封存二氧化碳的方法技术

本发明专利技术公开了一种封存二氧化碳的方法，包括如下步骤：（一）注入层位的选择，注入层位包括不可采煤层和/或煤层采空区；（二）根据注入层位所处位置钻井；（三）对不可采煤层和/或采空区顶板的裂隙带射孔，（四）当需注入层位的数量大于一层时，为从下至上依次分层注入二氧化碳，每层注入层位注入完成并封存后再进行下一层注入层位的注入与封存；（五）最后钻井填埋封盖。本发明专利技术是一种针对目前煤炭发电排放二氧化碳量多、温室效应明显，处理工序复杂，费用高等问题，设计的一种向不可采煤层或采空区注入二氧化碳气体封存二氧化碳的方法，达到相对永久封存二氧化碳，减少处理二氧化碳费用的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在采空区和/或不可采煤层封存二氧化碳的工艺与方法。
技术介绍
煤炭在我国一次性能源结构中占·有很重要的地位。煤炭作为一种重要能源，发电是其重要用途之一。研究表明一般情况下，I吨发电的煤会产生2. 66-2. 72吨的二氧化碳气体，同样条件下，CO2的温室效应是甲烷的20 25倍，这些气体直接排放到大气中，会引起全球气候变暖，造成人类生活环境的巨大变化。对已经产生的CO2进行人为处置成为近年来人们关注的焦点。目前，处理CO2的方法主要有(I)将人类活动产生的碳排放物捕获、收集并以安全的方式存储、封存到深层地质结构或深海等碳库中；(2)直接从大气中分离出CO2并将其进行安全存储、封存。目前，向深层海洋注入CO2或是通过海洋增肥的方式会引发更多的碳沉降，与此同时也会增加海洋中碳由上至下的传输，引起海洋碳循环的变动；且处理费用相对比较高。我国具有悠久的煤炭开采历史，迄今为止，有许多矿井因为资源枯竭而成为废弃矿井，这些废弃矿井存在大面积的米空跨落区和废弃巷道砸室。冋时，在煤系地层中，普遍存在着因技术或经济原因而弃采的煤层，如不可采薄煤层、埋藏超过终采线的深部煤层和构造破坏严重的煤层等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种针对目前煤炭发电排放二氧化碳量多、温室效应明显，处理工序复杂，费用高等问题，设计出一种向不可采煤层或采空区注入二氧化碳气体，达到相对永久封存二氧化碳，减少处理二氧化碳费用的目的。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种，包括如下步骤(一)注入层位的选择，注入层位包括不可采煤层和/或煤层采空区；(二)根据注入层位所处位置钻井；(三)对不可采煤层和/或采空区顶板的裂隙带射孔，(四)当注入层位为不可采煤层时，通过压裂设备对注入层位压裂，同时或者先后对注入层位注入二氧化碳，并封存；当注入层位为采空区时，通过裂隙带向采空区注入二氧化碳，并封存；当需注入层位的数量大于一层时，为从下至上依次分层注入二氧化碳，每层注入层位注入完成并封存后再进行下一层注入层位的注入与封存；(五)最后钻井填埋封盖。在步骤(四)中，所述压裂为水力压裂，二氧化碳为液态二氧化碳，液态二氧化碳通过增压泵注入所述注入层位。所述不可采煤层的上、下部均有厚度大于2m的砂质泥岩层或者泥岩层存在。在步骤(一)中，注入层位包括采空区及其上部的不可采薄煤层，在步骤(二)中，钻井井身为三开井身结构，在步骤(三)中，对不可采煤层、不可采煤层顶、底板的砂岩层以及采空区顶板的裂隙带均进行射孔。在步骤(一)中，注入层位包括采空区和分别位于采空区上侧、下侧的不可采薄煤层，在步骤(二)中，钻井井身为四开井身结构，在步骤(三)中，对每层不可采煤层、每层不可采煤层顶、底板的砂岩层以及采空区顶板的裂隙带均进行射孔。 在步骤(一)中，注入层位仅由若干层不可采薄煤层组成，在步骤(二)中，钻井井身为二开井身结构，在步骤(三)中，对每层不可采煤层、每层不可采煤层顶、底板的砂岩层均进行射孔。 在步骤(一)中，注入层位仅为采空区，在步骤(二)中，钻井井身为三开井身结构，在步骤(三)中，仅对采空区顶板的裂隙带进行射孔。在步骤(四)中所述的封存为每层注入层位注入完毕后，均封堵该注入层位的所对应的射孔孔眼，并将井筒向上填埋至下一个需注入层位的底部下侧。所述在步骤(五)中，对整个井筒填砂，在井口内注水泥且井口封盖。本专利技术所述的，具有如下有益效果(1)针对不同的不可采煤层与采空区的位置关系，设计出不同的井身结构。可以完成不同情况下的二氧化碳注入。(2)针对不可采煤层和采空区空间位置的不同，设计出不同的压裂注入二氧化碳工艺与方法，该工艺流程操作简便、费用低、适用范围广，可以大大减少大气中温室气体的排放量。并且，煤炭产地火电、水泥、建材、煤化工等行业比较发达，这些大型的CO2固定排放源比较集中地分布在这些废弃煤矿区的周围，这些废弃矿井及不可采煤层为CO2就地封存处理提供了良好的场所。如果能将这些地方产生的二氧化碳进行收集，采用一种工艺技术把其注入到这些采空区或不可采煤层中，既有效阻止了 CO2气体的排放，同时其处理成本也大大降低。基于此思想，如何设计一种工艺及方法，把煤炭发电产生的二氧化碳注入到地下不可采煤层或采空区中，使二氧化碳能够永久封存，既减少了温室效应，又节省了处理成本。附图说明图I是本专利技术实施例I的结构示意 图2是本专利技术实施例2的结构示意 图3是本专利技术实施例3的结构示意 图4是本专利技术实施例4的结构示意图。具体实施例方式实施例I : 如图I所示的一种，包括如下步骤 (一)注入层位的选择注入层位包括采空区11及其上部的不可采薄煤层17，所选注入层位的不可米薄煤层17的上侧具有厚度大于2m的砂质泥岩层或者泥岩层16存在。在此首先应对注入层位所在的注入地点进行选择要使注入的CO2能够得到较好地封存，为了防止注入后隐患，注入的地点不能选择在正在开采的煤矿的采空区11，也不能选择在采空区11上部煤层已经开采，下部不远处(一般距离不超过200m)的煤层还要开采的地区。因此，注入地点选择在已经开采的，废弃的，下部煤层在今后几乎无开采可能的废弃煤矿进行注入二氧化碳封存施工。当然，如果不是废弃煤矿，对于仅有若干层不可采薄煤层17的地点也可进行选择注入，此时，注入层位即为上述若干层不可采薄煤层17。紧挨不可采薄煤层17的顶板以及底板均为砂岩层18，但同时为了保证能对注入的二氧化碳起到封闭的作用，所以在所选注入层位为不可采薄煤层17时，在顶板的砂岩层18的上部、在底板的砂岩层18的下部均具有厚度大于2m的砂质泥岩或泥岩16存在。本例中由于采空区11下部没有不可采薄煤层17，仅对采空区11上部的不可采薄煤层17及采空区11进行注入。综上，地层从上至下依次为泥岩或砂质泥岩层16、砂岩层18、不可采薄煤层17、砂岩层18、泥岩或砂质泥岩层16、弯曲下沉带14、裂隙带13、冒落带12以及采空区11。(二)根据注入层位所处位置钻井，钻井钻至采空区11顶板的裂隙带13 :先在地面进行钻井，钻井向下依次穿过泥岩或砂质泥岩层16、砂岩层18、不可采薄煤层17、砂岩层18、泥岩或砂质泥岩层16、弯曲下沉带14、并钻进到采空区11顶板的裂隙带13为止，为 了节省钻井成本，同时又要考虑到后续的二氧化碳注入，在钻头设计上，与传统的煤层气井相比，其钻头相应来说比其要小，同时又要考虑钻井直径与套管的匹配度。所以，一开采用Φ269. 9mm钻头，钻至基岩5m处停钻，下入Φ219. Imm套管固井；二开采用Φ 200mm钻头，钻至采空区11顶板的裂隙带13以上IOm左右处的稳定区停钻，下入Φ 168. 3mm套管固井；三开采用Φ 120. 6mm钻头,钻至三带中的裂隙带13中间部位停钻,下入Φ101.6ι πι套管固井。钻井井身为三开井身结构。上述的固井为利用位于井口外的水泥固井注浆系统15完成，水泥固井注浆系统15的注浆泵通过管子向套管与井壁之间注入固井水泥，钻井以及注浆固井的方法步骤均为现有技术，故不详细叙述。当然，由于注入地点选择在废弃煤矿，钻井位置应选择在避开断层或煤炭开采时的巷道及其边缘150m的范围。由于采空区11以上依次为冒落带12、裂隙带13和弯曲下沉带14，其中冒落带12、裂隙带13常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封存二氧化碳的方法，其特征在于：包括如下步骤：（一）注入层位的选择，注入层位包括不可采煤层和/或煤层采空区；（二）根据注入层位所处位置钻井；（三）对不可采煤层和/或采空区顶板的裂隙带射孔，（四）当注入层位为不可采煤层时，通过压裂设备对注入层位压裂，同时或者先后对注入层位注入二氧化碳，并封存；当注入层位为采空区时，通过裂隙带向采空区注入二氧化碳，并封存；当需注入层位的数量大于一层时，为从下至上依次分层注入二氧化碳，每层注入层位注入完成并封存后再进行下一层注入层位的注入与封存；（五）最后钻井填埋封盖。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文学，倪小明，刘明举，王倩，李全中，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：