CN115370340B - 以油页岩灰-水泥为支撑剂的二氧化碳封存与置换开发天然气水合物一体化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了以油页岩灰‑水泥为支撑剂的二氧化碳封存与置换开发天然气水合物一体化方法。在天然气水合物藏目标靶区中进行注入井及产气井水平井钻井，应用二氧化碳压裂技术进行储层改造，形成裂缝缝隙网络，注入携带油页岩灰‑水泥粉末的二氧化碳，控制产气压力小于甲烷水合物相平衡压力且大于二氧化碳水合物相平衡压力，产气经气水分离并集输到天然气处理厂做进一步处理。本发明通过油页岩灰‑水泥粉末在缝网中水化反应凝固放热，形成支撑骨架，二氧化碳置换水合物笼里的甲烷形成二氧化碳水合物，实现天然气水合物开采高效产气的同时，解决水合物分解面临的地层失稳问题，并能够实现二氧化碳地质封存和油页岩灰固体废弃物处理的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳压裂与油页岩灰-水泥注入的天然气水合物开采与二氧化碳封存一体化方法，属于新能源开发、固体废弃物处理与二氧化碳地质封存领域。
背景技术
随着社会高速发展，能源消耗量不断增加，各国的能源需求逐年增高，对新能源、非常规能源的开发利用尤为关注。天然气水合物是一种优质清洁燃料，有着巨大的能源潜质，因此，近些年世界各国十分关注天然气水合物开采技术。目前，水合物开采仍属于探索阶段，尚没有成熟的商业开采技术。目前研究的传统天然气水合物开采方法主要有降压法、注热法及注化学试剂法，但是均有缺陷，尤其是破坏水合物笼形结构后可能造成地质结构失稳，可能引发地质灾害等环境问题，急需一种高效安全的天然气水合物开采技术。
我国油页岩资源丰富，但是油页岩开发过程中伴随着非常突出的固体废弃物问题，油页岩每生产1吨页岩油就会产生10-20吨油页岩灰渣或油页岩半焦。这些油页岩灰和油页岩半焦不但占用大量土地堆放，而且其中的重金属等成分会对土壤和浅层地下水资源形成污染。油页岩半焦的处理方式多数也是通过燃烧转变为油页岩灰后再进行处理。合理地处理油页岩灰固体废弃物并加以资源化利用，对油页岩工业和环境保护至关重要。
化石燃料的大规模使用造成大量二氧化碳排放，引起全球气候变暖、极端气候变化灾害等，因此，二氧化碳减排迫在眉睫。二氧化碳捕集、利用与封存技术被认为是实现二氧化碳减排、减轻温室效应的有效途径。其中，二氧化碳地质利用与封存技术由于可以提高地下化石能源的采收率，具有相当可观的经济与环境效益。二氧化碳置换天然气水合物就是十分具有潜力的二氧化碳地质利用与封存技术，可以实现天然气水合物开发和二氧化碳地质封存的双重效果，但是在天然气水合物藏储层中直接注入二氧化碳，存在流动困难、置换速率慢、开采效率低等问题。
发明内容
针对已有技术的不足，本发明提供一种二氧化碳压裂与油页岩灰-水泥注入的天然气水合物开采与二氧化碳封存一体化方法，其目的在于实现天然气水合物高效安全开采，解决水合物开采过程中置换效率低、地质结构失稳问题，并通过封存二氧化碳和油页岩灰，实现温室气体减排和固体废弃物处理的环境效益。
本发明的技术方案：
一种二氧化碳压裂与油页岩灰-水泥注入的天然气水合物开采与二氧化碳封存一体化方法，操作方案如下：
(1)勘探发现天然气水合物赋存矿藏区并确定开采目标靶区，进行注入井及产气井水平井钻井作业，确保水平注入井位于产气井下方、且均位于天然气水合物储层上盖层与下地层之间；
(2)应用二氧化碳压裂技术，对天然气水合物储层进行改造，二氧化碳压裂形成缝隙网络；
(3)通过注入井向天然气水合物储层注入携带油页岩灰-水泥粉末颗粒材料的二氧化碳，注入后控制储层压力在8MPa以上，然后停止注入二氧化碳并焖井；
(4)控制产气压力小于储层温度条件下的甲烷水合物相平衡压力，且大于二氧化碳水合物相平衡压力，产气压力控制在4-6MPa，当压力低于4MPa时停止产气；
(5)在产气井口进行气水分离、收集产气并检测二氧化碳浓度，通过集输管线或者运输船运送到天然气处理厂做进一步处理；
(6)重复上述步骤(3)-(5)，直至产气中二氧化碳浓度超过了天然气开采价值，停止开采。
其中，油页岩灰-水泥粉末颗粒材料主要由以下成分组成：10-15％油页岩灰、微量缓凝剂、微量稳定剂和水泥。
本发明的有益效果：
1.本发明首先应用二氧化碳压裂技术对天然气水合物藏进行储层改造，形成裂缝缝隙网络，提高水合物储层孔隙度、渗透率，增强了储层内流体流通性，有利于随后的油页岩灰- 水泥粉末颗粒材料的注入和二氧化碳置换反应进行。
2.二氧化碳携带油页岩灰-水泥颗粒注入水合物储层裂缝缝隙网络后，在缓凝剂和稳定剂的作用下，水泥与水发生缓慢地水化放热反应持续放热，提高储层温度，破坏天然气水合物相平衡，为天然气水合物分解释放天然气提供驱动力，天然气由水合物相态转变为游离气态，提高了其流动性，便于开采。
3.随着油页岩灰-水泥水化反应凝固，形成网状支撑骨架阻碍了压裂缝隙在天然气产出过程中因压力下降重新闭合，油页岩灰具有丰富的微孔隙，保证了改造后的储层流体流通性，提高了产气效率；同时骨架材料可以起到稳固水合物储层地质结构的作用。
4.开采过程中，产气压力控制在小于储层条件下甲烷水合物相平衡压力、且大于二氧化碳水合物相平衡压力，注入储层中的二氧化碳与天然气水合物发生置换反应，形成二氧化碳水合物和游离气态甲烷，同时实现天然气水合物开采与二氧化碳地质封存。
5.油页岩灰-水泥水化反应凝固和二氧化碳水合物形成，消耗了天然气水合物分解释放的大量水，并避免了胶结沉积物因水合物分解而粉砂流态化，提高了储层地质稳定性，降低了由于天然气水合物分解而引起地质灾害的风险。
本发明能够实现天然气水合物的高效安全开采，有效地改善了水合物储层孔渗性，提高了水合物开采效率，解决了开采过程中水合物分解引起地质构造不稳定的问题，实现了二氧化碳的地址埋存，达到了清洁能源高效安全开发与温室气体减排的双重目的。
附图说明
图1是本发明的二氧化碳压裂与油页岩灰-水泥注入的天然气水合物开采与二氧化碳封存一体化方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所以，一种二氧化碳压裂与油页岩灰-水泥注入的天然气水合物开采与二氧化碳封存一体化方法，具体步骤如下：
(1)勘探发现天然气水合物赋存矿藏区并确定开采目标靶区，进行注入井及产气井水平井钻井作业，确保水平注入井位于产气井下方、且均位于天然气水合物储层上盖层与下地层之间；
(2)应用二氧化碳压裂技术，对天然气水合物储层进行改造，二氧化碳压裂形成缝隙网络；
(3)通过注入井向天然气水合物储层注入携带油页岩灰-水泥粉末颗粒材料的二氧化碳，注入后控制储层压力在8MPa以上，然后停止注入二氧化碳并焖井；
(4)控制产气压力小于储层温度条件下的甲烷水合物相平衡压力，且大于二氧化碳水合物相平衡压力，产气压力控制在4-6MPa，当压力低于4MPa时停止产气；
(5)在产气井口进行气水分离、收集产气并检测二氧化碳浓度，通过集输管线或者运输船运送到天然气处理厂做进一步处理；
(6)重复上述步骤(3)-(5)，直至产气中二氧化碳浓度超过了天然气开采价值，停止开采。
其中，油页岩灰-水泥粉末颗粒材料主要由以下成分组成：10-15％油页岩灰、微量缓凝剂、微量稳定剂和水泥。
Claims (1)
1.以油页岩灰-水泥为支撑剂的二氧化碳封存与置换开发天然气水合物一体化方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)勘探发现天然气水合物赋存矿藏区并确定开采目标靶区，进行注入井及产气井钻井作业，注入井及产气井均为水平井，确保注入井水平段位于产气井水平段下方、且注入井和产气井的水平段均位于天然气水合物储层上盖层与下底层之间；
(2)应用二氧化碳压裂技术，对天然气水合物储层进行改造，形成裂缝缝隙网络；
(3)通过注入井向天然气水合物储层注入携带油页岩灰-水泥粉末颗粒材料的二氧化碳，注入后控制储层压力在8MPa以上，然后停止注入二氧化碳并焖井；
(4)控制产气压力小于储层条件下的甲烷水合物相平衡压力，且大于二氧化碳水合物相平衡压力，产气压力控制在4-6MPa，当压力低于4MPa时停止产气；
(5)在产气井口进行气水分离、收集产气并检测二氧化碳浓度，通过集输管线或者运输船运送到天然气处理厂做进一步处理；
(6)重复上述步骤(3)-(5)，直至产气中二氧化碳浓度超过了天然气开采价值，停止开采；
(7)所述的油页岩灰-水泥粉末颗粒材料包括以下成分：10-15％油页岩灰、微量缓凝剂、微量稳定剂和水泥。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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