CN113107451A - 一种保持干热岩压裂裂缝长期导流能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保持干热岩压裂裂缝长期导流能力的方法，包括以下步骤：步骤1、泵注清水，在干热岩中压裂形成微裂隙；步骤2、泵注含支撑剂的压裂液；步骤3、泵注清水，顶替步骤2所述支撑剂进入地层；步骤4、重复步骤2～3多次；其中，步骤3所述清水的用量为步骤2所述压裂液用量的2～5倍。其中，在干热岩压裂过程中以小段塞大间隔的方式加入支撑剂，在裂缝中形成支撑条带，在后期的注水换热过程中，部分支撑剂随水流向前移动，充填空白带，使裂缝中始终有效铺置着支撑剂，既保持了支撑剂在裂缝中的导流特性，又避免了支撑剂在裂缝中发生堆积堵塞，降低导流能力。为干热岩换热过程中保持较小的渗流阻力，保持稳定的注入流量提供条件。

Description

一种保持干热岩压裂裂缝长期导流能力的方法

技术领域

本发明涉及干热岩压裂，尤其涉及保持干热岩压裂裂缝长期导流能力的方法。

背景技术

干热岩是埋藏于地层3km～10km深处，主要以花岗岩为主，孔隙度、渗透率极差，温度180℃以上的高温岩体。要实现干热岩的开发利用，水力压裂是在干热岩中形成裂缝网络，提高其导水能力的关键。目前干热岩压裂改造主要采用清水大规模压裂技术，施工排量集中在1.5m³/min～3.0m³/min，单层或单井液量20000m³～30000m³，因干热岩杨氏模量高、清水压裂施工排量低、裂缝宽度小、难以加砂等原因，压裂过程中不加入支撑剂，压后形成的压裂微裂隙***流体阻力一般大于0.2MPa·L¹.s^-1，采出井流量一般小于20L/s，干热岩热能的利用率不高，全世界还没有一个干热岩开发***投入商业运行。

中国专利“一种干热岩压裂高压提高采收率实验室模拟装置”(201410012026.8)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***、支撑剂注入***、高压气体增压注入***、压裂主体、环压施加***、高压管阀件；支撑剂注入***包括支撑剂间接注入和固化；高压气体增压注入***包括气体增压和气体间接注入。该专利是一种实验装置，包括压裂液注入***、支撑剂注入***、高压气体增压注入***和相关阀件等，没有涉及到干热岩压裂改造后在注水过程中保持裂缝的长期导流能力的工艺方法。

中国专利“一种干热岩压裂原位换热实验室模拟***装置”(201410012005.6)公开了一种干热岩压裂原位换热实验室模拟***装置。该装置包括压裂液注入、压裂主体、环压施加***、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***；所述三维液压***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。该专利是一种原位换热实验装置，包括压裂液注入、压裂主体、环压施加***、高压管阀件等，没有涉及到干热岩压裂改造后在注水过程中保持裂缝的长期导流能力的工艺方法。

中国专利201510710353.5公开了干热岩热储层的热刺激与化学刺激联合工艺；涉及一种新的干热岩热储层改造***与工艺。其工艺特征表现为，首先通过热刺激，使天然存在的裂隙网络发生破坏而增强渗透率，然后通过化学刺激溶解井筒和裂缝内的部分矿物、垢类和堵塞物，再次提高裂缝的导流能力。通过反复进行该工艺方法可以使更大范围的热储层发生改造。该专利针对的是提高干热岩热裂缝短期导流能力，其方法是使用冷水和酸液使天热裂缝发生破坏并溶解井筒和裂缝内的部分矿物、垢类和堵塞物来提高导流能力，没有涉及到考虑加砂措施来形成支撑条带，保持注水过程中的裂缝长期导流能力的方法。

中国专利201610064672.8公开了一种干热岩地热人工热储的建造方法；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。该专利针对的是干热岩人工热储建造的一种方法，其方法是使用超临界二氧化碳形成裂缝，再大排量施工产生二次破裂，没有涉及到干热岩压裂改造后在注水过程中保持裂缝的长期导流能力的工艺方法。

发明内容

目前干热岩压裂改造主要采用不加砂的清水大规模压裂技术，压后形成的压裂裂缝***渗流阻力大(＞0.2MPa.L^-1.s^-1)，流量低(＜20L/s)，且不稳定，导致干热岩热能的利用率整体不高，全世界还没有一个干热岩开发***投入商业运行。

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种保持干热岩压裂裂缝长期导流能力的方法，适用于干热岩压裂改造保持裂缝的长期导流能力，具体地，在干热岩压裂过程中以小段塞大间隔的方式加入支撑剂，在裂缝中形成支撑条带，在后期的注水换热过程中，部分支撑剂随水流向前移动，充填空白带，使裂缝中始终有效铺置着支撑剂，既保持了支撑剂在裂缝中的导流特性，又避免了支撑剂在裂缝中发生堆积堵塞，降低导流能力，这将为干热岩换热过程中保持较小的渗流阻力，保持稳定的注入流量提供条件。

本发明的目的之一在于提供一种保持干热岩压裂裂缝长期导流能力的方法，包括以下步骤：

步骤1、泵注清水，在干热岩中压裂形成微裂隙。

其中，使用清水按照设计的施工排量和前置液量进行压裂施工，在地层中形成沿最大主应力方向的微裂隙。

在一种优选的实施方式中，在步骤1中，以1.5～3m³/min的排量泵注清水，优选2.0m³/min。

在一种优选的实施方式中，在步骤1中，清水泵注量为井筒容积的150～200倍，优选180倍。

步骤2、泵注含支撑剂的压裂液。

在一种优选的实施方式中，步骤2所述支撑剂的粒径为140～230目，优选200目。

其中，在步骤2中，所述支撑剂优选为粉陶，69MPa闭合压力下破碎率小于10％，体积密度1.8g/cm³。

在一种优选的实施方式中，步骤2所述压裂液选自滑溜水或者低粘度线性胶。

其中，所述低粘度线性胶的粘度为8～10mPa.s。

在一种优选的实施方式中，所述压裂液的用量为井筒容积的0.5～1.5倍，优选0.8～1.2倍，更优选1倍。

在一种优选的实施方式中，步骤2所述压裂液的加砂比为1～3％，优选2％。

步骤3、泵注清水，顶替步骤2所述支撑剂进入地层。

在一种优选的实施方式中，步骤3所述清水的用量为步骤2所述压裂液用量的2～5倍，优选3倍。

针对干热岩地层，在常规压裂形成了大量的微裂隙之后，以小段塞大间隔的方式加入支撑剂，在裂缝中形成支撑条带，在后期注水换热过程中，将井底注水压力控制到略低于裂缝闭合压力，支撑剂在水流的作用下虽然有运移，正好填充空白带，不会在堆积在一起，达到保持长期导流能力的效果。

采用本发明所述方法既保证了干热岩储层加砂压裂的成功，通过支撑剂的充填，又可使流体阻力减小到0.1MPa.L^-1.s^-1以下，流量达到20L/s以上，且保持稳定，为高效利用干热岩资源提供支撑。

步骤4、重复步骤2～3多次，进行周期性加砂。

在一种优选的实施方式中，在步骤4中，重复5～9次步骤2～3，优选重复6～8次。

在一种优选的实施方式中，每次重复步骤2时增加砂液比。

在进一步优选的实施方式中，每次重复步骤2时砂液比增加0.5～1.2％，优选增加1％。

这样，每次重复步骤2时，砂液比大于前一次的砂液比。

在本发明中，通过步骤2和步骤3的交替实现段塞式加砂，即通过一个加砂阶段和一个顶替阶段为一个段塞加砂周期，进行多周期交替实现段塞式加砂。按照这个模式，加入多个(优选5～9个，更优选6个～8个)支撑剂段塞，在裂缝内形成支撑条带(如图2所示)。

在后期注水换热过程中，将井底注水压力控制到略低于裂缝闭合压力，支撑剂在水流的作用下虽然有运移，正好填充空白带(如图3所示)，不会在短时间内堆积在一起，达到保持长期导流能力的效果。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明针对干热岩常规压裂不加支撑剂、压裂裂缝***渗流阻力大(＞0.2MPa.L^-1.s^-1)，流量低(＜20L/s)等不足提出的新型工艺方法，主要效果体现在以下两方面：(1)以小段塞大间隔的方式加入微支撑剂，保证了加砂压裂的成功率；(2)通过微支撑剂的充填，可使流体阻力减小到0.1MPa.L^-1.s^-1以下，流量达到20L/s以上，且保持稳定，为高效利用干热岩资源提供支撑。

附图说明

图1示出步骤1压裂后的原始裂缝剖面示意图；

图2示出步骤2支撑剂充填后的裂缝剖面示意图；

图3示出后期注水换热时的裂缝剖面示意图。

附图标记说明：1-支撑条带；2-空白带。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。

实施例与对比例中采用的原料，如果没有特别限定，那么均是现有技术公开的，例如可直接购买获得或者根据现有技术公开的制备方法制得。

【实施例1】

液体准备：根据具体某干热岩井压裂设计要求，准备1.1倍设计用量的清水和9mPa.s的滑溜水。

常规压裂施工：用排量1.5m³/min按照160倍井筒容积泵注清水，在干热岩中压裂形成微裂隙。

小段塞大间隔加砂压裂：当前置液泵注结束后，用0.8个井筒容积的滑溜水以1％的砂液比加入200目的支撑剂，再用2个井筒的清水顶替支撑剂进入地层，达到顶替量后再用一个井筒容积的滑溜水以1.5％的砂液比加入140目的微支撑剂，再用2个井筒的清水顶替微支撑剂进入地层，按照这个模式，用一个井筒容积液量的滑溜水携砂，2个井筒容积液量的清水顶替，砂液比按0.5％的台阶逐步提高，加入5个支撑剂段塞，在裂缝内形成5个支撑条带。

【实施例2】

液体准备：根据具体某干热岩井压裂设计要求，准备1.1倍设计用量的清水和9mPa.s的滑溜水。

常规压裂施工：用排量2.0m³/min按照180倍井筒容积泵注清水，在干热岩中压裂形成微裂隙。

小段塞大间隔加砂压裂：当前置液泵注结束后，用一个井筒容积的滑溜水以2％的砂液比加入200目的支撑剂，再用3个井筒的清水顶替支撑剂进入地层，达到顶替量后再用一个井筒容积的滑溜水以3％的砂液比加入200目的微支撑剂，再用3个井筒的清水顶替微支撑剂进入地层，按照这个模式，用一个井筒容积液量的滑溜水携砂，3个井筒容积液量的清水顶替，砂液比按1％的台阶逐步提高，加入7个支撑剂段塞，在裂缝内形成7个支撑条带。

【实施例3】

液体准备：根据具体某干热岩井压裂设计要求，准备1.1倍设计用量的清水和9mPa.s的滑溜水。

常规压裂施工：用排量3m³/min按照200倍井筒容积泵注清水，在干热岩中压裂形成微裂隙。

小段塞大间隔加砂压裂：当前置液泵注结束后，用1.2个井筒容积的滑溜水以3％的砂液比加入230目的支撑剂，再用5个井筒的清水顶替支撑剂进入地层，达到顶替量后再用一个井筒容积的滑溜水以3％的砂液比加入200目的微支撑剂，再用5个井筒的清水顶替微支撑剂进入地层，按照这个模式，用一个井筒容积液量的滑溜水携砂，5个井筒容积液量的清水顶替，砂液比按1.2％的台阶逐步提高，加入9个支撑剂段塞，在裂缝内形成9个支撑条带。

【对比例1】

重复实施例2的过程，区别在于：采用1个井筒的清水顶替支撑剂进入地层。

【实验例】

注水井准备：在某区块钻1口干热岩井，按照实施例2的方法进行压裂改造。

采出井A1准备：在注水井的最大主应力方位上钻1口层位相同、井距为600m的采出井；按照实施例2的方法进行压裂改造。

采出井A2准备：在注水井的最大主应力方位上另一侧钻1口层位相同、井距为600m的采出井；按照对比例1的方法进行压裂改造。

效果对比：将A1关井，从注水井注水，注水井井口压力25MPa，采出井A1出口压力22MPa，出口流量32L/s，流体阻力0.094MPa·L^-1.s^-1。将A2关井，从注水井注水，注水井井口压力25MPa，采出井A2出口压力16MPa，出口流量10L/s，流体阻力0.9MPa·L^-1.s^-1。

Claims (10)

1.一种保持干热岩压裂裂缝长期导流能力的方法，包括以下步骤：

步骤1、泵注清水，在干热岩中压裂形成微裂隙；

步骤2、泵注含支撑剂的压裂液；

步骤3、泵注清水，顶替步骤2所述支撑剂进入地层；

步骤4、重复步骤2～3多次，进行周期性加砂；

其中，步骤3所述清水的用量为步骤2所述压裂液用量的2～5倍。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，以1.5～3.0m³/min的排量泵注清水。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，清水泵注量为井筒容积的150～200倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑剂的粒径为140-230目。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述压裂液选自滑溜水或者低粘度线性胶。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压裂液的用量为井筒容积的0.5～1.5倍，优选0.8～1.2倍。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述压裂液的加砂比为1～3％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述清水的用量为步骤2所述压裂液用量的2～4倍。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每次重复步骤2时增加砂液比，优选增加0.5～1.2％。

10.根据权利要求1～9之一所述的方法，其特征在于，在步骤4中，重复5～9次，更优选重复6～8次。

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