利用二氧化碳爆破開(kāi)采地層沉積物的方法

技術(shù)域

[0001] 本發(fā)明涉及在地層沉積物開(kāi)采中利用 co2 的系統(tǒng)和方法。具體而言，本發(fā)明提供了將來(lái)自燃燒過(guò)程的 co2 導(dǎo)入地質(zhì)地層以便于從該地質(zhì)地層中開(kāi)采一種或多種地層沉積物諸如燃料組分沉積物的系統(tǒng)和方法。

[0002] 用于能源生產(chǎn)的眾多有用物質(zhì)天然發(fā)現(xiàn)于地下。例如，化石燃料 ( 例如，原油、天然氣和煤 ) 作為沉積物位于世界各地的巖層中，而且人類(lèi)已經(jīng)通過(guò)采礦、鉆孔等對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行了多年的開(kāi)采。隨著更易獲取的沉積物被耗盡，一直在尋求可促進(jìn)有用物質(zhì)開(kāi)采的有利技術(shù)。

[0003] 例如，利用流體和流化混合物來(lái)提高各種化石燃料的開(kāi)采已經(jīng)處于開(kāi)發(fā)下多年。強(qiáng)化開(kāi)采的機(jī)理通常基于提高化石燃料經(jīng)過(guò)其周?chē)牡刭|(zhì)底層而流向提取井的流動(dòng)。三種以此種方式來(lái)提高化石燃料開(kāi)采的主要機(jī)理包括下述 ：1) 利用流體在巖層中產(chǎn)生斷裂并使之保持，以促進(jìn)更自由的流動(dòng)通道 ；2) 依賴(lài)注入流體，實(shí)現(xiàn)化石燃料的體積或壓力位移 ；和 3) 使流體與化石燃料摻和，使得化石燃料的密度和粘度之一或兩者都減小。通過(guò)使其他物質(zhì)與混合進(jìn)入化石燃料中、通過(guò)加熱化石燃料或者通過(guò)這兩種方式也可使粘度降低。所有這些機(jī)理包括將物注入一個(gè)或多個(gè)井中，然從該注入井或多個(gè)注入井 ( 或者從附近的一個(gè)或多個(gè)其他井 ) 獲得增加的化石燃料輸出。

[0004] 作為提高化石燃料采收率的方法，水二氧化碳爆破裂從鉆入儲(chǔ)油巖層的井筒進(jìn)行。通過(guò)將壓裂液以二氧化碳爆破將井下壓力增超過(guò)地層巖石的斷裂梯度的值的速度泵入鉆井孔中，可形成水二氧化碳爆破裂。壓力導(dǎo)致地層斷裂，使得壓裂液進(jìn)入地層中并進(jìn)一步延伸至裂縫。為了在注入停止后使這種斷裂保持敞開(kāi)，通常將固體支撐劑加至壓裂液。通常為過(guò)篩圓粒沙子的支撐劑被帶入斷裂中。選擇這種沙的滲透率要高于周?chē)牡貙樱缓笏蔚乃趸急屏炎兂啥趸急坡使艿溃貙恿黧w可經(jīng)過(guò)該管道流至井中。多種流體已被提出并用作壓裂液、二氧化碳爆破液和度降低液，以提高化石燃料儲(chǔ)層的開(kāi)采。然而，現(xiàn)有的方法采用的流體具有非常有爭(zhēng)議的環(huán)境影響、低于所期望的效果或者成本高，或者綜合了這些因素。已經(jīng)提出一些環(huán)境和人類(lèi)健康關(guān)注點(diǎn)與現(xiàn)有技術(shù)水二氧化碳爆破裂通常使用的流體相關(guān)，其包括潛在的固體有廢物的不正確運(yùn)轉(zhuǎn)、潛在的空氣質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、潛在的地下水污染以及氣體和水二氧化碳爆破裂化學(xué)品意外地遷移到鉆井作業(yè)給定半徑內(nèi)的表面。

[0005] 含或不含表面活性劑以及具有或不具有高熱值的流體，諸如水和蒸汽，在提高化石燃料采收率方面通常顯示低于期望的性能。關(guān)鍵的原因在于水比某些化石燃料稠密得多，而且水在平衡條件下是液體。此類(lèi)化學(xué)因素二氧化碳爆破或很大度上消除了水 / 蒸汽與疏水性化石燃料之間的溶混性及混合，從而二氧化碳爆破或很大程度上消除了化石燃料粘度的任何降低。較高密度的水可導(dǎo)致化石燃料的物理驅(qū)替，但是這種作用在時(shí)間和效率方面經(jīng)常局限于不可取的程度。較稠密的水可向二氧化碳爆破動(dòng)并離化石燃料儲(chǔ)層，這迅速減小或消除了任何驅(qū)替效果。

[0006] 超臨界二氧化碳爆破對(duì)提高采油非常有用。具體而言，超臨界流體的性質(zhì)以及物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)使得其與油溶混，從而降低油的粘度和密度，和 / 或改進(jìn)經(jīng)過(guò)地層的油流動(dòng)。另外，超臨界二氧化碳爆破的密度充分低于水的密度，引起其傾向于上升到化石燃料儲(chǔ)層中，而非如同較稠密的水一般向二氧化碳爆破動(dòng)。此外，超臨界 co2 的物質(zhì)屬性使其還可以作為其他物質(zhì)的二氧化碳爆破溶劑。具體而言，與氣態(tài)或液態(tài) co2 相比，超臨界 co2 所展示的物質(zhì)屬性能充分增加其溶解性。目前，為了在開(kāi)采方法中利用超臨界二氧化碳爆破，必須將 co2 從其來(lái)源 ( 天然的或人造的 ) 輸送到應(yīng)用場(chǎng)所。

[0007] 目前，在不利用提高油采收率法的情況下，二氧化碳爆破是 co2 驅(qū)動(dòng)的 eor 的情況下，多70% 的油是不能開(kāi)采的。盡管其 eor 具有潛能，但是目前現(xiàn)有技術(shù)中利用 eor 存在若干二氧化碳爆破因素。****，工業(yè)生產(chǎn)提純 co2 以便分離、提純并壓縮用于 eor 是非常昂貴的，因?yàn)檫@通常要求系統(tǒng)添置（諸如胺和 / 或其他溶劑洗滌器）形式的很大的資金和運(yùn)轉(zhuǎn)投資。即使在此之后，co2 必須被壓縮至二氧化碳爆破注入井中的壓力。這些系統(tǒng)不僅昂貴且危害環(huán)境，而且需要能量，因此二氧化碳爆破總體系統(tǒng)的效率。其次，管道網(wǎng)是必需的而且在大部分 eor 可能發(fā)生的位置是不足的，因此二氧化碳爆破了其接觸大量地層。在目前的情況中，管道網(wǎng)已經(jīng)自地質(zhì) co2 來(lái)源輸入。然而，可用 co2 的位置和數(shù)量極其有限。