一种海底沉积层多层注抽CO2封存方法技术

一种海洋沉积层多层注抽CO2封存新方法，属于二氧化碳封存技术领域。通过注气平台将二氧化碳注入水合物稳定层以水合物盖层形式封存，防止下部气体向上运移溢出；将二氧化碳注入咸水层进行咸水层封存，实现长期稳定封存。多层封存过程中，通过注气和抽水监测系统实时监测各项参数，保证封存的安全顺利进行。同时，监测发现水合物稳定层或咸水层压力过大时，动态调控注气以及抽水过程维持压力稳定。咸水层压力过大时，停止注气并开始抽水，气体仅注入水合物稳定层，压力稳定后继续注气，反之亦然。采用多层以及交替封存的动态调控方法可以保证二氧化碳气体高效稳定且安全长期的海洋封存。存。存。

【技术实现步骤摘要】
一种海底沉积层多层注抽CO2封存方法


[0001]本专利技术属于二氧化碳封存
，特别是涉及一种海底沉积层多层注抽CO2封存新方法。

技术介绍

[0002]全球变暖是各国政府及人民面临的重要问题。目前，化石燃料仍是各个国家的主要能源，化石燃料在推动国家和社会进步的同时，其大量燃烧释放的废气日益增加，所导致的空气环境污染和温室效应也严重威胁着人类的生存与发展。在六种主要温室气体(二氧化碳、甲烷、一氧化氮、氟化烃、全氧化碳、六氟化硫)中，大气二氧化碳浓度的大幅增加是气候变化的主要原因。
[0003]为减少二氧化碳排放要实施碳捕获和封存(CCUS)技术。因此CCUS技术成为节能减排的必要途径。这项技术正在世界各地以各种方式应用，并已实现显著减少二氧化碳排放。该技术有三个主要过程：(1)从大型排放点源捕获二氧化碳；(2)压缩和运输捕获的二氧化碳；(3)将捕获的二氧化碳注入并储存在储存地点。
[0004]CCUS技术的封存过程涉及多种封存技术，其中海洋封存以其诸多优势成为近年来的研究热点。二氧化碳地质封存量是衡量二氧化碳封存能力的重要参数，计算二氧化碳地质封存量的最常用方法是封存系数法，多数二氧化碳储层渗透系数低，非均质特征明显。
[0005]海底地质结构是陆地地质结构的延伸，二氧化碳地质封存同样适用于海底。海底封存由于海水层的覆盖可形成稳定的高压、低温环境，使封存的二氧化碳具有更好的稳定性，降低了泄露风险。因此近年来海洋封存成为关注焦点，但目前的研究主要集中在单层封存二氧化碳气体，效率较低且封存量较小，不能满足封存需求；同时，海洋封存大多运用咸水层作为主要封存场所。将二氧化碳注入咸水层后，二氧化碳会向上运移，随着二氧化碳注入量变多，咸水层盖层附近二氧化碳堆积量越多，压力增大。一方面，会导致盖层破裂，二氧化碳气体泄漏到海水中，导致海水酸化等问题，甚至严重破坏海洋环境稳定性。另一方面，CO2注入越多，可注入的孔隙空间变少，压力堆积会使注入过程变得困难。
[0006]目前关于以上存在问题的研究过少，从而限制了海洋封存技术的进一步发展，因此本文针对上述问题提出一种海底沉积层多层注抽 CO2封存新方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出了一种海底沉积层多层注抽CO2封存新方法，与现有传统的封存方式相比，可以解决
技术介绍
中提到的现存问题。主要通过开挖二氧化碳注气井以及抽水井实现二氧化碳的多层封存，有效提高封存效率，同时保证长期稳定封存。通过在水合物稳定层生成水合物盖层阻止咸水层二氧化碳向上运移溢出，多层封存中通过动态调控、交替封存维持地层压力的稳定性，扩大二氧化碳储存空间。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种海底沉积层多层注抽 CO2封存方法，包括以下步骤：
[0009]该封存方法采用注气平台和抽水平台工作，注气平台下方设置带有注气检测系统的注气井，注气井穿过沉积层后分别在水合物稳定层延伸出第一注气分支井和在咸水层延伸出第二注气分支井；所述第一注气分支井上设置第一注气开关阀，第二注气分支井上设置第二注气开关阀；所述注气井的第一注气分支井和第二注气分支井内均设有参数传感装置，用于测定对应水合物稳定层和咸水层的参数，同步至注气监测系统；
[0010]所述抽水平台下方设置带有抽水监测系统的抽水井，抽水井穿过沉积层后分别在水合物稳定层设置第一抽水分支井和在咸水层设置第二抽水分支井；所述第一抽水分支井上设置第一抽水开关阀，第二抽水分支井上设置第二抽水开关阀；所述抽水井的第一抽水分支井和第二抽水分支井内设有参数传感装置，用于测定对应水合物稳定层和咸水层的参数并同步至抽水监测系统；
[0011]所述封存方法为通过注气平台的第一注气分支井和第二注气分支井分别向水合物稳定层和咸水层内注入二氧化碳气体，过程中通过交替封存动态维持地层稳定性以及提高气体封存量；
[0012]所述交替封存动态维持地层稳定性以及提高气体封存量的方法，交替封存及注气抽水过程终止条件由所述注气监测系统和抽水监测系统监测到的各位置压力值确定；选定地层后，结合二氧化碳封存量计算公式和地层的详细参数，确定水合物稳定层和咸水层的封存临界压力值，根据该值进行交替封存过程；
[0013]二氧化碳地质封存量是衡量二氧化碳封存能力的重要参数，计算二氧化碳地质封存量的最常用方法是美国能源部(DOE)提出的封存系数法，该方法采用的公式是：
[0014]M
CO2
＝A
×
h
×
φ
×
ρ
CO2
×
E
[0015]式中M
CO2
为地层中的二氧化碳封存总量，A为地层覆盖面积，h为地层高度，φ为地层平均孔隙度，ρ
CO2
为超临界二氧化碳密度，E为封存系数。
[0016][0017]式中P为封存压力，为地层中的二氧化碳实际注入量，A
w
为地层实际占用面积；h为地层高度，φ为地层平均孔隙度，ρ
CO2
为超临界二氧化碳密度，E为封存系数；则水合物稳定层封存临界压力的计算表达式为：
[0018][0019]水合物咸水层封存临界压力的计算表达式为：
[0020][0021]注气井注入压力为抽水井抽水压力的1.5
‑
2倍，则稳定层抽水井抽水压力：Pl
稳定
＝(0.5
‑
0.8)Pg
稳定
；
[0022]咸水层抽水井抽水压力：Pl
咸水
＝(0.5
‑
0.8)Pg
咸水
；
[0023]若水合物稳定层压力达到稳定层封存临界压力值Pg
稳定
时，关闭第一注气开关阀，停止向水合物稳定层的注气过程，此时二氧化碳仅注入咸水层，同时开启第一抽水开关阀，
通过第一抽水分支井抽出水合物稳定层内的海水，降低地层压力，扩大二氧化碳注入空间；当水合物稳定层注气压力值小于0.8倍Pg
稳定
且第一抽水井压力值小于 0.5倍的Pg
稳定
时，停止抽水进一步注入二氧化碳，过程中由注气监测系统和抽水监测系统进行实时观测记录；
[0024]若咸水层压力达到咸水层封存临界压力值Pg
咸水
时，关闭第二注气开关阀，停止向咸水层的注气过程，此时二氧化碳仅注入水合物稳定层，同时开启第二抽水开关阀，通过第二抽水分支井抽出咸水层内的海水，降低地层压力，扩大二氧化碳注入空间；当咸水层注气压力值小于0.8倍Pg
咸水
且第二抽水井压力值小于0.5倍的Pg
咸水
时，停止抽水进一步注入二氧化碳，过程中由注气监测系统和抽水监测系统进行实时观测记录；
[0025]所述水合物稳定层经过交替注气、抽水的过程，当第一抽水井的压力大于0.8倍Pg
稳定
时，停止二氧化碳的进一步注入，即水合物稳定层封存过程结束；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底沉积层多层注抽CO2封存方法，其特征在于，包括以下步骤：该封存方法采用注气平台(1)和抽水平台(6)工作，注气平台(1)下方设置带有注气检测系统(2)的注气井(3)，注气井(3)穿过沉积层后分别在水合物稳定层延伸出第一注气分支井(4)和在咸水层延伸出第二注气分支井(5)；所述第一注气分支井(4)上设置第一注气开关阀(11)，第二注气分支井(5)上设置第二注气开关阀(12)；所述注气井(3)的第一注气分支井(4)和第二注气分支井(5)内均设有参数传感装置，用于测定对应水合物稳定层和咸水层的参数，同步至注气监测系统(2)；所述抽水平台(6)下方设置带有抽水监测系统(7)的抽水井(8)，抽水井(8)穿过沉积层后分别在水合物稳定层设置第一抽水分支井(9)和在咸水层设置第二抽水分支井(10)；所述第一抽水分支井(9)上设置第一抽水开关阀(13)，第二抽水分支井(10)上设置第二抽水开关阀(14)；所述抽水井(8)的第一抽水分支井(9)和第二抽水分支井(10)内设有参数传感装置，用于测定对应水合物稳定层和咸水层的参数并同步至抽水监测系统(7)；所述封存方法为通过注气平台(1)的第一注气分支井(4)和第二注气分支井(5)分别向水合物稳定层和咸水层内注入二氧化碳气体，过程中通过交替封存动态维持地层稳定性以及提高气体封存量；所述交替封存动态维持地层稳定性以及提高气体封存量的方法，交替封存及注气抽水过程终止条件由所述注气监测系统(2)和抽水监测系统(7)监测到的各位置压力值确定；选定地层后，结合二氧化碳封存量计算公式和地层的详细参数，确定水合物稳定层和咸水层的封存临界压力值，根据该值进行交替封存过程；式中P为封存压力，为地层中的二氧化碳实际注入量，A
w
为地层实际占用面积；h为地层高度，φ为地层平均孔隙度，ρ
CO2
为超临界二氧化碳密度，E为封存系数；则水合物稳定层封存临界压力的计算表达式为：水合物咸水层封存临界压力的计算表达式为：注气井注入压力为抽水井抽水压力的1.5
‑
2倍，则稳定层抽水井抽水压力：Pl
稳定
＝(0.5
‑
0.8)Pg
稳定
；咸水层抽水井抽水压力：Pl
咸水
＝(0.5
‑
0.8)Pg

【专利技术属性】
技术研发人员：宋永臣，蒋兰兰，刘瑜，杨明军，刘颖颖，成祖丞，史梦岚，张毅，陈聪，赵越超，赵佳飞，王欣，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：