[發(fā)明專利]注超臨界CO2開采干熱巖地?zé)岬念A(yù)防滲漏工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410804911.X
• 申請(qǐng)日: 2014-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN104675360A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張亮;崔國(guó)棟;李欣;任韶然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): E21B33/138
• 分類號(hào): E21B33/138;F24J3/08
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地?zé)衢_發(fā)領(lǐng)域，特別涉及一種注超臨界CO₂開采干熱巖地?zé)岬念A(yù)防滲漏的工藝方法。

背景技術(shù)

地?zé)崾且环N儲(chǔ)量豐富的清潔可再生能源，但目前煤炭、石油等化石燃料仍是世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成，CO₂資源化利用及地質(zhì)埋存技術(shù)被認(rèn)為是減少溫室氣體排放、緩解氣候變暖的一項(xiàng)有效措施。將CO₂資源化利用的思想應(yīng)用于地?zé)衢_發(fā)，即利用超臨界CO₂替代常規(guī)的水作為工作介質(zhì)，進(jìn)行循環(huán)攜帶地?zé)峄蝌?qū)替地下熱水，是一種新穎的地?zé)衢_發(fā)技術(shù)，受到廣泛關(guān)注。2000年，Brown首次提出利用超臨界CO₂作為攜熱介質(zhì)開采干熱巖地?zé)帷ｋS后Pruess等人分析了CO₂在干熱巖儲(chǔ)層中的熱力學(xué)性質(zhì)、熱交換規(guī)律以及可能發(fā)生的地球化學(xué)反應(yīng)等。Randolph等人提出了將CO₂注入深部鹽水層或廢棄油藏進(jìn)行加熱，利用后再回注地下。龐忠和等人也提出利用CO₂改善熱儲(chǔ)物性從而達(dá)到提高地?zé)岵墒章实哪康模艿絿?guó)際同行關(guān)注。

超臨界CO₂特殊的熱物性決定了其自身的攜熱優(yōu)勢(shì)。首先，超臨界CO₂的密度接近于液態(tài)，粘度接近于氣態(tài)，質(zhì)量熱容是水的0.3～1倍，根據(jù)達(dá)西定律，在相同注采壓差下其質(zhì)量流量可以達(dá)到水的1～6倍，采熱速率可以達(dá)到水的1.4～2.7倍，因此超臨界CO₂比水更易于注入和在巖層中滲流，特別適用于低滲儲(chǔ)層地?zé)豳Y源的開發(fā)；其次，超臨界CO₂的熱物性對(duì)溫度壓力條件敏感，相同注采溫差下的CO₂密度變化比水大，因此注采井筒間具有比水更強(qiáng)烈的熱虹吸現(xiàn)象，可以為地面工藝流程提供驅(qū)動(dòng)壓差，降低注采泵功率；第三，超臨界CO₂與巖石礦物之間的物理化學(xué)作用非常微弱，在完全取代水作為攜熱介質(zhì)的情況下，可以有效避免井筒、管線、地面設(shè)備中的結(jié)垢問題，以及微量有害礦物排放引起的環(huán)境污染等問題。此外，CO₂作為主要溫室氣體，還可以結(jié)合地質(zhì)埋存技術(shù)，將大部分CO₂封存在地下。深部鹽水層、油氣田以及地壓型地?zé)醿?chǔ)層，都可以用于CO₂埋存。根據(jù)實(shí)施目標(biāo)的不同，利用CO₂開采地?zé)崤c同時(shí)實(shí)現(xiàn)埋存之間，存在著一個(gè)權(quán)衡和優(yōu)化問題。

干熱巖是埋藏在地下3000～10000m，溫度在150～650℃的高溫巖體，原生孔隙度和滲透率極小，不存在地層水或僅有少量地層水。因此，在開發(fā)干熱巖地?zé)釙r(shí)，需要對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行水力壓裂，將注采井連通，并向儲(chǔ)層中注入大量水，通過水的循環(huán)將地?zé)衢_采出來。由于干熱巖儲(chǔ)層的滲流空間是由人工壓裂而成，且滲流區(qū)域的邊界相對(duì)封閉，與周圍巖體之間的流體交換較弱，為攜熱介質(zhì)的選擇帶來較大的自由空間。干熱巖成為第一個(gè)被提出可以利用超臨界CO₂來開發(fā)的地?zé)犷愋停蠢贸R界CO₂進(jìn)行儲(chǔ)層壓裂和循環(huán)攜帶地?zé)帷２捎贸R界CO₂作為壓裂液，可以避免采用水基壓裂液引起的地化問題，有利于避免地?zé)衢_采初期的產(chǎn)水過程，降低對(duì)地?zé)衢_采工藝的要求。

現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，采用水開采干熱巖地?zé)釙r(shí)，存在水向圍巖中的滲漏，滲漏速度約為注入速度的0～64％(水損失率)，一般按照7％～12％進(jìn)行估算。采用超臨界CO₂作為攜熱介質(zhì)時(shí)也會(huì)存在類似問題，但滲漏速度可能有所降低。CO₂向圍巖中的緩慢滲漏將引起地層水的蒸發(fā)進(jìn)而導(dǎo)致溶解的礦物沉淀。圍巖的孔隙度和滲透率降低，將導(dǎo)致CO₂的滲漏速度降低，預(yù)計(jì)為注入速度的5％。為保證地面輸出功率，需要向地?zé)醿?chǔ)層中不斷補(bǔ)充注入額外的CO₂。例如，裝機(jī)容量為1000MW的干熱巖地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)，需要3000MW的煤電系統(tǒng)補(bǔ)償每天的CO₂滲漏量。但從埋存角度考慮，CO₂向圍巖中的滲漏存在著極大的安全隱患。為避免CO₂向圍巖中的滲漏，應(yīng)當(dāng)改進(jìn)壓裂工藝，采用物理化學(xué)等方法封堵圍巖中的滲漏通道，使CO₂能夠安全有效的在壓裂區(qū)域進(jìn)行滲流和熱交換。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)注CO₂開采干熱巖地?zé)徇^程中存在的滲漏問題，利用三種無機(jī)鹽生成機(jī)理，改進(jìn)壓裂工藝，提供一種預(yù)防CO₂滲漏的工藝方法。

工藝步驟如下：