摘要
人工热储层是深层地热利用系统的关键子系统,是利用致裂技术营造的裂隙网储热库,致裂又是建造热储层的关键,常用的致裂方法有水压致裂、化学致裂及爆破致裂等,但其形成的裂隙分布及连通性不够理想。随着中深层地热在国内外商业发电及供暖中逐渐得到应用,干热岩热储层的致裂技术及热储换热性能也越来越受到广泛关注。本文针对双井储层单裂隙换热系统,理论分析了CO2致裂原理、方法及用于干热岩储层致裂的可行性,并利用数值模拟的方法对储层裂隙换热机理进行深入探究,得出适合于干热岩储层致裂及换热的设计参数。首先,分析了 CO2用于煤层、油气井的储层致裂方法及原理,通过研究二氧化碳密度、粘度和导热系数随温度和压力变化的规律,分析二氧化碳特殊的物理性质在裂缝延伸过程中的作用,研究其用于干热岩储层致裂的可行性,并与水力压裂效果进行对比。理论分析结果表明:将CO2用于干热岩储层致裂是可行的,且相较于H2O作压裂介质,CO2作压裂介质时储层内部会形成较多且细密的裂缝,储层裂缝连通性更好,换热面积更大。随后,通过数值模拟的方法研究缝隙宽度、工作流体速度、岩层初始温度、工作流体种类对缝隙—岩体换热效果的影响。模拟结果表明:缝隙宽度、工作流体速度、岩层初始温度、工作流体种类对换热效果的影响都比较大,其中换热工质种类对换热效果的影响最为显著。具体表现为:在其他因素不变的基础上,随缝隙宽度的增大而增大,随工作流体速度的增大而增大,随储层初始温度的增大而增大;工作流体CO2相比H2O有较好的换热效果,约为水的1.34倍;考虑到经济、施工等影响因素,上述参数在选择上还是要折中考虑。通过以上分析研究可得:使用CO2做工作介质时,0.014mm缝隙宽度,0.0045m/s工作流体速度,543K储层初始温度条件下,系统的净热采收率最大。相同工况条件下,CO2致裂储层换热效果约是水力压裂的1.28倍,且较晚的出现热突破,延长系统使用寿命。研究成果可为干热岩储层致裂及换热过程参数设计提供支持。