一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法

本发明属于二氧化碳地质封存和地热开发，具体为一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法。

背景技术：

1、地热是新能源家族中的重要种类，对于改善能源结构意义重大。与石油、煤炭和天然气相比，地热资源释放出的温室效应气体很少，具有清洁、可直接利用和可再生等优点。地热能资源可分为浅层地热、水热型和干热岩型。干热岩作为优质的、暂未大规模开发的地热资源，在中国乃至世界范围内有着丰富的储量，干热岩一般位于深部的火成岩体中，以花岗岩为主，具有高密度、低渗透且不含水、温度在200℃~650℃之间的地热资源。如何提高低渗透干热岩体的渗透率、建造较大范围的人工热储从而提高经济效益，是干热岩开发与利用的难点。基性/超基性岩体作为干热岩里重要的一类，在地球上分布广泛，包括大陆溢流玄武岩、洋底玄武岩和地幔橄榄岩等。由于其既具有高温，又可以在水和二氧化碳的存在下进行反应，从而可以在实现长久固碳的同时，进行地热开采。

2、对于地热开采包括地热储层的建造和开采两个方面，对于地热储层的建造，目前，国内外对干热岩地热能普遍利用增强型地热系统（简称egs），而在利用egs开采干热岩地热能时，人们需要对干热岩热储层进行水力压裂、分段压裂等技术改造，以便提高储层渗透率和连通性。其基本原理是利用水的不可压缩性质，能量传播损失小、冲击波的作用、爆炸气体膨胀由此形成的高压、高速水流作用而导致较好的破岩效果。但是如果对压裂的水压控制不好，又会出现渗层的结构出现断层或微渗透结构构建不充分的问题，同样会导致地热储层渗透率下降的问题。而且此类工程也存在难度大、工程成本高昂、换热效果差等问题。

3、相关技术中，地热资源的开采是向地热资源的储层打入一口或几口竖直方向的地热井，其中一口或几口作为回灌井注入较低温度的水，另一口或几口作为抽水井提取出较高温度的水，地热水回灌即将地热尾水通过人工加压或自然回灌的方式注入到开采中的热储层。但是，在中深部水热型地热资源的开采和回灌中，由于深度热储层的渗透率，导致垂直井开采和回灌的效率低下，尤其是在中深部的砂岩地热资源中，使得抽取和回灌的流量特别低，这使得地热资源的利用率较差，经济效益低。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，以有效提高干热岩热储层的渗透率。

2、一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，包括以下步骤：

3、1）选择干热岩地热建造的目标区域：所述目标区域为分布在高温干热岩储层中的基性/超基性岩脉分布带；

4、2）在基性/超基性岩脉分布带内布置两口地热井，两口地热井中均布置有第一传输管和第二传输管；

5、3）二氧化碳溶解控制建造：通过第一传输管向基性/超基性岩脉分布带上部注入水，通过第二传输管向基性/超基性岩脉分布带底部加压注入二氧化碳，监测并保持注入压力p在时间t内不变并保持；p≥8 mpa，t为10-30天；重复多次所述的二氧化碳溶解控制建造过程，直至两口地热井在基性/超基性岩脉分布带内实现相互之间的对溶连通，完成热储层建造；

6、该过程实现将超临界态二氧化碳与水的混合物注入基性/超基性岩脉分布带，水和超临界二氧化碳进入基性/超基性岩脉分布带并利用岩层内部的成分进行反应，此过程中，不断的发育出复杂的热储层裂缝体系，同时也将二氧化碳进行了封存。

7、优选的，基性/超基性岩脉分布带的温度＞100℃。

8、优选的，将基性/超基性岩脉分布带划分为多个开采单元进行分区建造，每个开采单元内布置两口地热井；当前开采单元钻井完成后，进行二氧化碳溶解控制建造，同时进行下一个开采单元的钻井工作，依次完成目标区域内所有开采单元的热储改造工作。

9、更优的，每个开采单元为矩形结构；每个开采单元内布置两口地热井的间距为1km。

10、优选的，在两口地热井中位于基性/超基性岩脉分布带上部设置一个通孔封隔器，阻断可反应性地层段与上方邻近层段的水力联系。

11、更优的，通孔封隔器在工作时，内压pf高于所封层段水压pw1mpa以上，即pf≥pw+1；通孔封隔器可耐温大于100℃，耐压大于30 mpa。

12、优选的，在每次二氧化碳溶解控制建造过程完成之后进行洗井。

13、更优的，所述的洗井是在时间t之后，停止注入二氧化碳；然后利用第一传输管向基性/超基性岩脉分布带内注入清洗液，通过单井井底循环方式，将反应后的混合杂质溶液驱替，在这个过程中，在形成的热储层裂缝体系的基础上进一步形成末端的微结构，提高热储层的渗透率，这些杂质溶液通过同一地热井内的第二传输管被排至地面。

14、更优的，待所述的驱替完成后，关闭第一传输管，再通过第二传输管将co2注入可反应性地层，监测并保持注入压力p在时间t内不变，完成一个反应循环。

15、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

16、本发明方法可实现对区域内基性/超基性岩全部蚀变改造，完成二氧化碳永久封存，同时改造了基性/超基性岩的渗透性，使其成为干热岩储层中换热渗流通道，封存二氧化碳的同时为后续的地热开采创造了基础条件。

技术特征：

1.一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，其特征在于，基性/超基性岩脉分布带（2）的温度＞100℃。

3.根据权利要求1所述的一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，其特征在于，将基性/超基性岩脉分布带（2）划分为多个开采单元进行分区建造，每个开采单元内布置两口地热井（6）；当前开采单元钻井完成后，进行二氧化碳溶解控制建造，同时进行下一个开采单元的钻井工作，依次完成目标区域内所有开采单元的热储改造工作。

4.根据权利要求3所述的一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，其特征在于，每个开采单元为矩形结构；每个开采单元内布置两口地热井（6）的间距为1 km。

5.根据权利要求1所述的一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，其特征在于，在两口地热井（6）中位于基性/超基性岩脉分布带（2）上部设置一个通孔封隔器（10），阻断可反应性地层段与上方邻近层段的水力联系。

6.根据权利要求5所述的一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，其特征在于，通孔封隔器（10）在工作时，内压pf高于所封层段水压pw 1 mpa以上，即pf≥pw+1；通孔封隔器（10）可耐温大于100℃，耐压大于30 mpa。

7.根据权利要求1所述的一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，其特征在于，在每次二氧化碳溶解控制建造过程完成之后进行洗井。

8.根据权利要求7所述的一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，其特征在于，所述的洗井是在时间t之后，停止注入二氧化碳；然后利用第一传输管向基性/超基性岩脉分布带（2）内注入清洗液，通过单井井底循环方式，将反应后的混合杂质溶液驱替，在这个过程中，在形成的热储层裂缝体系的基础上进一步形成末端的微结构，提高热储层的渗透率，这些杂质溶液通过同一地热井（6）内的第二传输管被排至地面。

9.根据权利要求8所述的一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，其特征在于，待所述的驱替完成后，关闭第一传输管，再通过第二传输管将co2注入可反应性地层，监测并保持注入压力p在时间t内不变，完成一个反应循环。

技术总结
本发明提出一种深部人工热储二氧化碳溶解控制建造方法，属于二氧化碳地质封存和地热开发技术领域；所述方法包括选择干热岩地热建造的目标区域、在基性/超基性岩脉分布带内布置地热井，在地热井中布置第一传输管和第二传输管、通过反复向第一传输管和第二传输管输入水和二氧化碳对基性/超基性岩脉分布带进行二氧化碳溶解控制建造；本发明方法可实现对区域内基性/超基性岩全部蚀变改造，完成二氧化碳永久封存，同时改造了基性/超基性岩的渗透性，使其成为干热岩储层中换热渗流通道，封存二氧化碳的同时为后续的地热开采创造了基础条件。

技术研发人员：冯子军,高阳,赵鹏,阴伟涛,靳佩桦,赵阳升,郤保平
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16