一种二氧化碳地质封存过程中沿废弃井泄漏的封堵方法技术

本发明专利技术提供一种二氧化碳地质封存过程中沿废弃井泄漏的封堵方法，采用二氧化碳地质封存储层之上的稳定盖层进行射孔，连通存在泄漏风险的井筒、钻井环空水泥与围岩破碎带，向射孔段注入石灰乳悬浊液，使缝隙中的石灰乳与泄漏的二氧化碳发生反应形成硬化致密的碳酸钙，进而封堵二氧化碳泄漏通道。本发明专利技术可有效封堵二氧化碳地质封存过程中沿废弃井泄漏的裂隙通道，同时可将围岩破碎带与含裂隙钻井环空水泥胶结成一致密整体，大大降低二氧化碳地质封存过程中沿废弃井泄漏的风险。注入的石灰乳悬浊液与沿废弃井泄漏的二氧化碳发生反应生成地层中常见的碳酸钙与水，对地质环境污染风险极低，在该封堵过程中安全环保。在该封堵过程中安全环保。在该封堵过程中安全环保。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳地质封存过程中沿废弃井泄漏的封堵方法


[0001]本专利技术属于温室气体地质封存领域，涉及一种二氧化碳地质封存过程中沿废弃井泄漏的封堵方法。

技术介绍

[0002]二氧化碳地质封存是一项将二氧化碳注入并永久封存于地下含水层或废弃油气储层等地质体内的二氧化碳减排技术。其作为一项新兴的、具有大规模应用潜力的二氧化碳处置技术，为化石能源使用的二氧化碳近零排放提供了一种可能。
[0003]我国政府高度重视并积极应对气候变化，提出了“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的宏伟目标。要实现碳中和目标，碳捕集与封存技术是我国工业、交通、建筑等行业达到最大减排目标后的最终兜底技术。目前我国各行业部署开展碳捕集利用与封存重大项目示范，为后续二氧化碳规模化注入奠定基础。
[0004]由于场地地质条件和人类开发活动导致的不确定性，注入储层的二氧化碳可通过废弃的钻井、断层或盖层的薄弱带发生泄漏，而二氧化碳沿钻井泄漏一般是因为化学或力学作用导致二氧化碳沿钻井环空水泥、井筒桥塞或围岩破碎带发生泄漏。目前二氧化碳地质封存过程中沿钻井泄漏的封堵技术研究还十分有限，这一现状不利于应对二氧化碳地质封存过程中突发的沿废弃钻井泄漏的问题，很大程度上限制了二氧化碳地下封存这一重大环保项目的发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中封存地下的二氧化碳从废弃的钻井泄漏的问题，提供了一种二氧化碳地质封存过程中沿废弃井泄漏的封堵方法。
[0006]实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：一种二氧化碳地质封存过程中沿废弃的钻井泄漏的封堵方法，包括以下步骤：步骤1：射孔，即在稳定的盖层的厚度对应的井筒内壁上进行射孔，连通钻井环空水泥与围岩破碎带的裂隙；步骤2：注入石灰乳悬浊液，即在所述射孔中注入石灰乳悬浊液，使得石灰乳悬浊液进入所述裂隙中，与泄漏的二氧化碳反应形成碳酸钙，进而封堵二氧化碳的泄漏通道。
[0007]优选地，在上述封堵方法中，还包括如下至少一个步骤：在步骤1之前，可以包括：泄漏识别步骤，即识别废弃的钻井是否有二氧化碳沿钻井泄漏。
[0008]井内清理步骤，即对有泄漏的废弃的钻井，在封堵之前对井内封堵桥塞进行清理，确保二氧化碳地质封存储层之上的井筒内壁畅通、光滑。
[0009]在步骤2之后，可以包括：封堵效果监测步骤，即对封堵之后的钻井进行封堵效果监测。
[0010]封井步骤，即对封堵之后的钻井进行井内桥塞封井。
[0011]在步骤1中，优选地，于射孔之前，在对应盖层的井筒中设置一个相对封闭的空间，所述射孔段在该空间中设置。
[0012]具体地，在井筒中安装上下两个封隔器，两个封隔器阻隔进入井筒中的储层中封存的二氧化碳与上覆地层中的水；在上的一个封隔器上设置一注入管，石灰乳悬浊液由该注入管输入封闭的所述空间，继而注入所述射孔中。
[0013]在安装封隔器中，封隔器距射孔段的距离最好是大于2.5米。
[0014]上部的所述封隔器距离盖层上边缘的距离为＞2.5米。
[0015]下部的所述封隔器距离盖层下边缘的距离为＞2.5米。
[0016]优选地，在所述步骤1中，所述射孔的孔径控制在5
‑
20毫米。
[0017]射孔的密度为10孔/米
‑
30孔/米。
[0018]射孔的深度以穿透所述钻井环空水泥与围岩破碎带为宜，优选为不小于30厘米。
[0019]射孔段的高度与盖层高度之比为0.1
‑
0.9。射孔段的高度在5
‑
30米之间为宜。
[0020]射孔段的上边缘与盖层的上边缘之间的间距为＞5米。
[0021]射孔段的下边缘与盖层的下边缘之间的间距为＞5米。
[0022]射孔段均匀分布在钻井内壁的整个圆周面上。
[0023]在步骤1中涉及到盖层，稳定的盖层是指二氧化碳地质封存储层之上，能够封隔储层中的二氧化碳，使其免于向上逸散的保护层，其有泥质含量高、连续性好、厚度大等特点。
[0024]盖层的位置和厚度是需要确定的，确定盖层的方法可以是如下方法中的至少一个：（1）通过分析该废弃的钻井在钻井中的录井与测井资料进行稳定盖层位置和厚度确定；（2）通过对该废弃的钻井进行声波测井来确定盖层的位置和厚度。
[0025]在步骤2中，优选地，通过压裂车注入石灰乳悬浊液。
[0026]注入石灰乳悬浊液的初始浓度和注入压力P及二氧化碳储层的储层压力P0相关。
[0027]当注入开始，注入压力P小于储层压力P0时，石灰乳悬浊液的浓度为一初始设定浓度，当P大于P0一个阈值时，降低石灰乳悬浊液的浓度后继续注入，待P再次大于P0所述阈值时，再次降低石灰乳悬浊液的浓度后继续注入，直到石灰乳悬浊液的浓度等于一个终了设定浓度，即以该终了设定浓度再继续注入，直至注入压力P达到一个注入终止设定压力，结束注入。
[0028]优选地，所述注入压力P与所述储层压力之差的所述阈值与如下因素至少其中之一相关：（1）所述盖层的厚度或所述盖层的厚度和其渗透率；（2）所述钻井环空水泥环的渗透率。
[0029]优选地，所述阈值为0.5MPa。
[0030]所述注入压力为射孔段处的压力。即两个封隔器之间的封闭空间的压力。
[0031]所述注入终止设定压力优选为1.0MPa。
[0032]优选地，石灰乳悬浊液的初始设定浓度为2
‑
10摩尔/升。
[0033]优选地，石灰乳悬浊液的注入速度为不高于0.5L/s。
[0034]优选地，在注入石灰乳悬浊液的过程中，注入速度不变。
[0035]当注入压力P与储层压力之差达到所述阈值时，降低石灰乳悬浊液浓度的倍数为一个恒定值。优选地，该恒定值为0.2。
[0036]所述终了设定浓度为Ca(HO)2在二氧化碳储层温度下的溶解度。
[0037]一个优选方案为：石灰乳悬浊液的初始设定浓度为2
‑
10摩尔/升，当注入压力P大于储层压力P
0 且P与P0的压差超过所述阈值0.5MPa，降低石灰乳悬浊液的浓度为初始设定浓度值的0.2倍，这时，注入压力P将降低使得所述压差低于所述阈值，随着注入继续，注入压力的升高，使得P与P0的差值再次超过0.5MPa时，再次降低石灰乳悬浊液的浓度为前一个浓度值的0.2倍，如此循环往复，直至石灰乳悬浊液的浓度低于地层温度下氢氧化钙的溶解度，之后，以该溶解度作为注入石灰乳的浓度，注入再继续进行，注入压力逐渐升高，当P与P0的差值达到1.0MPa时，注入封堵过程结束。
[0038]地层温度可以从钻井的钻井录井与测井资料中查到，还可以通过现有技术中的推测方法得到。
[0039]在泄漏识别步骤中，优选地，通过如下至少一个措施监测废弃的钻井是否有二氧化碳泄漏：（1）通过监测井口二氧化碳泄漏量；（2）监测井口周边二氧化碳浓度，以确定二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳地质封存过程中沿废弃井泄漏的封堵方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：射孔，即在稳定的盖层的厚度对应的井筒内壁上进行射孔，连通钻井环空水泥与围岩破碎带的裂隙；步骤2：注入石灰乳悬浊液，即在所述射孔中注入石灰乳悬浊液，使得石灰乳悬浊液进入所述裂隙中，与泄漏的二氧化碳反应形成碳酸钙，进而封堵二氧化碳的泄漏通道。2.根据权利要求1所述的封堵方法，其特征在于：在上述封堵方法中，还包括如下至少一个步骤：在步骤1之前，包括：泄漏识别步骤，即识别废弃的钻井是否有二氧化碳沿钻井泄漏；和/或，井内清理步骤，即对有泄漏的废弃的钻井，在封堵之前对井内封堵桥塞进行清理，确保二氧化碳地质封存储层之上的井筒内壁畅通、光滑；和/或，在步骤2之后，包括：封堵效果监测步骤，即对封堵之后的钻井进行封堵效果监测；和/或，封井步骤，即对封堵之后的钻井进行井内桥塞封井；和/或，在所述步骤1中，所述射孔的孔径控制在5
‑
20毫米；和/或，射孔的密度为10孔/米
‑
30孔/米；和/或，射孔的深度以穿透所述钻井环空水泥与围岩破碎带为宜；和/或，射孔段的高度与盖层高度之比为0.1
‑
0.9；和/或，射孔段的高度在5
‑
30米之间；和/或，射孔段的上边缘与盖层的上边缘之间的间距为＞5米；和/或，射孔段的下边缘与盖层的下边缘之间的间距为＞5米；和/或，射孔段均匀分布在钻井内壁的整个圆周面上；和/或，盖层的位置和厚度的确定方法是如下方法中的至少一个：（1）通过分析该废弃的钻井在钻井中的录井与测井资料进行稳定盖层位置和厚度确定；（2）通过对该废弃的钻井进行声波测井来确定盖层的位置和厚度。3.根据权利要求1或2所述的封堵方法，其特征在于：在步骤1中，于射孔之前，在钻井中对应所述盖层部位设置一个相对封闭的空间，所述射孔段在该空间中设置；和/或，在步骤2中，通过压裂车注入石灰乳悬浊液；和/或，当注入开始，注入压力P小于储层压力P0时，石灰乳悬浊液的浓度为一初始设定浓度，当P大于P0一个阈值时，降低石灰乳悬浊液的浓度后继续注入，待P再次大于P0所述阈值时，再次降低石灰乳悬浊液的浓度后继续注入，直到石灰乳悬浊液的浓度等于一个终了设定浓度，即以该终了设定浓度继续注入，直至注入压力P达到一个注入终止设定压力，结束注入。4.根据权利要求3所述的封堵方法，其特征在于：设置所述空间的措施为：安装上下两
个封隔器，两个封隔器阻隔所述盖层下方储存二氧化碳的储层中封存的二氧化碳与盖层上方的上覆地层中的水；在上的一个封隔器上设置一注入管，该注入管的上端管口连接设于井口上石灰乳悬浊液注入装置，使得石灰乳悬浮液由该注入管输入该封闭空间，继而注入所述射孔中；和/或，所述注入压力P与所述储层压力之差的所述阈值与如下因素至少其中之一相关：（1）所述盖层的厚度或所述盖层的厚度和其渗透率；（2）所述钻井环空水泥环的渗透率；和/或，...

【专利技术属性】
技术研发人员：付雷，马鑫，刁玉杰，张成龙，刘廷，付杰，邵炜，
申请(专利权)人：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，
类型：发明
国别省市：