

根据本发明所述的方法，所述步骤(B)的另一种具体实施方式可以为：

(B1)采用冷流体以0.4m

(B2)采用冷流体以0.8m

(B3)采用冷流体以0.5m

(B4)采用冷流体以0.7m

(B5)重复(B1)至(B4)，直至冷流体在步骤(B)的总注入量为300m

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述焖井的条件包括：时间为5-10h。在本发明中，术语“焖井”是指通过操作使得井中没有流体流通，具体操作方式可以为本领域常规的焖井操作方法，在此不再赘述。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在步骤(D)中，所述重复的次数为2-5次，优选为2-3次。两次热破裂形成的微裂隙示意图可以如图3所示。

本发明第二方面提供了上述的方法在干热岩压裂领域中的应用。

干热岩因物性致密，岩石坚硬，温度高，塑性强，在压裂初期常常出现低排量、高泵压甚至压不开地层的局面，即使压开地层但因其强塑性特征，裂缝延伸较为困难，延伸压力高，严重影响人工热储的有效建造。本发明针对干热岩储层，在正式压裂施工之前，用低排量脉冲式注入液态二氧化碳和/或液态氮，利用高温岩体与低温液态二氧化碳和/或液态氮的高温差热破裂效应在地层产生大量微裂隙，并利用脉冲注入产生的冲击波扩展并沟通微裂隙，多期次(多次)注入之后，干热岩地层的渗透率大幅度增加，再用清水进行压裂施工时，因地层中产生了大量的微裂隙(宽度为1-100μm的裂缝)和良好的渗透性，破裂压力可以大幅度降低。此外，在压裂过程中不用再与高温致密岩体开辟新的通道，压裂裂缝而是沿微裂隙扩展，延伸压力也大幅度降低。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的步骤(B)的变排量脉冲注入的操作条件示意图；

图2为本发明实施例1提供的步骤(B)形成的微裂隙的示意图；

图3为本发明实施例1提供的步骤(D)形成的微裂隙的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加容易理解，以下结合附图及实施例，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。

以下实施例中，涉及的测试方法如下：

1、形成图2的微裂隙的示意图的方法为：注入的冷流体与高温岩体的温差效应使干热岩产生大量微裂隙。其中，图中的长方形外框代表干热岩，长方形外框的内部左侧的曲线代表微裂隙。

2、形成图3的微裂隙的示意图的方法为：在初次注入产生微裂隙的基础上，经过多个期次的反复注入，不仅产生新的微裂隙，也使初期产生的微裂隙不断扩展。其中，图中的长方形外框代表干热岩，长方形外框的内部左侧的曲线代表微裂隙。

3、测定破裂压力和延伸压力的方参考SY/T 6088-94并结合升排量与降排量法进行测定，具体为：用清水进行0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5m

4、破裂压力降低率％＝(直接测定干热岩压裂破裂压力-该实施例或对比例测定的干热岩的破裂压力)/直接测定干热岩压裂破裂压力×100％。其中，对比例1的破裂压力为直接测定的干热岩压裂破裂压力。

5、延伸压力降低率％＝(直接测定干热岩压裂延伸压力-该实施例或对比例测定的干热岩的延伸压力)/直接测定干热岩压裂延伸压力×100％。其中，对比例1的延伸压力为直接测定的干热岩压裂延伸压力。

【实施例1】

(A)设置从地面至干热岩的井筒，并将液态二氧化碳以0.8m

(B)采用变排量脉冲法继续注入冷流体，如图1所示：

(B1)采用液态二氧化碳以0.4m

(B2)采用液态二氧化碳以0.8m

(B3)采用液态二氧化碳以0.4m

(B4)采用液态二氧化碳以0.8m

(B5)重复(B1)至(B4)，直至液态二氧化碳在步骤(B)的总注入量为200m

(C)停泵并焖井5h。

(D)重复2次步骤(B)和步骤(C)的操作，形成的微裂隙的示意图如图3所示。

经测定，干热岩的破裂压力和延伸压力见表1。并计算破裂压力降低率和延伸压力降低率，结果见表1。

【实施例2】

(A)设置从地面至干热岩的井筒，并将液态二氧化碳以0.7m

(B)采用变排量脉冲法继续注入冷流体：

(B1)采用液态二氧化碳以0.4m

(B2)采用液态二氧化碳以0.6m

(B3)采用液态二氧化碳以0.4m

(B4)采用液态二氧化碳以0.8m

(B5)重复(B1)至(B4)，直至液态二氧化碳在步骤(B)的总注入量为220m

(C)停泵并焖井6h。

(D)重复3次步骤(B)和步骤(C)的操作，形成的微裂隙的示意图与图3类似。

经测定，干热岩的破裂压力和延伸压力见表1。并计算破裂压力降低率和延伸压力降低率，结果见表1。

【实施例3】

(A)设置从地面至干热岩的井筒，并将液态二氧化碳以0.6m

(B)采用变排量脉冲法继续注入冷流体：

(B1)采用液态二氧化碳以0.4m

(B2)采用液态二氧化碳以0.6m

(B3)采用液态二氧化碳以0.5m

(B4)采用液态二氧化碳以0.7m

(B5)重复(B1)至(B4)，直至液态二氧化碳在步骤(B)的总注入量为240m

(C)停泵并焖井7h。

(D)重复2次步骤(B)和步骤(C)的操作，形成的微裂隙的示意图与图3类似。

经测定，干热岩的破裂压力和延伸压力见表1。并计算破裂压力降低率和延伸压力降低率，结果见表1。

【实施例4】

(A)设置从地面至干热岩的井筒，并将液态二氧化碳以0.5m

(B)采用变排量脉冲法继续注入冷流体：

(B1)采用液态二氧化碳以0.4m

(B2)采用液态二氧化碳以0.8m

(B3)采用液态二氧化碳以0.5m

(B4)采用液态二氧化碳以0.7m

(B5)重复(B1)至(B4)，直至液态二氧化碳在步骤(B)的总注入量为280m

(C)停泵并焖井8h。

(D)重复3次步骤(B)和步骤(C)的操作，形成的微裂隙的示意图与图3类似。

经测定，干热岩的破裂压力和延伸压力见表1。并计算破裂压力降低率和延伸压力降低率，结果见表1。

【实施例5】

(A)设置从地面至干热岩的井筒，并将液态二氧化碳以0.4m

(B)采用变排量脉冲法继续注入冷流体：

(B1)采用液态二氧化碳以0.4m

(B2)采用液态二氧化碳以0.7m

(B3)采用液态二氧化碳以0.4m

(B4)采用液态二氧化碳以0.7m

(B5)重复(B1)至(B4)，直至液态二氧化碳在步骤(B)的总注入量为300m

(C)停泵并焖井10h。

(D)重复2次步骤(B)和步骤(C)的操作，形成的微裂隙的示意图与图3类似。

经测定，干热岩的破裂压力和延伸压力见表1。并计算破裂压力降低率和延伸压力降低率，结果见表1。

【对比例1】

直接测定干热岩压裂破裂压力和延伸压力。

【对比例2】

(A)设置从地面至干热岩的井筒，并将液态二氧化碳以0.8m

(B)采用0.4m

(C)停泵并焖井5h。

(D)重复2次步骤(B)和步骤(C)的操作。

经测定，干热岩的破裂压力和延伸压力见表1。并计算破裂压力降低率和延伸压力降低率，结果见表1。

【对比例3】

(A)设置从地面至干热岩的井筒，并将液态二氧化碳以0.8m

(B)采用变排量脉冲法继续注入冷流体，如图1所示：

(B1)采用液态二氧化碳以0.4m

(B2)采用液态二氧化碳以0.8m

(B3)采用液态二氧化碳以0.4m

(B4)采用液态二氧化碳以0.8m

(B5)重复(B1)至(B4)，直至液态二氧化碳在步骤(B)的总注入量为200m

(C)停泵并焖井5h。

经测定，干热岩的破裂压力和延伸压力见表1。并计算破裂压力降低率和延伸压力降低率，结果见表1。

表1

从实施例1-5和对比例1-3可以看出，将对比例1(直接测定干热岩压裂破裂压力和延伸压力)作为参照基准，相比于对比例2(同实施例1，只是恒流量，即不是变排量脉冲)和对比例3(没有步骤D，即只是一次的)，采用本发明的方法能够有效降低干热岩压裂破裂压力和延伸压力，在优选的情况下，可以降低破裂压力20％以上，降低裂缝延伸压力10％以上。

以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。