本發(fā)明屬于干熱巖地?zé)崛斯醿?chǔ)建造領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)低孔隙率、低滲透率深層干熱巖，應(yīng)用水壓爆破致裂技術(shù)低成本、高效率的在干熱巖體中建造大范圍的熱交換面積的人工熱儲(chǔ)的方法。

背景技術(shù)：

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，能源消耗的比重越來越高，現(xiàn)如今石油、煤炭等一次能源仍占據(jù)能源消耗的主導(dǎo)地位，但其作為不可再生能源，終有枯竭的一天，并且對(duì)環(huán)境污染和生態(tài)破壞日益嚴(yán)重。因此從人類的健康可持續(xù)發(fā)展理念出發(fā)，開發(fā)利用清潔、可再生能源變得尤為重要。近年來，地?zé)崮艿拈_發(fā)利用尤為迅速，且取得了一系列的成果。干熱巖作為一種清潔的、可持續(xù)的能源，以其儲(chǔ)量大、無(wú)污染、可循環(huán)利用等特點(diǎn)，越來越受各國(guó)的高度關(guān)注。

干熱巖一般位于深部的火成巖體中，以花崗巖為主，具有高密度、低滲透且不含水、溫度在200℃~650℃之間的地?zé)豳Y源。而干熱巖地?zé)崮艿拈_發(fā)利用有以下特點(diǎn)：（1）干熱巖地?zé)崮荛_發(fā)潛力巨大。據(jù)估計(jì)，地殼深部在3千米、溫度在200℃以上的干熱巖地?zé)豳Y源總量為40~400Mquads，相當(dāng)于化石能源的100~1000倍；（2)地?zé)崮芮鍧?，無(wú)污染，沒有有害氣體（CO2、SOx、NOx）排放，也沒有其他流體或固體廢棄物的污染；(3)干熱巖地?zé)岬拈_發(fā)可以提供不間斷的電力供應(yīng)，且不受季節(jié)、晝夜、氣候、地域等自然條件的影響。因此干熱巖的開發(fā)前景很好。但是如何提高低滲透干熱巖體的滲透率、建造較大范圍的人工熱儲(chǔ)從而提高經(jīng)濟(jì)效益，是干熱巖開發(fā)與利用的難點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于人工熱儲(chǔ)的建造方法主要是水壓致裂法。

水壓爆破致裂技術(shù)在拆除充水的建筑物、煤層巷道掘進(jìn)、隧道開挖、深部開采等領(lǐng)域得到了良好的應(yīng)用，其基本原理是利用水的不可壓縮性質(zhì)，能量傳播損失小、沖擊波的作用、爆炸氣體膨脹由此形成的高壓、高速水流作用而導(dǎo)致較好的破巖效果。有如下特點(diǎn)：（1）較好的傳能作用。在水壓爆破中，裝藥結(jié)構(gòu)為不耦合裝藥，及高壓水充于炮孔和藥注之間的間隙，由于水是一種微壓縮性質(zhì)，當(dāng)外界壓力增加到100MP時(shí)，其密度僅增加5%左右。而高壓水又是炸藥爆炸時(shí)作用于巖體間的緩沖層，其作用不僅可以延長(zhǎng)爆炸沖擊波對(duì)巖體的作用，而且可以減少在巖體中產(chǎn)生的塑形變形帶來的能量損失。（2）水楔作用。在爆炸氣體膨脹作用下產(chǎn)生的水楔效應(yīng)可有利于巖石的進(jìn)一步產(chǎn)生裂隙，對(duì)裂隙起到擴(kuò)展和延伸的作用。

基于水壓爆破致裂技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛的應(yīng)用和較好的效果，因此可以將水壓爆破的原理應(yīng)用于干熱巖人工熱儲(chǔ)建造中，一方面可以有效克服水壓致裂技術(shù)建造人工熱儲(chǔ)的缺陷，另一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益，更有利于滿足商業(yè)開發(fā)方面的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是基于目前應(yīng)用巨型水壓致裂技術(shù)建造干熱巖人工熱儲(chǔ)的一種新思路。應(yīng)用水壓爆破致裂技術(shù)建造人工熱儲(chǔ)可有效增大巖體起裂及裂隙擴(kuò)展時(shí)需要的水壓力，增大巖體裂縫(裂隙)密度、長(zhǎng)度和寬度，克服水壓致裂因設(shè)備局限性無(wú)法提供所需足夠水壓力的缺點(diǎn)，可以低成本、高效率的建造人工熱儲(chǔ)，保證干熱巖開發(fā)系統(tǒng)具有較長(zhǎng)的服務(wù)年限，且人工熱儲(chǔ)具有較高的熱交換能力。因此本發(fā)明提出一種水壓爆破致裂建造干熱巖人工熱儲(chǔ)的方法。

本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

水壓爆破致裂建造干熱巖人工熱儲(chǔ)的方法：根據(jù)干熱巖地?zé)衢_發(fā)區(qū)地質(zhì)資料確定井組布置方案后，首先對(duì)注入井進(jìn)行施工，當(dāng)注入井施工到巖體溫度在200℃以上目標(biāo)層時(shí)，停止鉆井。然后在注入井周圍約100m處鉆取深度較淺的監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝井，用于監(jiān)測(cè)水壓爆破范圍以指導(dǎo)生產(chǎn)井的布置。然后對(duì)藥包進(jìn)行耐高溫處理后，根據(jù)已經(jīng)確定的炸藥用量，進(jìn)行裝藥、安裝起爆裝置、封孔，采用徑向不耦合水壓爆破技術(shù)對(duì)注入井人工熱儲(chǔ)建造處進(jìn)行最大范圍爆破。同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爆破過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析水壓爆破形成的裂隙區(qū)和影響范圍，將生產(chǎn)井施工至水壓爆破影響范圍內(nèi)，然后對(duì)生產(chǎn)井再次實(shí)施水壓爆破，達(dá)到注入井和生產(chǎn)井裂隙相互連通的目的，從而以低成本、高效率建成大范圍的熱交換區(qū)域，形成干熱巖地?zé)崛斯醿?chǔ)。

具體實(shí)施步驟為：

(1)根據(jù)干熱巖地?zé)衢_發(fā)區(qū)地質(zhì)資料確定井組布置方案，并確定注入井位置及施工方案。

(2)施工注入井，當(dāng)注入井施工到巖體溫度在200℃以上目標(biāo)層時(shí)，停止鉆井。

(3)施工監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝井。在距注入井約100m處鉆取深度較淺的監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝井用于安裝傳感器，并在地面安裝一套完整的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而監(jiān)測(cè)水壓爆破范圍以指導(dǎo)生產(chǎn)井的布置。

(4)對(duì)注入井人工熱儲(chǔ)目標(biāo)層進(jìn)行水壓爆破。根據(jù)已經(jīng)確定的炸藥用量，并對(duì)藥包進(jìn)行耐高溫處理后，裝藥、連線、安裝起爆裝置、注水、封孔，采用徑向不耦合水壓爆破技術(shù)對(duì)注入井人工熱儲(chǔ)建造目標(biāo)層進(jìn)行最大范圍爆破。

(5)施工生產(chǎn)井。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析水壓爆破形成的水壓爆破裂隙連通區(qū)和爆破裂隙區(qū)與影響范圍，將生產(chǎn)井施工至水壓爆破影響范圍內(nèi)。

(6)對(duì)生產(chǎn)井人工熱儲(chǔ)進(jìn)行水壓爆破。其方法同步驟(4),達(dá)到注入井和生產(chǎn)井裂隙相互連通的目的。

(7)根據(jù)井組布置方案將所有的注入井和生產(chǎn)井應(yīng)用水壓爆破致裂技術(shù)進(jìn)行聯(lián)通，形成干熱巖人工熱儲(chǔ)區(qū)域。

上述水壓爆破致裂建造干熱巖人工熱儲(chǔ)的方法，所述用炸藥為特殊炸藥，能夠在高溫高壓高地應(yīng)力的特殊環(huán)境下進(jìn)行正常工作，而且威力巨大，如軍用炸藥等。

上述水壓爆破致裂建造干熱巖人工熱儲(chǔ)的方法，所述步驟(4),基于高溫高壓高地應(yīng)力的特殊環(huán)境下進(jìn)行水壓爆破，要確保水壓爆破安全實(shí)施，進(jìn)行以下處理：①對(duì)注水井孔進(jìn)行降溫處理，②清洗鉆孔確保裝藥順利進(jìn)行，③采用耐高溫炸藥、起爆器材、藥包隔熱防護(hù)器材等，④裝藥結(jié)構(gòu)采用徑向不耦合裝藥方式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：(1)充分利用水壓爆破致裂技術(shù)特點(diǎn)，可有效增大巖體起裂及裂隙擴(kuò)展時(shí)需要的水壓力，增大巖體裂縫(裂隙)密度、長(zhǎng)度和寬度，克服水壓致裂因設(shè)備局限性無(wú)法提供所需足夠水壓力的缺點(diǎn)；(2)水壓爆破形成的巖石碎屑可充填于裂隙中，起到對(duì)裂縫的支撐作用，使得裂隙不至于很快閉合。從而實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的建造人工熱儲(chǔ)的目的。

附圖說明

圖1 為水壓爆破致裂建造干熱巖人工熱儲(chǔ)實(shí)施階段示意圖。

圖2 為水壓爆破致裂建成的干熱巖人工熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)形態(tài)示意圖。

圖中：1-注入井，2-監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝井，3-生產(chǎn)井，4-封孔劑，5-藥包，6-水，7-目標(biāo)層，8-傳感器，9-微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，10-引線，11-起爆裝置，12-破碎區(qū)，13-水壓爆破裂隙連通區(qū)，14-爆破裂隙區(qū)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1、圖2對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

在某干熱巖地?zé)衢_發(fā)與利用工程中，采用水壓爆破致裂技術(shù)來建造人工熱儲(chǔ)，具體步驟如下：

(1)根據(jù)干熱巖地?zé)衢_發(fā)區(qū)地質(zhì)資料確定井組布置方案，并確定注入井1位置及施工方案。

(2)施工注入井1，當(dāng)注入井1施工到巖體溫度在200℃以上目標(biāo)層時(shí)，停止鉆井。

(3)施工監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝井2。在距注入井1約100m處鉆取深度較淺的監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝井2用于安裝傳感器8，并在地面安裝一套完整的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)9，從而監(jiān)測(cè)水壓爆破范圍以指導(dǎo)生產(chǎn)井3的布置。

(4)對(duì)注入井1人工熱儲(chǔ)目標(biāo)層7進(jìn)行水壓爆破。根據(jù)已經(jīng)確定的炸藥用量，并對(duì)藥包5進(jìn)行耐高溫處理后，安裝藥包5、連接引線10、安裝起爆裝置11、注水6、用封孔劑4封孔，采用徑向不耦合水壓爆破技術(shù)對(duì)注入井1人工熱儲(chǔ)目標(biāo)層7進(jìn)行最大范圍爆破。

(5)施工生產(chǎn)井3。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析水壓爆破形成的水壓爆破裂隙連通區(qū)13與爆破裂隙區(qū)14和影響范圍，將生產(chǎn)井3施工至水壓爆破影響范圍內(nèi)。

(6)對(duì)生產(chǎn)井3人工熱儲(chǔ)目標(biāo)層7進(jìn)行水壓爆破。其方法同步驟(4),達(dá)到注入井1和生產(chǎn)井3裂隙相互連通的目的，形成裂隙相互連通區(qū)13 。

(7)根據(jù)井組布置方案將所有的注入井1和生產(chǎn)井3應(yīng)用水壓爆破致裂技術(shù)進(jìn)行連通，形成干熱巖人工熱儲(chǔ)區(qū)域(破碎區(qū)12、水壓爆破裂隙連通區(qū)13和爆破裂隙區(qū)14共同形成的區(qū)域)。