一种采用负触变性流体进行地下资源开采的方法

摘要

本发明公开了一种采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，涉及地下资源开采技术领域，包括：根据地层构造及水文地质数据确定断层分布及构造特征；并采用水压致裂法在地层形成贯通的裂隙网络；通过注入井以设定注入压力向地层注入负触变性流体，使负触变性流体充满断层及裂隙网络；逐步增大负触变性流体的注入压力，直到诱发地下资源开采区的断层或裂隙产生一次滑移后停止注入；之后将失去负触变性的负触变性流体驱替出断层及裂隙网络；开展生产作业，直到达到设定生产条件后后再次注入负触变性流体，循环往复。本发明通过采用注入负触变性流体的方式代替常规注水的方式诱发断层或裂隙滑移，实现了断层或裂隙的可控滑移。

权利要求

1.一种采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，其特征在于，所述方法包括：获取地下资源开采区的地层构造及水文地质数据，并根据所述地层构造及水文地质数据确定断层分布及构造特征；

基于所述断层分布及构造特征构造注入井，并采用水压致裂法在地层形成贯通的裂隙网络；

通过所述注入井以设定注入压力向地层注入负触变性流体，使所述负触变性流体充满断层及裂隙网络；

逐步增大所述负触变性流体的注入压力，直到诱发地下资源开采区的断层或裂隙产生一次滑移后停止注入；

在停止注入所述负触变性流体后，将失去负触变性的所述负触变性流体驱替出断层及裂隙网络；

开展生产作业，直到达到设定生产条件后返回步骤“通过所述注入井以设定注入压力向地层注入负触变性流体，使所述负触变性流体充满断层及裂隙网络”。

2.根据权利要求1所述的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，其特征在于，所述方法还包括：在停止注入所述负触变性流体后，通过所述注入井向地层注入与所述负触变性流体相对应的降解材料，以使所述负触变性流体加速降解，失去负触变性。

3.根据权利要求1所述的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，其特征在于，所述负触变性流体为：欧不裂流体或蒙脱土悬浮体。

4.根据权利要求2所述的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，其特征在于，所述降解材料为：生物酶。

5.根据权利要求1所述的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，其特征在于，所述将失去负触变性的所述负触变性流体驱替出断层及裂隙网络，具体为：通过所述注入井向地层注水，以使失去负触变性的所述负触变性流体被驱替出断层及裂隙网络。

6.根据权利要求1所述的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，其特征在于，诱发地下资源开采区的断层或裂隙产生滑移的临界剪应压力为：τc＝μ(σn‑P)+τ0

其中，τc为临界剪切应力，μ为摩擦系数，σn为作用在断层或裂隙上的正应力，P为注入的孔隙水压力，σn‑P为有效应力，τ0为黏聚力。

7.根据权利要求1所述的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，其特征在于，所述设定注入压力小于或等于2MPa。

8.根据权利要求1所述的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，其特征在于，所述设定生产条件为：生产井井口的流体流量低于设定值。

说明书

一种采用负触变性流体进行地下资源开采的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地下资源开采技术领域，特别是涉及一种采用负触变性流体进行地下资源开采的方法。

背景技术

[0002] 地下资源主要指赋存于地表以下的各种自然资源，包括各种金属和非金属矿产、地下水、地热等。现有的地热资源的开采主要是利用工程技术人为地在地下高温岩体内建造裂隙网或者改善原有裂隙网，所建造的或者所改善的裂隙网具有足够的渗透率，其岩石体积和裂隙表面积足够大，使从地表注入的冷水流经裂隙网返回地表后其温度升高，利用闪蒸或双循环发电或供热。同样，油气资源开采，特别是页岩气开采，也采用注水的方法回收资源或者利用水力致裂来增加地层的渗透率，提高生产效率。但是，越来越多的研究发现，回注作业与小震级的地震存在相当大程度的内在联系。当注入水经地层渗流到附近断层中会增加断层或裂隙内的孔隙压力，降低有效应力，当有效应力降低到一定数值后岩层将发生剪切失效，造成断层或裂隙滑动，诱发地震。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，以实现断层或裂隙的可控滑移。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0005] 一种采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，所述方法包括：

[0006] 获取地下资源开采区的地层构造及水文地质数据，并根据所述地层构造及水文地质数据确定断层分布及构造特征；

[0007] 基于所述断层分布及构造特征构造注入井，并采用水压致裂法在地层形成贯通的裂隙网络；

[0008] 通过所述注入井以设定注入压力向地层注入负触变性流体，使所述负触变性流体充满断层及裂隙网络；

[0009] 逐步增大所述负触变性流体的注入压力，直到诱发地下资源开采区的断层或裂隙产生一次滑移后停止注入；

[0010] 在停止注入所述负触变性流体后，将失去负触变性的所述负触变性流体驱替出断层及裂隙网络；

[0011] 开展生产作业，直到达到设定生产条件后后返回步骤“通过所述注入井以设定注入压力向地层注入负触变性流体，使所述负触变性流体充满断层及裂隙网络”。

[0012] 可选地，所述方法还包括：

[0013] 在停止注入所述负触变性流体后，通过所述注入井向地层注入与所述负触变性流体相对应的降解材料，以使所述负触变性流体加速降解，失去负触变性。

[0014] 可选地，所述负触变性流体为：欧不裂流体或蒙脱土悬浮体。

[0015] 可选地，所述降解材料为：生物酶。

[0016] 可选地，所述将失去负触变性的所述负触变性流体驱替出断层及裂隙网络，具体为：

[0017] 通过所述注入井向地层注水，以使失去负触变性的所述负触变性流体被驱替出断层及裂隙网络。

[0018] 可选地，诱发地下资源开采区的断层或裂隙产生滑移的临界剪应压力为：

[0019] τc＝μ(σn‑P)+τ0

[0020] 其中，τc为临界剪切应力，μ为摩擦系数，σn为作用在断层或裂隙上的正应力，P为注入的孔隙水压力，σn‑P为有效应力，τ0为黏聚力。

[0021] 可选地，所述设定注入压力小于或等于2MPa。

[0022] 可选地，所述设定生产条件为：生产井井口的流体流量低于设定值。

[0023] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

[0024] 本发明提供一种采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，通过采用注入负触变性流体的方式代替常规注水的方式诱发断层或裂隙滑移，利用注入流体的负触变性，当断层或裂隙未发生滑移时，负触变性流体的粘度较低，可在裂隙网络中流动，当断层或裂隙发生滑移时，将产生巨大的剪应变率，使负触变性流体的粘度随之急剧增大，产生巨大的抵抗力，从而阻止断层的进一步滑移。本发明通过逐步增大流体的注入压力实现了断层或裂隙的可控滑移，在保证生产的同时还能够避免诱发地震灾害。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0026] 图1为本发明提供的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法的流程图；

[0027] 图2为本发明提供的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法的地下资源开采区的示意图。

具体实施方式

[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0029] 本发明的目的是提供一种采用负触变性流体进行地下资源开采的方法，以实现断层或裂隙的可控滑移，适用于需要使断层或裂隙网络产生滑移，以提升地层渗透率，从而进行后续生产作业的地下资源开采工作，如对地热资源、页岩气资源等地下资源的开采工作。

[0030] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0031] 本发明的原理如下：

[0032] 诱发地下资源开采区的断层或裂隙产生滑移的临界剪应压力为：

[0033] τc＝μ(σn‑P)+τ0

[0034] 其中，τc为临界剪切应力，超出该应力值则会发生断层或裂隙滑移失效；μ为摩擦系数，与地层构造及水文地质数据、断层分布及构造特征以及注入流体的性质等有关，一般在0.6‑1.0之间；σn为作用在断层或裂隙上的正应力；P为注入的孔隙水压力；σn‑P为有效应力；τ0为黏聚力，数值一般较小，在很多情况下可忽略不计。

[0035] 根据上式可以得出，向地层中注水会降低有效应力σn‑P，从而使临界剪切应力降低，进而容易诱发断层或裂隙失效破坏，造成地震灾害。而由于正应力σn难以调控，所以要避免灾害，需要通过降低注水压力P和容量，增强摩擦系数μ或者黏聚力τ0等方法来实现。

[0036] 因而，实际生产中存在着一个重要矛盾，即断层或裂隙滑移可大幅度提高地层的渗透率，从而帮助提高生产效率，然而，却有一定几率诱发地震，造成重大灾害。如何做到可控滑移成了一个关键难题。

[0037] 图1为本发明提供的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：

[0038] 步骤S1：获取地下资源开采区的地层构造及水文地质数据，并根据所述地层构造及水文地质数据确定断层分布及构造特征。

[0039] 步骤S2：基于所述断层分布及构造特征构造注入井，并采用水压致裂法在地层形成贯通的裂隙网络。

[0040] 其中，水压致裂法为地热、油气等地下资源开采中用于提升地层渗透率的常规技术手段。在这一过程中，需要控制液体(如水)的注入压力且避开断层分布，以避免诱发地震灾害。液体注入压力的具体数值一般根据所在地下资源开采区的地应力、孔隙水压力和岩石的抗拉强度等因素确定。以进行地热资源开采为例，图2为本发明提供的采用负触变性流体进行地下资源开采的方法的地下资源开采区的示意图，地热发电站、生产井、注入井、断层、裂隙网络及地层(如干热岩层)的具体构造及对应关系参见图2。

[0041] 步骤S3：通过所述注入井以设定注入压力向地层注入负触变性流体，使所述负触变性流体充满断层及裂隙网络。

[0042] 在这一过程中，需缓慢注入负触变性流体。所述设定注入压力根据所在地下资源开采区的地应力、孔隙水压力和岩石的抗拉强度等因素确定，其大小直接影响所述负触变性流体的注入速度及注入量，在本实施例中，负触变性流体的注入压力一般不宜超过2MPa，且需要保证在该注入压力下，负触变性流体能够在地层逐渐流动。

[0043] 触变性是流体粘度随剪切时间变化的响应行为。本发明所采用的负触变性流体在外切力作用下体系的粘度上升，静置后又恢复，该现象即负触变现象。将其注入地层中，当断层或裂隙未滑移时，流体的粘度较低，可在断层或裂隙网络中流动；当断层或裂隙滑移时，将产生巨大的剪应变率，此时负触变流体的粘度也随之急剧增大，产生巨大的抵抗力，阻止断层或裂隙的进一步滑移。通过调整负触变性流体的性质和注入量，即可实现断层或裂隙的可控滑移。

[0044] 步骤S4：逐步增大所述负触变性流体的注入压力，直到诱发地下资源开采区的断层或裂隙产生一次滑移后停止注入。注入后的所述负触变性流体在地下高温和滑移产生的机械活化作用下会逐渐降解从而失去负触变性。

[0045] 步骤S5：在停止注入所述负触变性流体后，将失去负触变性的所述负触变性流体驱替出断层及裂隙网络。例如：通过所述注入井向地层注水，以使失去负触变性的所述负触变性流体被驱替出断层及裂隙网络。

[0046] 步骤S6：开展生产作业，直到达到设定生产条件后返回“步骤S3”(即：通过所述注入井以设定注入压力向地层注入负触变性流体，使所述负触变性流体充满断层及裂隙网络)。所述设定生产条件为生产井井口的流体流量低于设定值，具体的流体材质及设定值的大小是根据实际生产情况确定的，例如，当采用闪蒸地热发电系统或双循环地热发电系统进行地热资源开采时，由于需要向地表注入冷水，使冷水流经裂隙网络返回地表后温度升3
高以供利用，则所述设定生产条件为生产井井口的水流量(即涌水量)低于设定值(如10m /h)。当井口的涌水量过低时，则说明地层的渗透率已经降低到无法确保生产效率，因此需要重复“步骤S3”至“步骤S5”，从而再次提高地层的渗透率以进行地热资源的开采。

[0047] 进一步地，所述方法还包括：

[0048] 在停止注入所述负触变性流体后，通过所述注入井向地层注入与所述负触变性流体相对应的降解材料，以使所述负触变性流体加速降解，失去负触变性，确保及时进行后续生产。

[0049] 优选地，所述负触变性流体为：欧不裂流体或蒙脱土悬浮体，所述降解材料为：生物酶，但并不以此为限制，可以根据实际需要进行调整。

[0050] 与现有技术相比，本发明具有以下优势：

[0051] (1)由于负触变性流体的特性，缓慢注入时可在裂隙网络中正常流动；断层或裂隙开始剪切滑移后，负触变性流体发挥特性，粘度迅速增大，进而达到抵抗其过度滑移的目的。

[0052] (2)由于负触变性流体的粘度与剪切速率正相关，所以只有在滑移开始并达到一定速率后才产生足够的抵抗力。因此，该方法既允许了滑移的产生，达到了提高渗透性的效果，又可以有效抑制断层或裂隙的长距离急剧滑移，避免诱发强地震。

[0053] (3)所采用的负触变性流体材料对环境无害，可自然降解。

[0054] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0055] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。