CN111622746A - 一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法，本发明主要通过向初步定位的CO₂泄漏点中注入暂堵剂进行暂堵，监测注入暂堵剂前后泄漏点的监测指标，如果暂堵后相对于暂堵前的指标变化，说明暂堵位置是泄漏点，如果监测指标没有变化，说明暂堵位置不是泄漏点，重新定位CO₂泄漏；本发明可以有效的提高封堵效率与准确性，防止错误的堵塞有生产价值的油气孔道；若封堵无效，暂堵剂会在一段时间后自行降解，不会对地层造成伤害。

Description

一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法

技术领域

本发明涉及一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法，属于二氧化碳地质封存领域。

背景技术

在过去的一个世纪中，大气中二氧化碳水平上升了39％以上，全球平均气温升高约0.8℃。全球对温室气体排放的关注激发了对地质储层中二氧化碳的捕获和封存(CCUS)的大量研究兴趣。二氧化碳封存点主要有废弃或衰竭的油气藏、深度较深或厚度较小而不可开采的煤层和深部盐水层。而在二氧化碳封存的实际过程中，广泛存在的一个问题就是二氧化碳可能会从地下存储点泄漏到近地表，然后进入大气中，加剧温室效应。根据2006年IPCC国家温室气体清单指南，CO₂在地质封存过程中可能发生泄漏的途径主要有4种：(1)通过储层盖岩泄漏，CO2突破盖层毛管力的束缚，通过低渗透性的页岩、膏岩等盖层的孔隙泄漏；(2)通过地质构造中的裂缝网络和断层泄漏，如果盖层致密，存在于地层中的断层或者裂隙可能会影响盖层的完整性导致CO₂的泄漏；(3)通过油田中的开采井、废弃井以及注入井的不封闭处理泄漏，废弃的井孔被认为是更加有危害的泄漏途径，封井不好或者由于水泥和套管的腐蚀，会增强CO₂泄漏的速率；(4)注入后改变原来的区域地下水动力系统，通过储层与围岩的水文动力系统泄漏，泄漏方式主要有侧向泄漏、通过盖层散失和通过井筒泄漏等。其中，堵塞井和废弃井穿过盖层是泄漏风险最大的通道，CO₂泄漏途径示意图，见图1。

有一些研究者在考虑CO₂地质储存安全性的基础上，提出需要通过监测以大气、土壤、水、地层为对象的二氧化碳泄漏相关的地球化学指标，对CO₂地质储存进行灌注前背景值监测、灌注期控制监测和封场后监测。目前还没有应对CO₂封存泄漏进行封堵的成熟体系，仅有少量针对CO₂封存时泄漏问题应对方式的研究。中国专利文献CN104726079A(申请号201510039361.1)公开了一种CO₂气敏性化学堵剂，包括以下组分，各组分以及各组分所占的质量百分比为：部分水解聚丙烯酰胺质量含量0.1-1％；相对于部分水解聚丙烯酰胺水溶液质量比为0.3-1％的酚醛类交联剂；0.01-0.1％的蒙脱土；0.1-0.3％的硫脲除氧剂以及0.01-0.5％的碱制备而成；其余组分为水。实现遇到泄漏的CO₂时发生胶化、沉淀或固化反应封堵泄漏通道，但是通过这种方式形成的封堵是永久性的，并且存在封堵位置不确定的问题，如果在封堵的过程中出现封堵位置错误可能会导致不可逆的巨大损失。张钰园等人在《Energy Science and Engineering》杂志上《A novel targeted plugging andfracture-adaptable gel used as a diverting agent in fracturing》中提出了一种用于压裂的暂堵剂。这种暂堵剂结合了粘性流体转向剂和固体颗粒转向剂的优点，粘性流体转向剂可以进入到细窄裂缝的深部，封堵效果好；固体颗粒转向剂有更高的强度和更高的承压能力。由两种水溶性颗粒和一种高强度可降解纤维构成，将两种颗粒分别溶解形成粘性流体，并携带一定量的纤维以流体形式一起注入地下，可以进入细小裂缝的深部，一段时间后从流体转变为适应裂缝形状的有一定强度的固体封堵。该暂堵剂相较于普通的粘性流体转向剂有更高的强度，更强的承压能力；相较于普通的固体颗粒转向剂具有适应裂缝形状和尺寸的优势。

目前对于地质封存的研究主要集中在CO₂的封存技术和监测技术上，而在CO₂的封存过程中气体泄漏是普遍存在的问题，用普通的封堵剂进行封堵可能会由于封堵位置错误而堵塞正常的油气通道，并且会由于普通封堵剂封堵的永久性和持久性，对地层造成不可逆的伤害。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法。

本发明选用张钰园等人在《A novel targeted plugging and fracture-adaptable gel used as a diverting agent in fracturing》中提出的一种暂堵剂，总结这种暂堵剂的特点如下：(1)自适应性：该转向剂体系以流体形式注入，可以进入任何形状和尺寸的裂缝中，形成有一定强度的封堵；(2)定点封堵：可以通过控制转向剂体系中各成分的添加浓度和配比来控制转向体系从流体转变为固体的时间，从而实现定时定位封堵；(3)环保无毒：转向剂体系中的组分和其降解产物均无毒害，可以减少对储层和地下水的污染；(4)自清洁：转向剂体系的降解产物呈酸性，可以溶解井底残余滤饼，实现井底自清洁。可以通过调节该暂堵剂各组分浓度、比例等参数对各种形状和尺寸的裂缝实现定位封堵，并且可以在一段时间内自行降解。

本发明利用上述暂堵剂对CO₂泄漏位置进行暂堵，并且同时在附近的监测点进行相关指标监测，根据暂堵前后监测点指标的变化，从而确定准确的泄漏点，以进行定向封堵。

本发明涉及的技术方案如下；

本发明提出一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法，包括如下步骤：

1)向初步定位CO₂的泄漏点注入暂堵剂进行暂堵；

2)监测步骤1)中注入暂堵剂前和注入暂堵剂后泄漏点的监测指标，暂堵后相对于暂堵前的监测指标变化，说明暂堵位置是泄漏点；暂堵后相对于暂堵前的监测指标没有变化，说明暂堵位置不是泄漏点，继续重新定位CO₂泄漏点。

所述暂堵剂具有在一定时间内自行降解的特点。

根据本发明优选的，步骤1)初步定位CO₂泄漏点的监测技术为地震成像技术、压力监测技术、地球化学参数监测技术之一或两种以上。

根据本发明优选的，步骤1)中的泄漏点为废弃井或开采井。

根据本发明优选的：步骤2)中监测指标为CO₂浓度。

上述方法应用于二氧化碳地质封存。

根据本发明优选的，上述方法应用于废弃井或开采井中CO₂的封存。

本发明技术方案中涉及的暂堵剂为《A novel targeted plugging andfracture-adaptable gel used as a diverting agent in fracturing》，作者为YuyuanZhang,Qingzhi Wen,Dongxiao Zhang,《Energy Science and Engineering》，首次出版2019年12月12，公开的暂堵剂。

本发明涉及技术方案的有益效果

本研究提出了一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法，利用上述暂堵剂针对预测可能泄漏的位置进行暂时封堵，暂堵剂可以通过调节组分浓度和比例来控制形成封堵的位置，并且以液体形式注入，逐渐生成有一定强度的固体，可以适应不同形状和尺寸的封堵点；在注入暂堵剂的同时对该位置的CO₂浓度进行监测，根据监测结果验证封堵是否有效，若封堵有效，说明封堵位置的准确性，再利用永久封堵材料对该位置进行永久封堵，可以有效的提高封堵效率与准确性，防止错误的堵塞有生产价值的油气孔道；若封堵无效，暂堵剂会在一段时间后自行降解，不会对地层造成伤害。

附图说明

图1：CO₂泄漏途径示意图

图中，a.储层盖岩泄漏，b.地质构造中断层泄漏，c.开采井、废弃井泄漏；

图2：应用暂堵剂判断CO₂封存泄漏点方法的流程示意图

图3：井筒套管泄漏暂堵示意图

图4：固井水泥环泄漏暂堵示意图

图5：盖层泄漏暂堵示意图

图6：断层泄漏暂堵示意图

具体实施方式：

通过以下实施例对本发明涉及的技术方案作进一步阐述，但保护范围不限于此。

本发明应用暂堵剂判断CO₂封存泄漏点方法的流程示意图，见图2.

材料来源

实施例中使用的暂堵剂为《A novel targeted plugging and fracture-adaptable gel used as a diverting agent in fracturing》，作者为Yuyuan Zhang,Qingzhi Wen,Dongxiao Zhang,《Energy Science and Engineering》，首次出版2019年12月12，公开的暂堵剂。

暂堵剂的制备原料全部为市售产品。

实际废弃井或者开采井中，可能存在多个CO₂泄漏点，在注入暂堵剂时，如果暂堵位置是泄漏点，CO₂监测指标随着暂堵剂的不断注入，有相应变化，所以根据CO₂监测指标的变化可以确定泄漏点是否有效封堵，需要暂堵剂的注入量，进而确定永久性封堵剂的用量。

实施例1

一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法，包括如下步骤：

利用地震成像技术(《地震识别技术在二氧化碳气藏勘查中的应用》，翟高强，硕士论文，中国地质大学(北京),2006年5月)对泄漏位置进行初步定位,初步判断CO₂泄漏点在油田开采井的井筒套管，距离地表100m，此开采井的井筒直径为4m，以100m³/min的流量注入22m³暂堵剂，根据以下公式计算得到从地表注入暂堵剂到暂堵剂流动到地下泄漏位置的处理点位100m处需要12.5min，以流体形式将暂堵剂注入地下，使其在12.5min转化为适应各种形状和尺寸并且有一定强度的封堵固体；通过监测封堵点位处的地下水中CO₂浓度判断封堵效果，相比封堵前，封堵后同一位置处的CO₂浓度降低，说明封堵位置就是泄漏点；72h后暂堵剂自行降解，井筒套管泄漏暂堵示意图，见图3。

其中t是暂堵剂流动到处理点位的时间，d是井筒直径，h是处理点位深度，q是泵入流量，π为常数3.14。

上述公式适用于具有有效直径和具体深度的泄漏点，不同位置的泄漏点，需要根据具体的物理条件来确定，暂堵剂到达处理位点的时间。

实施例2

一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法，包括如下步骤：

利用压力监测技术(Global CCS Institute(2019),The Global Status of CCSReport 2019,Melbourne,Australia.)对泄漏位置进行初步定位,初步判断CO₂泄漏点在油田开采井固井水泥环，距离地表约150m，将150m处作为处理位点，此开采井的井筒直径为3m，以100m³/min的流量注入20m³暂堵剂，根据公式(同实施例1)计算得到从地表注入暂堵剂到暂堵剂流动到地下泄漏位置的处理点位150m处需要10.6min，以流体形式将暂堵剂注入地下，使其在10.6min转化为适应各种形状和尺寸并且有一定强度的封堵固体；通过监测封堵点位处的地下水中CO₂浓度判断封堵效果，相比封堵前，封堵后同一位置处的CO₂浓度降低，说明封堵位置就是泄漏点；60h后暂堵剂自行降解，固井水泥环泄漏暂堵示意图，见图4。

实施例3

一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法，包括如下步骤：

利用地球化学参数监测(Global CCS Institute(2019),The Global Status ofCCS Report 2019,Melbourne,Australia)地层水pH值已确定水中CO₂浓度，初步确认泄漏位置为CO₂储层地层盖层，距离地表约200m，将200m处作为处理位点，通过盖层附近的井将暂堵剂注入地下，井筒直径为2m，以200m³/min的流量注入15m³暂堵剂，根据公式(同实施例1)计算得：从地表注入暂堵剂到暂堵剂流动到地下泄漏位置的处理点位200m处需要3.1min，以流体形式将暂堵剂注入地下，使其在3.1min转化为适应各种形状和尺寸并且有一定强度的固体封堵；通过监测封堵点位处的地下水中CO₂浓度判断封堵效果，相比封堵前，封堵后同一位置处的CO₂浓度降低，说明封堵位置就是泄漏点，等待80h后暂堵剂自行降解，盖层泄漏暂堵示意图见图5。

由于暂堵剂注入井与初步确认盖层处泄漏位置的处理点位很近，可以用处理点位的深度代替井的深度，把井筒直径作为暂堵剂到达处理位点的有效直径，利用实施例1的公式计算暂堵剂到达处理点位的时间。

实施例4

一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法，包括如下步骤：

利用压力监测技术(Global CCS Institute(2019),The Global Status of CCSReport 2019,Melbourne,Australia.)对泄漏位置进行初步定位,大体判断泄漏位置是断层，距离地表约100m，将100m处作为处理位点，通过断层附近的井将暂堵剂注入地下，井筒直径为2m，以50m³/min的流量注入17m³暂堵剂，根据公式(同实施例1)计算得：从地表注入暂堵剂到暂堵剂流动到地下泄漏位置的处理点位100m处需要6.3min，以流体形式将暂堵剂注入地下，使其在6.3min转化为适应各种形状和尺寸并且有一定强度的固体封堵；通过监测封堵点位处的地下水中CO₂浓度判断封堵效果效果，相比封堵前，封堵后同一位置处的CO₂浓度降低，说明封堵位置就是泄漏点，等待76h后暂堵剂自行降解，断层泄漏暂堵示意图，见图6。

由于暂堵剂注入的井与初步确认断层处的泄漏位置的处理点位的有效距离很近，可以用处理点位的深度代替井的深度，把井筒直径作为暂堵剂到达处理位点的有效直径，利用实施例1的公式计算暂堵剂到达处理点位的时间。

应用例1

实施例1判断确认泄漏点后，采用常规的方法进行封堵：

本发明采用的技术方案为，在泄漏点中暂堵剂自行降解后，向已确定的封堵位置注入22m³水泥进行永久封堵。

应用例2

实施例2判断确认泄漏点后，采用常规的方法进行封堵：

本发明采用的技术方案为，在泄漏点中暂堵剂自行降解后，向已确定的封堵位置注入20m³水泥进行永久封堵。

应用例3

实施例3判断确认泄漏点后，采用常规的方法进行处理：

本发明采用的技术方案为，通过减少该区域CO₂注入量、降低注入压力等对泄漏情况进行控制，经过控制后该位置的CO₂泄漏量降低。

应用例4

实施例4判断确认泄漏点后，采用常规的方法进行处理：通过减少该区域CO₂注入量、降低注入压力等对泄漏情况进行控制，经过控制后该位置的CO₂泄漏量仍然变化不大，建议放弃此处封存点。

Claims (6)

1.一种应用暂堵剂判断二氧化碳地质封存泄漏点的方法，包括如下步骤：

1)向初步定位CO₂的泄漏点注入暂堵剂进行暂堵；

2)监测步骤1)中注入暂堵剂前和注入暂堵剂后泄漏点的监测指标，暂堵后相对于暂堵前的监测指标变化，说明暂堵位置是泄漏点；暂堵后相对于暂堵前的监测指标没有变化，说明暂堵位置不是泄漏点，重新定位CO₂泄漏点。

2.如权利要求1所述的判断方法，其特征在于，步骤1)中初步定位CO₂泄漏点的监测技术为地震成像技术、压力监测技术、地球化学参数监测技术之一或两种以上。

3.如权利要求1所述的判断方法，其特征在于，步骤1)中CO₂的泄漏点为废弃井或开采井。

4.如权利要求1所述的判断方法，其特征在于，步骤2)中监测指标为CO₂浓度。

5.权利要求1-4任一项所述判断方法应用于二氧化碳地质封存。

6.如权利要求5所述判断方法应用于二氧化碳地质封存，其特征在于废弃井或开采井中CO₂的封存。

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