燃煤关键气态污染物在页岩气开采中的应用及水力压裂液和提高页岩气采收率的方法技术

本发明专利技术属于非常规天然气开采技术领域，公开了燃煤关键气态污染物在页岩气开采中的应用，一种用于页岩气开采的水力压裂液以及一种提高页岩气采收率的方法。本发明专利技术主要利用了SO2和NO

【技术实现步骤摘要】
燃煤关键气态污染物在页岩气开采中的应用及水力压裂液和提高页岩气采收率的方法


[0001]本专利技术属于非常规天然气开采
，更具体地，涉及燃煤关键气态污染物在页岩气开采中的应用，一种用于页岩气开采的水力压裂液以及一种提高页岩气采收率的方法。

技术介绍

[0002]目前世界各国广泛参与低碳减排，合作应对气候变化。天然气作为清洁、高效的能源已被学术界认为是最佳的桥梁性能源。
[0003]然而，针对目前天然气能源消费的紧张局面，亟需寻求一种新的能源来缓解。有研究表明可利用页岩气来替换天然气资源。虽然目前页岩气资源潜力巨大，但目前开采处于初期阶段。因此，完善页岩气的勘探与开采工作，提高页岩气的采收率，对于降低天然气对依存度、优化能源结构和保障能源安全均具有重要意义。
[0004]目前，在页岩气开采过程中，水力压裂技术是增产与提高采收率的主要手段，其通过高压快速驱动水流，短时间内将大量水注入页岩层微裂隙，使页岩层发生碎裂，产生网状结构的次生裂缝，从而增加页岩储层的透气性，同时高压水进入页岩层微裂隙，置换部分页岩气，最终实现开采页岩气的目的。但是，水力压力技术存在以下不足：(1)水力压裂技术开采页岩气导致的甲烷泄漏量比常规天然气开采泄漏量高30％
‑
50％，造成空气污染；(2)水资源消耗量巨大，且压裂液中化学组分会深入地下水层，污染饮用水；(3)页岩气资源埋藏普遍较深，造成钻井机械和液压压裂机械成本上升；(4)较高的压力对压裂装置性能及钻井安全系数要求较高；(5) 返排液中含有高浓度的二价离子(如Ca
2+
、Mg
2+
和Ba
2+
等)，在储层中生成硫酸盐和碳酸盐沉淀，使储层结垢，从而造成储层孔隙和裂缝空间堵塞。若长时间滞留地层后，可将CH4流通的孔道将会被堵塞，并对储层产生二次伤害。
[0005]CN110467911A提出了一种抗盐多功能压裂液及制备方法，该方法提高了压裂液的悬砂性能，但是需要添加交联剂，增加了施工难度和人力成本。 SPE118904提出一种制备加重压裂液的方法。该方法将加重剂无机盐加入压裂液中，其密度高达1.50g/cm3。虽然此方法可以有效的提高压裂效率，但是存在摩阻高、储层伤害大和开采成本高的问题。CN111363529A提出了一种制备油田用磷酸盐玻璃缓释阻垢剂的方法，该方法虽然长时间起到除垢作用，但是阻垢剂中含有磷元素，加速微生物的生长，污染页岩储层和地下水资源。
[0006]随着经济的快速发展，大气污染日益严重，燃煤关键气态污染物SO2和NO
x
排放量持续增长，对人类生存环境产生巨大威胁。大气中的SO2和 H2O结合形成硫酸烟雾，在降水过程中造成土壤和水体酸化，影响植物生长，腐蚀金属和建筑材料。NO
x
与碳氢化合物反应不仅生成光化烟雾，还能抑制植物的光合作用，并是人体致癌的重要因素。因此，燃煤烟气中SO2和NO
x
等污染物的脱除或资源化利用成为被受关注的焦点。
[0007]目前，对于脱除SO2主要采用湿法烟气脱硫技术。但是该方法工艺复杂，成本高，并且难以资源化利用，造成二次污染。对于脱除NO
x
主要为选择性催化还原技术，采用昂贵的
催化剂与氨基吸收剂，将NO
x
转化为N2。或采用低温NO
x
燃烧技术，但降低NO
x
的幅度有限，并以牺牲部分燃烧效率为代价。因此，亟需寻求新技术来降低SO2和NO
x
对环境的影响。
[0008]CN110252103A提出一种燃煤烟气处理方法，该专利技术利用氮铜溶液作为催化剂处理燃煤烟气。其将传统的烟气处理需要消耗氧气的过程转变成了释放氧气，进而将烟气中含氧量恢复到空气水平，实现烟气的无害化处理。CN201510527140.9公开了一种基于尿素溶液的SCR烟气脱硝处理系统及方法，其处理方法为：通过喷枪将尿素溶液喷入SCR反应器的烟道内部和温度为350
‑
600℃的反应风道内，在此温度下尿素发生热解反应生成氨气，并在SCR催化剂的作用下，将烟气中的NO
x
还原成N2和H2O。但是，上述两种技术或催化剂制作成本较高，且工艺复杂，燃煤烟气的处理方法的净化效果仍不太理想。
[0009]因此，针对目前采收页岩气存在的问题和燃煤关键气态污染物(SO2和NO
x
)处置效果不理想的问题，同时为了页岩气产业的可持续发展，亟待提出一种提高页岩气采收率并协同封存燃煤关键气态污染物(SO2和 NO
x
)的方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是针对现有页岩气开采技术的缺陷，提出燃煤关键气态污染物在页岩气开采中的应用，一种用于页岩气开采的水力压裂液以及一种提高页岩气采收率的方法。本专利技术提出的强化页岩气采收率的方法，对于清洁高效地开采页岩气资源和降低燃煤烟气释放量均具有重要的现实意义。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了燃煤关键气态污染物在页岩气开采中的应用。
[0012]本专利技术第二方面提供了一种用于页岩气开采的水力压裂液，该压裂液中含有燃煤关键气态污染物。
[0013]本专利技术第三方面提供了一种提高页岩气采收率的方法，该方法包括：将权利要求7
‑
9中任意一项所述的水力压裂液注入页岩储层，通过水力压裂法开采页岩气；优选地，所述水力压裂的操作压力范围为20
‑
40MPa。
[0014]本专利技术的技术方案具有如下有益效果：
[0015](1)本专利技术一方面优化了水力压裂技术，提高了页岩储层的渗透性，替代了压裂液中以磷酸为主的阻垢剂，强化了页岩气的采收率；另一方面提供了一种重要燃煤烟气污染物SO2和NO
x
的处置方法。因此，本专利技术具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。
[0016](2)本专利技术充分利用SO2和NO
x
易溶水性，将燃煤关键气态污染物注入高压水流中，缓解现有工厂燃煤烟气难处理现状。SO2和NO
x
水解反应生成的H2SO4和HNO3与页岩中矿物质反应，通过化学反应提高页岩孔隙连通性及储层渗透率，强化页岩气的解吸与扩散。
[0017](3)HNO3具有强氧化性和强酸性，能够对页岩基质表面进行氧化改性，提高羧基、内酯基和酚羟基等含氧官能团含量，促进页岩气的解吸。
[0018](4)现今压裂液中的普遍采用磷酸作为阻垢剂，本专利技术利用SO2和 NO
x
与水反应的产物(H2SO4和HNO3)作为阻垢剂，防止管道结垢，降低水敏性伤害与固相伤害，进一步提高了页岩储层的导流能力，并显著降低了水力压裂技术成本。
[0019](5)本专利技术提出的强化页岩气采收率的方法，对于清洁高效地开采页岩气资源和降低燃煤烟气释放量均具有重要的现实意义。
[0020]本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.燃煤关键气态污染物在页岩气开采中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其中，所述燃煤关键气态污染物作为压裂液组分。3.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述燃煤关键气态污染物为SO2和NO
x
，进一步优选为SO2和NO2。4.根据权利要求3所述的应用，其中，SO2和NO
x
的摩尔比为7:1
‑
2:1；SO2和NO
x
的含量之和在压裂液中的质量分数为0.2％
‑
0.7％。5.根据权利要求1所述的应用，其中，所述页岩气来自高温页岩储层；优选地，所述高温页岩储层的温度为40
‑
100℃。6.根据权利要求5所述的应用，其中，所述高温页岩储层为暗色泥页岩储层、黑色泥页岩储层或高碳泥页岩储层。7.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：伦增珉，赵春鹏，王海涛，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：