[發明專利]一種用于修復深部地層CO2

有效

• 申請號: 202111388475.9
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114163982B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 季雨坤;李曉昭;李福清;王欽科;李瑞林;王海航;陳君;趙鵬;干沁;李福峰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C09K8/42
• 分類號: C09K8/42;C09K8/504;C09K3/12;C01F5/24
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發明公開了一種用于修復深部地層CO₂泄露的化學注漿液及其制備方法，屬于二氧化碳捕集與減排領域，通過注漿液與泄露CO₂經化學反應形成的耐酸碳酸鹽礦物顆粒來修復深部CO₂地質儲存庫的斷層和裂縫并解決CO₂的泄露問題。本發明公開的反應性注漿液綠色環保、經濟、操作簡單，能夠克服耐酸菱鎂礦顆粒的沉淀動力學限制，并在深部地層的CO₂泄露區催化耐酸菱鎂礦顆粒的快速沉淀；且具有低粘度的特性與滲透范圍廣的特點，使其能夠進入細小孔隙及裂縫并成為更有前景的反應性注漿液。本發明可以為深部CO₂地質儲存庫的泄漏修復和斷層愈合提供有效的化學解決方案，適于推廣與應用。

技術領域

本發明涉及二氧化碳捕集與減排領域，具體為一種用于修復深部地層CO₂泄露的化學注漿液及其制備方法。

背景技術

將捕集的CO₂封存于深部地質儲存庫是控制全球變暖的有效方法，而CO₂長期泄漏(通過斷層、高滲透區、裂縫)將導致碳封存項目的失敗。傳統水泥注漿的方法由于水泥漿液具有較大的粘度，需要進行高壓注漿法才能實現漿液的灌入。這種傳統的粒狀漿液不僅難以注入微細裂隙處，還對于地層修復效果不好。且灌漿材料在其凝固過程中由于泌水蒸發而產生細小孔隙。然而天然巖石具有狹窄的孔隙和裂縫，且因具有低粘度的水溶液可通過小孔隙 (或小裂縫)被視為更有前景的反應性注漿修復液。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是針對現有技術中存在的問題，提供一種用于修復深部地層CO₂泄露的化學注漿液的制備方法，利用注漿液中的催化劑將催化深部地層泄露CO₂與注漿液之間的化學反應以加速形成可以封堵碳儲存庫裂縫的耐酸礦物顆粒。

同時需要說明的是，本發明專利提出通過注漿液(MgCl₂水溶液)與泄露 CO₂經化學反應(Mg²⁺離子與CO₂溶于水形成的CO₃^2-離子間的化學反應)形成的耐酸碳酸鹽礦物顆粒來膠結填充深部CO₂地質儲存庫的斷層和裂縫，用以解決深部地層CO₂泄漏的問題。

且本發明專利摒棄了前人提出的傳統Ca²⁺離子修復液的使用，因為修復區的CO₂積聚將使水溶液pH降低，并驅動前期沉淀方解石(CaCO₃)的進一步溶解。因此，在CO₂泄漏場景下(微酸環境)更穩定的反應產物可用作長期有效的密封材料，而耐酸礦物顆粒可以有效地阻止CO₂泄漏并減輕深部CO₂地質儲存庫所涉及的風險。在pH為1至14的情況下，無水菱鎂礦(MgCO₃) 溶解速率比方解石低2-3個數量級，這使得耐酸菱鎂礦顆粒成為了更有前景的密封材料。

此外，深部CO₂儲層的溫度可達高達150-200℃，這個溫度有益于無水菱鎂礦的形成(90℃)。但是在沉淀的礦物顆粒最終相變為菱鎂礦之前，存在多種形式的亞穩水合碳酸鎂(例如三水碳酸鎂MgCO₃·3H₂O、堿式碳酸鎂 (MgCO₃)₄·Mg(OH)₂·4H₂O、水鎂石Mg(OH)₂)，水合碳酸鎂更易溶解且不穩定，并不適合用作封堵裂隙的材料，如何加速水合碳酸鎂向菱鎂礦的相變是快速修復深部CO₂泄露區域的關鍵。