[發明專利]一種深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法

在審

• 申請號: 202210017850.7
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114320447A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 邱黎明;何學秋;宋大釗;李振雷;朱熠;田向輝;劉強;肖鈺哲
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F17/16;F02B43/10;F02B63/04
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;鄧琳

1.一種深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S101、由地面向難開采煤層打深鉆孔，作為煤層與地面的連通通道，同時對煤層進行取樣；

步驟S102、測試取樣樣品的透氣性、瓦斯含量以及對二氧化碳和瓦斯吸附性的差異性，確定地面鉆孔的位置、鉆孔間距與鉆孔深度；

步驟S103、采用所述鉆孔抽采所測試煤層的瓦斯；

步驟S104、在地面建設瓦斯發電站與碳封存廠房，將所抽采的瓦斯進行燃燒發電，所產生的能量為抽采過程和注液過程提供動力；

步驟S105、對瓦斯燃燒產生的二氧化碳進行捕捉、收集；

步驟S106、對捕捉、收集的二氧化碳進行低溫高壓壓縮處理，得到液態的二氧化碳，伴隨氣態混合成超臨界二氧化碳；

步驟S107、利用無縫鋼管將超臨界二氧化碳通過所述鉆孔注入到煤層里面，使其充滿整個煤層；

步驟S108、撤出無縫鋼管，對所述鉆孔進行永久封孔，上述全過程處于封閉狀態。

2.根據權利要求1所述的深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，其特征在于，步驟S101中，所述由地面向難開采煤層打深鉆孔，作為煤層與地面的連通通道，同時對煤層進行取樣，包括：

選取的煤層為埋深大于第一預設值、瓦斯含量大于第二預設值、厚度均勻的煤層，且所述煤層周圍不存在大型構造斷層；

所述鉆孔由垂向鉆孔與水平鉆孔構成，所述垂向鉆孔用于取樣、瓦斯抽采和二氧化碳注入，所述水平鉆孔用于瓦斯抽采和二氧化碳注入。

3.根據權利要求1所述的深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，其特征在于，步驟S102中，所述測試取樣樣品的透氣性、瓦斯含量以及對二氧化碳和瓦斯吸附性的差異性，確定地面鉆孔的位置、鉆孔間距與鉆孔深度，包括：

對各取樣樣品的透氣性、瓦斯含量以及對二氧化碳和瓦斯的吸附性參數進行逐一測定，根據測試結果選擇適合的煤層，并計算相應的抽采半徑，確定鉆孔位置、鉆孔間距與鉆孔深度。

4.根據權利要求1所述的深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，其特征在于，步驟S103中，所述采用所述鉆孔抽采所測試煤層的瓦斯，包括：

所述鉆孔由定向鉆機完成，能夠實現鉆孔進入煤層后向煤層布置多個水平鉆孔；所述水平鉆孔間距由前期物性測試結果確定；

抽采過程中，應保證注氣過程與外界空氣相隔離，避免存在漏氣通道；瓦斯抽采至濃度不再降低或者不再有瓦斯抽出為止。

5.根據權利要求1所述的深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，其特征在于，步驟S104中，所述在地面建設瓦斯發電站與碳封存廠房，將所抽采的瓦斯進行燃燒發電，所產生的能量為抽采過程和注液過程提供動力，包括：

所述瓦斯進行燃燒發電以及產生的能量為抽采過程和注液過程提供動力的全程與外界相隔離，處于全密閉的狀態，確保煤層碳資源的充分利用以及隔離碳排放。

6.根據權利要求1所述的深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，其特征在于，步驟S105中，所述對瓦斯燃燒產生的二氧化碳進行捕捉、收集，包括：

采用固態吸附劑對瓦斯燃燒發電過程產生的二氧化碳進行可逆吸附，以分離回收瓦斯燃燒產生的二氧化碳和捕捉空氣中的二氧化碳；所述固態吸附劑采用活性炭、活性氧化鋁或硅膠中的任意一種。

7.根據權利要求1所述的深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，其特征在于，步驟S106中，所述對捕捉、收集的二氧化碳進行低溫高壓壓縮處理，得到液態的二氧化碳，伴隨氣態混合成超臨界二氧化碳的過程中，使用的電力由所抽采瓦斯燃燒發電提供，不額外消耗外界能源。

8.根據權利要求1所述的深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，其特征在于，步驟S107中，所述利用無縫鋼管將超臨界二氧化碳通過所述鉆孔注入到煤層里面，使其充滿整個煤層，包括：

所述無縫鋼管表面帶有防酸腐蝕涂層；

所述注入過程與外界空氣相隔離，避免存在漏氣通道。