水层改造工艺技术是借助人工外力使岩层产生新的孔隙、裂缝或增加天然裂隙的规模。地热井已应用的水层改造工艺技术有压裂改造技术和射孔改造技术。
一）压裂改造技术
压裂改造技术就是依靠机械设备和一定的技术工艺对岩体施加强大的外力，使岩体沿一定方向产生人工裂缝。岩体经过压裂改造，致密岩体产生了新生裂缝，原有裂缝增加了规模，提高了含水层的裂隙率(孔隙度)和渗透率，有助于提高地热井的产水量。据美国洛斯阿拉莫斯国家实验EE-3号井水力压裂试验资料，压裂井段3474～3584m，注入压力41M P a，注入水量75903m3 ，岩体产生破裂南北700m，东西120m，深度方向500m。由于压裂改造技术工艺技术复杂，实施成本昂贵，同时一般地热井的成井工艺难以达到压裂工艺要求，目前在地热井高压压裂方面应用很少。即使有些地热井实施了该项技术，但由于工艺简化、压力较低，增产效果不大。地热井压裂改造技术常与酸化洗井联合使用——酸化压裂。压裂改造技术对油层改造的成功经验表明，该项技术对地热井方面的应用将会越来越好。
二）射孔改造技术
射孔改造技术作为石油钻井的一项主要完井手段，已得到广泛的普及和应用。 近年来，射孔改造技术已引进应用到地热钻井领域。地热井应用射孔技术基本选择在非设计目的层的技术套管井段。当设计含水层水量难以达到要求时，一般选择对地热井浅部技术套管井段的含水层射孔补水。地热井射孔技术与油井相同， 在地层条件相同条件下，射孔效果取决于射孔密度、孔径及射孔器的穿深能力。大部分地热井在经一次或几次射孔补水后出水量都有较大的提高，达到了设计或合同的要求。
射孔改造技术在水泥污染方面也得到了非常成功的应用。北京某地热井，井深3349m，含水层岩性为灰岩和白云岩，裸眼过滤器完井，取水2383～3349m。 洗井过程中发270m 处套管重叠段水泥封固失效且出少量黑水。实施水泥“戴帽”封固过程中，分隔塞不慎失效，水泥浆(1.90g／cm3 )下窜到了裸眼取水井段，再次水泵试水发现水量由以前的82m3／h下降到抽水几分钟就断流，说明水泥浆渗漏封固了含水层。最后经过采用射孔——盐酸——压裂——压缩空气——水泵抽水联合洗井工艺。射孔总长18m，共234个孔，孔径10mm。盐酸浓度31％，用量20t，打压最高16MPa，空气压缩机气举18小时，经水泵抽水洗井出水量恢复到76m3／h，取得了较好的效果。
射孔技术工艺比较简单，操作简便，成本较低，在地热钻井项目中已得到了广泛应用。
三）变更设计增产工艺技术
地热井常用的变更设计增产工艺技术 有后期成井法工艺技术、加深工艺技术和侧钻工艺技术。
1、后期成井法工艺技术
后期成井法工艺技术就是不按设计成井程序成井，“三开”技术套管井段钻进结束后，不按设计程序下入套管，而是变径继续“四开”目的层井段钻进，至设计终孔深度或中间深度。根据钻探录井和物探测井资料，综合分析含水层的地层岩性、发育程度、深度以及地层温度等情况，最后确定技术套管的下入深度。(1)目的层的富水性和温度分析能够达到要求时，技术套管就下在预留变径深度； (2)目的层的富水性较好 ，而温度达不到要求时，预留技术套管井段需要加深扩孔后再下入技术套管；(3) 目的层富水性较差 ，技术套管井段温度较高且有含水层时，技术套管可采用挂管工艺变浅套管下入深度；(4 ) 目的层的富水性很差，需要加深工艺技术时，一般根据加深长度多少、井孔的安全性及成井风险等因素决定技术套管的下入时间和深度。后期成井法工艺技术在实践中取得了较好的效果，大大降低了地热井的成井风险。
2、加深工艺技术
加深工艺技术就是目的层的富水性很差或温度较低时，通过增加钻井深度期 望获得新的含水层和较高的地层温度。加深前要深入分析地质条件的可能性，否则又增加了风险成本和钻井成本。加深可在设计终孔后分析水量、水温很难达到要求时进行，或经过洗井后水量、水温达不到要求(有时投资方会理解让步接受)时进行。实践中加深工艺技术应用普遍，地热井的产能技术指标都能得到一定程度的增加。
3、侧钻工艺技术
侧钻工艺技术常应用在被迫处理钻进施工事故。这里侧钻工艺技术是指地热井在增产方面的主动应用。由于侧钻工艺技术复杂，施工风险大，成本较高，在地热井增产方面很少应用。北京某地热井井深3512m，取水井段2647～3512m，经两个月多种常规洗井方法反复洗井，出水量300m3／d，水温64℃，达不到 600m3／d 合同要求，最后决定实施侧钻工艺技术。侧钻斜孔井2695～3118m ，方位150°，井斜18.5°，水平位移110m。最终直孔和斜孔共同出水，水量628m3／d ，水温73℃，达到了出水要求，降低了地热井项目的经济风险。
