针对不同的深部地应力场条件和裂隙发育特征,通过控制注入水流量使深部热储达到理想的剪切破坏是人工压裂技术重点解决的问题。干热岩开发本身的压裂设备和石油天然气开发中压裂设备基本相同,主要的区别在于干热岩的压裂设备需要解决耐高温问题。而高温岩体冷却收缩效应也使干热岩储层激发相对于传统油气储层更容易发生 。
上述各国的储层激发试验均表明,在坚硬的花岗岩中创造新的裂隙几乎是不可能的,通过注入水压力的控制使储层已有的裂隙面错动和延伸从而形成有效的换热面积是国际公认的EGS储层建造方法。实际干热岩开发工程中,热储的创建主要包括以下关键步骤:
1)安装微震监测器;
2)形成已有注入井的剪切破坏;
3)施工两口开采井,并对其储层进行水力剪切破坏;
4)开展30~60 d的储层循环测试,评价热储连通性及表现。
储层压裂相关的技术主要包括:微震解译、井下电视成像、区域构造雷达反演、光纤式温度测井、岩体室内切片分析、电镜扫描、模拟预测等。
为止,世界干热岩资源开发工程大部分采用的是高温物理封隔器,通过对目标层位的封堵达到对特定储层激发的目的。其优点在于,封隔器深度可以自由调节,可对指定深度进行储层激发。缺点在于受温度影响,很多封隔器采用弹性密封元件,温度上限为225℃,同时,高温封隔技术操作过程中需要钻机配合,存在较高的施工卡钻危险,容易造成井孔报废,从而对整个工程造成较大的经济损失。为止,大多数的高温储层封隔器仅适用于套管段,而EGS储层激发的目标为裸孔段,因此,传统物理封隔技术的应用受到了很大的限制。
化学和生物封隔技术在部分发达国家已开展了广泛的研究。一种高温降解生物隔离技术(TZIM)在美国刚刚成功应用于Newberry干热岩工程。相对传统储层封隔器具有成本低、风险小、耐温性能好等特点。具体如下:
1)注入井后保持颗粒状;
2)密度与水接近,操作时和注水一起进入最渗透的裂缝;
3)TZIM 会密封已有裂缝,通过激发可裂开更多层的岩石;
4)操作无需井架,可采用分布式光纤温度传感器(DTS)监控井下隔离效果。
化学刺激最早应用于油气井的增产,通过将酸注入储层裂隙,目的是将裂隙面流体长期运移和沉淀过程中产生的矿物溶解,达到增大对近井区岩体渗透性的目标。对于EGS而言,结合化学刺激和水力激发可以降低注入压力、减小微震等级,优化储层管理。
近30年来,许多不同的化学酸化刺激法被应用于地热。然而,同一种化学激发剂可能只适用于特定的地层,
对于EGS储层激发而言,正在研究针对各种不同地层的综合化学刺激法。法国Soultz干热岩工程采用了化学刺激方法使注入率提高了1.12~2.5倍。激发结果显示注入酸与花岗岩体的裂隙之间的矿物发生了较为强烈的反应,增加了储层的渗透性。总体而言,化学刺激受到时间、体积和浓度等方面的制约,因此其发展还需要更多的室内实验及工程验证。