CN113775376B - 一种富油煤原位热解及co2地质封存一体化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,该方法包括:一、开钻形成注入井、抽采井和水平井,且注入井和抽采井通过水平井连通;二、在水平井的煤层表面钻孔,然后采用热解热动力系统进行加热热解,得到的热解气体产物进入油气收集与分离系统进行处理;三、重复步骤二中的热解工艺,结束后采用封存热动力系统注入超临界CO2并吸附在钻孔中的热解固体产物上,完成CO2地质封存的过程。本发明对煤层中的富油煤进行原位加热热解转化为油气,然后利用热解固体产物充分吸附CO2进行CO2地质封存,实现了富油煤原位热解及CO2地质封存的一体化,实现了煤炭的绿色安全开采利用,降低了热解和封存成本。

Description

一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法
技术领域
本发明属于富油煤开发技术领域,具体涉及一种富油煤原位热解及 CO2地质封存一体化的方法。
背景技术
目前较为成熟的煤热解技术大多是以地面工艺为基础的热解技术,该类技术是将煤开采出来运输到地面进行热解,此技术能够实现煤炭的清洁高效利用,但在开采时需花费的巨大的人力、物力及财力,并存在开采风险高,热解的固体产物利用率不高等问题,因此煤的原位热解有望成为煤炭绿色低碳开发的重要方法。
现有的CO2地质封存方法是将二氧化碳加压灌注到已开采完成的矿井、天然气藏储层、油田及孔隙空间大的地层中,此类方法存在大面积开采后的地质体不稳定容易发生泄露的问题。
因此,依据目前国内能源现状及国家战略决策,针对目前富油煤的绿色低碳开发及高效清洁利用技术所存在的瓶颈及挑战,亟需一种新型的富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法。该方法对煤层中的富油煤进行原位加热热解,将原油煤转化为油气并收集,然后利用原位留存的热解固体产物充分吸附超临界CO2,以进行CO2地质封存,实现了富油煤原位热解及CO2地质封存的一体化,无需对煤层进行大规模开采,实现了煤炭的绿色安全开采利用,降低了热解和封存成本。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、沿着煤层顶板向煤层的方向开钻,分别形成注入井、抽采井和水平井,且注入井和抽采井通过水平井连通;所述注入井和抽采井均贯穿煤层顶板并进入煤层,所述水平井位于煤层底板之上的煤层中;
步骤二、在步骤一中形成的水平井的煤层表面钻取形成钻孔,然后采用热解热动力系统对钻孔位置处煤层中的富油煤进行加热热解,得到的热解气体产物经抽采井保温加热后进入油气收集与分离系统进行收集分离;
步骤三、重复步骤二中的热解工艺直至热解气体产物中油气产量枯竭,关闭注入井或抽采井,然后采用封存热动力系统向未关闭的抽采井或注入井中注入超临界CO2,超临界CO2进入钻孔中并吸附在热解固体产物上,待吸附达饱和后停止注入,并封闭未关闭的抽采井或注入井完成CO2地质封存的过程。
本发明的方法分为富油煤原位热解和CO2地质封存两个阶段,在富油煤原位热解阶段中,先分别在煤层中开采注入井、抽采井和水平井,通常根据煤层中富油煤的储量及煤层区域面积,开钻得到一个或一个以上的注入井、抽采井,且注入井和抽采井通过水平井连通,然后在水平井的煤层表面钻取形成钻孔并采用热解热动力系统进行加热,通过水平井形成加热通道,使得煤层中的富油煤进行原位热解,生成热解产物,通常控制原位热解为中低温热解以对富油煤进行提氢留碳处理,得到含有油、气的热解产物,由于加热通道内的温度相对较高,热解产物以气态产出并从钻孔和水平井中逸出聚集进入抽采井中,在油气收集与分离系统的作用下进行收集分离及后续处理,即热解热动力系统、注入井、抽采井和水平井、油气收集与分离系统形成完整的富油煤原位热解系统,实现了对煤层中的富油煤进行连续循环的热解和抽采,当热解气体产物中油气产量枯竭时,则认为富油煤原位热解完成,富油煤的煤体形成半焦留存在煤层中,此时进入 CO2地质封存阶段;在CO2地质封存阶段中,关闭注入井或抽采井,采用封存热动力系统向未关闭的抽采井或注入井中即CO2注入井中注入超临界CO2形成CO2地质封存系统,由于富油煤原位热解形成的热解固体产物半焦对CO2具有良好的吸附能力,快速实现了吸附饱和,不仅完成了CO2地质封存,还有效增强了封存效果。
上述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,步骤二中所述热解热动力系统包括依次连接的能量收集装置、加压装置和注热装置,且注热装置与注入井连接;所述加热热解的过程为:利用能量收集装置中的能源供给,通过加压装置将压裂液经注入井注入水平井中并进入钻孔加压,使得钻孔位置处煤层开裂形成裂缝,然后通过加压装置将注热装置中的高温介质经注入井注入水平井中,并渗入裂缝中对富油煤进行加热热解。
本发明通过控制热解热动力系统由能量收集装置、加压装置和注热装置组成,且注热装置与注入井连接,首先利用能量收集装置中的能源供给,通过加压装置将压裂液经注入井注入水平井中并进入钻孔加压,使得钻孔位置处煤层薄弱处开裂形成多处裂缝尤其是微裂缝,从而后续高温介质注入后进入水平井及微裂缝中与富油煤充分接触,提高了高温介质与富油煤的接触面积,使得富油煤充分受热升温并进行热解,提高了热解效率和速率,从而提高了富油煤的利用率。
上述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,所述能源供给为来源于煤矿区的太阳能或风能。采用来源于煤矿区的太阳能或风能等可再生能源,清洁高效,安全环保,降低了热解成本。
上述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,所述压裂液中含有热解过程中提高焦油产率或促进轻质油生成的成分。通过在压裂液中添加热解过程中提高焦油产率或促进轻质油生成的成分,不仅实现了煤层中微裂缝的生成,还在后续热解过程中催化或促进富油煤的热解,提高了热解产物的生成量,尤其是焦油或轻质油等高价值热解产物的生成量,从而提高了富油煤的转化价值。
上述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,所述高温介质为高温惰性气体或水蒸气。该高温介质种类相对容易获得,且传热性能好,载热效率高,扩散能力强,进入钻孔中后与富油煤充分接触并促进其热解,有利于提高热解效率,且热解后的高温介质易于回收进行循环利用,进一步降低了热解成本。
上述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,步骤二中所述热解热动力系统包含设置在水平井中钻孔内的加热棒;所述加热热解的过程为:启动加热棒对水平井的煤层进行加热热解。本发明在水平井中钻孔内设置加热棒,通过电加热的方式使得富油煤受热发生热解,热解完成后直接关闭加热棒,工艺简单且加热效率高,易于进行定点控温热解。通常,根据煤层中富油煤的存储量和存储位置,对加热棒的设置位置和数量进行调节,并根据煤层中的温度进行温度调控,使得热解温度保护稳定。
上述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,步骤二中所述油气收集与分离系统包括依次连接的抽采装置、油气分离装置、油气改质装置和油气储存装置,且抽采装置抽采井连接;所述收集分离的过程为:采用抽采装置将含有热解气体产物的混合物经抽采井中抽出,然后送入油气分离装置中进行分离,得到油气和高温介质,将高温介质送入注热装置中进行循化利用,将分离得到的油气继续送入油气改质装置中进行分级改质提取,从而得到纯净的产物燃气或油,并分别送入并储存在油气储存装置中。其中,燃气用于城市燃气的供给来源,而油用于燃料供给。本发明通过上述组成的油气收集与分离系统对抽采处的混合物进行进一步回收、分离、改质和储存,实现了以高温介质为载体的能量的循环利用,以及热解产物中油、气的分级和再利用,进而实现富油煤由燃料向“燃料+原料”转化,增加国内油气供给途径,达到了煤炭的绿色低碳开发与利用。
上述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,步骤三中所述封存热动力系统包括依次连接的能量收集装置、加压控温装置和CO2注入装置,且CO2注入装置与未关闭的抽采井或注入井连接。本发明利用能量收集装置中的能源供给,通过加压控温装置将CO2转变成超临界状态,并在CO2注入装置的作用下注入到达水平井及钻孔中,并在热解固体产物中进行充分吸附并达到饱和,快速完成CO2地质封存过程。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明以原位热解为基础,对煤层中的富油煤进行加热热解,将原油煤转化为油气并收集,然后利用原位留存的热解固体产物充分吸附超 CO2,以进行CO2地质封存,实现了富油煤原位热解及CO2地质封存的一体化,无需对煤层进行大规模开采,对矿区地质体的扰动较小,实现了煤炭的安全开采利用。
2、本发明对富油煤进行原位热解,由于煤层大多固定在地下,不存在明显的采动空间而造成上覆岩层大规模损伤变形、地下水污染等问题,提高了热解产物的质量,同时节省了开采成本,提高了热解转化率。
3、本发明对富油煤的原位热解产物进行进一步回收、分离、改质和储存,实现了以高温介质为载体的能量的循环利用,以及热解产物中油、气的分级和再利用,进而实现富油煤由燃料向“燃料+原料”转化,增加国内油气供给途径,达到了煤炭的绿色低碳开发与利用。
4、本发明通过注入压裂液使得钻孔位置处煤层薄弱处开裂形成多处裂缝,提高了高温介质与富油煤的接触面积,使得富油煤充分受热升温并进行热解,提高了热解效率和速率,从而提高了富油煤的开采率。
5、本发明利用封存热动力系统使得原位留存的热解固体产物充分吸附CO2实现CO2的地质封存,提高了地质封存效率,提高了热解后煤层的稳定性,避免了CO2泄露,减少温室气体排放。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明富油煤原位热解的示意图。
图2为本发明CO2地质封存的示意图。
附图标记说明:
1—能量收集装置; 2—加压装置; 3—注热装置;
4—煤层顶板; 5—注入井; 6—煤层;
7—水平井; 8—裂缝; 9—抽采井;
10—抽采装置; 11—油气分离装置; 12—油气改质装置;
13—油气储存装置; 14—煤层底板; 15—加压控温装置;
16—CO2注入装置。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示,本实施例包括以下步骤:
步骤一、沿着煤层顶板4向煤层6的方向开钻,分别形成注入井5、抽采井9和水平井7,且注入井5和抽采井9通过水平井7连通;所述注入井5和抽采井9均贯穿煤层顶板4并进入煤层6,所述水平井7位于煤层底板14之上的煤层6中;
步骤二、在步骤一中形成的水平井7的煤层表面钻取形成钻孔,然后利用能量收集装置1中的能源供给,通过加压装置2将压裂液经注入井5 注入水平井7中并进入钻孔加压,使得钻孔位置处煤层开裂形成裂缝8,然后通过加压装置2将注热装置3中的高温介质经注入井5注入水平井7 中,并渗入裂缝8中对富油煤进行加热热解,得到热解固体产物和热解气体产物,热解气体产物经抽采井9保温加热后进入油气收集与分离系统中,采用抽采装置10将含有热解气体产物的混合物经抽采井9中抽出,然后送入油气分离装置11中进行分离,得到油气和高温介质,将高温介质送入注热装置3中进行循化利用,将分离得到的油气继续送入油气改质装置 12中进行分级改质提取,从而得到纯净的产物燃气或燃气油,并分别送入并储存在油气储存装置13中,且原位留存的热解固体产物中含有半焦;
所述能源供给为来源于煤矿区的太阳能或风能,所述压裂液中含有热解过程中提高焦油产率或促进轻质油生成的成分,如申请号 201910402564.0的专利《基于废FCC催化剂制备焦油轻质化催化剂的方法》中公开的催化剂,所述高温介质为高温惰性气体或过热水蒸气;
所述热解热动力系统包括依次连接的能量收集装置1、加压装置2和注热装置3,且注热装置3与注入井5连接;
所述油气收集与分离系统包括依次连接的抽采装置10、油气分离装置 11、油气改质装置12和油气储存装置13,且抽采装置10与抽采井9连接;
步骤三、重复步骤二中的热解工艺直至热解气体产物中油气产量枯竭,关闭抽采井9,然后利用能量收集装置1中的能源供给,采用封存热动力系统中的加压控温装置15将CO2转变成超临界状态,并在CO2注入装置16的作用下经注入井5注入到达水平井7及钻孔裂缝中,吸附在热解固体产物中,待吸附达饱和后停止注入超临界CO2,并封闭未关闭的抽采井9,完成CO2地质封存的过程。
本实施例步骤三中也可先关闭注入井5,将抽采井9作为超临界CO2注入井。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于:步骤二中的热解热动力系统包含设置在水平井7中钻孔内的加热棒;所述加热热解的过程为:启动加热棒对水平井7的煤层进行加热热解,得到热解固体产物和热解气体产物。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、沿着煤层顶板(4)向煤层(6)的方向开钻,分别形成注入井(5)、抽采井(9)和水平井(7),且注入井(5)和抽采井(9)通过水平井(7)连通;所述注入井(5)和抽采井(9)均贯穿煤层顶板(4)并进入煤层(6),所述水平井(7)位于煤层底板(14)之上的煤层(6)中;
步骤二、在步骤一中形成的水平井(7)的煤层表面钻取形成钻孔,然后采用热解热动力系统对钻孔位置处煤层中的富油煤进行加热热解,得到的热解气体产物经抽采井(9)保温加热后进入油气收集与分离系统进行收集分离;所述热解热动力系统包括依次连接的能量收集装置(1)、加压装置(2)和注热装置(3),且注热装置(3)与注入井(5)连接;所述加热热解的过程为:利用能量收集装置(1)中的能源供给,通过加压装置(2)将压裂液经注入井(5)注入水平井(7)中并进入钻孔加压,使得钻孔位置处煤层开裂形成裂缝(8),然后通过加压装置(2)将注热装置(3)中的高温介质经注入井(5)注入水平井(7)中,并渗入裂缝(8)中对富油煤进行加热热解;
步骤三、重复步骤二中的热解工艺直至热解气体产物中油气产量枯竭,关闭注入井(5)或抽采井(9),然后采用封存热动力系统向未关闭的抽采井(9)或注入井(5)中注入超临界CO2,超临界CO2进入钻孔中并吸附在热解固体产物上,待吸附达饱和后停止注入,并封闭未关闭的抽采井(9)或注入井(5)完成CO2地质封存的过程。
2.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,所述能源供给为来源于煤矿区的太阳能或风能。
3.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,所述压裂液中含有热解过程中提高焦油产率或促进轻质油生成的成分。
4.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,所述高温介质为高温惰性气体或水蒸气。
5.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,步骤二中所述热解热动力系统包含设置在水平井(7)中钻孔内的加热棒;所述加热热解的过程为:启动加热棒对水平井(7)的煤层进行加热热解。
6.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,步骤二中所述油气收集与分离系统包括依次连接的抽采装置(10)、油气分离装置(11)、油气改质装置(12)和油气储存装置(13),且抽采装置(10)与抽采井(9)连接;所述收集分离的过程为:采用抽采装置(10)将含有热解气体产物的混合物经抽采井(9)中抽出,然后送入油气分离装置(11)中进行分离,得到油气和高温介质,将高温介质送入注热装置(3)中进行循化利用,将分离得到的油气继续送入油气改质装置(12)中进行分级改质提取,从而得到纯净的产物燃气或油,并分别送入并储存在油气储存装置(13)中。
7.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解及CO2地质封存一体化的方法,其特征在于,步骤三中所述封存热动力系统包括依次连接的能量收集装置(1)、加压控温装置(15)和CO2注入装置(16),且CO2注入装置(16)与未关闭的抽采井(9)或注入井(5)连接。
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