開采干熱巖地熱的預防滲漏工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及地熱開發領域，特別涉及一種注超臨界CO2開采干熱巖地熱的預防滲 漏的工藝方法。
【背景技術】
[0002] 地熱是一種儲量豐富的清潔可再生能源，但目前煤炭、石油等化石燃料仍是世界 能源消費結構的主要構成，CO 2資源化利用及地質埋存技術被認為是減少溫室氣體排放、緩 解氣候變暖的一項有效措施。將CO2資源化利用的思想應用于地熱開發，即利用超臨界CO 2 替代常規的水作為工作介質，進行循環攜帶地熱或驅替地下熱水，是一種新穎的地熱開發 技術，受到廣泛關注。2000年，Brown首次提出利用超臨界CO 2作為攜熱介質開采干熱巖地 熱。隨后Pruess等人分析了 0)2在干熱巖儲層中的熱力學性質、熱交換規律以及可能發生 的地球化學反應等。Randolph等人提出了將0) 2注入深部鹽水層或廢棄油藏進行加熱，利 用后再回注地下。龐忠和等人也提出利用〇)2改善熱儲物性從而達到提高地熱采收率的目 的，受到國際同行關注。
[0003] 超臨界CO2特殊的熱物性決定了其自身的攜熱優勢。首先，超臨界CO2的密度接近 于液態，粘度接近于氣態，質量熱容是水的〇. 3~1倍，根據達西定律，在相同注采壓差下其 質量流量可以達到水的1~6倍，采熱速率可以達到水的1. 4~2. 7倍，因此超臨界CO2比 水更易于注入和在巖層中滲流，特別適用于低滲儲層地熱資源的開發；其次，超臨界〇) 2的 熱物性對溫度壓力條件敏感，相同注采溫差下的〇)2密度變化比水大，因此注采井筒間具有 比水更強烈的熱虹吸現象，可以為地面工藝流程提供驅動壓差，降低注采泵功率；第三，超 臨界CO 2與巖石礦物之間的物理化學作用非常微弱，在完全取代水作為攜熱介質的情況下， 可以有效避免井筒、管線、地面設備中的結垢問題，以及微量有害礦物排放引起的環境污染 等問題。此外，CO 2作為主要溫室氣體，還可以結合地質埋存技術，將大部分CO2封存在地下。 深部鹽水層、油氣田以及地壓型地熱儲層，都可以用于CO 2埋存。根據實施目標的不同，利 用〇)2開采地熱與同時實現埋存之間，存在著一個權衡和優化問題。
[0004] 干熱巖是埋藏在地下3000~10000m，溫度在150~650°C的高溫巖體，原生孔隙 度和滲透率極小，不存在地層水或僅有少量地層水。因此，在開發干熱巖地熱時，需要對儲 層進行水力壓裂，將注采井連通，并向儲層中注入大量水，通過水的循環將地熱開采出來。 由于干熱巖儲層的滲流空間是由人工壓裂而成，且滲流區域的邊界相對封閉，與周圍巖體 之間的流體交換較弱，為攜熱介質的選擇帶來較大的自由空間。干熱巖成為第一個被提出 可以利用超臨界CO 2來開發的地熱類型，即利用超臨界CO 2進行儲層壓裂和循環攜帶地熱。 采用超臨界CO2作為壓裂液，可以避免采用水基壓裂液引起的地化問題，有利于避免地熱開 采初期的產水過程，降低對地熱開采工藝的要求。
[0005] 現場經驗表明，采用水開采干熱巖地熱時，存在水向圍巖中的滲漏，滲漏速度約為 注入速度的〇~64% (水損失率），一般按照7%~12%進行估算。采用超臨界CO2作為攜 熱介質時也會存在類似問題，但滲漏速度可能有所降低。〇) 2向圍巖中的緩慢滲漏將引起地 層水的蒸發進而導致溶解的礦物沉淀。圍巖的孔隙度和滲透率降低，將導致〇)2的滲漏速 度降低，預計為注入速度的5%。為保證地面輸出功率，需要向地熱儲層中不斷補充注入額 外的CO2。例如，裝機容量為KKKMW的干熱巖地熱發電系統，需要3000麗的煤電系統補償 每天的CO 2滲漏量。但從埋存角度考慮，CO2向圍巖中的滲漏存在著極大的安全隱患。為避 免0) 2向圍巖中的滲漏，應當改進壓裂工藝，采用物理化學等方法封堵圍巖中的滲漏通道， 使CO2能夠安全有效的在壓裂區域進行滲流和熱交換。
【發明內容】
[0006] 本發明針對注CO2開采干熱巖地熱過程中存在的滲漏問題，利用三種無機鹽生成 機理，改進壓裂工藝，提供一種預防CO 2滲漏的工藝方法。
[0007] 工藝步驟如下：
[0008] 步驟1 :先鉆取1 口注入井至干熱巖目標儲層，大排量注入水基壓裂液進行水力壓 裂，建造人工地熱儲層，人工熱儲半徑在500-1000m，厚度在500-1000m ;在注入井的兩側各 鉆取1 口生產井，生產井穿過人工熱儲的兩翼，形成注采回路。
[0009] 步驟2 :向注入井和生產井中，同時等速依次注入前置段塞（共0. 3PV)、間隔段塞 (共0. 15PV)和后置段塞（即誘導段塞，共0. 3PV)，并持續利用超臨界0)2將各段塞驅替至 人工熱儲深處，隨著各段塞向人工熱儲深處運移，間隔段塞逐漸溶解于前緣的前置段塞和 后緣的后置段塞中，最終前置段塞和后置段塞在人工熱儲邊緣及圍巖中相接觸，導致兩段 塞中的物質發生一定的物理化學反應，，最終產生大量的無機沉淀，沉淀出來的鹽類堵塞人 工熱儲邊緣及圍巖中的原生孔隙、微裂縫等滲漏通道。
[0010] 步驟3 :注入井注入CO2，生產井生產CO2，進行干熱巖地熱開發；隨著超臨界0)2在 人工熱儲中滲流，及向熱儲圍巖中的緩慢滲漏，圍巖孔隙中的殘余地層水不斷蒸發，溶解在 地層水中的鹽類及其他礦物成分會進一步沉淀出來，加強對人工熱儲邊緣及圍巖滲漏通道 的堵塞，降低超臨界CO 2在循環采熱過程中向圍巖中的滲漏損失，有助于超臨界CO2的循環 采熱以及地質埋存安全。
[0011] 在步驟2中，采用不同的前置段塞、間隔段塞和后置段塞，會發生不同的物理化學 過程，產生不同的無機沉淀。本文提出三種不同的無機鹽沉淀機理來預防CO 2滲漏：①高 濃度無機鹽水溶液前置段塞與沉淀誘導劑后置段塞混合，導致無機鹽溶解度降低而發生沉 淀；②高濃度無機鹽水溶液前置段塞與弱酸/弱堿性氣體后置段塞混合，發生化學反應生 成不溶物進而沉淀；③高濃度無機鹽溶液前置段塞與高濃度無機鹽溶液（包括酸與堿溶 液）后置段塞混合，發成化學反應生成兩種至多種不溶物進而沉淀。
[0012] 機理①：高濃度無機鹽水溶液與沉淀誘導劑混合后可以引起沉淀現象，并對地層 滲流造成堵塞。其中高濃度無機鹽水溶液可以是NaCl、KC