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CN113431535B - 一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法 - Google Patents

一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于二氧化碳地质封存和捕捉技术领域，公开了一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法；是在有机矿层原位高效热解的基础上，利用热解后矿层内部大量的孔裂隙空间进行碳的物理封存，以及利用热解后矿层内部大量的游离金属离子进行碳的化学封存，从而对二氧化碳进行高效稳定封存的方法。在原位热解后的矿层中注入水使得矿层内部的钙镁离子溶解到水中，为二氧化碳与钙镁离子的反应提供良好条件；形成物理封存和化学封存的双重封存技术；本发明尤其适用于利用300m以深不同厚度的原位热解后的有机矿层对二氧化碳的封存。

Description

一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法
技术领域
本发明涉及二氧化碳地质封存和捕捉技术领域，具体为一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法。
背景技术
煤炭等化石能源燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳温室气体以及其它有毒有害气体，造成十分严峻的环境和生态问题。将大气中的二氧化碳高效永久封存在地下是“双碳”背景和要求下行之有效的方法。通过原位注热开采的方式可将地下的有机岩石热解形成油气产物排采到地面，而热解后的矿层依然留存于地下，起到支撑覆岩和控制地表变形的作用。充分利用巨大储量的地下资源进行碳捕捉和封存可以大量减少大气中二氧化碳的含量。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法；是一种在有机矿层原位高效热解的基础上，充分利用热解后矿层内部大量的孔裂隙空间进行碳的物理封存，以及利用热解后矿层内部大量的游离金属离子进行碳的化学封存，从而对二氧化碳进行高效稳定封存的方法。解决目前二氧化碳排放过量的问题，使之可以高效稳定封存在地下。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，包括以下步骤：
a）从地面至地下的有机矿层之间设置有注入井和开采井；在原位热解有机矿层完成后，在注入井或开采井中注入常温水，常温水经过高温矿层换热，换热过程中矿层内形成滞留水用于溶解钙镁离子。
b）关闭开采井，向注入井注入CO2，使CO2和钙镁离子溶液充分发生化学反应。
c）开启开采井，向注入井注入高温流体，监测各个井筒内的温度，当矿层温度达到常温时，关闭开采井，向注入井中注入高压CO2，使多孔高渗透矿层内部充满液态二氧化碳；所述高温流体的温度为150-200℃；所述高压CO2的压力高于地层压力。
d）封固所有井管，使得二氧化碳封存在地下。
优选的，步骤b中，当排采口监测水蒸汽的温度＜150℃时关闭开采井。
优选的，步骤b中，注入井中注入的CO2压力为0.5MPa~1MPa。
优选的，所述的高温流体是高温空气、高温氮气、高温氧气其中一种或任意组合。
优选的，重复步骤b中所述的向注入井注入CO2，直到开采井的压力不再变化，以使二氧化碳和钙镁离子溶液的化学反应完全。
优选的，步骤c中，当开采井井口不再有水蒸汽排出时，停止高温流体的注入工作。
优选的，步骤d中，通过高压注浆方式封固所有井管。
优选的，注浆压力高于高压CO2的注入压力。
优选的，所述注入井位于中心，围绕注入井外围开设若干开采井。
优选的，原位热解后的有机矿层的深度≥300m。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
1、在原位热解后的矿层中注入水既能利用矿层的余热，高效回收能量，而且可以使得矿层内部的钙镁离子溶解到水中，为二氧化碳与钙镁离子的反应提供良好条件。
2、300m以下深度的矿层所受压力超过了7.5MPa，这样可以保证封存在矿层内部的常温二氧化碳为液态。
3、充分利用原位热解后无法回收的矿层进行碳封存，可以极大降低大气中的二氧化碳含量。
附图说明
图1是实施例1和2中原位热解有机矿层的群井布置方式示意图；
图2是实施例1和2中间井和外围井之间原位热解后的矿层剖面示意图；
图中，1为中间井；2为外围井；3为原位热解后的矿层。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
当油页岩矿层的厚度在5m，埋深为300m。一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其具体步骤如下：
（1）在原位热解有机矿层工作完成后，在中间井1中注入常温水，其余的外围井2排采，常温水经过高温矿层换热后温度迅速升高形成水蒸汽，在外围井2的排采口监测水蒸汽的温度变化。
（2）在常温水换热过程中矿层内部会形成大量的滞留水，可以充分溶解钙镁离子，当排采后监测到的水蒸汽温度达到150℃时关闭外围井2，在中间井1中注入0.5MPa的二氧化碳，监测外围井2底部的压力变化；待外围井2底部的压力与二氧化碳注入压力相同时，停止注气工作，使得二氧化碳和钙镁离子溶液充分发生化学反应。
（3）当外围井2的压力降低到常压状态，继续通过中间井1注入一定压力的二氧化碳，同样当外围井2底部的压力与二氧化碳注入压力相同时，停止注气；一直重复步骤（2）的工作，直到外围井2的压力不再变化，说明二氧化碳和钙镁离子溶液的化学反应已经完全。
（4）开启外围井2，在中间井1中注入150℃的高温压缩空气，在外围井2井口监测水蒸汽排量，随着水蒸汽排量的减少适当降低注入高温流体的温度，当外围井2井口不再有水蒸汽排出时，停止高温流体的注入工作。
（5）监测各个井筒内的温度，当矿层温度达到常温时，关闭外围井2，在中间井1中注入7.5MPa的二氧化碳，监测外围井2底部的压力变化；待外围井2底部的压力开始增大时，停止注气工作，使多孔高渗透矿层内部充满液态二氧化碳。
（6）通过高压注浆方式封固所有井管，注浆压力设置为8.0MPa，使得二氧化碳永久稳定的封存在地下。
实施例2
当油页岩矿层的厚度在10m，埋深为600m。一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其具体步骤如下：
（1）在原位热解有机矿层工作完成后，在外围井2中注入常温水，中间井1排采，常温水经过高温矿层换热后温度迅速升高形成水蒸汽，在排采口监测水蒸汽的温度变化。
（2）在常温水换热过程中矿层内部会形成大量的滞留水，可以充分溶解钙镁离子，当排采后监测到的水蒸汽温度达到150℃时关闭外围井2，在中间井1中注入1.0MPa的二氧化碳，监测外围井2的压力变化；待外围井2底部的压力与二氧化碳注入压力相同时，停止注气工作，使得二氧化碳和钙镁离子溶液充分发生化学反应。
（3）当外围井2的压力降低到常压状态，继续通过中间井1注入一定压力的二氧化碳，同样当外围井2底部的压力与二氧化碳注入压力相同时，停止注气；一直重复步骤（2）的工作，直到外围井2的压力不再变化，说明二氧化碳和钙镁离子溶液的化学反应已经完全。
（4）开启外围井2，在中间井1中注入200℃的高温压缩空气，在外围井2井口监测水蒸汽排量，随着水蒸汽排量的减少适当降低注入高温流体的温度，当外围井2井口不再有水蒸汽排出时，停止高温流体的注入工作。
（5）监测各个井筒内的温度，当矿层温度达到常温时，关闭外围井2，在中间井1中注入15.0MPa的二氧化碳，监测外围井2底部的压力变化；待外围井2底部的压力开始增大时，停止注气工作，使多孔高渗透矿层内部充满液态二氧化碳。
（6）通过高压注浆方式封固所有井管，注浆压力设置为16.0MPa，使得二氧化碳永久稳定的封存在地下。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）从地面至地下的有机矿层之间设置有注入井和开采井；在原位热解有机矿层完成后，在注入井或开采井中注入常温水，常温水经过高温矿层换热，换热过程中矿层内形成滞留水用于溶解钙镁离子；
b）关闭开采井，向注入井注入CO2，使CO2和钙镁离子溶液充分发生化学反应；
c）开启开采井，向注入井注入高温流体，监测开采井的水蒸汽排量，随着水蒸汽排量的减少来降低注入高温流体的温度，当开采井井口不再有水蒸汽排出时，停止高温流体的注入工作；监测各个井筒内的温度，当矿层温度达到常温时，关闭开采井，向注入井中注入高压CO2，使多孔高渗透矿层内部充满液态二氧化碳；所述高温流体的温度为150-200℃；所述高压CO2的压力高于地层压力；
d）封固所有井管，使得二氧化碳封存在地下。
2.根据权利要求1所述的一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，步骤b中，当排采口监测水蒸汽的温度＜150℃时关闭开采井。
3.根据权利要求1所述的一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，步骤b中，注入井中注入的CO2压力为0.5MPa~1MPa。
4.根据权利要求1所述的一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，所述的高温流体是高温空气、高温氮气、高温氧气其中一种或任意组合。
5.根据权利要求1所述的一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，重复步骤b中所述的向注入井注入CO2，直到开采井的压力不再变化，以使二氧化碳和钙镁离子溶液的化学反应完全。
6.根据权利要求1所述的一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，步骤c中，当开采井井口不再有水蒸汽排出时，停止高温流体的注入工作。
7.根据权利要求1所述的一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，步骤d中，通过高压注浆方式封固所有井管。
8.根据权利要求7所述的一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，注浆压力高于高压CO2的注入压力。
9.根据权利要求1所述的一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，所述注入井位于中心，围绕注入井外围开设若干开采井。
10.根据权利要求1所述的一种利用原位热解后的有机矿层进行碳封存的方法，其特征在于，原位热解后的有机矿层的深度≥300m。
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