[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

本發明公開了一種深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，所述方法包括：由地面向難開采煤層打深鉆孔，同時對煤層進行取樣；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；利用鉆孔抽采所測試煤層的瓦斯；將抽采的瓦斯進行燃燒發電，產生的能量為抽采過程和注液過程提供動力；對瓦斯燃燒產生的二氧化碳進行收集，并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；利用無縫鋼管將超臨界二氧化碳通過鉆孔注入到煤層；撤出無縫鋼管，對鉆孔進行永久封孔。上述全過程處于封閉狀態，通過單一鉆孔實現對深部難采煤層區域碳資源的高效利用與二次封存。

技術領域

本發明涉及地球深部難采煤層碳資源開發與利用技術領域，特別涉及一種深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法。

背景技術

隨著煤層開采深度的增加，瓦斯壓力與瓦斯含量越來越大，煤層突出危險性越來越強，難開采煤層越來越多，如何安全高效地利用深部難采煤層碳資源是能源科技面臨的挑戰。

在以往地球碳資源開發利用過程中，產生了大量的二氧化碳，導致了嚴重的溫室效應。為此，世界上主要工業國家紛紛制定碳達峰、碳中和氣候目標，碳封存成為重要的技術措施。

然而，以往的大多數碳封存方法是把二氧化碳直接放入地下或者埋入海底，這種方式類似于危險品儲存，存在一定的安全隱患。

發明內容

針對現有深部難采煤層碳資源利用以及碳封存技術的不足，本發明的目的在于提供一種深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，利用煤對二氧化碳的吸附性遠大于甲烷的優點，對深部難采煤層碳資源進行鉆孔抽采瓦斯，而后將甲烷燃燒產生的二氧化碳等廢氣進行煤層回注，并隔離整個過程，使資源充分利用的同時避免碳排放。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供如下方案：

一種深部難采煤層碳資源高效利用與二次封存方法，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。

優選地，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。

優選地，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：