马头营深层干热岩人工造储裂缝扩展机理研究与应用

齐晓飞; 肖勇; 上官拴通; 苏野; 王红科; 李英英; 胡志兴

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.7.21

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (6) : 224 -234. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.7.21

地热开发利用技术

马头营深层干热岩人工造储裂缝扩展机理研究与应用

齐晓飞 ¹ ,
肖勇 ²^,^* ,
上官拴通 ¹ ,
苏野 ¹ ,
王红科 ³ ,
李英英 ¹ ,
胡志兴 ¹

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Fracture propagation mechanism in artificial reservoir of deep hot dry rock, Matouying and its applications

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摘要

干热岩具有清洁、稳定、可再生的资源优势和发电潜力,通过水力压裂构建裂缝网络,形成高导流能力人工热储是其高效开发的技术关键。深层干热岩往往是脆、硬,且岩石力学强度高的基底花岗岩,水力压裂破岩能量是传统沉积岩的数倍,难以从传统压裂力学机制上实现张性起裂,裂缝网络扩展是人工造储的核心,主要包括井筒附近的张性起裂、人工裂缝的扩展与岩体失稳和天然裂缝的滑移剪胀。本文以马头营深层干热岩水力压裂人工造储为例,结合岩体地质特征和缝网扩展机理,完成耐温抗剪和破胶性能评价,优选降阻率达到74%的耐高温低黏滑溜水作为主压裂液,剪切稳定后黏度为40 mPa·s的变黏滑溜水作为支撑剂和暂堵转向剂的携砂液;优化15 000 m³压裂液为5个泵注阶段和15个泵注单元,以交替注酸、变黏度剪切造缝和近井筒携砂3种工艺强化缝网扩展;优选200目、2和5 mm不同尺寸可降解暂堵剂促使裂缝均匀扩展;泵注40/70目中密高强度支撑陶粒,在剪切自支撑基础上强化支撑导流。压后评价与微震监测证实,马头营干热岩试验井组水力压裂构建了1 004.03×10⁴ m³的人工热储,包含18条典型相互沟通的裂缝面,裂缝类型为“张—剪”混合裂缝;高黏滑溜水低排量携带的暂堵转向剂,促使远端新裂缝不断开启,增加了纵向的改造程度,且无诱发地震。该水力压裂工程案例的成功实践,证明了多体系小型压裂测试工艺、多阶段逐级提排量主压裂工艺和多方案转向压裂工艺的正确性,为我国干热岩水力压裂人工造储提供了宝贵经验。