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青海共和盆地干热岩勘查与试采取得重要进展

发布时间:2020-04-28 来源:未知 点击次数: 打印 作者:admin

摘要:研究提出青海共和盆地干热岩地质成因模式。创新钻探技术,高效完成国内首眼干热岩试验开发井钻探。克服高温测井难题,获得多项测井参数,成功探索开展微震、电磁法压裂监测,为持续推进干热岩试采打下坚定基础。

1.项目概况

为加快推进我国深部热能(干热岩)开发利用,干热岩勘查开发,支撑服务国家清洁能源开发,自然资源部中国地质调查局实施了青海共和盆地干热岩勘查与试采科技攻坚战。中国地质调查局水文地质环境地质调查中心和中国地质科学院牵头实施,中国地质调查局发展研究中心、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所、中国地质科学院地质研究所、中国地质科学院地质力学研究所、中国地质科学院水文地质环境地质研究所、中国地质调查局地学文献中心、中国地质科学院勘探技术研究所、北京探矿工程研究所、中国地质科学院探矿工艺研究所等单位参加。

2.成果简介

(1)初步查明干热岩热源来自放射性生热和深部热量持续供给,首次探明恰卜恰-达连海干热岩体连片分布,体积大,资源量丰富,为共和盆地干热岩开发提供资源基础(图1)。

图1 青海共和盆地干热岩注采井钻探现场

多种技术方法揭示共和盆地存在深部热源供给。共和盆地及周缘气样同位素测试表明具有深部热源供给。大地电磁测深反演揭示,共和盆地恰卜恰—达连海地区深部存在低电阻率高温异常显示。对已有钻孔热液蚀变矿物分析发现,干热岩目标储层主体为沸石相环境,局部达到低绿片岩相环境,揭示了钻井揭露目标储层的温度演变过程。

恰卜恰干热岩体放射性生热率高。岩心和岩屑放射性测试获得共和恰卜恰干热岩体平均放射性生热率高于世界花岗岩平均值。自然伽马能谱测井发现存在厚层高铀花岗岩层段。

干热岩体量大、资源丰富。通过二维地震、密集台阵、大地电磁测深、重磁及地热地质调查等技术手段,首次揭示了恰卜—达连海地区深部侵入岩体连片分布,延伸较深,圈定达连海、扎仓寺等干热岩勘查目标靶区,为扩大规模持续开发干热岩提供后备场地。

场地地质结构相对稳定、适宜开发。综合分析三维地震勘探、高精度测井、钻孔岩心分析、地应力测量等资料,评价了场地范围内断层、裂隙系统及其影响,构建了三维地质结构和属性模型,为干热岩示范工程建设提供支撑。

(2)创新探索高温硬岩高效钻完井技术方法,完成国内首眼干热岩试采井钻探。

创新应用非常规快速钻进技术,实施了高温硬岩钻进,平均钻进时效高于普通机械钻速,创国内高温硬岩最深、最长空气钻井施工记录,有效探索了干热岩高效钻进新途径。

探索出一套精准的硬岩敏感地层钻进参数组合与控制技术。针对不同地层岩性探索出不同钻压、转速,泵量的钻进组合技术,强化降温措施,保证井底洁净,安全钻进。确保了首眼干热岩试采井零事故、高效完钻,创下我国同类钻井工程钻探用时最短记录。

研制了一种新型抗高温经济环保钻井液体系。形成的高温钻井液配方适用温度范围广、流变性能稳定时间长,护壁、携屑性能好,实现了全部耐高温材料的国产化,清洁环保、维护方便,成本较低。

创新了高温复合完井工艺,为工程开发奠定了基础。压裂目标层使用自主设计的特殊规格管材,有效防护井壁掉块的同时确保压裂改造、开发生产;应用耐超高温水泥浆体系,实现干热岩井高质量固井。

(3)自主研发温度测量仪实现深井测温,首次采用多种先进测井技术,获得干热岩开发关键参数,准确掌握了深部热储特征及属性。采用自主研发的存储式超高温温度测量仪、分布式光纤测温系统和钻孔测温仪等对干热岩注采开展测温工作,准确测得全井段温度。探索建立了干热岩综合测井及解释方法。识别钻孔诱导裂隙,确定最大水平主应力方向,精细刻画了试验场地天然裂隙特征。

(4)成功开展了国内首例干热岩试验开发井试压裂,初步试验形成了干热岩安全造储工艺。通过物模实验等手段从微观和宏观两个尺度分析了干热岩裂缝起裂扩展的影响因素,试验结果表明岩石矿物、天然裂缝等对裂缝扩展起到控制作用。开展了多种液体试压裂实验,实验结果表明新的压裂液材料成功起裂并扩张岩体裂缝,有效形成复杂裂缝,达到预期目的。压裂注入工艺有效控制诱发地震。统计不同压裂工艺微震事件数量及能量,得出了减缓地震的有效压裂工艺。通过压后监测,准确掌握了压开部位,剖面显示储层改造达到了预期目标。

(5)创新建成国内首个集实时采集、传输、分析于一体的微震监测系统,探索构建了微震、电磁联合裂缝监测体系。微震监测裂缝扩展多缝特征明显、延展效果好。自主研发高精度微震监测采集仪和传输设备进行监测与处理。测试压裂结果显示改造效果良好。

(6)建设了国内首套水力压裂诱发地震实时监测台网,构建了诱发地震响应控制机制。研究了区域地震、地应力时空分布特征,定量评价了场地周边主要断裂构造的稳定性,评价了诱发地震潜在的最大震级;编制了敏感区预测评价图,提出了管控措施。构建了干热岩压裂作业与诱发地震风险响应管控机制,给出了诱发地震震级和地面峰值速度级别阈值,为压裂参数调整和响应机制决策及时提供支撑数据。

(7)研发了高温硬岩钻井、地应力测量、高温测井、微震监测等材料工具和仪器设备。完成了耐高温钻井提速工具、长寿命钻头、高精度测温等材料工具和仪器设备。建立了岩心径向变形分析法地应力实验室。

3.成果意义

开展青海共和盆地干热岩勘查与试采工作,突破了干热岩勘查开发多项关键技术,为下一步工作奠定了坚实基础,取得了重要阶段性成果。



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