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专利号: 2023112497334
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种超临界CO2闭环开采完整储层干热岩及碳封存的方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、钻设注入井和生产井:确定目标开采区域,在干热岩储层(9)赋存区域的地面(27)利用钻机向下垂直钻设注入井(10)和抽采井(11),其中抽采井(11)等间距布置在注入井(10)的四周;注入井(10)和抽采井(11)均穿过上覆岩层(8)直至干热岩储层(9),四个抽采井(11)位于干热岩储层(9)内的部分,从钻孔端部起位于三个不同水平高度均指向抽采井(11)钻井钻设抽采井水平钻孔,且抽采井水平钻孔的端部不与注入井(10)接触,从低到高的抽采井水平钻孔分别为第一抽采水平井组(22)、第二抽采水平井组(23)和第三抽采水平井组(24);注入井(10)位于干热岩储层(9)内的部分从钻孔端部起不同水平高度钻指向四个抽采井(11)设置两组注入井水平钻井,注入井水平钻井端部不与抽采井(11)接触,从低到高的水平钻孔分别为第一注入水平井组(20)、第二注入水平井组(21),其中第一注入水平井组(20)、第二注入水平井组(21)与第一抽采水平井组(22)、第二抽采水平井组(23)、第三抽采水平井组(24)三者水平且等间距设置;

S2、注入井水平井组逐段压裂:利用CO2高压注入泵(2)将车载式CO2储罐(1)中的CO2混合支撑剂(26)作为压裂液以通过绝热注气管(5)连续注入方式注入到注入井(10)中,支撑剂(26)中包含大量高强度颗粒物,注入注入井(10)内的CO2气体随着井深的增加,温度和压力不断增大,达到阈值温压条件后,注入井(10)中的CO2发生相变成为超临界状态CO2,即ScCO2;阈值温压条件为温度大于31℃,压力大于7.38MPa;利用定向钻连接压裂钻具依次对第一注入水平井组(20)和第二注入水平井组(21)各水平井眼进行射孔分段超临界CO2压裂,在干热岩储层(9)中压裂出干热岩储层裂缝(25),所述干热岩储层裂缝(25)形成复杂的体积缝网,通过体积缝网将第一注入水平井组(20)、第二注入水平井组(21)和第一抽采水平井组(22)、第二抽采水平井组(23)、第三抽采水平井组(24)相互连通;从而沟通注入井(10)与抽采井(11)形成热交换的渗流通道,采用井中微地震压裂监测方法评价干热岩储层(9)中干热岩储层裂缝(25)产生的情况;当压裂完成后停止CO2注入,井中流体压力消除后,支撑剂(26)中的高强度颗粒物充填在体积缝网中,使体积缝网保持打开状态,增大裂缝导流能力,提高采热效率;

S3、CO2循环采热:再次利用CO2高压注入泵(2)将车载式CO2储罐(1)中的CO2气体作为采热工作液以通过绝热注气管(5)以连续注入方式注入注入井(10)中,注入注入井(10)中的气态CO2达到阈值温压条件后发生相变成为超临界状态CO2,并通过第一注入水平井组(20)和第二注入水平井组(21)流经高温干热岩储层裂缝(25)吸收热量,再经过第一抽采水平井组(22)、第二抽采水平井组(23)、第三抽采水平井组(24)到达抽采井(11),抽采井(11)井口通过绝热抽采管(6)与换热器(3)相连,进入换热器(3)的超临界状态CO2在换热器(3)内经过辐射换热将释放出来的热量通过传热管路进入发电装置(4)进行发电,释热完成后降温的CO2气体通过输送管路(7)输送到CO2高压注入泵(2),重新注入到CO2注入井(10)中进行循环采热利用,形成闭环;

所述支撑剂(26)中的高强度颗粒物为高强陶瓷颗粒,高强陶瓷颗粒为铝矾土粉末制粒烧结而成,高强陶瓷颗粒内包裹有生石灰CaO,高强陶瓷颗粒表面涂覆有提高强度和导流性能的树脂,支撑剂(26)中的高强陶瓷颗粒在压裂过程随同高压CO2流体进入地层充填在岩层裂隙中,起到支撑裂隙的作用,从而保持高导流能力,提高采热效率;当高强陶瓷颗粒因裂隙压力过大在干热岩储层裂缝(25)尖端破碎时,内部生石灰暴露,与CO2反应形成碳酸钙CaCO3固体,使得部分CO2矿化固结在干热岩储层裂缝(25)中,实现了CO2的地质封存;

在循环过程中,由于不断有CO2矿化固结遗留在干热岩储层中,需要定期向循环系统补给CO2,避免循环流量下降,采热效率降低。

2.根据权利要求1所述的超临界CO2闭环开采完整储层干热岩及碳封存的方法,其特征在于,第一注入水平井组(20)的埋深在3000m~4000m;第二注入水平井组(21)的埋深在第一注入水平井组(20)的上方120m~160m,第一注入水平井组(20)和第二注入水平井组(21)的钻井长度均处在150m~200m;抽采井(11)钻孔底部比注入井(10)深60m~80m;第一注入水平井组(20)、第二注入水平井组(21)与第一抽采水平井组(22)的长度均为150m~200m,第一注入水平井组(20)、第二注入水平井组(21)与第一抽采水平井组(22)之间的高度间距均为120m~160m。

3.根据权利要求1所述的超临界CO2闭环开采完整储层干热岩及碳封存的方法,其特征在于,所述四个抽采井分布在以注入井(10)为圆心、一定距离为半径的圆周上,半径长度处在200~250m范围,且四个抽采井均处在圆周上。

4.根据权利要求1所述的超临界CO2闭环开采完整储层干热岩及碳封存的方法,其特征在于,所述注入井(10)在设置有CO2注入井技术套管(14),靠近井口设置有CO2注入井表层套管(12),在注入井(10)井口装有用来封堵井口压力的第一耐高温压封堵器(16);所述绝热注气管(5)穿过第一耐高温压封堵器(16)伸入竖井内。

5.根据权利要求4所述的超临界CO2闭环开采完整储层干热岩及碳封存的方法,其特征在于,所述抽采井(11)设有地热抽采井技术套管(15),靠近井口设置有地热抽采井表层套管(13),在抽采井(11)井口装有用来封堵抽采井(11)井口压力的第二耐高温压封堵器(19);所述绝热抽采管(6)穿过第二耐高温压封堵器(19)伸入竖井内。

6.根据权利要求5所述的超临界CO2闭环开采完整储层干热岩及碳封存的方法,其特征在于,第一耐高温压封堵器(16)和第二耐高温压封堵器(19)最大耐受温度为400℃,最大耐受压力为160MPa。

7.根据权利要求1所述的超临界CO2闭环开采完整储层干热岩及碳封存的方法,其特征在于,CO2高压注入泵(2)的CO2注入压力控范围为5~60MPa,注入流量范围为1~15L/min。