[发明专利]一种注二氧化碳开采水溶气的系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于非常规油气、地热开发以及二氧化碳地质埋存领域，具体地，涉及一种注二氧化碳开采水溶气的系统和方法。

背景技术

在沉积盆地的地层水中，由于有丰富的生物成因的气源、油气藏中分离的气体、煤系地层中的游离气，这些气体溶解于水中形成水溶气，其主要成分是甲烷（一般为90%以上）。根据沉积环境不同，水溶气分为低压水溶气和地压型水溶气。在此类储层中有三种可以利用的能源，即溶解天然气的化学能、高温流体的热能和高压力流体的机械能。

水溶气是非常规天然气的重要组成部分，具分布广、储量大等特点。含油气盆地中油田水溶解的天然气量在正常地层压力时一般为1～5立方米（气）/立方米（水），而在异常高地层压力条件下可提高数十倍。例如美国墨西哥湾沿岸的异常高地层压力盆地中，每立方米水中水溶气含量可高达9.3立方米（埋深3800米）、27立方米（埋深4500米）、92.8立方米（埋深6000米）。在当前能源紧张环境下，开发和利用水溶气将是接替常规天然气的一种新的资源。

当前，全球正经历以气候变暖为主要特征的显著变化。为了减少温室气体排放、减缓全球气候变暖趋势，人类主要采取了减少二氧化碳排放、埋存二氧化碳气体等两种方式。其中，二氧化碳地下埋存的主要场所是枯竭的油气藏、深部的盐水储集层、不能开采的煤层和深海海底等。水溶气富集成藏的圈闭环境以及水溶气所在的庞大水体为二氧化碳埋存提供了良好的地质条件。由于二氧化碳在水中的溶解度大于甲烷在水中的溶解度，二氧化碳溶于水后驱替溶有甲烷气体的地层热水，由于其较低的流度比易实现活塞式驱替，从而提高水溶气和地热能的采收率。因此，注二氧化碳开采水溶气的方法兼具水溶气生产、地热能开发和二氧化碳地质埋存三种功能，具有重要的经济和社会价值。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种注二氧化碳开采水溶气的系统和方法，不但能实现水溶气、地热能的高效生产，而且还能实现二氧化碳的地质埋存。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

一种注二氧化碳开采水溶气的系统，包括：生产井、注入井、气水分离器、甲烷/二氧化碳气体分离器、二氧化碳/水混合容器、增压注入泵、产出流体管线、气水分离器至甲烷/二氧化碳气体分离器的气体流动管线、二氧化碳/水混合容器至增压注入泵的高压流体管线、增压注入泵至注入井的高压流体管线；

所述的生产井和注入井位于同一水溶气储层中；

所述的二氧化碳/水混合容器将捕集到的二氧化碳与注入水进行高压混合或者仅将二氧化碳在高压作用下形成超临界二氧化碳；二氧化碳/水混合容器通过二氧化碳/水混合容器至增压注入泵的高压流体管线与增压注入泵相连；增压注入泵经增压注入泵至注入井的高压流体管线与注入井井筒相连；在二氧化碳/水混合容器中形成的注入流体经增压注入泵进一步增压后，通过注入井井筒注入水溶气储层中，驱替水溶气储层中的流体，同时实现二氧化碳地质埋存；

所述的生产井中产出的流体包括地热水、甲烷和/或二氧化碳气体。

进一步地，所述的生产井通过产出流体管线与所述的气水分离器相连，气水分离器将经生产井产出的流体进行气、水分离。

进一步地，分离出的气体通过气水分离器至甲烷/二氧化碳气体分离器的气体流动管线与甲烷/二氧化碳气体分离器相连，分离出的气体在甲烷/二氧化碳气体分离器中进一步分离出纯的甲烷气体和二氧化碳。

进一步地，经甲烷/二氧化碳气体分离器分离出来的二氧化碳通过甲烷/二氧化碳气体分离器至二氧化碳/水混合容器的二氧化碳输送管线进入二氧化碳/水混合容器中。

进一步地，经所述的甲烷/二氧化碳气体分离器分离出来的甲烷气体：

(1)通过甲烷/二氧化碳气体分离器至燃气发电机组的气体流动管线与燃气发电机组相连，甲烷气体在燃气发电机组中发电后外输给用户；

(2)和/或通过甲烷/二氧化碳气体分离器至气体外输管线的气体流动管线与气体外输管线相连，直接外输给用户；

(3)和/或通过甲烷/二氧化碳气体分离器至燃烧器的气体流动管线与燃烧器相连，经燃烧器燃烧后产生的热量通过燃烧器至第一用热设备或用户的热力管线输送给第一用热设备或用户；经燃烧器燃烧后产生的二氧化碳通过燃烧器至二氧化碳/水混合容器的二氧化碳输送管线进入二氧化碳/水混合容器中，与注入水混合后形成注入流体。

进一步地，经所述的气水分离器分离出来的地热水：