CN212406711U - 一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型具体地说涉及一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置。一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置，包括监测井，监测井井口设有气体采集口，监测井位于盖层主要应力集中区域和盖层、储层裂缝发育区域、地质构造的高点位置、注气井所在井场；二氧化碳气体捕集装置，与气体采集口连接，对气体采集口采集到的二氧化碳气体进行捕集的二氧化碳气体捕集装置；用于对未注气与注气后的气体采集口捕集到的二氧化碳中的碳同位素13C、12C含量进行分析的同位素质谱分析仪。本实用新型能够准确及时有效的发现二氧化碳突破盖层向上泄漏的迹象，对储层二氧化碳可能的泄露途径进行监测，做到二氧化碳尚未泄露至浅地表时发出安全预警。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种二氧化碳泄露监测方法，具体地说涉及一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置。
背景技术
全球气候变化背景下，二氧化碳地质封存、海洋封存是目前最具潜力的减排措施。加拿大的韦本(Weyburn)、挪威北海斯莱普内尔(Sleipner)油田、阿尔及利亚的萨拉赫(InSalah) 运营着世界三大主要二氧化碳封存项目。国内的中国石油、中国石化、神华集团、华能集团、延长石油集团也分别开展了较大规模的CCS示范项目。
二氧化碳被地质封存后可能突破盖层毛细管力向浅地表泄漏，也可能通过断层和断裂带向储层上方运移至浅地表。另外，注入井井壁、监测井井壁也可能成为向周边扩散的途径。
地质封存的二氧化碳逃逸至浅地表时，可导致土壤的酸化和土壤中氧的置换，进而影响植被生态系统。高流量的二氧化碳会引起土壤气体中二氧化碳浓度增高，会导致植物呼吸作用受限，甚至死亡。此外，低pH值和高二氧化碳浓度环境可促使部分生物大量繁殖，导致另外一部分生物由于自然竞争的优胜劣汰而逐渐萎缩甚至消失。一般土壤气里二氧化碳的正常含量应该维持在0.2％～4％之间，当含量增加到5％时将对植物的生长产生不利的影响。随二氧化碳逃逸一起移动的污染物对地下水质量也会造成影响。
地质封存的二氧化碳，可能会发生水平与垂直方向的运移。从封存的安全性考虑，二氧化碳水平方向的扩散引起气体前缘突进，而垂直方向上的运移具有较大安全隐患。二氧化碳往上运移的距离越大，二氧化碳封存的安全性越低，运移突破盖层时发生泄露的几率大大增强。综上所述，准确有效的发现二氧化碳突破盖层向上泄漏的迹象，对储层二氧化碳可能的泄露途径进行监测，做到二氧化碳尚未泄露至浅地表时发出安全预警至关重要。
传统意义上的监测往往基于浅地表土壤及大气环境下二氧化碳浓度与背景值的差异比较，但是在实际测量空间中二氧化碳存在被稀释的可能性，而且测量准确性取决于测量仪器的精度和误差，对泄漏监测比较滞后。土壤中植物呼吸、微生物作用也可释放的二氧化碳，空气中本身含有二氧化碳对测量的干扰，使得这些方法不能区分自然环境中的二氧化碳以及封存泄露的二氧化碳，仅依据浓度变化很难对泄露进行判定。
近年来兴起的地表形变与环境变化遥感监测技术，利用星载热红外传感器以及低空无人机热成像仪通过监测储层和盖层地质力学影响，监测地表植被、地物、地形的变化，识别潜在的管道和地下的泄露，实现了二氧化碳地质封存环境变化遥感监测。中国发射的二氧化碳监测科学实验卫星(碳卫星)搭载高光谱二氧化碳探测仪通过测量二氧化碳光谱吸收线反演出大气二氧化碳浓度，精度达到4ppm，初步形成针对全球、中国及其他重点地区的大气二氧化碳浓度监测能力。但这些投资巨大的技术适合大面积大范围立体式长期监测及战略研究，有必要针对较小范围、较小规模封存量的区域，研究经济性、时效性均可行的二氧化碳地质封存泄露监测方法。
其中，TEA为三乙醇胺，MEA为一乙醇胺，BTB为溴麝香草酚蓝，别称溴百里酚蓝、溴百里香酚蓝。
发明内容
本实用新型旨在针对上述问题，提出一种科学合理部署监测井、化学法高效捕集二氧化碳气体样品、同位素质谱仪精确分析δ13C，准确判断二氧化碳是否来源于注入的二氧化碳，监测盖层是否有泄漏迹象，从而对尚未运移到浅地表的泄露发出安全预警。
本实用新型的技术方案在于：
一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置，包括
监测井，监测井井口设有气体采集口，监测井位于盖层主要应力集中区域、盖层和储层裂缝发育区域、地质构造的高点位置和注气井所在井场；
二氧化碳气体捕集装置，与气体采集口连接，对气体采集口采集到的二氧化碳气体进行捕集的二氧化碳气体捕集装置；
用于对未注气与注气后的气体采集口捕集到的二氧化碳中的碳同位素13C、12C含量进行分析的同位素质谱分析仪。
优选地，若涉及油藏地质的封存，则监测井还应部署在注采井间，且还应沿二氧化碳驱替方向部署。
所述二氧化碳气体捕集装置包括依次连接的气体取样阀、过滤装置、微型真空泵、胺液捕集瓶及酸碱指示瓶；气体采集口与气体取样阀连接。
所述过滤装置为无水氯化钙过滤器。
所述胺液捕集瓶的进口管线为L型，伸入至胺液捕集瓶内底部，出口管线位于瓶口，且出口管线上设有单向阀；胺液捕集瓶内还设有与胺液捕集瓶的底部平行的筛板；
所述酸碱指示瓶上的进口管线伸入至瓶底内，出口管线位于瓶口，且出口管线上设有单向阀。
所述胺液捕集瓶还设有加热装置，加热装置为电加热套。
本实用新型的技术效果在于：
1、准确及时有效的发现二氧化碳突破盖层向上泄漏的迹象，对储层二氧化碳可能的泄露途径进行监测，做到二氧化碳尚未泄露至浅地表时发出安全预警；
2、化学吸收法捕集二氧化碳有利于大容量、长时间的储存运输二氧化碳气体样品。传统二氧化碳分析的做法是现场气袋取气样后运送回实验室进行分析。胺液捕集瓶大容量化学法溶解捕集二氧化碳，克服了由于气袋的密封性及人为操作不当可能造成二氧化碳组份及浓度变化的不良影响；
3、根据注入气中的二氧化碳(煤化工、石油化工、矿业加工)自然界(大气、土壤)中的二氧化碳碳同位素比值的唯一性，可以准确判断二氧化碳的来源。
附图说明
图1为本实用新型的原理示意图。
图2为监测井部署示意图。
图3为二氧化碳气体捕集装置示意图。
图4为本实用新型具体监测结果示意图。
附图标记：1-监测井，2-气体采集口，3-过滤装置，4-微型真空泵，5-胺液捕集瓶，6-酸碱指示瓶，7-气体取样阀。
具体实施方式
实施例1
一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置，包括：
监测井1，监测井1井口设有气体采集口2，监测井1位于盖层主要应力集中区域和盖层、储层裂缝发育区域、地质构造的高点位置、注气井所在井场；
二氧化碳气体捕集装置，与气体采集口2连接，对气体采集口2采集到的二氧化碳气体进行捕集的二氧化碳气体捕集装置；
用于对未注气与注气后的气体采集口2捕集到的二氧化碳中的碳同位素13C、12C含量进行分析的同位素质谱分析仪。
本实施例的具体实施过程为：
(1)未注气时，进行二氧化碳气体捕集；对气体采集口2捕集到的二氧化碳中的碳同位素13C、12C含量进行分析，作为基准值δ13C；
(2)注气后，进行二氧化碳气体捕集；对气体采集口2捕集到的二氧化碳中的碳同位素13C′、12C′含量进行分析，计算δ13C′；
(3)设定η的取值范围，若η落在设定的取值范围内，则说明二氧化碳无泄漏；否则，二氧化碳有泄漏。
其中，二氧化碳气体捕集的具体过程为：开启微型真空泵4，抽取经气体采集口2泄露的二氧化碳气样；二氧化碳气样通过胺液捕集瓶6，二氧化碳气样大量溶解于胺液捕集瓶6内；直至酸碱指示瓶6中的酸碱指示剂又蓝变绿再变黄，即关闭微型真空泵4以停止捕集。
实施例2
在实施例1的基础上，还包括：
若涉及油藏地质的封存，则监测井1还应部署在注采井间，且还应沿二氧化碳驱替方向部署。所述二氧化碳气体捕集装置包括依次连接的气体取样阀7、过滤装置3、微型真空泵4、胺液捕集瓶6及酸碱指示瓶6；气体采集口2与气体取样阀7连接。所述过滤装置3为无水氯化钙过滤器。所述胺液捕集瓶6的进口管线为L型，伸入至胺液捕集瓶6内底部，出口管线位于瓶口，且出口管线上设有单向阀；胺液捕集瓶6内还设有与胺液捕集瓶6的底部平行的筛板；所述酸碱指示瓶6上的进口管线伸入至瓶底内，出口管线位于瓶口，且出口管线上设有单向阀。所述胺液捕集瓶6还设有加热装置，加热装置为电加热套。将溶解有二氧化碳气样的胺液捕集瓶6(富胺液)加热至100℃进行解吸，直至酸碱指示瓶6中的酸碱指示剂由黄变绿再变蓝；形成贫胺液，解吸后的贫胺液可以重复利用。所述胺液捕集瓶6内置液体为TEA和MEA的混合溶液，其混合摩尔比为2：1；所述酸碱指示瓶6内置BTB溶液作为酸碱指示剂，BTB溶液的配制方法如下：在1L 20％的酒精溶液中加入1g溴代麝香草酚蓝。
监测结果范例：
假如某区块注入煤化工捕集的二氧化碳，监测结果如图4所示。监测点1监测结果落在设定的取值范围内，说明未发生泄露。监测点2监测结果未落在设定的取值范围内且呈偏离趋势，说明地下有较强的微生物分解或者甲烷氧化等作用生成的二氧化碳。监测点3监测结果也未落在设定的取值范围内且偏离趋势暂缓，说明盖层有泄露的可能性，应加密监测。
Claims (6)
1.一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置，其特征在于：包括
监测井(1)，监测井(1)井口设有气体采集口(2)，监测井(1)位于盖层主要应力集中区域、盖层和储层裂缝发育区域、地质构造的高点位置和注气井所在井场；
二氧化碳气体捕集装置，与气体采集口(2)连接，对气体采集口(2)采集到的二氧化碳气体进行捕集的二氧化碳气体捕集装置；
用于对未注气与注气后的气体采集口(2)捕集到的二氧化碳中的碳同位素13C、12C含量进行分析的同位素质谱分析仪。
2.根据权利要求1所述二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置，其特征在于：若涉及油藏地质的封存，则监测井(1)还应部署在注采井间，且还应沿二氧化碳驱替方向部署。
3.根据权利要求2所述二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置，其特征在于：所述二氧化碳气体捕集装置包括依次连接的气体取样阀(7)、过滤装置(3)、微型真空泵(4)、胺液捕集瓶(5)及酸碱指示瓶(6)；气体采集口(2)与气体取样阀(7)连接。
4.根据权利要求3所述二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置，其特征在于：所述过滤装置(3)为无水氯化钙过滤器。
5.根据权利要求4所述二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置，其特征在于：
所述胺液捕集瓶(5)的进口管线为L型，伸入至胺液捕集瓶(5)内底部，出口管线位于瓶口，且出口管线上设有单向阀；胺液捕集瓶(5)内还设有与胺液捕集瓶(5)的底部平行的筛板；
所述酸碱指示瓶(6)上的进口管线伸入至瓶底内，出口管线位于瓶口，且出口管线上设有单向阀。
6.根据权利要求5所述二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置，其特征在于：所述胺液捕集瓶(5)还设有加热装置，加热装置为电加热套。
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