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一种深部浅部地层联合封存CO2的方法
申请号 CN202310505638.X 申请日 2023-05-06 公开(公告)号 CN116553060A 公开(公告)日 2023-08-08
申请人 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司; 华能庆阳煤电有限责任公司; 发明人 周娟; 荆铁亚; 徐元强; 李寿君; 王波; 聂耀武; 刘练波;
摘要 本 发明 提供了一种深部浅部 地层 联合 封存 CO2的方法。本发明提供的方法，先按照一定条件选取地层，然后结合选取的地层按照一定方式布井，然后再进行封存CO2。本发明的方法，充分利用深部和浅部地质体，提高封存效率；而且将深部咸 水 层与浅部 玄武岩 结合，浅部玄武岩固 碳 后生成沉淀，还可以有效阻隔深部咸水层中封存的CO2泄露至浅表；另外，深部咸水原地利用，解决了咸水采出带来的环保问题，节约了高昂的 水处理 费用 。
权利要求

1.一种深部浅部地层联合封存CO2的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取地层：

按照以下条件选取地质封存区：

1)800m深度以下含有深部咸水层；

2)所述深部咸水层上方的上覆盖层的完整性良好；

3)所述上覆盖层的上方有浅部玄武岩储层；

S2、布井：

在所述深部咸水层的地层上方布置CO2深部封存注入井1，所述CO2深部封存注入井1的下端通入所述深部咸水层；

在所述浅部玄武岩储层的地层上方CO2浅部封存注入井2，所述CO2浅部封存注入井2的下端通入所述浅部玄武岩储层；

在所述浅部玄武岩储层的下方布置井段3，所述井段3的下端通入所述深部咸水层；

S3、封存CO2：

将CO2经由CO2深部封存注入井1注入深部咸水层，并驱动深部咸水层中的咸水经由所述井段3进入浅部玄武岩储层；

将CO2经由CO2浅部封存注入井2注入浅部玄武岩储层，与浅部玄武岩储层中的咸水进行反应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CO2深部封存注入井1与CO2浅部封存注入井2之间的间距为2～4km。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述深部咸水层的孔隙度为

15％～40％，渗透率为30～1000mD。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述上覆盖层的孔隙度为＜

5％，渗透率为＜0.1mD。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，选取地层的条件还包括：4)地质封存区内没有大断裂。
说明书全文

一种深部浅部地层联合封存CO2的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及环保技术领域，特别涉及一种深部浅部地层联合封存CO2的方法。

背景技术

[0002] 石油、煤炭等化石燃料仍是当前主要能源消费构成，CO2的大量排放将严重威胁人类赖以生存的地球环境。随着近年来绿色低碳理念的普及以及生态文明建设的需要。
[0003] CO2地质封存技术被认为是大规模处置CO2的有效手段，该技术将油气藏、深部咸水以及不可开采煤层等作为封存地点，并进行了大量示范工程。在这些地质体中，CO2的封存依赖于一系列的封存机理，包括构造封存、残余气封存、溶解封存以及矿物封存。其中，将CO2转化为固体矿物是最安全、泄漏风险最低的封存机理，但常规地质体(例如深部咸水层)中可用于固碳的矿物的质量分数较少，注入的大部分CO2会以游离态形式长期存在于封存储层中，对地质构造的封闭条件依赖度高，CO2泄漏风险大，需要在注入期间以及停注之后的很长时间内采取必要的监测手段，以确保CO2封存的安全性，这大大增加了CO2地质封存工程的成本。
[0004] 此外，CO2注入常规地质体(例如深部咸水层)进行封存，一定程度上将使得地层压力升高。地层压力升高一方面可能带来地质不稳定因素；另一方面，为了防止地层压力过分升高，将采取减少注入量的措施，这样一来CO2的储量/注入量将受到地层压力的限制。为了减少地层压力的上升、同时提高地质体对CO2的储量/注入量，可以采用CO2驱替咸水技术，即通过将CO2注入深部咸水层，通过驱替作用将咸水从深部咸水层中驱赶采出，提高地下空间的容量，然后再对采出的咸水进行咸水处理，其过程如图1所示。但是，目前的环保政策要求针对深部咸水层中采出的咸水进行淡化处理后，作为污水排放，而当前的法律法规政策对采出咸水的环保处理有相当高的要求，导致咸水处理的费用高昂，进而大大提高了CO2地质封存成本。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种深部浅部地层联合封存CO2的方法。本发明提供的方法充分利用深部和浅部地质体，提高封存效率，而且，本发明方法使咸水得到充分利用，且不需要采出地面，减少了咸水处理费用和污水排放相关的环保问题。
[0006] 本发明提供了一种深部浅部地层联合封存CO2的方法，包括以下步骤：
[0007] S1、选取地层：
[0008] 按照以下条件选取地质封存区：
[0009] 1)800m深度以下含有深部咸水层；
[0010] 2)所述深部咸水层上方的上覆盖层的完整性良好；
[0011] 3)所述上覆盖层的上方有浅部玄武岩储层；
[0012] S2、布井：
[0013] 在所述深部咸水层的地层上方布置CO2深部封存注入井1，所述CO2深部封存注入井1的下端通入所述深部咸水层；
[0014] 在所述浅部玄武岩储层的地层上方CO2浅部封存注入井2，所述CO2浅部封存注入井2的下端通入所述浅部玄武岩储层；
[0015] 在所述浅部玄武岩储层的下方布置井段3，所述井段3的下端通入所述深部咸水层；
[0016] S3、封存CO2：
[0017] 将CO2经由CO2深部封存注入井1注入深部咸水层，并驱动深部咸水层中的咸水经由所述井段3进入浅部玄武岩储层；
[0018] 将CO2经由CO2浅部封存注入井2注入浅部玄武岩储层，与浅部玄武岩储层中的咸水进行反应。
[0019] 优选的，所述CO2深部封存注入井1与CO2浅部封存注入井2之间的间距为2～4km。
[0020] 优选的，步骤S1中，所述深部咸水层的孔隙度为15％～40％，渗透率为30～1000mD。
[0021] 优选的，步骤S1中，所述上覆盖层的孔隙度为＜5％，渗透率为＜0.1mD。
[0022] 优选的，步骤S1中，选取地层的条件还包括：4)地质封存区内没有大断裂。
[0023] 本发明提供的方法，将咸水由深部地层的咸水层(岩石成分为砂岩)引至浅部地层的玄武岩储层。玄武岩与砂岩是两种不同类型的岩石，对CO2的封存原理也不同，砂岩主要通过孔隙中的咸水溶解CO2，玄武岩直接与CO2发生矿化反应实现封存目标，但矿化过程中需要用咸水将CO2溶解以提高反应速率。在本发明方案下，咸水得到充分利用，不需要采出地面，减少了咸水处理的一系列费用和与污水排放相关的环保问题。同时CO2在浅地层矿化封存，生成沉淀，可以进一步提高CO2封存地层的密封性，降低深部地层的CO2逃逸的可能性。附图说明
[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025] 图1为现有技术中封存CO2工艺的示意图；
[0026] 图2为本发明封存CO2工艺的示意图。

具体实施方式

[0027] 本发明提供了一种深部浅部地层联合封存CO2的方法，包括以下步骤：
[0028] S1、选取地层：
[0029] 按照以下条件选取地质封存区：
[0030] 1)800m深度以下含有深部咸水层；
[0031] 2)所述深部咸水层上方有上覆盖层，且所述上覆盖层的完整性良好；
[0032] 3)所述上覆盖层的上方有浅部玄武岩储层；
[0033] S2、布井：
[0034] 在所述深部咸水层的地层上方布置CO2深部封存注入井1，所述CO2深部封存注入井1的下端通入所述深部咸水层；
[0035] 在所述浅部玄武岩储层的地层上方CO2浅部封存注入井2，所述CO2浅部封存注入井2的下端通入所述浅部玄武岩储层；
[0036] 在所述浅部玄武岩储层的下方布置井段3，所述井段3的下端通入所述深部咸水层；
[0037] S3、封存CO2：
[0038] 将CO2经由CO2深部封存注入井1注入深部咸水层，并驱动深部咸水层中的咸水经由所述井段3进入浅部玄武岩储层；
[0039] 将CO2经由CO2浅部封存注入井2注入浅部玄武岩储层，与浅部玄武岩储层中的咸水进行反应。
[0040] 关于步骤S1：选取地层
[0041] 二氧化碳地质封存的场景包括高碳排放企业密集分布区域，例如火电厂、钢铁厂、化工厂等聚集区域。本发明中，先收集拟开展地质封存CO2的区域的地址资料，按照一定的条件选取地质封存区。
[0042] 本发明中，按照以下条件选取地质封存区：
[0043] 1)800m深度以下含有深部咸水层；
[0044] 2)所述深部咸水层上方的上覆盖层的完整性良好；
[0045] 3)所述上覆盖层的上方有浅部玄武岩储层。
[0046] 其中，
[0047] 关于条件1)：要求800m深度以下含有咸水层，即要求其具有深部咸水层。深部咸水层中主要分布有砂岩。本发明中，优选还要求咸水层中含水且孔渗条件良好。本发明中，优选的，所述深部咸水层的孔隙度为15％～40％，具体可为15％、20％、25％、28％、30％、35％、40％。本发明中，优选的，所述深部咸水层的渗透率为30～1000mD，具体可为30mD、
50mD、100mD、150mD、200mD、250mD、300mD、350mD、400mD、450mD、500mD、550mD、600mD、650mD、
700mD、750mD、800mD、850mD、900mD、950mD、1000mD。
[0048] 关于条件2)：要求深部咸水层上方的上覆盖层的完整性良好。上覆盖层主要分布有泥岩。本发明中，优选的，所述上覆盖层具有低孔低渗特性。具体的，所述上覆盖层的孔隙度为＜5％。所述上覆盖层的渗透率为＜0.1mD。
[0049] 关于条件3)：要求上覆盖层的上方有浅部玄武岩储层，即封存区域浅部地区分布有玄武岩储层。我国各沉积盆地内部及其周边都广泛分布有玄武岩及其他类型火山岩，总体可分为东北(五大连池、镜泊湖、长白山、锡林郭勒、大兴安岭地区)、东部(山东、江苏、浙江一带)、东南(雷琼地区)、西南(云、贵、川)、西北(西秦岭地区、准格尔盆地和塔里木盆地)5大地区。
[0050] 优选的，选取地层的条件还包括：4)地质封存区内没有大断裂。
[0051] 关于步骤S2：布井
[0052] 本发明中，布井方式如下：在所述深部咸水层的地层上方布置CO2深部封存注入井1，所述CO2深部封存注入井1的下端通入所述深部咸水层；在所述浅部玄武岩储层的地层上方CO2浅部封存注入井2，所述CO2浅部封存注入井2的下端通入所述浅部玄武岩储层；在所述浅部玄武岩储层的下方布置井段3，所述井段3的下端通入所述深部咸水层。上述布井方式如图2所示。
[0053] 其中，CO2深部封存注入井1的一端与地表连接，另一端(下端)通入深部咸水层，即下端与深部咸水层相连通。CO2浅部封存注入井2的一端与地表连接，另一端(下端)通入浅部玄武岩储层，即下端与浅部玄武岩储层相连通。井段3布置在浅部玄武岩储层的下方，其一端与浅部玄武岩储层相连通，另一端(下端)通入深部咸水层即与深部咸水层相连通。因此，CO2浅部封存注入井2的井段与所述井段3之间为玄武岩储层，其为浅部CO2矿化封存提供反应空间。
[0054] 本发明中，所述CO2深部封存注入井1与CO2浅部封存注入井2之间的间距优选为2～4km，具体可为2km、3km、4km，更优选为2～3km。所述间距是指井1中心点与井2中心点之间的水平间距。
[0055] 关于步骤S3：封存CO2
[0056] 将CO2经由CO2深部封存注入井1注入深部咸水层，并驱动深部咸水层中的咸水经由所述井段3进入浅部玄武岩储层；并将CO2经由CO2浅部封存注入井2注入浅部玄武岩储层，与浅部玄武岩储层中的咸水进行反应。
[0057] 具体的，打开CO2深部封存注入井1，将CO2经由CO2深部封存注入井1注入深部咸水层，深部咸水层中的咸水经由所述井段3进入了浅部玄武岩储层；打开CO2浅部封存注入井2，另将CO2经由CO2浅部封存注入井2注入浅部玄武岩储层，连续注入一段时间后，闭井进行化学反应。其中，所述连续注入的时间优选为1天。闭井进行化学反应的时间优选为1天。通过以上操作，一部分CO2进入深部咸水层，占据深部咸水层空间封存在其内，同时，外部另一部分CO2和深部咸水层中的咸水都进入浅部玄武岩储层，发生矿化反应(具体如下所示)，生成碳酸盐沉淀，从而完成固碳。
[0058] 矿化反应过程：
[0059] (1)溶解：
[0060] CO2(g)→CO2(aq)
[0061]
[0062] (2)固碳：
[0063] 橄榄石：Mg2SiO4+4H+→2Mg2++SiO2↓+2H2O
[0064] 斜长石：(Ca,Mg,Fe)Al2Si2O8+8H+→(Ca,Mg,Fe)2++2Al3++2SiO2↓+4H2O
[0065]
[0066] 其中，CO2溶解于水后，水成弱酸性会使得玄武岩中矿物溶解，释放二价阳离子。二价阳离子与水中碳酸氢根反应生成碳酸盐沉淀，从而完成固碳过程。
[0067] 本发明提供的方法，将咸水由深部地层的咸水层(岩石成分为砂岩)引至浅部地层的玄武岩储层。玄武岩与砂岩是两种不同类型的岩石，对CO2的封存原理也不同，砂岩主要通过孔隙中的咸水溶解CO2，玄武岩直接与CO2发生矿化反应实现封存目标，但矿化过程中需要咸水将CO2溶解。在本发明方案下，咸水得到充分利用，不需要采出地面，减少了咸水处理的一系列费用和与污水排放相关的环保问题。同时CO2在浅地层矿化封存，生成沉淀，可以进一步提高CO2封存地层的密封性，降低深部地层的CO2逃逸的可能性。
[0068] 本发明提供的方法具有以下有益效果：
[0069] 1、充分利用深部和浅部地质体，提高封存效率。
[0070] 2、将深部咸水层与浅部玄武岩结合，浅部玄武岩固碳后生成沉淀，还可以有效阻隔深部咸水层中封存的CO2泄露至浅表。
[0071] 3、深部咸水原地利用，解决了咸水采出带来的环保问题，节约了高昂的水处理费用。同时也低成本地解决了玄武岩封存需要消耗大量水资源的问题。
[0072] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0073] 实施例1
[0074] S1、选取地层：
[0075] 按照以下条件选取地质封存区：
[0076] 1)某地4000m深度附近有深部咸水层(岩石成分为砂岩)，其咸水层中含水且孔渗条件良好，孔隙度平均为28％，渗透率平均为100mD。
[0077] 2)深部咸水层上方的上覆盖层的完整性良好(主要为泥岩)，且具有低孔低渗特性，孔隙度平均为3％，渗透率平均为0.05mD。
[0078] 3)上覆盖层的上方有浅部玄武岩储层。
[0079] 4)地质封存区内没有大断裂。
[0080] S2、布井：
[0081] 在深部咸水层的地层上方布置CO2深部封存注入井1，所述CO2深部封存注入井1的下端通入所述深部咸水层；在浅部玄武岩储层的地层上方CO2浅部封存注入井2，所述CO2浅部封存注入井2的下端通入所述浅部玄武岩储层；在浅部玄武岩储层的下方布置井段3，所述井段3的下端通入所述深部咸水层。其中，CO2深部封存注入井1与CO2浅部封存注入井2之间的间距为3km。
[0082] S3、封存CO2：
[0083] 打开CO2深部封存注入井1，将CO2经由CO2深部封存注入井1注入深部咸水层，深部咸水层中的咸水经由所述井段3进入了浅部玄武岩储层；打开CO2浅部封存注入井2，另将CO2经由CO2浅部封存注入井2注入浅部玄武岩储层，连续注入1天后，闭井1天进行化学反应。
[0084] 经上述2天(注入1天，闭井反应1天)的处理，深度和浅部封存CO2的总量达到180t，相比于仅采用咸水层封存或者玄武岩矿化封存的封存量大大提高，因此提高了封存效率。而且在上述闭井反应1天后，连续30天监测CO2的泄露情况，结果显示，注入井井口的大气、土壤中未检测到CO2泄露，相比于现有技术明显降低。另外，本发明上述方法无需将咸水采出，解决了咸水采出带来的环保问题，节约了高昂的水处理费用，降低了封存CO2工艺的成本。
[0085] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

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