[发明专利]将CO2组合物引入到地下含水层中封存的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于将二氧化碳（CO₂）引入到地下地质构造中，特别是含水层中的方法，以及用于这种方法的装置（arrangement）。

背景技术

大气中二氧化碳的增加被认为对全球气候有重大影响。因此，期望降低CO₂到大气中的人为排放。除了发展低CO₂排放的发电厂、节能汽车和更多使用可再生能源之外，在地下地质构造中永久封存CO₂是减少CO₂净排放量的重要手段。

在关于二氧化碳捕获和封存的IPCC特别报告（英国，剑桥大学出版社，二氧化碳捕获和封存，IPCC，2005年，Metz等编著，也可从http://www.ipcc.ch获得）中给出了现有CO₂捕获和封存（CCS）项目和技术的广泛回顾。I. Wright等人在2009年11月2-4日于美国加利福尼亚州圣迭戈举办的关于CO₂捕获、封存和利用的2009 SPE国际会议上发表的论文SPE 127096“主动大规模CO₂封存项目综述”提供了关于现有大规模CO₂封存项目的最近期的更新。在这些文件中回顾的工业规模项目中，在累积注入量方面最显著的是Sleipner和In Salah项目。

Sleipner CCS项目位于离挪威海岸250km的地方，由Statoil经营。它是用于在海面以下800-l000m深度的Utsira构造中的地下含水层中封存CO₂的工业规模的项目。天然气处理过程中产生的CO₂被捕获并随后注入到地下的盐水饱和的疏松砂岩构造中。CO₂注入始于1996年10月并到2008年左右，超过一千万吨的CO₂以每天约2700吨的速度注入。使用浅的长距离井将CO₂带到离生产井和平台区2.4km远处。注入位点位于顶部Utsira构造的当地穹顶(local dome)的下方。

In Salah CCS项目是用于由位于地下含水层中的天然气储层生产天然气的陆上项目。含水层位于撒哈拉大沙漠。所述储层位于石炭系砂岩构造中，2000m深；它只有20m厚，并且是低渗透性的。产出了含高达10％CO₂的天然气。CO₂被分离，并随后重新注入到该储层的充水部分。

CO₂封存在含水层，特别是咸水层中的已知问题是盐沉淀的风险，这会损害CO₂的注入。盐通常溶解在地层水中，并可在一定条件下沉淀并形成固体。当干燥的液态或超临界CO₂，也称为“致密态”CO₂注入到这类构造中时，盐水中的水溶解在CO₂中。由于水进入到CO₂流中，盐的浓度增加，最终达到溶解度极限并引起盐沉淀。沉淀的固体减少了可供给流体的孔隙空间，在某些情况下阻塞了沉积岩中的孔喉（pore throat）。这损害了井筒（well-bore）附近的渗透性，阻止流体移动通过所述孔隙，并可能阻碍任何进一步的CO₂注入。这种现象发生在位于井眼（borehole）中和靠近井眼的CO₂注入点处。

由Cal Cooper编辑且ISBN为978-1-872691-48-0的书“CO₂ Capture Project，a technical basis for carbon dioxide stroage（CO₂捕集项目，二氧化碳封存的技术基础）”建议在CO₂注入前注入淡水，以从注入点冲洗盐水。另一项建议是使用高注入速率，以利用高流体压力克服毛细作用力。后一种建议受CO₂供给、地表设备规格、当然还有盖岩的破裂梯度的限制。