增强型地热系统（EGS）储层化学刺激作用机理及效果研究

Enhanced Geothermal System(EGS), known as Hot Dry Rock (HDR)，is an engineering technology where the heat energy is extracted from low permeability and low porosity rock，namely，HDR in order to gain the quantity of energy. Growth and connection of fissures in EGS reservoir is the key to heat energy extraction. Some chemical stimulation methods are often used to develop the fissures. Currently, the study on mechanism of chemical stimulation to EGS reservoir is not systematic, and traditional chemical stimulation methods used for oil or natural gas cannot satisfy the practical need of EGS. Therefore, this project intends to carry out reactor/column experiments, establish reactive solute model and adopt X-CT technology to investigate: mechanism of chemical stimulation to EGS reservoir; the dissolution/precipitation discipline of main minerals by chemical stimulation; reaction kinetics parameters of minerals and stimulants; the influences on permeability of HDR by different kinds of chemical stimulants injected into reservoir. Then, relationship between characteristics of chemical stimulant and development effect is determined in the conditions of high temperature and pressure, and definite quantitative evaluation of stimulation effect on EGS reservoir is made. The findings of this project can serve as theoretical bases for efficient and rational application of Enhanced Geothermal System Project in future.

增强型地热系统（EGS）是采用人工形成地热储层的方法，从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统，即从干热岩中开发地热的工程。热储层中裂缝发育与连通情况是控制热能提取的关键，通常利用一些化学刺激方法拓展裂隙网络。目前国内外对EGS储层化学刺激作用的机理研究还不够深入，传统的石油天然气领域采用的化学刺激方法无法完全满足EGS储层改造的实际需求。因此，本课题拟通过反应釜静态实验、反应柱动态模拟实验，建立反应性溶质运移模型，结合X射线CT技术，重点研究化学刺激对EGS储层的作用机理；弄清化学刺激过程中储层主要矿物的溶解、沉淀规律，确定反应化学动力学参数；明确不同类型化学刺激剂注入对干热岩高温热储层孔隙渗透性的影响；建立高温高压条件下化学刺激剂性质参数和储层改造效果之间的响应关系；定量评价化学刺激对EGS储层的作用效果。该项目研究成果对我国未来增强型地热系统工程的开展具有重要意义。

在干热岩的实际工程中，经常会遇到生产井/注入井和人工地热储层裂隙网络的水力联系较差，载热流体的注入量和提取量有限，无法满足干热岩的产能需求。为了拓展裂隙网络，增大水与岩体接触面积，通常利用一些化学刺激即以低于地层破裂压力的注入压力向井附近裂隙注入化学刺激液，依靠化学刺激液的化学溶蚀作用来增加地层的渗透性。在刺激过程中，刺激液与岩体矿物发生化学反应，扩大与之接触岩石的孔、缝、洞，可有效增加井附近裂隙通道的渗透率，改善热储层渗流条件，提高干热岩产能。目前化学刺激技术已经成为国外很多国家干热岩工程增产的重要手段。.本次研究以我国松辽盆地干热岩靶区的深部火山岩热储层为研究对象，对传统化学刺激液进行优选并研发新的化学刺激液体系；探讨化学刺激过程中储层主要矿物的溶解、沉淀规律，揭示化学刺激液注入后对热储层岩体矿物、孔隙度和渗透率的改造效果，并在此基础上对常规化学刺激技术工艺进行改进。.1、本文通过岩心流动实验，考察了化学刺激液对热储层岩心的改造效果。实验结果表明，低浓度土酸可溶蚀岩体中的钾长石、钠长石和石英等矿物，显著增加热储层岩体人工裂隙的渗透率。但是如果土酸浓度过高会和岩心反应过快，破坏岩心骨架并对储层造成伤害。在工艺实施中，应采用“高流量，不关井”的方式将低浓度土酸注入热储层。.2、针对传统土酸应用过程中出现的酸—岩反应过快导致穿透距离有限、易产生二次沉淀等问题，提出了一种新型EGS热储层化学刺激液配方，由氟硼酸（HBF4）、多元有机膦酸PA、缓速剂A和清水构成。室内实验结果表明，和传统化学刺激液土酸相比，该配方具有缓速性、缓蚀性和防垢性。.3、根据松辽盆地徐家围子地区营城组干热岩热储层地质和地球化学特征，建立常规化学刺激工艺的数值模型，探索施工过程中酸岩反应相互作用过程，并对模型进行不确定性分析。.4、鉴于常规化学刺激工艺的不足，本次研究提出水力压裂—化学刺激联合工艺，形成对干热岩热储层化学刺激工艺的改进。