CN116357418A - 一种基于胺液捕集co2利用废弃油气藏进行储能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法，属于石油天然气开发及地热能利用领域。该方法包括：（1）在地面捕集装置利用贫胺液捕集吸收CO2，进入配液罐中获得富胺液；（2）用电低峰时，打开注入井井口，将富胺液注入到废弃油气藏中进行储能；（3）用电高峰时，打开采出井井口，采出储存在地下的CO2和贫胺液，进行气液分离后，带动气体发电机、液体发电机进行发电以解决电量匮乏；（4）经过发电机后的贫胺液与CO2分别进入地面捕集装置，经过配液罐重新获得富胺液；（5）重复步骤（2）‑（4），实现CO2和贫胺液的循环利用。本发明使用工质来源广泛，利用地热能提高储能效率，同时减少碳排放，绿色环保。

Description

一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法
技术领域
本发明属于石油天然气开发及地热能利用领域，具体涉及通过自生气体系利用废弃油气藏储能的方法，特别涉及一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法。
背景技术
经过多年的开发开采，国内已有较大数量的废弃油气藏。目前针对废弃油气藏的利用主要有两种方式，一种是在电量富足的时间段或季节将气体或液体注入地下废弃油气藏，电能转化成液体的内能，在电量不足的时候又重新释放获得电能，例如“一种利用地下空间压水储能发电的方法”(CN114542946A)利用液体进行压缩储能。另外一种则是利用空气进行压缩储能，将富余的电能转化成气体的内能，例如“一种蓄热式压缩空气储能系统及控制方法”(CN114320828A)利用空气进行压缩储能。
这些储能方式对地热的利用有限制，即只能利用废弃油气藏空间进行储能，但在储能过程中对于废弃油气藏中的地热能无法开发利用。“一种基于CO2捕集的自生CO2提高原油采收率的方法”(CN112761599A)提出了利用地热能量的体系，若将此反应运用到废弃油气藏的储能中，则在储能同时还能开采部分地热能。与常规蓄热式储能方式相比，此方式极大地提高了储能效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法，该方法原理可靠，利用贫胺液在地面捕集CO2转化成富胺液，作为压缩储能工质注入地层后，富胺液转为贫胺液的反应吸热，在储能过程中回收一部分地热，采出时分离CO2与贫胺液，分别推动气体/液体发电机叶轮进行发电，提高了储能效率。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法，依次包括以下步骤：
(1)在地面CO2捕集装置中利用贫胺液捕集吸收CO2后，进入配液罐中获得富胺液；
(2)在用电低峰时，打开注入井井口，通过注入泵将步骤(1)中获得的富胺液注入到地下废弃油气藏中，进行储能；
(3)在用电高峰时，打开采出井井口，采出储存在地下的CO2和贫胺液，进行气液分离后，分别带动气体发电机、液体发电机进行发电以解决电量匮乏；
(4)经过发电机后的贫胺液与CO2分别进入地面CO2捕集装置，经过配液罐重新获得富胺液；
(5)重复步骤(2)-(4)，实现CO2和贫胺液的循环利用。
进一步地，所述步骤(1)中，贫胺液为伯胺(单乙醇胺MEA)、仲胺(二乙醇胺DEA)、叔胺(甲基二乙醇胺MDEA)或其混合物。
进一步地，所述步骤(2)中，注入后油气藏提升的压力为注入时储存的能量。
进一步地，所述步骤(2)中，注入废弃油气藏后，富胺液受热释放捕获的CO2并转化为贫胺液，吸收的地热能以释放的CO2气体势能的形式储存。
进一步地，所述步骤(3)中，CO2和贫胺液分别带动气体发电机、液体发电机进行发电，所储存的能量和携带的地热能转化为电能。
进一步地，所述注入井、采出井可以为同一口井。
步骤(1)中伯胺、仲胺、叔胺的CO2捕集反应如下所示：
Figure BDA0004174846720000021
Figure BDA0004174846720000022
Figure BDA0004174846720000023
Figure BDA0004174846720000024
Figure BDA0004174846720000025
本发明使用贫胺液捕集CO2产生的富胺液在废弃油气藏中受热释放所捕获的CO2，采出时气液分离，分别带动气体发电机和液体发电机叶轮进行发电。在废弃油气藏内部释放出CO2的富胺液转化为贫胺液，在经过发电机后转移到CO2捕集装置，再经过配液罐重新转化为富胺液，实现CO2与胺液的循环利用。
由于注入地层后，富胺液吸热转为贫胺液反应的温度条件要求不高，105℃以上即可发生反应，因此本发明可应用于大部分非高温废弃油气藏，提高了此类中温地下空间储能的效率。
与已有储能方式相比，本发明具有以下优点：
(1)所使用工质为乙醇胺和CO2，来源广泛获取容易，同时减少碳排放，绿色环保；
(2)在储能过程中利用了废弃油气藏中的地热能，提高了储能效率与经济效益；
(3)胺液与CO2都可循环使用，减少成本；
(4)反应所需时间短，注采可同时进行，实现晚上注白天采，方案可行性高。
附图说明
图1为本发明结构原理示意图。
图中：1为CO2气源，2为地面CO2捕集装置，3为配液罐，4为注入井井口，5为注入井，6为地下废弃油气藏，7为采出井，8为采出井井口，9为气体发电机，10为液体发电机。
具体实施方式
下面根据附图和实例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
参见图1。以废弃油气藏6作为储能和胺液的反应场所，两口生产井为注入井5和采出井7，地面设施为CO2捕集装置2、配液罐3等。
在实施例中，所用胺液为质量分数为1％的乙醇胺溶液，相对分子质量61.08g/mol，密度为1.02g/cm3，乙醇胺吸收二氧化碳反应焓为140KJ/mol(陆诗建,高丽娟,李欣泽,赵东亚,朱全民.有机胺吸收CO2反应热实验[J].中国石油大学学报(自然科学版),2018,42(04):164-173)，反应方程如下：
Figure BDA0004174846720000031
在实施例中以电机输入功率计算注入胺液时消耗和储存的能量，在实施例中设定注入泵压16.7MPa，单位注水电耗是6.94KWh/m3，假设在注采的过程中能量的损耗为25％。
注入能耗计算公式如下：
W＝H·V (7)
式中：H为单位注水量电耗，KWh/m3；
V为注入胺液体积，m3。
反应吸热计算公式如下：
Q＝n·H (8)
式中：n为乙醇胺物质的量，mol；
H为乙醇胺吸收二氧化碳反应焓，KJ/mol。
反应时间计算公式如下：
Figure BDA0004174846720000041
式中：K为反应速率常数，min-1；
T为绝对温度，K；
A为指数因子，min-1；
Ea为反应活化能，KJ/mol。
Figure BDA0004174846720000042
式中：A0为胺液初始浓度，mol/L；
t为反应时间，min。
式中指数因子A为4.61×109min-1，反应活化能Ea为36.68KJ/mol(Vaidya P D，Kenig E Y.CO2-Alkanolamine Reaction Kinetics：A Review of Recent Studies[J].Chemical Engineering&Technology：Industrial Chemistry-Plant Equipment-ProcessEngineering-Biotechnology,2007(11)：30)。由公式(9)和(10)可以算出注入胺液后在油藏中反应完成90％所需时间在一个小时内，注采可同时进行。
实施例
(1)在废弃油藏上选定两口井作为注入井A和采出井B，其中A井的深度范围4000-4120m，B井是4100-4160m，地温梯度是28℃/km(油藏温度114℃)，地下空间体积为4万方，并且具备良好的封闭条件；
(2)在A、B两口井中，分别下入Φ339.7mm气密封套管，其中A井的Φ339.7mm套管口深度为4100m，B井的Φ339.7mm套管口深度为4120m；
(3)结合该油藏以往的开发数据并分析地应力测试结果，此废弃油藏地层压力为35.28MPa，破裂压力49.98MPa；
(4)在夜间电量富余时，通过注入泵将富胺液经过注入井A注入2000方到地下废弃油藏，12h以内可全部注入，注入后地层压力提升至37MPa，油藏提升的压力为注入时储存的能量；
(5)注入油藏后富胺液利用废弃油藏自身的温度受热释放所捕获的CO2，并转化为贫胺液，吸收的地热能以释放出的CO2气体势能的形式储存，在114℃地层温度条件下，据估算反应完成百分之九十所需时间在1小时以内；
(6)在电量匮乏时打开采出井井口，储存在地下的CO2和贫胺液经过气液分离后分别通过气体发电机和液体发电机，被储存的能量重新转化为电能，设定压力能量利用率为80％，吸收地热能量利用率为80％，根据公式(7)和(8)计算出总发电量约20.59MWh，其中压缩液体释放能量10.41MWh，吸收地热能量10.18MWh；
(7)经过发电机后的CO2和贫胺液重新注入到捕集装置和配液罐，实现CO2和胺液的循环利用。

Claims (6)

1.一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法，依次包括以下步骤：
（1）在地面CO2捕集装置中利用贫胺液捕集吸收CO2后，进入配液罐中获得富胺液；
（2）在用电低峰时，打开注入井井口，通过注入泵将步骤（1）中获得的富胺液注入到地下废弃油气藏中，进行储能；
（3）在用电高峰时，打开采出井井口，采出储存在地下的CO2和贫胺液，进行气液分离后，分别带动气体发电机、液体发电机进行发电以解决电量匮乏；
（4）经过发电机后的贫胺液与CO2分别进入地面CO2捕集装置，经过配液罐重新获得富胺液；
（5）重复步骤（2）-（4），实现CO2和贫胺液的循环利用。
2.如权利要求1所述的一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，贫胺液为单乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺或其混合物。
3.如权利要求1所述的一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，注入后油气藏提升的压力为注入时储存的能量。
4.如权利要求1所述的一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，注入废弃油气藏后，富胺液受热释放捕获的CO2并转化为贫胺液，吸收的地热能以释放的CO2气体势能的形式储存。
5.如权利要求1所述的一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，CO2和贫胺液分别带动气体发电机、液体发电机进行发电，所储存的能量和携带的地热能转化为电能。
6.如权利要求1所述的一种基于胺液捕集CO2利用废弃油气藏进行储能的方法，其特征在于，所述注入井、采出井可以为同一口井。
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