[发明专利]一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法

说明书

本发明提供了一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法；该方法首先通过磁性纳米颗粒表面修饰技术和高温高压反应釜的热稳定性分析，完成磁性纳米颗粒的筛选，配置扩散性适宜和热稳定性可控的磁性纳米颗粒；在此基础上，开展岩心穿透试验，通过采样分析磁性纳米颗粒浓度的变化，刻化EGS连通性，并计算岩石注入水的热交换面积。同时利用电测技术，获得磁性纳米颗粒进入储层后的电磁信号分布，利用电阻率反演储层连通性和计算换热面积的方法，与磁性纳米颗粒浓度变化获得的连通性和热交换面积进行校准，形成磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法。

技术领域

本发明属于深部地下储层热储工程技术领域；尤其涉及一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法。

背景技术

地热能是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全稳定的可再生能源，在未来清洁能源发展中占重要地位。增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)，是通过人造热储从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的地热系统。基于EGS技术的地热资源量十分巨大，被业界誉为地热能的未来，是地热资源研究的国际前沿和新兴热点，将在未来地热能开发与热能储存中占据举足轻重的位置。

示踪作为EGS不可或缺的关键技术，用以研究裂隙连通性、估算压裂产生的裂隙密度和计算热交换面积。裂隙连通性和压力产生的裂隙体积，可以基于单一示踪剂的穿透曲线，通过计算示踪剂的回采率、平均滞留时间和流动速率等参数获得，较为常见。而计算压裂后注入水与岩石介质的有效换热面积，则相对困难，是EGS面临的重要技术挑战之一。计算压裂后注入水与岩石介质有效换热面积的原理是：选用吸附性较强的示踪剂与扩散性较强的示踪剂开展示踪试验，获得峰值和拖尾差异显著的穿透曲线，借助于数学物理方程的定量描述，通过拟合获得换热面积。为获得换热面积，除对示踪剂有本底值低、易于检测、环境友好和价格低廉等“传统”要求外，还有以下两个条件必须要满足：一是要用至少两种示踪剂；二是要示踪剂间的扩散性有足够大的差异。

示踪剂通常分为天然示踪剂(环境同位素、溶解于水的离子与气体成分等)和人工示踪剂(染色剂、人工同位素与荧光素纳等)。每种示踪剂，各有其自身的优点和缺点。天然示踪剂，以水同位素18O和2H为例，作为水分子的组成部分，可用于判断水与岩石的反应过程，甚至识别水流途径，但由于地热能开采过程中，通常采用原水回灌，它无法用于人工改造热储后的裂隙评价。人工示踪剂，比如荧光素钠，能够用于追踪回灌水的运移，但它的吸附性与扩散性不可控制，且时有本底值较高的情景出现；并且由于荧光素钠的波长可检测范围有限，致使调整其扩散性较为困难。从示踪剂本身的性质出发，通常又可将示踪剂分为保守示踪剂和反应示踪剂，其中保守型示踪剂随溶液运移，不与岩石发生反应；反应示踪剂则在运移过程中与岩石(或自身)发生反应。但是，由于这些传统示踪剂本身的扩散性不易人工控制，在EGS的低渗条件下，有时候难以实现显著的穿透曲线峰值差和拖尾差，致使换热面积不能计算。

新型的纳米颗粒示踪剂，因水溶性好且扩散性可控，近年来受到国际同行的广泛关注。但是，应用纳米颗粒示踪技术仍有以下两个关键问题：一是监测成本高，监测井的钻井成本与示踪剂取样的监测成本均十分高昂；二是纳米颗粒的热稳定性未知，在高温高压条件下很有可能发生聚沉行为，致使示踪目的难以实现。

采用示踪技术评价EGS的换热面积是衡量其换热效果最重要的指标之一，但是受限于传统示踪剂难以人工控制，新型示踪剂监测成本高且存在热稳定性和吸附性未知的难点，成为EGS换热面积评价的关键难点。因此，研发新的示踪剂，尤其是扩散性可控的示踪剂十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供了一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，方法包括如下步骤：

步骤100，采用磁性纳米颗粒表面修饰技术及高温高压热稳定性分析，完成磁性纳米示踪剂选型及配置；