一种利用水合物封闭的二氧化碳海底咸水层封存方法
【技术领域】
[0001]本发明属于温室气体减排技术领域，涉及一种利用水合物封闭的二氧化碳海底咸水层封存方法。
【背景技术】
[0002]由于全球对化石燃料的依赖，工业生产和人类生活过程中产生的二氧化碳排放量日益增加，所导致的温室效应正在严重威胁着地球环境。二氧化碳的捕集和封存(简称CCS)技术是将二氧化碳从大型排放源收集起来并储存到适当的场所，从而避免排放到大气当中。二氧化碳的捕集技术已经被沿用了很长时间，手法已经相当成熟。然而二氧化碳的长期封存技术仍处在试探性的研宄阶段，尤其是在封存的安全性评估上还存在很多不完善之处。因此，提高二氧化碳的封存安全性是一个重要的研宄课题。二氧化碳的封存技术一般主要包括地质封存(Geological Storage)和海洋封存(Ocean Storage)两种方案。地质封存技术是利用地质结构(包括沉积盆地深部咸水层、废弃油气田和煤田等)对二氧化碳进行储存，海洋封存技术是利用海洋水体作为二氧化碳的载体实现封存。海洋封存的潜力巨大，但同时也会对海洋环境造成较大影响，如海水表面二氧化碳浓度增大，改变海洋的化学特征，表层海水酸化等。此外，封存在海水中的二氧化碳遇到温度压力波动或洋流变化很有可能从海水中逃逸出来释放到大气当中，反而会造成与二氧化碳封存背道而驰的结果。
[0003]如果采用海底咸水层作为储留层封存，二氧化碳在向上层移动的过程中在适当的温度、压力条件下可以在海洋沉积层中形成水合物层，类似于冰的水合物可以提高海洋沉积层的胶结强度和密闭性从而起到封闭作用，减少二氧化碳的泄漏风险，在安全性上更加有保障。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种利用水合物层封闭的二氧化碳海底咸水层封存方法，与传统的陆地咸水层封存方法相比该方法对盖层的密闭性要求相对较低，可以用于存在盖层裂隙的地质环境中。在实施过程中采用陆上、海洋平台和船载的方式将从排放源收集的二氧化碳注入到作为储留层的海底咸水层孔隙中形成二氧化碳聚集带，实现一次封存；少量二氧化碳沿盖层裂隙泄漏，在海底低温高压条件下形成二氧化碳水合物，对盖层裂隙进行胶结和封闭，从而可以阻止二氧化碳继续向上逃逸，实现二次封存；万一极少量的二氧化碳没有形成水合物泄露到海水中也可以被海水溶解，实现三次封存。
[0005]为了实现上述功能，本发明采取以下技术方案。一种利用水合物层封闭的二氧化碳海底咸水层封存方法，主要包括以下步骤:
[0006]1.沉积层应为水深800米以下的海床沉积层。
[0007]2.从排放源捕集的二氧化碳被压缩至液态储存在液化储罐中；
[0008]3.将液化储罐中液态二氧化碳注入海底咸水层，注入方式包括三种:其一为通过海岸上注入设备将二氧化碳注入到海底咸水层中；其二为通过管道将二氧化碳输送到船舶上，再通过船载高压注入泵注入到海底咸水层中；其三为通过海底管道将二氧化碳输送到海洋平台上，再通过平台高压注入泵注入到海底咸水层中；
[0009]4.注入到海底咸水层中的二氧化碳在浮力的作用下向上移动至盖层下方，在盖层的封闭作用下形成二氧化碳聚集带；
[0010]5.一部分二氧化碳通过盖层的地质裂缝逃逸到海洋沉积层中，在地层压力和温度的作用下与沉积层中的水结合形成二氧化碳水合物，在盖层上方形成水合物层阻止二氧化碳的进一步逃逸，若极小部分二氧化碳穿过二氧化碳水合物层逃逸到深海海水中则会由于海水的溶解实现溶解封存。
[0011]采用上述一种利用水合物封闭的二氧化碳海底咸水层封存方法，其特点在于:
[0012]1.封存层为具有较大孔隙率和较好渗透性的海底砂岩层；
[0013]2.注入方案包括岸上注入、船载注入和平台注入三种；
[0014]本发明的有益效果是:对盖层密闭性的要求比较宽松，通过选择合适水深的海洋沉积层达到二氧化碳水合物的生成条件，使泄漏到沉积层的二氧化碳形成水合物封闭，从水合物层逃逸的极小部分二氧化碳会被深海海水溶解从而实现二氧化碳的安全封存。
【附图说明】
[0015]附图是本发明的应用示意图。
[0016]图中:1海底咸水层；2二氧化碳聚集带；3岸上注入井；4装船管道；
[0017]5注入船舶；6船载注入井；7海底管道；8注入平台；9平台注入井；
[0018]10裂隙；11盖层；12沉积层；13 二氧化碳水合物层；14深海海水。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
[0020]I)沉积层应为水深800米以下的海床沉积层。
[0021]2)从排放源捕集的二氧化碳通过注入设备注入到海底咸水层1，在浮力的作用下形成二氧化碳聚集带2，注入的路径有三种方案，其一为直接通过岸上注入井3注入到海底咸水层；其二为首先通过装船管道4将二氧化碳输送到注入船舶5上，注入船舶5航行到注入位置后通过船载注入井6将二氧化碳注入到海底咸水层；其三为通过海底管道7将二氧化碳输送到注入平台8上，再通过平台注入井9注入到海底咸水层中。
[0022]3)聚集在海底咸水层上部的二氧化碳其中的大部分在毛细管力的作用下被束缚并实现永久封存，小部分通过盖层11的裂隙10到达沉积层12 ;
[0023]4)到达沉积层的二氧化碳在高压和低温的共同作用下与沉积层中的水结合形成二氧化碳水合物层13，在孔隙度较大二氧化碳水合物饱和度相对较低的区域，二氧化碳水合物层的形成会降低岩层的渗透率和增大毛细管力，减小二氧化碳的逃逸量，在二氧化碳水合物饱和度较高的区域，会对沉积层起到胶结作用，增强沉积层的密封作用，使泄漏的二氧化碳不再向上逃逸。
[0024]5)若有极小部分从二氧化碳水合物层逃逸出的二氧化碳进入深海海水14，则会由于海水的溶解作用实现溶解封存。
【主权项】
1.一种利用水合物封闭的二氧化碳海底咸水层封存方法，主要包括以下步骤: (1)本方法所需的沉积层应为水深800米以下的海床沉积层； (2)从排放源捕集的二氧化碳被压缩至液态储存在液化储罐中； (3)将液化储罐中液态二氧化碳注入海底咸水层，注入方式包括三种:其一为通过海岸上注入设备将二氧化碳注入到海底咸水层中；其二为通过管道将二氧化碳输送到船舶上，再通过船载高压注入泵注入到海底咸水层中；其三为通过海底管道将二氧化碳输送到海洋平台上，再通过平台高压注入泵注入到海底咸水层中； (4)注入到海底咸水层中的二氧化碳在浮力的作用下向上移动至盖层下方，在盖层的封闭作用下形成二氧化碳聚集带； (5)二氧化碳聚集带中的一部分二氧化碳通过盖层的地质裂缝逃逸到海洋沉积层中，在地层压力和温度的作用下与沉积层中的水结合形成二氧化碳水合物，在盖层上方形成水合物层阻止二氧化碳的进一步逃逸，若二氧化碳穿过二氧化碳水合物层逃逸到深海海水中通过海水的溶解实现溶解封存。
【专利摘要】本发明提供了一种利用水合物封闭的二氧化碳海底咸水层封存方法，属于温室气体减排技术领域。通过注入设备向海底咸水层注入二氧化碳，注入的二氧化碳在浮力的作用下移动到咸水层上层，在盖层的封闭作用下形成二氧化碳聚集带，小部分二氧化碳通过盖层的地质裂缝逃逸到海洋沉积层中，在地层压力和温度的作用下与沉积层中的水结合形成二氧化碳水合物，在沉积层中形成水合物层从而阻止二氧化碳的进一步逃逸，极小部分泄漏到深海海水中的二氧化碳被溶解实现完全封存。采用该方法通过选择合适水深的海洋沉积层控制二氧化碳水合物的生成条件，可以使泄漏到沉积层的二氧化碳形成水合物封闭，从而实现二氧化碳的安全封存。
【IPC分类】C01B31/20
【公开号】CN104909366
【申请号】CN201510158554
【发明人】刘瑜, 吕鹏飞, 宋永臣, 赵佳飞, 蒋兰兰, 张毅, 王大勇, 杨明军, 赵越超
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年4月3日