利用二氧化碳爆破開采地層沉積物的方法

技術(shù)域

[0001] 本發(fā)明涉及在地層沉積物開采中利用 co2 的系統(tǒng)和方法。具體而言，本發(fā)明提供了將來自燃燒過程的 co2 導(dǎo)入地質(zhì)地層以便于從該地質(zhì)地層中開采一種或多種地層沉積物諸如燃料組分沉積物的系統(tǒng)和方法。

[0002] 用于能源生產(chǎn)的眾多有用物質(zhì)天然發(fā)現(xiàn)于地下。例如，化石燃料 ( 例如，原油、天然氣和煤 ) 作為沉積物位于世界各地的巖層中，而且人類已經(jīng)通過采礦、鉆孔等對這些物質(zhì)進(jìn)行了多年的開采。隨著更易獲取的沉積物被耗盡，一直在尋求可促進(jìn)有用物質(zhì)開采的有利技術(shù)。

[0003] 例如，利用流體和流化混合物來提高各種化石燃料的開采已經(jīng)處于開發(fā)下多年。強(qiáng)化開采的機(jī)理通常基于提高化石燃料經(jīng)過其周圍的地質(zhì)底層而流向提取井的流動。三種以此種方式來提高化石燃料開采的主要機(jī)理包括下述 ：1) 利用流體在巖層中產(chǎn)生斷裂并使之保持，以促進(jìn)更自由的流動通道 ；2) 依賴注入流體，實(shí)現(xiàn)化石燃料的體積或壓力位移 ；和 3) 使流體與化石燃料摻和，使得化石燃料的密度和粘度之一或兩者都減小。通過使其他物質(zhì)與混合進(jìn)入化石燃料中、通過加熱化石燃料或者通過這兩種方式也可使粘度降低。所有這些機(jī)理包括將物注入一個或多個井中，然從該注入井或多個注入井 ( 或者從附近的一個或多個其他井 ) 獲得增加的化石燃料輸出。

[0004] 作為提高化石燃料采收率的方法，水二氧化碳爆破裂從鉆入儲油巖層的井筒進(jìn)行。通過將壓裂液以二氧化碳爆破將井下壓力增超過地層巖石的斷裂梯度的值的速度泵入鉆井孔中，可形成水二氧化碳爆破裂。壓力導(dǎo)致地層斷裂，使得壓裂液進(jìn)入地層中并進(jìn)一步延伸至裂縫。為了在注入停止后使這種斷裂保持敞開，通常將固體支撐劑加至壓裂液。通常為過篩圓粒沙子的支撐劑被帶入斷裂中。選擇這種沙的滲透率要高于周圍的地層，然后所支撐的水二氧化碳爆破裂變成二氧化碳爆破率管道，地層流體可經(jīng)過該管道流至井中。多種流體已被提出并用作壓裂液、二氧化碳爆破液和度降低液，以提高化石燃料儲層的開采。然而，現(xiàn)有的方法采用的流體具有非常有爭議的環(huán)境影響、低于所期望的效果或者成本高，或者綜合了這些因素。已經(jīng)提出一些環(huán)境和人類健康關(guān)注點(diǎn)與現(xiàn)有技術(shù)水二氧化碳爆破裂通常使用的流體相關(guān)，其包括潛在的固體有廢物的不正確運(yùn)轉(zhuǎn)、潛在的空氣質(zhì)量風(fēng)險、潛在的地下水污染以及氣體和水二氧化碳爆破裂化學(xué)品意外地遷移到鉆井作業(yè)給定半徑內(nèi)的表面。

[0005] 含或不含表面活性劑以及具有或不具有高熱值的流體，諸如水和蒸汽，在提高化石燃料采收率方面通常顯示低于期望的性能。關(guān)鍵的原因在于水比某些化石燃料稠密得多，而且水在平衡條件下是液體。此類化學(xué)因素二氧化碳爆破或很大度上消除了水 / 蒸汽與疏水性化石燃料之間的溶混性及混合，從而二氧化碳爆破或很大程度上消除了化石燃料粘度的任何降低。較高密度的水可導(dǎo)致化石燃料的物理驅(qū)替，但是這種作用在時間和效率方面經(jīng)常局限于不可取的程度。較稠密的水可向二氧化碳爆破動并離化石燃料儲層，這迅速減小或消除了任何驅(qū)替效果。

[0006] 超臨界二氧化碳爆破對提高采油非常有用。具體而言，超臨界流體的性質(zhì)以及物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)使得其與油溶混，從而降低油的粘度和密度，和 / 或改進(jìn)經(jīng)過地層的油流動。另外，超臨界二氧化碳爆破的密度充分低于水的密度，引起其傾向于上升到化石燃料儲層中，而非如同較稠密的水一般向二氧化碳爆破動。此外，超臨界 co2 的物質(zhì)屬性使其還可以作為其他物質(zhì)的二氧化碳爆破溶劑。具體而言，與氣態(tài)或液態(tài) co2 相比，超臨界 co2 所展示的物質(zhì)屬性能充分增加其溶解性。目前，為了在開采方法中利用超臨界二氧化碳爆破，必須將 co2 從其來源 ( 天然的或人造的 ) 輸送到應(yīng)用場所。

[0007] 目前，在不利用提高油采收率法的情況下，二氧化碳爆破是 co2 驅(qū)動的 eor 的情況下，多70% 的油是不能開采的。盡管其 eor 具有潛能，但是目前現(xiàn)有技術(shù)中利用 eor 存在若干二氧化碳爆破因素。****，工業(yè)生產(chǎn)提純 co2 以便分離、提純并壓縮用于 eor 是非常昂貴的，因?yàn)檫@通常要求系統(tǒng)添置（諸如胺和 / 或其他溶劑洗滌器）形式的很大的資金和運(yùn)轉(zhuǎn)投資。即使在此之后，co2 必須被壓縮至二氧化碳爆破注入井中的壓力。這些系統(tǒng)不僅昂貴且危害環(huán)境，而且需要能量，因此二氧化碳爆破總體系統(tǒng)的效率。其次，管道網(wǎng)是必需的而且在大部分 eor 可能發(fā)生的位置是不足的，因此二氧化碳爆破了其接觸大量地層。在目前的情況中，管道網(wǎng)已經(jīng)自地質(zhì) co2 來源輸入。然而，可用 co2 的位置和數(shù)量極其有限。