[发明专利]一种干热岩地热人工热储的建造方法

说明书

一种干热岩地热人工热储的建造方法，属于干热岩地热人工热储建造领域，沿火成岩相形成的软弱面或夹层进行超临界二氧化碳压裂产生主裂缝，进而在主裂缝内进行大排量的水力压裂产生二次破裂，干热岩体在循环压裂下发生体积破裂或者丛式破裂的形式来建造人工热储的方法的技术方案。其优点在于充分利用超临界二氧化碳的低粘度和易扩散，以及火成岩在超临界二氧化碳压裂下破裂压力低，易于形成裂缝的特征，结合火成岩具有明显的岩相结构，易于产生热破裂的特点，解决目前水力压裂在深部岩体人工热储建造中不宜实施，破裂压力大，难于形成理想结构的裂缝群或裂缝带，人工热储层特别难于建造的问题。

技术领域

本发明属于干热岩地热人工热储建造领域，特别涉及一种沿火成岩相形成的天然弱面和软弱夹层进行超临界二氧化碳压裂产生主裂缝，进而在主裂缝内进行大排量的水力压裂产生二次破裂，干热岩体在循环压裂下发生体积破裂或者丛式破裂的形式来建造人工热储的方法。

背景技术

地热作为绿色的、可再生的资源，被世界各国确定为维系社会可持续发展的新的“绿色能源”，地热资源可分为两种类型：天然热水资源和干热岩地热资源(Hot Dry RockGeothermal Energy(HDR))。全世界地壳10km以内的干热岩地热资源量为40-400Mquads(1quad＝10¹⁹J)，是化石能源的100-1000倍，几乎可以说是无限的资源量，而且分布相当普遍。干热岩地热一般是指温度在200℃以上的岩体中蕴藏的地热能资源，可以经过人工开采从岩体中直接提取出过热水蒸气而直接用于发电和热水利用。在干热岩地热开发和利用中，在两井或者群井之间一定深度的岩层内形成的热交换面积较大且裂隙发育的裂缝带或者裂隙群就是人工热储。人工热储的建造是高温岩体地热开发最关键的步骤，人工热储建造的好坏，直接关系到干热岩地热开发的成败。

人工热储建造所在的岩层具有以下特点：(1)埋藏较深，一般在火成岩或变质岩中，深度在地下3000m以上；(2)火成岩体具有明显的岩相，在不同岩性的岩体交界面处容易形成天然弱面或软弱夹层，其力学特性异于正常状态的火成岩；(3)岩层内温度较高，温度在200-650℃；(4)干热岩体原生孔隙度极低，渗透率极差。因此，干热岩人工热储的建造非常困难。目前，建造人工热储的技术和方法有水力压裂法、爆炸法、热应力法等，但是为大家公认的方法为巨型水压致裂法。然而巨型水力致裂法建造人工热储时仍然面临很多困难，由于岩体应力高，所以岩体破裂压力大，难于形成理想结构的裂缝群或裂缝带，建成的人工热储层的流量低于商业运行的参数要求。

超临界二氧化碳是指二氧化碳流体的温度、压力均超过流体临界温度31.1℃和临界压力7.4MPa的一种状态。超临界二氧化碳具有气体的低粘度和易扩散、液体的高密度和易溶解的特点，且二氧化碳资源充足，成本低，化学惰性，无毒无腐蚀性，临界状态容易实现，这为超临界二氧化碳流体的应用提供了很好的物质保障。超临界二氧化碳压裂技术被越来越多的应用于低渗透性岩体的渗透性改造方面。2013年我国首次采用纯液态二氧化碳在“延页7井”现场压裂试验成功，也为使用超临界二氧化碳压裂提供了现场的可行性案例。综合实验室研究结论可知：超临界二氧化碳压裂，岩体破裂压力较水力压裂低；高温状态火成岩遇水产生热破裂，渗透性增强。

因此，利用火成岩岩相处容易形成软弱面或夹层的特点，结合超临界二氧化碳压裂岩体破裂压力低，高温状态火成岩遇水容易产生热破裂，运用超临界二氧化碳压裂可诱使干热岩体产生主裂缝，沿着形成的主裂缝进行水力压裂可使干热岩体产生二次破裂，反复循环进行，干热岩体在温度差和压裂压力共同作用下形成体积破裂或丛式破裂，可保证载热流体和干热岩之间有足够大的热交换面积，所建人工热储具有较长的使用寿命与较大的出力。

发明内容

本发明目的在于克服水力压裂在干热岩地热人工热储建造中存在的缺点与不足，根据火成岩地质结构中存在由岩相形成的天然弱面和软弱夹层的结构特征，公开一种充分利用该地质结构特征来建造干热岩地热人工热储的方法。