[发明专利]枯竭的油页岩沉积物中的碳螯合

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年10月2日提交的相同题目的美国临时申请序列号61/102,256的权益，其公开内容特此通过引用以其整体并入。

发明领域

本发明一般地涉及烃生产期间的二氧化碳的螯合，和更具体地涉及枯竭的油页岩沉积物中的二氧化碳的螯合。

背景技术

碳螯合是用于长期储存二氧化碳(CO₂)以减少烃生产的碳足迹(carbon footprint)的技术。CO₂的螯合作为减轻化石燃料使用对全球气候变化的影响的方式是当前研究的课题。

抑制CO₂逸出进入大气的一种方式是进行矿化。矿化涉及使气态CO₂与材料反应以形成可储藏在地壳中的或者固体或者可溶的盐。几个组正在研究与注入深的盐碱含水层(saline aquifers)相关的地下矿化，并且已经得出结论：动力学表明需要许多年来使CO₂矿化。虽然CO₂在地下矿化的前景将会解决与碳排放进入大气相关的许多问题，但是没有展示实现该前景的实用系统。因此在本领域对于允许碳气体的永久螯合的方法和设备存在需要。

发明简述

通过提供螯合CO₂的方法和装置，经过在其中从油页岩沉积物原位提取干酪根(kerogen)的位置进行地下矿化，本申请解决了已知系统和技术的一些缺点。

一般而言，地下油页岩沉积物包括干酪根和其他材料，所述其他材料可包括但不限于白云石、方解石、石英、长石、粘土矿物、磷灰石、方沸石、和硫化铁。粘土矿物可包括，例如并不限于，高岭土、蒙脱石、绿土、伊利石、绿泥石、白云母、或者其类似物的一种或多种。

在适当的条件下，材料可以是可得的或者可以被制成可与含碳气体诸如CO₂反应以使气体矿化。使CO₂矿化，例如使地下的碳螯合为固体或者可溶的盐形式。例如，一些粘土材料可与二氧化碳形成碳酸盐，诸如例如菱镁矿或者碳钠铝石。碳酸盐包含在或者螯合在土地中，这样有效地减少由于烃生产排放至大气的二氧化碳。

在一个实施方式中，首先从油页岩沉积物原位提取干酪根，将至少一些其他材料留在地下。为了原位提取干酪根，可以在地下甑(underground retort)中加热油页岩至热解温度以允许根据需要通过生产井移出产生的油和气。移出干酪根可导致剩余材料的破碎和多孔性。在干酪根提取期间产生的CO₂的一些或者全部可储存在由于破碎和多孔性引起的空隙中。

通过与粘土矿物、长石、硫化物、或者天然的碳酸盐反应可使CO₂矿化。在一个实施方式中，粘土矿物包括伊利石。在另一实施方式中，矿物可包括白云石。

在其中通过在升高的温度进行热解原位提取干酪根的实施方式中，通过例如生产井移出产生的油和气，将其他材料诸如上述的粘土留在地下。通过注入和与一些或者全部的剩余材料在升高的温度下的矿化反应，CO₂可原位提取位置内螯合，其有效地利用来自热解的多余热量促进矿化以螯合CO₂。

可以加入氧气(O₂)与地下的矿物反应以提高温度促进矿化反应。因此，例如并且不限于，可将O₂供应至反应区域以氧化例如来自热解的残留木炭(char)和/或硫化铁，以提高或者维持地下反应区域的温度。氧气也可用于调整铁和其他金属的氧化态以促进选择的矿化反应。

为促进矿化，其他材料可以与CO₂一起或者与CO₂分离地供应。其他材料包括但不限于从附近的天然气井浓缩的盐水、现场的含水层、或者其类似物。材料也可包括材料诸如氨或者氢氧化钠以调节注入流体的pH。

在一个实施方式中，螯合含碳气体的方法提供将含碳气体注入包括粘土矿物的地下区域，并且能够容纳含碳气体足够的时间以使含碳气体矿化。在一个实施方式中，地下区域以前包括粘土矿物含量大于大约10重量百分比(wt％)的油页岩沉积物。在另一实施方式中，地下区域先前包括具有10wt％的粘土矿物和可供应钠、钾、镁、钙、或者铁与含碳气体发生矿化反应的其他矿物的油页岩沉积物。包括钠、钾、镁、钙、或者铁的其他矿物可包括粘土矿物，或者可包括而不限于绿泥石、长石、方沸石、硫化铁、或者磷灰石。