一种烟道气就地深地超临界封存方法技术

本发明专利技术属于二氧化碳地质封存技术领域，是一种烟道气就地深地超临界封存方法；在距离烟道气排放口地表10km范围内的区域钻井；将烟道气升压后沿钻井注入深地内的封存层后进行封闭；所述封存层距离地表的深度＞2000米；所述封存层是深地内部的关键岩层；本发明专利技术使烟道气以超临界状态稳定就近封存于2000m深地以下，达到封存效果长期、安全、有效的目的；本方法采用电厂附近烟道气的“就地深地”注入方式，不需要对CO2进行“捕集

【技术实现步骤摘要】
一种烟道气就地深地超临界封存方法


[0001]本专利技术属于二氧化碳地质封存
，涉及一种烟道气就地深地超临界封存方法。

技术介绍

[0002]在当前时期以及之后的相当长一段时间内，化石燃料将继续作为发热以及发电的主导消耗品。然而在使用化石燃料进行发热发电的过程中，其所带来的空气污染以及温室效应也是我们所不能忽视的关键问题。对于全球变暖以及温室效应的有效解决方法便是减少CO2的排放或对CO2进行封存。碳捕集、利用和封存技术（CCUS）成为当下研究热点。CCUS技术一般包括四个基本流程:
ꢀ①
捕集工艺流程；
②
提纯压缩工艺流程；
③
运输流程；
④
地质封存工艺流程。
[0003]研究表明，在全球的CO2排放中，电厂是最大也是最集中的排放源，而电厂中所产生的烟道气更是CO2长期稳定的排放源。因此，对电厂所产生的烟道气中的CO2捕集、利用和封存便显得尤为重要，只有实现电力行业碳排放的有效地质封存，才能真正实现双碳目标。
[0004]目前，我们经常所使用的电厂烟道气中CO2的捕集技术通常为MEA法、吸附法、膜分离法、电化学法等。但是这些方法在实际应用中都存在着或多或少的缺陷，而且成本极高。比如，MEA法作为一种化学吸收法，吸收率较低仍具有很大的进步空间，对设备的腐蚀程度也相当的高，对吸收剂进行再生时能耗较大；使用吸附法对烟道气中的CO2进行分离回收，虽然操作简单、能耗较低，但是所需要的吸附剂数量要求相当多，并且由于使用吸附法时吸附解吸频率高，所要求的自动化程度也相对较高；膜分离法主要通过使用不同材料所制成的薄膜，根据不同气体的不同渗透率进行气体分离，其分离效果相当明显，所以长期使用的可靠性也有待研究；电化学法主要是指利用熔融碳酸盐电化学电池对烟道中的CO2进行分离，其具有碳酸根利用效率高以及能耗低等优点，但是却由于其在高温环境下具有很高的腐蚀性导致操作以及制作都相当困难、并且在高温环境下电解质的隔离以及电极退化也是很为严重的问题。根据《中国二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）报告（2019）》，以燃煤发电厂低浓度CCS示范项目为例，CO2捕集成本为300～900元/吨。一般，1吨标煤排放CO2为2.66
‑
2.72吨，按照国内电煤价格500元/吨计算，则1吨标煤产生CO2的捕集费用远远高于其煤价，进行碳捕集得不偿失。另一方面，围绕碳提纯、压缩及运输所进行的技术设备投入和改造的花费同样巨大。因此，高昂的成本及复杂的工艺环节放慢了CCUS技术大规模商业化进程。
[0005]基于此，将电厂烟道气直接就地进行深地封存才是更加现实可行的途径，不仅可以克服CO2捕集和分离的诸多缺陷，而且省去了CO2运输装运的成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种烟道气就地深地超临界封存方法；使烟道气以超临界状态稳定就近封存于2000m深地以下，达到封存效果长期、安全、有效的目的。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的。
[0008]一种烟道气就地深地超临界封存方法，在距离烟道气排放口地表10km范围内的区域钻井；将烟道气升压后沿钻井注入深地内的封存层后进行封闭；所述封存层距离地表的深度＞2000米；所述封存层是深地内部的关键岩层；所述关键岩层是孔隙率为3%~35%、含水率<60%、渗透率＞2
×
10
‑5μm2的地层。
[0009]孔隙率处于3%~35%之间，则一立方米地层可封存烟道气的量为55.05kg~385.35kg之间，可以保证较大的封存量；如果孔隙率过大，则吸附性弱，且封存烟道气容易发生泄漏。地层含水率如果高于60%，则会极大压缩地层内封存烟道气的空间，减少封存量。致密矿层的渗透率一般低于2
×
10
‑5μm2，在这种低渗条件下，烟道气从井管压入封存层的阻力较大；而当渗透率高于2
×
10
‑5μm2时，可以保证烟道气压入封存层的技术难度较小，节省压缩成本。
[0010]优选的，所述封存层距离地表的深度为5000
‑
7000m。
[0011]优选的，从钻井到达的最深封存层向上逐层对不同高度的封存层进行注入和封闭操作。
[0012]优选的，当烟道气的注气达到饱和状态时，进行封闭处理。
[0013]优选的，所述封存层上方的上顶板和下方的底板岩层均为覆盖层，对于上下相邻的两个封存层，在封闭下部的封存层时，所述的封闭还包括对下部封存层的覆盖层进行封闭，以及包括对上部封存层的底板岩层进行封闭、对上部封存层的底板岩层与下部封存层的上顶板之间的非关键岩层进行封闭。所述非关键层为厚度和岩性不能作为封存层和覆盖层的岩层。
[0014]更优的，所述封存层和覆盖层的厚度均＞10m。
[0015]更优的，在注气钻井周围不同间距布置小孔径监测井，通过监测封存层和覆盖层的气体压力的变化，判别封存层中的注气饱和程度，并监控覆盖层中的是否存在气体漏失。
[0016]优选的，封存的方法为以下三种方法的其中一种：第一种，直接将压缩后的烟道气沿钻井不间断注入封存层内部；第二种，在钻井中下放注气中心管，将压缩的烟道气沿着中心管不间断注入封存层内部；第三种，在地面对烟道气进行升压后，将液态CO2沿钻井不间断注入封存层内部。
[0017]优选的，烟道气注气压力大小根据不同封存层的埋深和岩性进行实时调整，注气压力高于对应封存层的地层原始流体孔隙压力。
[0018]优选的，在所述钻井周围布置其它注气钻井，相邻钻井间距＞5km，继续通过其它注气钻井进行烟道气的深地封存。
[0019]本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为：1.本方法直接注入的是电厂排放的烟道气，不需要专门实施CO2的捕集、提纯和运输流程及相关技术设备投入，大大节约了运营成本。
[0020]2.本方法采用电厂附近地表10km范围内的“就地”注入方式，不需要对CO2进行长距离输运，简化了注入环节。
[0021]3.本方法采用“深地”注入方式，注入深度超过2000m，地层应力已超过40MPa，并随地层深度的不断增加，地应力不断加大。超高的地应力可以对注入地层的CO2产生显著的“约束封闭”效应，实现有效应力圈闭，其封存效果长期、安全、有效。另外，相对于浅部地层，
一般深部地层的地质构造简单，隐伏断层较少，不易使CO2发生泄漏；且深部岩层赋存平缓，容易形成大规模、大容级的“封存层”，且深部多层数的“封存层”具有丰富的封存能力。
[0022]4.本方法利用了CO2超临界状态的封存优势。超临界CO2是指温度和压力均在临界点（31.1℃，73.8MPa）之上的CO2流体。现有研究证明，封存深度一般超过800m，该深度以上的温压条件可使CO2处于超临界状态。超临界状态下，CO2的密度高于一般气态，接近液态，证明其封存量大；粘度比常规液体小，与气体接近，证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烟道气就地深地超临界封存方法，其特征在于，在距离烟道气排放口地表10km范围内的区域钻井；将烟道气升压后沿钻井注入深地内的封存层后进行封闭；所述封存层距离地表的深度＞2000米；所述封存层是深地内部的关键岩层；所述关键岩层是孔隙率为3%~35%、含水率<60%、渗透率＞2
×
10
‑5μm2的地层。2.根据权利要求1所述的一种烟道气就地深地超临界封存方法，其特征在于，所述封存层距离地表的深度为5000
‑
7000m。3.根据权利要求1所述的一种烟道气就地深地超临界封存方法，其特征在于，从钻井到达的最深封存层向上逐层对不同高度的封存层进行注入和封闭操作。4.根据权利要求1或3所述的一种烟道气就地深地超临界封存方法，其特征在于，当烟道气的注气达到饱和状态时，进行封闭处理。5.根据权利要求3所述的一种烟道气就地深地超临界封存方法，其特征在于，所述封存层的上顶板和底板岩层均为覆盖层，对于上下相邻的两个封存层，在封闭下部的封存层时，所述的封闭还包括对下部封存层的覆盖层进行封闭，以及包括对上部封存层的底板岩层进行封闭、对上部封存层的底板岩层与...

【专利技术属性】
技术研发人员：康志勤，王磊，赵阳升，杨栋，张宇星，赵静，吕兆兴，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：