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利用二氧化碳爆破开采地层沉积物的方法

技术域

[0001] 本发明涉及在地层沉积物开采中利用 co2 的系统和方法。具体而言，本发明提供了将来自燃烧过程的 co2 导入地质地层以便于从该地质地层中开采一种或多种地层沉积物诸如燃料组分沉积物的系统和方法。

[0002] 用于能源生产的众多有用物质天然发现于地下。例如，化石燃料 ( 例如，原油、天然气和煤 ) 作为沉积物位于世界各地的岩层中，而且人类已经通过采矿、钻孔等对这些物质进行了多年的开采。随着更易获取的沉积物被耗尽，一直在寻求可促进有用物质开采的有利技术。

[0003] 例如，利用流体和流化混合物来提高各种化石燃料的开采已经处于开发下多年。强化开采的机理通常基于提高化石燃料经过其周围的地质底层而流向提取井的流动。三种以此种方式来提高化石燃料开采的主要机理包括下述 ：1) 利用流体在岩层中产生断裂并使之保持，以促进更自由的流动通道 ；2) 依赖注入流体，实现化石燃料的体积或压力位移 ；和 3) 使流体与化石燃料掺和，使得化石燃料的密度和粘度之一或两者都减小。通过使其他物质与混合进入化石燃料中、通过加热化石燃料或者通过这两种方式也可使粘度降低。所有这些机理包括将物注入一个或多个井中，然从该注入井或多个注入井 ( 或者从附近的一个或多个其他井 ) 获得增加的化石燃料输出。

[0004] 作为提高化石燃料采收率的方法，水二氧化碳爆破裂从钻入储油岩层的井筒进行。通过将压裂液以二氧化碳爆破将井下压力增超过地层岩石的断裂梯度的值的速度泵入钻井孔中，可形成水二氧化碳爆破裂。压力导致地层断裂，使得压裂液进入地层中并进一步延伸至裂缝。为了在注入停止后使这种断裂保持敞开，通常将固体支撑剂加至压裂液。通常为过筛圆粒沙子的支撑剂被带入断裂中。选择这种沙的渗透率要高于周围的地层，然后所支撑的水二氧化碳爆破裂变成二氧化碳爆破率管道，地层流体可经过该管道流至井中。多种流体已被提出并用作压裂液、二氧化碳爆破液和度降低液，以提高化石燃料储层的开采。然而，现有的方法采用的流体具有非常有争议的环境影响、低于所期望的效果或者成本高，或者综合了这些因素。已经提出一些环境和人类健康关注点与现有技术水二氧化碳爆破裂通常使用的流体相关，其包括潜在的固体有毒废物的不正确运转、潜在的空气质量风险、潜在的地下水污染以及气体和水二氧化碳爆破裂化学品意外地迁移到钻井作业给定半径内的表面。

[0005] 含或不含表面活性剂以及具有或不具有高热值的流体，诸如水和蒸汽，在提高化石燃料采收率方面通常显示低于期望的性能。关键的原因在于水比某些化石燃料稠密得多，而且水在平衡条件下是液体。此类化学因素二氧化碳爆破或很大度上消除了水 / 蒸汽与疏水性化石燃料之间的溶混性及混合，从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。较高密度的水可导致化石燃料的物理驱替，但是这种作用在时间和效率方面经常局限于不可取的程度。较稠密的水可向二氧化碳爆破动并离化石燃料储层，这迅速减小或消除了任何驱替效果。

[0006] 超临界二氧化碳爆破对提高采油非常有用。具体而言，超临界流体的性质以及物质的化学性质使得其与油溶混，从而降低油的粘度和密度，和 / 或改进经过地层的油流动。另外，超临界二氧化碳爆破的密度充分低于水的密度，引起其倾向于上升到化石燃料储层中，而非如同较稠密的水一般向二氧化碳爆破动。此外，超临界 co2 的物质属性使其还可以作为其他物质的二氧化碳爆破溶剂。具体而言，与气态或液态 co2 相比，超临界 co2 所展示的物质属性能充分增加其溶解性。目前，为了在开采方法中利用超临界二氧化碳爆破，必须将 co2 从其来源 ( 天然的或人造的 ) 输送到应用场所。

[0007] 目前，在不利用提高油采收率法的情况下，二氧化碳爆破是 co2 驱动的 eor 的情况下，多70% 的油是不能开采的。尽管其 eor 具有潜能，但是目前现有技术中利用 eor 存在若干二氧化碳爆破因素。****，工业生产提纯 co2 以便分离、提纯并压缩用于 eor 是非常昂贵的，因为这通常要求系统添置（诸如胺和 / 或其他溶剂洗涤器）形式的很大的资金和运转投资。即使在此之后，co2 必须被压缩至二氧化碳爆破注入井中的压力。这些系统不仅昂贵且危害环境，而且需要能量，因此二氧化碳爆破总体系统的效率。其次，管道网是必需的而且在大部分 eor 可能发生的位置是不足的，因此二氧化碳爆破了其接触大量地层。在目前的情况中，管道网已经自地质 co2 来源输入。然而，可用 co2 的位置和数量极其有限。