CN105392860A - 储存co2的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在地质地层中储存CO2的方法，所述方法包括(i)将包含CO2的第一组合物注入到所述地层中；以及(ii)将包含CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物的第二组合物注入到所述地层中，其中步骤(i)和(ii)按照任意的顺序分开进行，且其中所述第一和第二组合物是不同的。

Description

储存CO2的方法
技术领域
本发明涉及储存CO2的方法以及监测地质地层(geologicalformation)中CO2储存的方法。本发明还涉及用于在地质地层中优化储存和控制CO2的组合物和方法。
背景技术
若干研究表明大气中CO2的增加对全球气候具有主要的影响。为了减少大气中的CO2，经优化的和安全的储存CO2是所需要的和重要的问题。
作为关于CO2的商业储存的实例，由Statoil运行的Sleipner碳捕集和储存(CCS)工程位于距离Notwegian海岸250km处。CO2以超临界状态储存于低于海平面800-1000m的深度的Utsira地层中。天然气处理过程中产生的CO2被捕集并随后被注入地下。CO2注入开始于1996年10月并且截至2012年，大于1300万吨的CO2已经以大约2700吨/天的速率被注入。使用长距离浅井(shallowlong-reachwell)将CO2带离距生产井和平台区域2.4km。注入位置位于Utsira地层顶部局部圆顶(localdome)的下面。
InSalahCCSProject是位于AlgerianCentralSahara中的用于天然气生产的陆上工程。KrechbaField从多个地质储层(geologicalreservoirs)生产含有高达10％CO2的天然气。已经将CO2从气体中脱去并且重新注入1800m深的砂岩储层中，使得CO2的储存高达1Mt/年。
虽然，据信在地下深处储存CO2的全球容量是大的，但新的储存位置的开发无疑是昂贵的，原因是其需要评定对人类和生态系统的潜在风险。因此，需要将现有位置利用至最大容量。目前的评估指出，现有的用于将超临界CO2注入深处储存位置的方法使得仅约2％的地质储存位置的孔隙体积被用于CO2封存(sequestration)。据信这是由于注入的CO2在地下地层中的不均匀波及(unevensweep)造成的，其导致了称为“指进”的现象，在其中CO2注入前缘是高度不均匀的，且高度渗入的小区域被其中CO2完全没有渗入的区域包围。继续现行方法将导致在可用的储存位置中相当大的储存体积的损失。
出于封存的目的，将CO2以超临界流体的形式注入到储存储层(storagereservoir)中，通常是在未在储层条件下设计注入物流的优选相的组成的情况下进行。在WO2012/041926中，描述了CompositionSwingInjection(CSI)技术，其中周期性地改变注入物流的组成以生成类气体和类液体的状态从而在注入阶段期间稳定CO2羽流。该稳定作用有助于最大化储层的CO2储存容量。
取决于储存储层的压力和温度，实现CompositionSwingInjection(CSI)技术中所要求的相行为可能需要对注入物流的组成进行相当大的改进。WO2012/041926中公开的一种选择是可将各种烃组分与CO2一起注入以获得所需的效果。一些情况下，可从自然来源中或作为油和气体处理的副产物获得这些烃组分。但是，在其他情况下，烃用作气体共混组分可能太过贵重，并且可能导致CompositionSwingInjection在经济上是不理想的。
因此，仍然需要开发用于在储存储层中储存CO2的方法，其中CSI技术是廉价的并且其克服了上面讨论的储存体积损失的问题。还期望可以监测用于CO2羽流移动的CO2储存储层以及可能的穿过储存储层的CO2渗出。另外，开发经济可行的用于监测CO2水平的方法将是有利的。最后，期望能够同时解决全部这些问题的方法。
令人惊讶地，本发明人已经发现使用CompositionSwingInjection技术且其中烃被一种或多种可溶于CO2的聚合物所替代的方法展示了针对这些问题的引人注目的解决方案。
发明概述
构思本发明以解决或者至少减轻上文确认的问题。本发明的一个目的在于提供用于以灵活且经济上可接受的方式在地质地层中优化储存、控制CO2和监测CO2的组合物、方法和用途。
在第一个实施方案中，本发明提供了在地质地层中储存CO2的方法，所述方法包括：
(i)将包含CO2的第一组合物注入到所述地层中；并且
(ii)将包含CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物的第二组合物注入到所述地层中，
其中步骤(i)和(ii)按照任意顺序分开进行，并且其中第一和第二组合物是不同的。
在第二个实施方案中，本发明提供了在地质地层中储存CO2的方法，所述方法包括：
(iii)将CO2或包含CO2的第一组合物注入到所述地层中；并且
(iv)将包含CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物的第二组合物注入到所述地层中，
其中步骤(i)和(ii)按照任意顺序分开进行，并且其中第一和第二组合物是不同的。
在进一步的实施方案中，本发明提供了监测地质地层中CO2储存的方法，所述方法包括：
(i)将包含CO2的第一组合物注入到所述地层中；
(ii)将包含CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物的第二组合物注入到所述地层中；
其中步骤(i)和(ii)按照任意顺序分开进行，并且其中第一和第二组合物是不同的；并且
(iii)监测储存的CO2。
在另一个实施方案中，本发明提供用于以下中至少一种目的的方法：在地质地层中优化储存、控制CO2和监测CO2储存，其中在将组合物注入到地层中之前，将含有CO2的组合物与含有至少一种可溶于CO2的聚合物的组合物混合。
发明详述
本发明语境中的“超临界条件或接近超临界条件”，应被理解为其中流体处于高于或接近其临界点的温度或压力的条件，其中不存在明显的液相和气相。在超临界或接近超临界条件下，流体既非气体也非液体，而是处于根据其粘度和密度可具有更类似于气体或更类似于液体性质的相。因此，液体可以不同的超临界“相”存在。不同的相可以被称为类气体相或类液体相。另外，接近临界点，压力或温度的小的变化可导致相性质的大的改变，使得能够设计超临界流体的许多的相性质。
对于任何的或全部的组合物都将处于或接近超临界条件而言，其为本发明的一个优选的实施方案。“接近超临界条件”表示流体处于接近但是低于其临界点的温度和压力。通常，“接近超临界条件”覆盖了这样的条件，其中压力可比临界压力最多小10bar且温度可比临界温度最多低5℃。在本发明中超临界条件或接近超临界条件是优选的，使得组合物可在具有在气体和液体的性质之间的性质的情况下被注入，并且进一步地能够容易地在类气体和类液体性质之间循环以获得优化的储存。
本发明语境中的“优化的储存和控制”应当被理解为通过控制储存储层内部CO2的移动来改进或最大化CO2的储存。
本发明语境中的“监测”应当被理解为在生产井或观察井监测注入的CO2混合物的突破(breakthrough)。在涉及用于监测CO2方法的那些实施方案中，认为根据本发明的至少一种可溶于CO2的聚合物具有关于用于优化的储存的相行为和监测生产井或观察井中的气体突破的双重功能。本发明语境中的“双重功能”将被理解为这样的实施方案，其中至少一种CO2聚合物充当示踪剂，实现优化的CO2储存和在生产井或观察井中监测的气体突破两者。使用示踪剂以定性地或定量地度量流体如何流过储层，以及作为估算残余油饱和度的有用工具。示踪剂可以是放射性的或化学的，可以是气体或液体。
本发明语境中的“地质地层”和“储存储层”应当被理解为与地下地层、储存储层、地质储层或由一定数量的岩层组成的地层相关。
本发明语境中的“组合的CO2组合物”应当被理解为包含CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物的组合物。
本发明方法和组合物中所使用的CO2可来自任何的来源，例如CO2捕集过程、气体处理设施或地下来源，其中的每个将被理解为提供轻微不同的CO2组合物。本文的方法和组合物中使用的CO2可基本上是纯的，即其可由100％的纯CO2组成(或包含99.9％的纯CO2)。或者CO2可进一步包含不可避免的杂质，例如烃，如烷烃、苯和/或甲苯。在不可避免的杂质存在时，本发明的方法和组合物中使用的CO2相对于CO2和不可避免杂质的总量，优选包含至少90mol％、更优选至少92mol％，例如95mol％的纯CO2，特别是至少98mol％的纯CO2。典型的包含此类不可避免杂质的CO2进料物流在下面示出：
组分 摩尔分数
CO2 0.98382
甲烷 0.01291
乙烷 0.00000
丙烷 0.00066
异丁烷 0.00006
正丁烷 0.00011
异戊烷 0.00000
正戊烷 0.00000
正己烷 0.00003
正庚烷 0.00133
正辛烷 0.00070
正壬烷 0.00038
“可溶于CO2的聚合物”表示在CO2中，优选在超临界CO2中在临界温度和压力下的溶解度优选为至少0.1g/L的聚合物。
本发明包含用于以下中的至少一种目的的组合物：在地质地层中优化储存、控制CO2分布和CO2监测，所述组合物包含以下中至少之一：可溶于CO2的聚合物和含有CO2的组合物。本发明涉及用于在地质地层中优化储存、控制CO2和监测的组合物，所述组合物包含以下中至少之一：处于或接近超临界条件的含有可溶于CO2的聚合物的组合物和含有CO2的组合物。
本发明包含用于以下中的至少一种目的的组合物：在地质地层中优化储存、控制CO2分布和CO2监测；所述组合物包含以下中至少之一：可溶于CO2的聚合物和富CO2的物流。根据以下发明的含有CO2的组合物应当被理解为与富CO2的物流或与CO2进料物流的含义相同。
在一个实施方案中，含有聚合物的组合物包含以下中至少之一：全氟化碳(例如聚全氟醚)、聚丙二醇、聚乙二醇、单乙二醇、含硅酸盐的化合物。
下面所描述的涉及本发明的方法的优选实施方案，例如可溶于CO2的聚合物的特性，应当被视作等同地适用于本发明的组合物。
本发明涉及用于在地质地层中优化储存，控制CO2和监测的方法，其中在将所述组合物注入到所述地层中之前，将含有CO2的组合物与含有至少一种可溶于CO2的聚合物的组合物混合。然后通常将得到的混合物注入到地层中。此外，本发明包括用于在地质地层中优化储存、控制CO2和监测的方法，其中在处于或接近超临界条件下将所述组合物注入到所述地层中之前，将含有CO2的组合物与至少一种含有可溶于CO2的聚合物的组合物混合。然后通常将得到的混合物注入到地层中。本发明包括方法，其中将含有CO2的组合物与含有至少一种可溶于CO2的聚合物的组合物混合；在将所述组合物注入到所述地层中的过程中，使所述组合物在至少两组注入参数之间循环。通过在至少两组注入参数之间循环，根据本发明的组合物在超临界条件下或接近超临界条件下包括类气体或类液体行为。
在另一个实施方案中，本发明提供用于以下中的至少一种目的的方法：在地质地层中优化储存、控制CO2和监测CO2储存，其中将在组合物注入到地层中之前，将含有CO2的组合物与含有至少一种可溶于CO2的聚合物的组合物混合。
优选地，在本发明的方法中，通过在至少两组注入参数之间循环来获得超临界条件或接近超临界条件。所述注入参数包括以下中至少之一：注入温度、注入压力、CO2浓度和可溶于CO2的聚合物组合物的浓度。在此前描述的方法的进一步优选的实施方案中，将含有CO2的组合物与含有至少一种可溶于CO2的聚合物的组合物混合，在将所述组合物注入到所述地层的过程中，所述组合物在至少两组注入参数之间循环。优选地，所述组合物包含0.1至50重量％、0.1至40重量％、0.1至30重量％、0.1至20重量％、0.1至15重量％、0.1至10重量％、0.1至4重量％、0.1至0.5重量％的含有可溶于CO2的聚合物的组合物。此外，所述用于优化储存和控制CO2的组合物包含0.1至50重量％的含有CO2的组合物。处于或接近超临界条件的所述含有CO2的组合物可包含以下范围中至少之一的含有CO2的组合物：0.1至50重量％、0.1至40重量％、0.1至30重量％、0.1至20重量％、0.1至15重量％、0.1至10重量％、0.1至4重量％。在一个实施方案中含有聚合物的组合物包含以下中的至少之一：全氟化碳(例如聚全氟醚)、聚丙二醇、聚乙二醇、单乙二醇、含硅酸盐的化合物。
在可溶于CO2的聚合物组合物的存在下，CO2组合物的粘度增加到至少2至200倍。进一步地，在含有可溶于CO2的聚合物的组合物的存在下，所述粘度增加到以下范围中至少之一：2-200、2-150、2-100、2-50、2-40、2-30或2-20倍。考虑到本发明的含有聚合物的组合物，密度可增加到2至3倍。
本发明还包含在地质地层中储存CO2的方法，所述方法包括
(i)将包含CO2的第一组合物注入到所述地层中；并且
(ii)将包含CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物的第二组合物注入到所述地层中，
其中步骤(i)和(ii)以任意顺序分开进行，并且其中第一和第二组合物是不同的。
在本发明的全部实施方案中，步骤(i)和(ii)优选按顺序进行，使得步骤(ii)跟随步骤(i)。但是这不是关键的并且步骤(ii)先于步骤(i)在本发明的范围内。
优选地，在超临界条件或接近超临界条件下注入第一组合物和/或第二组合物。最优选地，均在超临界条件或接近超临界条件下注入第一和第二组合物。可以压缩组合物以在注入位置呈现超临界状态或接近超临界状态。
在本发明的全部实施方案中，若以类气体超临界相注入第一组合物，且以类液体超临界相注入第二组合物，则是优选的。
在一个优选的实施方案中，上面提及的方法包括步骤(i)和步骤(ii)之间的交替循环，即进行步骤(i)，接着进行步骤(ii)，然后接着进行步骤(i)等等。优选地，该方法进行至少2个循环，更优选至少4个、尤其至少6个循环，其中将一个循环理解为包含进行步骤(i)和(ii)一次。可进行多达1000个循环，例如多达750个(例如多达500个)。将意识到的是循环的数量将由地质地层的特性和储存储层的尺寸来确定。通常，将重复循环直至达到地质地层的储存容量。对于在步骤(i)和(ii)之后进行一个或多个附加的步骤而言，以及对于将这些附加步骤并入到循环中而言，其不在本发明的方法之外。
第一组合物的注入(即步骤(i))的时间段的持续时间，可以与第二组合物的注入(即步骤(ii))的时间段相同。或者，所述时间段可以是不同的，例如第二组合物的注入的时间段可短于第一组合物的注入的时间段，反之亦然。同样，第一和第二组合物的注入的时间段可以在循环之间变化。
优选地，时间段各自长于一个月，即组合物在其改变前的注入时间优选长于一个月。时间段可各自介于一个月和一年之间，优选在一个月到六个月之间，例如两到三个月。例如，步骤(i)可以进行两个月且步骤(ii)进行一个月。在一个可选的实施方案中，步骤(i)和(ii)各自进行一个月。
第一组合物包含CO2。优选地，第一组合物由CO2和任何的不可避免的杂质组成(如果存在)。因此，第一组合物可以由100％的纯CO2组成(或包含99.9％的纯CO2)。或者，第一组合物可包含至少90mol％、更优选至少92mol％、例如95mol％的纯CO2、尤其是至少98mol％的纯CO2，剩余的mol％由任何的不可避免的杂质组成。
第一和第二组合物中的CO2可来自两个提供不同的含有CO2的组合物的分开的来源。例如，它们可来自提供不同CO2组合物的不同的CO2捕集过程、气体处理设施或地下来源。可选地并且优选地，可存在用于第一和第二组合物两者的CO2的单一的来源(其可以是纯CO2或含有不可避免的杂质的CO2)。
本发明方法中使用的第二组合物除了CO2之外还包含至少一种可溶于CO2的聚合物。优选地，第二组合物包含与第一组合物中的CO2相同来源的CO2，但这并不是必需的。
第二组合物不同于第一组合物。第二组合物包含至少一种可溶于CO2的聚合物。可以使用多于一种可溶于CO2的聚合物的混合物，例如两种到五种聚合物的混合物，但是如果第二组合物仅包含一种可溶于CO2的聚合物，则是优选的。
本发明的方法中使用的可溶于CO2的聚合物(一种或多种)可以是可溶于CO2的任何的聚合物，优选在超临界条件下，并且一旦加入导致CO2粘度和/或密度的增加。
优选地，可溶于CO2的聚合物(一种或多种)具有至少10000g/mol的重均分子量(Mw)，优选至少50000g/mol、更优选至少80000g/mol，例如至少100000g/mol、尤其是至少200000g/mol，例如至少500000g/mol。优选地，可溶于CO2的聚合物(一种或多种)的重均分子量小于2000000g/mol、优选小于1500000g/mol，例如小于1000000g/mol、例如小于950000g/mol。优选地，可溶于CO2的聚合物(一种或多种)具有至少10000g/mol的数均分子量(Mn)，优选至少25000g/mol，例如至少50000g/mol，尤其是至少100000g/mol，例如至少200000g/mol。优选地，可溶于CO2的聚合物(一种或多种)的数均分子量小于1500000g/mol，优选小于1000000g/mol，例如小于800000g/mol，例如小于750000g/mol。
可溶于CO2的聚合物(一种或多种)可含有一种或多种聚合物组分，即所述聚合物可以是单峰或多峰的，例如双峰的，其与分子量分布(MWD)和/或共聚单体分布相关。所述聚合物可以是均聚物或共聚物。可溶于CO2的聚合物可包含至少一个电子供体基团，例如硅氧烷、醚、硫醚、砜、羰基、酯、叔胺、二烷基酰胺或甲硅烷基醚基团。优选的聚合物选自聚烯烃例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚癸烯-1和聚异丁烯；聚氨酯；聚乙烯基酯；聚乙烯基醚；含硅聚合物例如聚硅氧烷，包括聚二甲基硅氧烷；含氟聚合物，例如氟代烷基聚合物、氟代醚、聚全氟醚和氟化丙烯酸酯；全氟化碳；以及聚亚烷基二醇例如聚乙二醇和聚丙二醇。
“聚乙二醇”(PEG)表示主要含有氧化亚乙基重复单元，即-CH2-CH2-O-单元的任何的聚合物。术语“聚丙二醇”(PPG)表示主要含有氧化亚丙基重复单元即-CH2-CH2-CH2-O-单元的任何的聚合物。聚亚烷基二醇可具有羟基或氨基末端基团，或它们的混合。
当可溶于CO2的聚合物(一种或多种)是共聚物时，其包含至少一种共聚单体。众所周知，“共聚单体”指的是可共聚合的共聚单体单元。所述共聚单体可以是含有以下官能团中至少之一的极性共聚单体：羟基基团、烷氧基基团、羰基基团、羧基基团、醚基团或酯基团。优选地，极性共聚单体包括丙烯酸酯(一种或多种)、甲基丙烯酸酯(一种或多种)或醋酸酯(一种或多种)，或它们的任意混合物，更优选丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯或醋酸乙烯酯，或它们的混合物。进一步优选地，所述极性共聚单体选自丙烯酸C1至C6烷基酯、甲基丙烯酸C1至C6烷基酯或醋酸乙烯酯。或者，共聚单体可以是非极性的，例如烯烃，优选α-烯烃，更优选C3至C10α-烯烃，例如丙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基1-戊烯、苯乙烯、1-辛烯或1-壬烯。
若可溶于CO2的聚合物是共聚物，则优选的是相对于作为整体的可溶于CO2的聚合物的总重量计，其包含0.001至50wt％的一种或多种共聚单体，更优选0.1至40wt％，还更优选小于35wt％，还更优选小于30wt％，更优选小于25wt％的一种或多种共聚单体。
特别优选的可溶于CO2的聚合物包括氟化丙烯酸酯共聚物，例如氟化丙烯酸酯-苯乙烯共聚物。在另一个优选的实施方案中，至少一种可溶于CO2的聚合物是全氟化碳或含氟聚合物，例如聚全氟醚或氟化丙烯酸酯。当第二组合物包含至少一种全氟化碳时，其可具有双重功能并且充当监测气体突破的示踪剂。
在发明的全部实施方案中，相对于作为整体的第二组合物的总重量计，第二组合物优选包含0.1至50重量％的至少一种可溶于CO2的聚合物，例如0.1至40重量％、0.1至30重量％、0.1至20重量％、0.1至15重量％、0.1至10重量％、0.1-4重量％、0.1-0.5重量％、0.5至20wt％、或0.75至10wt％，尤其是1至4wt％。将理解的是这些重量百分比值是关于第二组合物中可溶于CO2的聚合物的总量。可以根据使用的聚合物(一种或多种)的特性和地质地层选择至少一种可溶于CO2的聚合物的特定重量百分比。本领域技术人员将意识到，根据储层的特性和尺寸，通过添加至少一种可溶于CO2的聚合物对粘度和/或密度进行特定的改变可能是所需的。另外，将意识到至少一种可溶于CO2的聚合物的溶解度将根据所使用的聚合物或聚合物的混合物而变化。可能的是具有较高溶解度的聚合物当以很小量加入时将导致粘度和/或密度的大的增加。但是，对于粘度和/或密度的相同的增加，可能需要更高量的较不可溶的聚合物。
优选地，相对于作为整体的第二组合物的总重量计，第二组合物包含50-99.9wt％的CO2，例如80-99.5wt％，或90-99.25wt％，尤其是96-99wt％。将理解的是，除了可在CO2中存在的任何的不可避免的杂质以外，第二组合物中的CO2的这些重量百分比值意图还涵盖CO2。
除了CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物之外，本发明方法中使用的第二组合物还可包含另外的组分，例如纳米颗粒或溶剂。溶剂的作用可以是提高可溶于CO2的聚合物的溶解度。优选地，所述溶剂为有机溶剂。实例溶剂包括甲苯、乙醇、异辛烷和2-乙基己醇。这些额外的组分可以0.01至25wt％的量存在，例如0.05至20wt％，尤其是0.1至10wt％，例如0.5至5wt％，例如1wt％，相对于作为整体的第二组合物的总重量。
如上面所讨论的，至少一种可溶于CO2的聚合物向CO2的添加导致组合物的粘度和/或密度相对于其中未添加可溶于CO2的聚合物的相同组合物的改变。特别地，相比于添加聚合物前的CO2，至少一种可溶于CO2的聚合物向CO2的添加导致粘度和/或密度的增加。在超临界条件下，这可导致从类气体相至类液体相的转变。通过增加密度和/或粘度，注入后生成更紧密的羽流。
因此在根据本发明的方法中，第二组合物优选具有比第一组合物更高的密度和/或粘度。特别地，若第二组合物的粘度为第一组合物的粘度的至少2-200倍，例如2-150、2-100、2-50、2-40、2-30或2-20倍，则是优选的。第二组合物的密度可以是第一组合物的密度的至少两倍或三倍。通过添加至少一种可溶于CO2的聚合物增加组合的含有CO2的组合物的粘度，改变了组合的组合物的流动行为，例如由类气体流改变为类液体流，反之亦然。此外，通过减小指进现象提供改进的储层波及(reservoirsweep)，获得了稳定的CompositionSwingInjection(CSI)前缘。
虽然添加至少一种可溶于CO2的聚合物可造成对于第一组合物将为类气体超临界相并且第二组合物将为类液体超临界相而言粘度和/或密度足够显著的改变，然而将理解的是这不是必需的并且可以通过改变一个或多个注入参数来进一步改进第一和第二组合物的这些性质。所述注入参数可以包括注入温度或注入压力。
除了组合物的特性在步骤(i)和(ii)之间改变之外，第一和第二组合物的温度和/或压力也可以是不同的。这意味着可进一步在两个注入步骤(即步骤(i)和(ii))之间调整性质例如密度和/或粘度。可选地，第一和第二组合物注入的压力和温度可以是相对恒定的，即相同的。
在本发明中，超临界条件或接近超临界条件通过在至少两组注入参数之间循环来获得。根据本发明，注入参数包括以下中至少之一：注入温度、注入压力、烃浓度和可溶于CO2的聚合物组合物的浓度。另外，本方法包括含有CO2的组合物，其与至少一种可溶于CO2的聚合物混合；在处于超临界条件或接近超临界条件下将所述组合物注入到所述地层中之前，所述组合物在至少两组注入参数之间循环。
在本发明的一个实施方案中，用于在地质地层中优化储存、控制CO2和监测的所述组合物用于优化CO2在地质地层中的储存。
用于在地质地层中优化储存、控制CO2和监测的本组合物还可用于在地质地层中控制CO2。
此外，上面描述的本组合物可以用于监测CO2在地质地层中的储存。
在本发明的一个实施方案中，用于在地质地层中优化储存、控制CO2和监测的方法用于优化CO2在地质地层中的储存。
在根据本发明的一个实施方案中，包括了用于在地质地层中控制CO2的方法的用途。
在根据本发明的一个实施方案中，使用方法来监测地质地层。在本发明的一个实施方案中，将作为至富CO2气体/液体物流组合物中的添加剂的循环使用的可溶于CO2的聚合物注入地下以控制CO2羽流的移动并增加波及并因此增加储存效率。为了保持稳定的注入前缘，优选在至少两组注入参数之间循环，以在需要时获得类气体物流或类液体物流从而优化CO2储存。
在本发明中，通过在CO2和CO2连同至少一种可溶于CO2的聚合物的注入之间的循环来实现对CO2的优化的储存和控制。结果为最大化了地质地层的储存容量的结果。
此外，上面描述的本发明的组合物可以用于监测CO2在地质地层中的储存，其中可溶于CO2的聚合物是示踪剂。在本发明中，处于或接近超临界条件下的包含至少一种可溶于CO2的聚合物和含有CO2的组合物的组合物可具有双重用途，因此有助于实现优化储存并提供用于储层管理的气体突破分析。
在进一步的实施方案中，本发明提供监测CO2在地质地层中的储存的方法，包括：
(i)将包含CO2的第一组合物注入到所述地层中；
(ii)将包含CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物的第二组合物注入到所述地层中；
其中步骤(i)和(ii)按任意顺序分开进行并且其中所述第一和第二组合物是不同的；并且
(iii)监测储存的CO2。
用于监测CO2的方法的优选实施方案，例如第一和第二组合物的特性以及至少一种可溶于CO2的聚合物的特性，按照上文为储存CO2的方法所定义的。监测可通过现有技术中已知的任何方法而进行，例如经由生产井或观察井或通过井口(wellhead)或井下(downhole)监测。
根据本发明方法的至少一种可溶于CO2的聚合物向CO2的添加，令人惊讶地产生了与添加中间烃或较重质烃类似的效果并且因此将CompositionalSwingInjection技术扩展至新的技术层面并提供了经济上可行的替代方案。
在本发明中，将至少一种可溶于CO2的聚合物作为中间烃和重质烃的替代物添加到注入物流中，以实现CompositionalSwingInjection技术中要求的相行为。可溶于CO2的聚合物的存在增加了第二组合物相对于第一组合物的粘度和/或密度。通过增加组合的CO2组合物的密度和/或粘度，注入的物流的重力超覆(gravityoverride)降低并且获得更紧密的CO2羽流。到达储存储层顶部的CO2的量降低并且注入工程的安全性提高。
在本发明的一个实施方案中，在注入地下(地质地层)前，根据本方法将可溶于CO2的聚合物与富CO2气体/液体物流组合物循环混合，以控制CO2羽流的移动并增加波及并因此增加储存效率。
具有类气体和类液体行为的组合物的注入循环可以变化，但是典型的注入循环将包括一个月或两个月的类液体注入，其中添加了可溶于CO2的聚合物，随后为一个月的类气体注入，其中未添加可溶于CO2的聚合物。添加聚合物的成本与使用此技术而增加的储存CO2的有效性相抵消。
当实施本发明(也被称为CO2ThickenerCompositionSwingInjection(CTCSI)技术)时，CO2储存位置的容量、灵活性和优化有了令人惊讶地相当大地增加，降低了CO2捕集和储存(CCS)的总成本。使用可溶于CO2的聚合物的CompositionSwingInjection技术的实施成本可比传统方法更低，这是因为可以避免使用宝贵的烃。
另外，添加的可溶于CO2的聚合物还可用作可溶于CO2的示踪剂以用于储层管理，如已在一些传统的CO2储层位置中所使用的，例如在InSalah工程中使用的聚全氟醚。因此，可溶于CO2的聚合物可具有双重用途，以有助于优化储存并且用于在储层中监测气体突破分析。
附图说明
将参照附图详细描述本发明。将理解的是只是出于举例说明的目的而设计附图并且不意图将其定义为对本发明的限制，对本发明的限制应当参照所附的权利要求。应当理解的是附图没有必要按比例绘制并且除非另有说明，它们仅仅意图示意性地举例说明本文描述的结构和步骤。
图1表示根据本发明形成的注入前缘的示意图。图1显示了对处于或接近超临界条件下的包含至少一种可溶于CO2的聚合物和CO2的组合物在地质地层(1)中的注入的模拟。在将所述组合物注入之前注入参数的特征在至少两组注入参数之间循环，导致注入过程中其中所述组合物的密度和/或粘度变化。经由注入井(5)和管道(6)将组合物注入到地质地层(1)中。还可将地质地层理解为储存储层。组合物在两组不同的注入条件下注入，类气体和类液体，导致两种不同的相，一种包含至少一种可溶于CO2的聚合物而一种不含(例如根据本发明的方法的第一和第二组合物)。当使注入参数循环以给出较高的粘度和/或较高的密度时，所述组合物表现得更像液体。在类液体组合物注入过程中，注入物流趋于占据地质储存储层(2)的下部区域(2)。类气体组合物趋于占据地质储存储层(2)的上部区域(3)。稳定的CompositionSwingInjection(CSI)前缘(4)更为均匀，并且地质地层(1)的储存容量增加。观察井(7)可以用于观察一段时间内地质储存储层(2)中流动条件的变化。进一步地可以使用组合物(8)的井口或井下监测，以尤其监测和表征稳定化的CSI前缘(4)。对注入参数，例如温度、压力和可溶于CO2的聚合物组合物的浓度的测量将确保注入操作的准确性并因此确保稳定的CSI前缘。
已经描述了本发明优选的实施方案，对于本领域技术人员而言将明确的是可以使用并入该概念的其他实施方案。上面举例说明的本发明的这些和其他实例旨在仅为举例的方式而本发明的真正范围将由下面的权利要求来确定。

Claims (15)

1.在地质地层中储存CO2的方法，所述方法包括：
(i)将包含CO2的第一组合物注入到所述地层中；并且
(ii)将包含CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物的第二组合物注入到所述地层中，
其中步骤(i)和(ii)按任意顺序分开进行并且其中所述第一和第二组合物是不同的。
2.权利要求1所述的方法，其中在处于或接近超临界条件下注入第一组合物和/或第二组合物。
3.权利要求1或2所述的方法，其中以类气体超临界相注入第一组合物并且以类液体超临界相注入第二组合物。
4.权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该方法包括在步骤(i)和步骤(ii)之间交替循环。
5.权利要求4所述的方法，其中该方法包括至少2个循环。
6.权利要求1至5中任一项所述的方法，其中步骤(i)和(ii)中的每个进行一个月至一年之间的时间段。
7.权利要求1至6中任一项所述的方法，其中步骤(i)进行两个月的时间段并且步骤(ii)进行一个月的时间段。
8.权利要求1至7中任一项所述的方法，其中至少一种可溶于CO2的聚合物具有至少10000g/mol的重均分子量。
9.权利要求1至8中任一项所述的的方法，其中至少一种可溶于CO2的聚合物选自聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚癸烯-1和聚异丁烯；聚氨酯；聚乙烯基酯；聚乙烯基醚；含硅聚合物例如聚硅氧烷，包括聚二甲基硅氧烷；含氟聚合物例如氟代烷基聚合物、氟代醚、聚全氟醚和氟化丙烯酸酯；全氟化碳；以及聚亚烷基二醇例如聚乙二醇和聚丙二醇。
10.权利要求1至9中任一项所述的的方法，其中第二组合物包含0.1至50wt％的至少一种可溶于CO2的聚合物。
11.权利要求1至10中任一项所述的的方法，其中第二组合物包含50至99.9wt％的CO2。
12.权利要求1至11中任一项所述的方法，其中第一组合物由CO2和任何的不可避免的杂质组成。
13.权利要求1至12中任一项所述的方法，其中第二组合物的粘度是第一组合物的粘度的2至200倍。
14.监测CO2在地质地层中储存的方法，所述方法包括：
(i)将包含CO2的第一组合物注入到所述地层中；
(ii)将包含CO2和至少一种可溶于CO2的聚合物的第二组合物注入到所述地层中；
其中步骤(i)和(ii)按任意顺序分开进行并且其中所述第一和第二组合物是不同的且如权利要求1至13中任一项所定义；并且
(iii)监测储存的CO2。
15.用于以下目的中至少之一的方法：在地质地层中优化储存、控制CO2和监测CO2储存，其中在将组合物注入到地层中之前，将含有CO2的组合物与含有至少一种可溶于CO2的聚合物的组合物混合。
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