用于二氧化碳地质封存与监测的复合多分支钻井方法技术

本发明专利技术涉及用于二氧化碳地质封存与监测的复合多分支钻井方法，包括以下步骤：S1：从地面向下钻探一开井段；S2：从一开井段的底端向下钻探二开井段，直至封存地层的顶部，用于向封存地层灌注二氧化碳；S3：二开井段穿过主采煤层，主采煤层内设置若干监测装置；S4：封存地层内钻探水平灌注井，水平灌注井的进口连接二开井段的底端，出口沿封存地层向着远离二开井段的方向延伸，并在水平灌注井的井壁上均匀射孔，用于将二氧化碳引流至封存地层内；S5：封存地层内钻探水平监测井，水平监测井的进口连接二开井段的底端，出口沿封存地层向着远离水平灌注井的方向延伸；水平监测井内设置若干个监测装置，用于监测二氧化碳的运移情况。用于监测二氧化碳的运移情况。用于监测二氧化碳的运移情况。

【技术实现步骤摘要】
用于二氧化碳地质封存与监测的复合多分支钻井方法


[0001]本专利技术属于二氧化碳地质封存及钻井技术
，具体涉及用于二氧化碳地质封存与监测的复合多分支钻井方法。

技术介绍

[0002]随着人类工业活动的增加，温室气体的排放越来越多，尤其是二氧化碳的排放，目前对于二氧化碳的处理主要是化学反应和生物固定，化学反应是使用碱性物质吸收二氧化碳，将二氧化碳转化为碳酸根或碳酸氢根；生物固定是利用微生物或植物，吸收二氧化碳，使得二氧化碳加入到微生物或植物的新陈代谢中，二氧化碳转变为生物炭。
[0003]目前，有一种新型的处理方法，将二氧化碳封存到深部地层中，远离地表的自然循环。在碳长期封存的过程中，二氧化碳在地层中不断运移，该过程中会发生多种物理化学反应，为获得长期封存过程中的动态数据，以及地质封存稳定性的参数证明，需持续对二氧化碳深部地质封存进行多维多参数监测。现有的二氧化碳封存与监测方法，先利用封存井或灌注井将二氧化碳灌注至地下深部地层后封存，再另设监测井，并在监测井内放入监测设备，监测二氧化碳深部运移情况和规律。这种单井监测，只能实现纵向单线监测，监测范围小、成本高。也可以应用三维地震监测技术，在井筒和地面埋入若干监测设备，进行间断式监测，以采集二氧化碳运移情况的地下数据，其存在成本高、监测精度低、敏感性较差等缺陷。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供用于二氧化碳地质封存与监测的复合多分支钻井方法，包括以下步骤：S1：从地面向下钻探一开井段，一开井段的底部进入基岩，再进行第一次固井；S2：从一开井段的底端开始，向下钻探二开井段，二开井段的底部至封存地层的顶部，用于向封存地层灌注二氧化碳，再进行第二次固井；S3：二开井段穿过主采煤层，并在对应主采煤层的位置预留至少一个可开合的连通口；主采煤层内设置若干个监测装置；S4：封存地层内部钻探至少一个水平灌注井，水平灌注井的进口连接二开井段的底端，水平灌注井的出口沿封存地层向着远离二开井段的方向延伸，再进行第三次固井，并在水平灌注井的井壁上均匀射孔，用于将二开井段灌注的二氧化碳引流至封存地层内；S5：封存地层内部钻探至少一个水平监测井，水平监测井的进口连接二开井段的底端，水平监测井的出口沿封存地层向着远离二开井段和水平灌注井的方向延伸；水平监测井内设置若干个监测装置，用于监测二氧化碳在封存地层内的运移情况。
[0005]可选的，步骤S1中，所述一开井段的底端进入基岩10
‑
15m；所述第一次固井具体为：先在一开井段靠近井壁处放置一开套管，再在一开套管
与一开井段的井壁之间注入水泥浆固井。
[0006]可选的，步骤S2中，在二开井段的井壁内和一开套管内设置二开套管，保证二开井段的强度；二开套管的顶端延伸至地面，底端至封存地层的顶部；二开套管的上部处于一开套管内，再在二开套管与一开套管之间、二开套管与二开井段的井壁之间注入水泥浆固井。
[0007]本专利技术利用矿区已有的主采煤层作为一道监测二氧化碳水平运移情况的监测井，极大地节约了另外开挖水平井的成本。将需要封存的二氧化碳制成超临界状态，形成二氧化碳流体，再从地面沿着一开井段和二开井段灌注至封存地层，不同于传统的钻井灌注方法，本专利技术还在二开井段的底端钻出了所述水平灌注井，用于更流畅顺利地将二氧化碳灌注到封存地层。由于封存地层为基本水平的地层，具有一定的厚度，传统的竖井直接灌注实现的是点灌注，封存地层深度较深，地层压力较大，点灌注的二氧化碳依靠自身的气压在封存地层内扩散，如果灌注量较大，二氧化碳依靠自身压力在封存地层中就会扩散不畅，阻碍二开井段持续灌注，甚至二氧化碳返流至二开井段；而且，二氧化碳长久停留在一定范围内，不利于其扩散，再次灌注二氧化碳时，无法使用竖井，还需另行钻井，成本较大。
[0008]封存地层内存在物质的持续迁移，人们就是利用这一特性，将二氧化碳灌注至封存地层，再让二氧化碳在封存地层内水平迁移，进行稀释。本专利技术设计了水平灌注井，水平灌注井连接二开井段，并延伸在封存地层内，通过自身的通孔输送二氧化碳，将原始的点灌注变为线灌注，有效扩大了灌注面，在灌注初期就在一定程度上稀释了二氧化碳，有利于二氧化碳的扩散。再配合水平监测井，监测封存地层二氧化碳的扩散距离与浓度，为研究二氧化碳的扩散迁移规律提供数据支撑。
[0009]可选的，步骤S4中，从二开井段的底端开始，倾斜向下钻探一段第一连接井段，再沿着预先规划的水平灌注井的延伸方向，水平钻探第一水平井段，第一水平井段处于封存地层的中部，第一连接井段与第一水平井段连接形成水平灌注井；第三次固井具体为：先在二开套管的底端设置悬挂器，再在靠近第一水平井段的井壁处放置第一水平段套管，再在第一连接井段的井壁处放置倾斜的第一连接段套管，第一连接段套管的顶端连接所述悬挂器，然后在第一水平段套管、第一连接段套管与水平灌注井的井壁之间注入水泥浆固井。
[0010]可选的，步骤S4中，沿着第一水平段套管的轴向方向、在第一水平段套管的顶壁和底壁进行射孔，形成贯穿孔，使得第一水平段套管内的二氧化碳通过这些贯穿孔均匀进入到封闭地层的中部；第一水平段套管的末端（即远离二开井段的一端）敞口，用于灌注二氧化碳。
[0011]可选的，在第一水平段套管的顶壁设置若干个监测装置，监测装置与第一水平段套管顶壁的贯穿孔排成一排，每两个相邻的监测装置之间间隔相同数量的贯穿孔。
[0012]可选的，步骤S5中，从二开井段的底端开始，向着水平灌注井的反方向、倾斜向下钻探一段第二连接井段，再沿着预先规划的水平监测井的延伸方向，水平钻探第二水平井段，第二连接井段与第二水平井段连接形成水平监测井；在靠近第二水平井段的井壁处放置第二水平段套管，再在第二连接井段的井壁处放置倾斜的第二连接段套管，第二连接段套管的顶端连接所述悬挂器。
[0013]所述一开套管、二开套管、第一连接段套管和第一水平段套管均为钢制管道，第二
连接段套管和第二水平段套管均为抗腐蚀钢管，抗腐蚀钢管的管径小于钢制管道的管径。
[0014]可选的，所述第二水平段套管的管壁上沿着自身的轴向方向均匀设置若干通孔，第二水平段套管内沿着自身的轴向方向均匀设置若干个监测装置，封存地层内扩散迁移的二氧化碳通过通孔进入第二水平段套管，被其内部的监测装置感应到的。
[0015]可选的，在步骤S2的第二次固井之前还可以包括以下步骤：从二开井段的侧面向外、倾斜向下钻探一段第三连接井段，再水平钻探第三水平井段，第三连接井段与第三水平井段连接形成副水平监测井；在靠近第三水平井段的井壁处放置第三水平段套管，再在第三连接井段的井壁处放置倾斜的第三连接段套管；副水平监测井处于主采煤层的下方，副水平监测井的长度不超过水平灌注井的长度；第三连接段套管和第三水平段套管为抗腐蚀钢管；第三水平段套管的管壁上均匀设置若干通孔，且沿着水平方向均匀设置若干个监测装置，每个监测装置的竖直方向对应至少一个通孔，使得监测装置检测到相同位置的二氧化碳的浓度；第三水平段套管的末端（远离二开井段的一端）封闭。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于二氧化碳地质封存与监测的复合多分支钻井方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：从地面向下钻探一开井段，一开井段的底部进入基岩，再进行第一次固井；S2：从一开井段的底端开始，向下钻探二开井段，二开井段的底部至封存地层的顶部，用于向封存地层灌注二氧化碳，再进行第二次固井；S3：二开井段穿过主采煤层，并在对应主采煤层的位置预留至少一个可开合的连通口；主采煤层内设置若干个监测装置；S4：封存地层内部钻探至少一个水平灌注井，水平灌注井的进口连接二开井段的底端，水平灌注井的出口沿封存地层向着远离二开井段的方向延伸，再进行第三次固井，并在水平灌注井的井壁上均匀射孔，用于将二开井段灌注的二氧化碳引流至封存地层内；S5：封存地层内部钻探至少一个水平监测井，水平监测井的进口连接二开井段的底端，水平监测井的出口沿封存地层向着远离二开井段和水平灌注井的方向延伸；水平监测井内设置若干个监测装置，用于监测二氧化碳在封存地层内的运移情况。2.根据权利要求1所述的复合多分支钻井方法，其特征在于，步骤S1中，所述一开井段的底端进入基岩10
‑
15m；第一次固井具体为：先在一开井段靠近井壁处放置一开套管，再在一开套管与一开井段的井壁之间注入水泥浆固井；步骤S2中，在二开井段的井壁内和一开套管内设置二开套管；二开套管的顶端延伸至地面，底端至封存地层的顶部；二开套管的上部处于一开套管内，再在二开套管与一开套管之间、二开套管与二开井段的井壁之间注入水泥浆固井。3.根据权利要求2所述的复合多分支钻井方法，其特征在于，步骤S4中，从二开井段的底端开始，倾斜向下钻探第一连接井段，再沿着预先规划的水平灌注井的延伸方向，水平钻探第一水平井段，第一水平井段处于封存地层的中部，第一连接井段与第一水平井段连接形成水平灌注井；第三次固井具体为：先在二开套管的底端设置悬挂器，再在靠近第一水平井段的井壁处放置第一水平段套管，再在第一连接井段的井壁处放置倾斜的第一连接段套管，第一连接段套管的顶端连接所述悬挂器，然后在第一水平段套管、第一连接段套管与水平灌注井的井壁之间注入水泥浆固井。4.根据权利要求3所述的复合多分支钻井方法，其特征在于，步骤S4中，沿着第一水...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵岳，杜松，范莹琳，丁晏，宋思彤，车巧慧，张啸，
申请(专利权)人：中国煤炭地质总局勘查研究总院，
类型：发明
国别省市：