一种利用枯竭煤层气储层进行碳封存的方法与流程

本发明涉及温室气体减排的，并且具体地涉及利用枯竭煤层气的煤层进行碳封存的方法。

背景技术：

1、co2地质存储能够有效地实现co2的长期封存，成为co2减排的主要途径。煤是一种孔隙结构发达的有机岩，具有自发吸附气体的特征，因此煤层可以作为存放co2的巨大仓库，并且能够达到长期固定co2的目标。在煤层气资源丰富的地区，开发利用煤层气后一部分煤层气区块进入枯竭期，而煤层气枯竭后的煤层也被视为封存co2的有利区块。对于枯竭的煤层气储层，虽然开发煤层气期间通过压裂措施沿主应力方向使煤层形成裂缝，通过压降漏斗的形成开采煤层气。然而，对于许多直井压裂的煤层，压裂半径往往达不到300米(有的甚至小于50m)，造成裂缝分布的不均匀性以及煤储层渗透率的差异分布。在这种情况下，向煤层中注入co2在一定程度上降低了co2的注入效率，导致co2难以持续性注入。

技术实现思路

1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。

2、本申请提供了一种利用枯竭煤层气储层进行碳封存的方法。利用已进入枯竭期且不产水不产气的煤层气井，通过注入过热高温压力水蒸气在对流环境体系下生成大量的裂隙提高储层渗透率，为co2的注入提供渗流通道，增加co2的注入速率和效率。利用过热水蒸气冷却后溶解了煤层中的钙、镁、硫、铁、铝、硅等离子的液态水与注入的co2发生碳酸化地球化学反应形成硅质、钙质等矿物沉淀实现了co2的矿物化固碳，同时煤层中原有的孔隙实现co2的物理吸附固碳，实现co2的物理和化学双重封存，加强煤层中co2长期封存的高效性和稳定性。

3、在一个方面中，本申请提供了一种利用枯竭煤层气储层进行碳封存的方法，包括以下步骤：

4、(a)在已进入衰竭期且不产水不产气的煤层气区块内选取两口地下煤层相互连通的煤层气井，一口井作为注入井，并且另一口井作为出气井及监测井；

5、(b)通过注入井向枯竭煤层气储层注入过热高温压力水蒸气，促使煤层在对流体系下形成大量裂隙，同时在出气井及监测井中监测水蒸气的温度，当在出气井及监测井中监测显示水蒸气温度<120℃时，关闭出气井及监测井，同时停止向注入井中注入过热高温压力水蒸气并关闭注入井，直到在出气井及监测井中监测到温度低于80℃时，开启注入井和出气井及监测井；

6、(c)向注入井中注入co2，其中一部分co2与步骤(b)中获得的温度低于80℃的由水蒸气变成的液态水溶液发生化学反应生成碳酸盐矿物质，并且其余的co2进入煤层孔隙发生物理吸附，当在出气井及监测井中监测到co2气体时关闭出气井及监测井，并且当注入井co2的井口压力接近煤层气排采期记录的煤层破裂压力时停止注入并关闭注入井；

7、(d)封闭所有井筒，将co2封存于枯竭煤层气的煤层内。

8、在本申请的实施例中，在步骤(a)中，选择临近注入井100-300米压降漏斗范围内不产水不产气的煤层气井作为水蒸气和co2监测井。

9、在本申请的实施例中，在步骤(a)中，选择临近注入井100-200米压降漏斗范围内不产水不产气的煤层气井作为水蒸气和co2监测井。

10、在本申请的实施例中，在步骤(a)中，注入井的过热高温压力水蒸气温度为200℃-500℃，压力接近于煤层静水压力。

11、在本申请的实施例中，在步骤(a)中，注入井的过热高温压力水蒸气温度为300℃-500℃，压力接近于煤层静水压力。

12、在本申请的实施例中，在步骤(c)中，所述液态水溶液溶解了煤层中钙离子、镁离子、铝离子、铁离子、硅离子、硫离子、钾离子。

13、在本申请的实施例中，在步骤(d)中，采用高压注浆方式对井筒进行封闭，并且封闭压力高于co2的注入压力。

14、在本申请的实施例中，枯竭煤层气的煤层深度为≥300m。

15、在本申请的实施例中，煤层的煤变质程度为无烟煤。

16、此外，本发明人在实验室联合显微ct、灰分分析和高压等温吸附实验对比了单纯注入co2后和先注入200℃过热水蒸气后再注入co2后山西省沁水煤田寺河煤矿3号无烟煤的裂隙率、灰分含量和co2吸附量，阐明了注入过热水蒸气后再注入co2的煤样提高co2注入效果的原因：

17、(1)显微ct结果表明，相比单纯的注入co2，注入200℃过热水蒸气后再注入co2的煤样裂隙率由0.428％提升至1.177％，裂隙由孤独的裂隙团发展成相互连通的裂隙网络，表明过热水蒸气促进了裂隙通道的生成，提升了co2的运移和渗流通道。

18、(2)工业分析结果表明，相比单纯的注入co2，注入200℃过热水蒸气后再注入co2的煤样灰分含量由16.16％提高至18.25％，表明过热水蒸气促进了co2与矿物的碳酸化反应，实现了co2的矿物化固碳。

19、(3)5cm圆柱煤样的高压等温吸附实验表明，吸附2天后，相比单纯的注入co2，注入200℃过热水蒸气后再注入co2的煤样co2吸附量由1.085mmol/g提高至1.245mmol/g，提高了14.74％。结合显微ct和工业分析结果，生成的裂隙网络通道加快了co2的运移和扩散，提升了co2的注入速率，促使co2更快的进入煤层孔隙发生吸附，同时部分co2溶解在煤样中水蒸气液化的水分内，与煤中的碳酸盐矿物发生碳酸化反应，有利于co2的矿物化封存。上述现象使得co2吸附量提升。

20、本发明的有益效果为：

21、(1)与向枯竭煤层气的煤层单纯注入co2进行封存对比，本发明首先采用过热高温压力水蒸气注入煤层生成大量的裂隙通道，提高了co2的注入效率。

22、(2)除了co2在煤层内孔隙的物理吸附封存，注入煤层内的过热水蒸气冷却变成液态水后，可以很好地溶解煤层内钙、镁、铁、硫、铝、硅、钾等离子，促使co2溶于水后与这些离子发生地球化学反应生成碳酸盐、硅酸盐等矿物，实现了永久且对环境无害的矿物化固碳封存。煤层内的这些离子与co2反应后形成的矿物会沉淀在裂隙通道内，增大了co2封存的稳定性。本发明实现了co2物理和化学双重封存效果，提升了co2封存的高效性、稳定性和长期性，极大地降低了大气中的co2含量。

23、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来实现和获得。

技术特征：

1.一种利用枯竭煤层气储层进行碳封存的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，选择临近注入井100-300米压降漏斗范围内不产水不产气的煤层气井作为水蒸气和co2监测井。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，选择临近注入井100-200米压降漏斗范围内不产水不产气的煤层气井作为水蒸气和co2监测井。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，注入井的过热高温压力水蒸气温度为200℃-500℃，压力接近于煤层静水压力。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，注入井的过热高温压力水蒸气温度为300℃-500℃，压力接近于煤层静水压力。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)中，所述液态水溶液溶解了煤层中钙离子、镁离子、铝离子、铁离子、硅离子、硫离子、钾离子。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中，采用高压注浆方式对井筒进行封闭，并且封闭压力高于co2的注入压力。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，枯竭煤层气的煤层深度为≥300m。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，煤层的煤变质程度为无烟煤。

技术总结本申请涉及一种利用枯竭煤层气储层进行碳封存的方法。利用进入衰竭期且不产水不产气的煤层气井，通过注入过热高温压力水蒸气在对流环境体系下生成大量的裂隙提高储层渗透率，为CO<subgt;2</subgt;的注入提供渗流通道，进而提升了CO<subgt;2</subgt;的注入效率，同时过热水蒸气冷却后变成的液态水溶液溶解了煤层中的钙、镁、铁、硫、铝、硅、钾等离子，会与注入的CO<subgt;2</subgt;发生碳酸化反应生成矿物实现了永久且对环境无害的矿物化固碳，而煤层中原有的孔隙实现了CO<subgt;2</subgt;的物理吸附固碳。本发明实现了CO<subgt;2</subgt;物理和化学的双重封存效果，提升了CO<subgt;2</subgt;封存的高效性、稳定性和长期性。技术研发人员：魏振吉,李伟,邬长武,成前辉,袁朴,闫霞,胡雄,蒋朝,朱学光,马良,王鑫,熊琼姣,马莉丽,杨筝受保护的技术使用者：中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9