在深地下储集地中储存隔离的温室气体的方法

专利名称：在深地下储集地中储存隔离的温室气体的方法
技术领域：
本发明涉及隔离的温室气体("GHG")的储存，并且更加具体 地，而不以限制的方式，涉及结晶岩石中利用以颗粒喷射钻进方法的 钻孔(borehole)生成(钻进)来开发深地下储集地。
相关技术史
目前，世界能源需求的大部分主要由例如煤、石油以及天然气等 化石燃料提供。 一个原因是目前没有可用的经济上可行的替代能源。 遗憾地是，由于某些GHG以及其他有害剂的产生，化石燃料的使用 似乎导致严重的环境问题。大气可因为"温室效应"变暖，其可能是 由于燃烧化石燃料而使得大量二氧化碳被释放到大气中造成的。温室 效应的长期后果目前是在争议的问题；它们可包括极地冰盖的融化， 其中因而发生的海平面上升和水淹沿海城市，以及地^求日益加剧的沙 漠化。指出温室效应变暖的证据包括在过去一个世纪期间大气中二氧 化碳含量的增加以及似乎表明大气温度的上升趋势的天气记录。这些事实指出在我们被我们自己的排放物征服前，现在考虑緩解行动的需 要。
这些论点中的一些在2006年8月的或约2006年8月的2006年9 月刊中发表的题为"保持碳化物在控制中的计划"的科学的美国文章 中阐述并且更加详尽地说明。在Robert H. Socolow和Stephen W.Pacala 的那篇文章中，列出了温室气体的效应并且说明获得对如在1956年 和2006年间绘制出的温室气体稳定增加的解决方案的重要性。这些 研究和"i仑文在2006年间广泛传4番。确实，美国前任副总统Al Gore 的题为"不舒服的真相...全球变暖的星球紧急情况以及对于它我们能 做什么"的关于温室效应的书，也表达这样的关注并且提供其他关于
地球大气中上升的C02水平的严重性的数据。
緩解温室效应的 一种想法是在如废弃的石油或天然气田这样的 位置的地下永久储存C02。美国专利号7,043,920说明这样的方法，其 说明从燃烧气体收集C02以及压缩C02以将气体输送到陆相地层的方 法；这样的地层包括海洋、深地下蓄水层以及多孔的地质组成 (geological formation),例如用于储存的废弃或部分废弃的石油和天 然气地层、盐洞、疏洞以及硫丘等。
也说明在地下储集地中储存C02的想法的是美国专利 No.6,668,554 (，554) 。 ，554公开了 C02可在深的岩层中储存来对付 全球变暖的问题。
另一个例子在美国专利No.6，609,895 (，895 )中看到，其公开了 抽运密相气体特别是C02到石油或天然气储集地中的方法。，895也公 开了为储存将GHG抽送到储集地或水下。
另一个例子在美国专利No.6,598,407中看到，其公开了将032转 换成液体C02流、C02水合物以及比在至少700 - 1500米范围内的深 度的海水具有更高密度的水的方法。当在700 - 1500米范围内的海洋 深度释放时，混合物下沉到底部并且变得更加稳定，并减少自由C02 气体在海水中的有害影响。该方法允许C02的有效以及永久储存。相关的想法在美国专利号5，685，362 (，362)中公开，其公开了涉 及抽运水进入热干岩储集地的发电的方法。在电力使用的非高峰 期，，362公开了水可以储存在储集地中以后续使用，利用储集地的弹 性的优势由该可接着再次使用的水来发电。
在从2001年2月1日Paul Preuss的科学脉动的文章中报道美国 能源部已经开始一项称为GEO-SEQ的计划，其致力于在废弃天然气 田、不可开采的煤床以及深的卣水填充的地层中隔离C02。
在从2001年6月5日AnnaSalleh发表的题为"迫使0)2进入地 下'不可持续，"的科学文章中的新闻中，才艮道在澳大利亚绿色和平 组织正在调查温室气体地下储存的可能性，其具有在全球温室气体排 放中产生明显差异的潜力。然而，他也指出这是带有不确定的长期利 益的高代价选择。
2002年9月17日M2通讯发表的在C02e.com上可以获得一篇文 章报道英国对减少温室气体的新的调查包括二氧化碳捕获和储存的 研究。该方法涉及在北海废弃的石油或天然气井中储存气体。该研究 致力于开发执行这种操作的技术，这种操作的法律问题，以及经济成 本。能源部部长Brain Wilson也表示抽运C02进入石油田实际上可以 增加可开采的石油量。
由工程物理和科学研究委员会给予伦敦帝国学院的题为"JEFI: 英国碳捕获和储存一体化"的拨款说明关于在lkm或更深的深度钻进 特殊钻孔以在多孔储集层岩中储存C02的研究，例如顶部带有较少透 水岩的密封层的砂岩等。或者，也讨论在包含卣水的近海蓄水层中储 存C02。被授予者打算研究在这些蓄水层中储存C02的可行性，泄漏 发生的可能性，以及对海洋生态系统的影响。
另 一项由工程物理和科学研究委员会给予诺丁汉大学的题为"开 发用于C02的捕获的有效吸附技术"的拨款说明以找到从发电厂生成 物中捕获C02气体的更加经济的方法为目的的研究。该大学目前正在 探究使用由多孔结构的稳定聚合物制成的固体来困住C02气体以便它们可被捕获和之后储存的想法。该聚合物使用称作'纳米制造，技术 形成以使聚合物形成特制的孔结构。
目前，广泛研究沉积层作为GHG储存的可能位置，因为已知它 们天然地展现出多孔性以及渗透性其是储存储集地的必要条件。然而 已知很多关于沉积层，其中大部分知识关于可包含在该地层内的石 油、天然气以及水的生产和捕获。GHG的永久性储存不仅要求多孔性 和渗透性，而且也要求该地层可有效密封从而阻止(302或GHG从该 地层的任何泄漏。这个密封是必要的；任何泄漏都将使实行这样的努 力的益处无效。
一般认为岩层M性的，意味着当受到机械或液压的压力时以脆 性断裂方式作出反应。沉积层也不例外并且被看作脆性地层，因此它 们易受到构造压力的影响，其机械地产生断层和断裂的(既在过去也 在将来)。沉积层的这些脆性破坏方面提供产生泄漏以及GHG从沉 积层系统中渗出的可能性。这意味着找到具有必要的多孔性、渗透性 以及不漏的密封系统的沉积层是很困难的；很少的地点具有认为作为 用于永久C02和GHG储存的可行储集地的所有必需的方面。此外， 由于这些沉积层的脆性，由石油和天然气的移除导致的任何将来的构 造作用力、下沉力，或者由流体注入导致的断裂可对储集地的条件以 及特别地储集地的密封机制造成不利影响。
本发明的 一个目的是提供可以储存大量C02而没有沉积岩层潜在 缺点的地下储存储集地。该储集地应该位于获得足以确保储集地被液 压密封的温度和压力组合所必须的最浅深度。

发明内容
本发明涉及在能够长期储存而没有泄漏的风险的地下人工形成 的储集地(reservoir)中储存GHG的系统和方法。更加具体地，本发 明的一个实施例涉及非旋转机械钻进方法的使用，例如颗粒喷射钻进
等，以形成深的钻孔，其提供为了形成能够储存大量C02的人工储集地而能够液压断裂的结晶岩层的改良通路。优选地，岩层位于获得足 以确保足够的岩石塑性的温度和压力组合所必须的最浅深度，从而能 够在密封的液压储集地中包含储集地流体。此外，这样的储集地条件
将为如C02等的GHG提供超临界的流体条件，导致能够注入、扩散 以及储存大量GHG。
在全球周围许多地点特定的位置发现可渗透的地质层，并且其是
在其中储存C02气体的位置的一种可能。已经确定用于C02隔离的地
下储集地规格，并且一般存在非常少的满足永久性储存规格的可渗透 地质位置。这是因为不仅必须有一定的多孔性和渗透性特征，而且必 须在储集地周围有永久的密封性以确保GHG不再泄漏到表面并且逃 逸进入大气中。目前正在评估各种地层和位置。最可能的适合的地下 层、沉积层最乐观地看会具有区域特征，其使得预测它们用于储存的 具体适合性非常困难。在这些地层中储存GHG的结果在注入GHG的 花费后的多年内可能不可知，并且这提出重大的风险，其不仅来自储 集地密封泄漏，还来自即使一旦适合的地层已经定位和测试过，它与 GHG捕获的源的接近度可使得运送GHG到储存地点是不经济的事 实。
本发明的 一个实施例提供在世界大部分所有区域、在深的结晶岩 层中可获得的用于C02储存的位置，其中可以生成防漏人工储集地。 这样的地层是典型前寒武纪岩，其在全球几乎所有地方可以找到，并 且一般位于比沉积地质层更深的位置。这些在结晶岩层的深人工储集 地由于几个原因是有益的。首先，这些位于深处的结晶岩层由于热效 应以及地层节理的存在是相对塑性的，其可被扩张以接收大量的C02 而不用担心C02泄漏到地球表面。通过在结晶岩层中施加人工液压的 储集地已经在各种热干岩实验操作中证实。非常深的井的另 一个益处 包括GHG的超临界流体条件的存在，从而有效地给予对所形成的储 集地的低粘度扩散性。


对本发明的方法以及装置的更加全面的理解可通过当与附图结
合采用时参考下列详细说明获得，附图其中
图1是用于在结晶岩层中地下储存C02的例子系统的图解视图； 图2是用于在具有桥塞(bridge plug)以及桥墩帽(bridge cap)
的结晶岩层中在适当位置地下储存C02的例子系统的图解视图。
图3是在多个土制地层中井孔(wellbore)的钻进的图解示意以及
图4是本发明的原理的一个实施例的流程图。
图5a是颗粒喷射钻头组件的等比例图。
图5b是图6a的颗粒喷射钻头组件的分解图。
图5c是图5a的颗粒喷射钻头组件的轴向剖视图。
图5d是图6a的颗粒喷射钻头组件的顶视图。
图5e是图6a的颗粒喷射钻头组件的正视图。
图5f是图6a的颗粒喷射钻头组件的端视图。
图6a是井孔的下端和颗粒喷射钻头组件的横截面图，提供浆体流 通过钻杆(drill pipe)和头部并且通过近头部井孔环形区域的部分图 示。
图6b示出当在井孔中钻进时使用侧喷嘴的动作的期望结果。
图6c示出使用侧喷嘴以用于调节井孔的动作。
图6d示出从颗粒喷射钻头涌出的锥形切割喷射流的部分切割动作。
具体实施例方式
本发明的各种实施例现在将参考附图更加详尽地说明。然而本发 明可用许多不同的形式实施，并且不应解释为限制于这里阐述的实施例。
当使用旋转机械钻进系统时，钻进深的井孔(well bore)已经证明是过于昂贵的。因此，申请人提出这些深储集地系统必需通过非旋 转机械钻进方法到达(如果它们是经济上可行)。 一个在结晶岩层中
经济地产生深的储存储集地的这样的方法是，用上文引用的，648申请 中更详尽地说明的颗粒喷射钻进方法来钻井孔。本发明方法的新颖在 于两个方面。第一以及主要的新颖方面是在不易发生如沉积层同等程 度的脆性断裂的液压分离储集地(可靠的容纳地)中储存GHG。这个 条件要求岩层位于要获得足以确保形成密封液压储集地所必须的岩 石塑性的温度和压力组合所必须的最浅深度。通过例子的方式，这样 的代表性的温度对于方解石层是约25(TC,对于石英层300。C,以及 对于长石层50(TC。在这些高温和高压中，结晶岩层具有阈值塑性， 其使得能够形成液压密封储集地。在低温和低压中，岩层会以不可预 测的方式断裂而具有GHG随着时间从储集地向表面泄漏的风险。第 二新颖方面涉及形成储集地井的方法。在必要的温度下形成储集地通 常要求井孔比使用常规方法能够经济地钻出的深很多。最经济的钻进 方法是非常规旋转机械钻进方法如颗粒喷射钻进等。
本发明方法的益处是非旋转机械钻进方法的使用，特别是颗粒喷 射钻进，提供为了永久储存GHG而钻深的井孔的经济的方法。非旋 转^L械钻进的经济性允许储集地能在几乎任何地方形成。具体地，它 允许储集地位于GHG的捕获源附近，其使得气体运送到储集地更加 经济。此外，深储集地能够容纳大量的GHG，由于大范围的浮盖层
(overburden )以及周围岩石的相对塑性而没有向地面泄漏的风险。 此外，存在于深储集地中的有助于超临界流体条件的形成的原位(situ) 地层(formation)温度在一些较浅的沉积层中没有。(302在31.1。C的 温度和1059 PSI下达到超临界条件。这相当于2,650英尺的位势深度
(potential depth)。因此，相对浅的沉积层为特别是(302形成达到超 临界条件的条件。这是一个相变点，并且增加的温度和压力根据温度 与压力的比例继续对C O 2产生物理效应。
与沉积岩层相比，伸展到地幔的前寒武纪和哈登结晶岩层， 一般不具有如它们位于其之下的上部沉积岩层相同的相对天然多孔性及
渗透性。由于对石油和天然气的不断寻求，沉积层已经被广泛地勘揮: 和研究，并且对这些沉积层有大量的了解。相反的，在这些沉积层下 部进行相对少的钻进，因此对结晶岩层的了解少得多。旋转机械钻进 的成本随深度增加而成指数增长的事实进一 步加强了关于钻进结晶 岩层可获得的相对更少的信息。另外，结晶岩层是非常硬和有磨蚀作 用的，其进一步增加用旋转机械钻进法在这些类型的岩层上钻进的成 本。
结晶岩层当受压时也易于遭受脆性破坏方式。然而，如果包含结 晶岩层的花岗岩处于加热状态，会发生破坏方式的改变并且从脆性断 裂转为塑性破坏的方式。为理解能够开采来自结晶岩的热而开展的研 究已经确定，结晶岩具有天然形成的节理(在地壳冷却时产生)，其 随着时间推移已经化学结合。这些节理在液压应力下扩张以形成互连
的扩张的节理的集成基质(matrix)。这种新近形成的扩张节理的基 质产生足以允许流体进入并且通过储集地的人工的多孔性及渗透性， 使储集地能够将热传到经过的流体，因此起热交换器的作用。此外， 已经确定结晶岩层在足够的温度和压力下转变成应力状态断裂方式， 其随着温度增加逐渐从脆性断裂方式向塑性断裂方式转变。由于处于 这些加热的条件这是显著的，即可以产生有效的液压容纳地，其具有 多孔性、渗透性以及有效的储集地体密封的性质。再次，通过例子的 方式，这样的代表性温度可以在对于方解石250°C,对石英石30(TC, 以及对于长石500。C的范围内。另外，在这些条件下，GHG和C02 可以在超临界流体条件下注入人工储集地，凭此C02具有液体的密度 但是具有像流体的气体黏性。深度(流体静压头)与温度的组合为注 入的GHG或C02产生超临界流体条件，其允许气体在最小的压力下 注入还在储集地系统中提供最大的扩散率。
非旋转机械钻进方法例如颗粒喷射钻进、大功率脉冲激光钻进、 热爆裂(thermal spallation)钻进技术或者其的组合的利用，能够使钻进的成本与深度呈线性关系，即使进入在很大的深度的硬的有磨蚀作 用的结晶岩层。非旋转机械钻进技术的使用允许成本有效的钻进到到 达具有形成储存储集地所必需的特征的结晶岩层所必需的深度。这些 特性包括多孔性、渗透性，和形成液压密封足够的温度和压力。假定 形成这些永久隔离储存储集地所必需的结晶岩层确实在地面下方到
处发现，在邻近捕获气体的源的位置提供GHG和C02隔离储集地的 能力提供超过使用沉积层的相当大的优势，使用沉积层可要求大规模 的管道构建来运送气体到储集地。
首先参考图1,示出本发明的总体配置。存在地下地层的顺序， 其粗略分类为沉积层和结晶类型岩层。 一般沉积层更接近于表面17， 并且一般覆盖在深的结晶地层13上。沉积岩层由例如页岩16、砂岩 15、和石灰岩14以及它们的各种中间类型的岩层的层的子群组成。
套管井孔(cased well bore) 7位于与GHG捕获装置1紧密接近 的地方。利用颗粒喷射钻进方法从地面17钻进套管井孔7，穿过沉积 层16、 15和14进入前寒武纪结晶岩层13，到达获得足以提供从不可 接受的脆性破坏方式水平到可接受的塑性破坏方式的转变的温度和 压力组合所必需的最浅深度， 一般认为是至少25(TC的温度。井孔7 被装入套管并且储集地9通过任何方法形成，其会提供GHG储存必 需的多孔性及渗透性。这样的产生人工储集地9的方法可以包含，但 不局限于流体注入，用以液压扩张地层内存在的节理，例如在热干岩 (Hot Dry Rock)储集地产生方法中所使用的以从地下常规的或者热 核爆炸产生的高能脉沖应力断裂力。人工储集地9一旦产生，储集地 形成流体可以通过减少井口和/或流体静压力和允许弹性应力储存在 人工储集地中并且在储集地形成过程中产生以促使工作流体从井孔 排出而移除。此外，通过降低流体静压力，工作流体可以由于高的储 集地温度而快速转变为低密度气态形式，并且从井孔逸出。注射头5 安装在与井孔管套7相连的井口 6上。
捕获例如C02等的GHG的装置由1表示。捕获的GHG产物可以例如来自例如用于发电的煤的燃烧等的过程，或者来自通过电解其释
放出C02的氢的产物。C02通过管线2收集并且通过管道2用管输送 到泵3,其将C02加压到将C02注入井口注射口 5并且通过井口 6进 入并且通过套管井孔7、通过井口套管7的远端8进入结晶储集地9 所必需的压力水平。GHG在井口 6和井孔7的远端8之间的某处处于 超临界流体条件，取决于流体类型、储集地9的深度、土制地层的温 度梯度以及结晶岩层13的温度。
当GHG注入储集地9，储集地将继续以阶段生长，容积随时间逐 渐增加。这是由于GHG的扩散以及由温度吸收而发生的膨胀和如储 集地扩大的容积10、 11及12指出的GHG流体的附加体积的注入。
图2示出一旦足够的GHG已经储存在各个储集地9、 10、 11及 12时，隔离储集地完成。当完成时，井用可钻进的永久的桥塞20和 置于永久性桥塞20顶部的水泥柱19的任何组合塞住。井口用井口盖 18盖住。这个完成的系统提供在隔离储集地中永久地并且安全地储存 GHG的能力，同时也提供如果确定将来利用GHG而重新进入井孔并 且钻出水泥以及桥塞而取得GHG的能力。这种将来使用可以是化学 处理GHG成为可用的终端产品，例如在高压和高温下，用镍催化剂 混合C02和H2生成曱烷和水的Sabatier工艺，或者利用储集地环境产 生化学过程。
当说明如这里所示阐述的钻孔产生技术时，提出下述讨论为了特 异性的目的。钻孔利用钻进的PJD方法产生。众所周知，在前寒武纪 岩中使用 一般的旋转机械土制地层钻进方法钻大直径的深井孔是过 于昂贵的。穿透的低速率以及与前寒武纪岩的旋转机械钻进相关联的 高成本是钻到这样的深度的禁止性原因。颗粒喷射钻进(PJD)技术 和方法的使用提供增加穿透速率以及减少在各种地层上钻进的成本 的方法，特别是在结晶岩层中。这个效率的增加允许在形成地下储存 储集地中必需的深井孔的形成。》之及很的^w开且a "孑见W UhlU隔离广泛
发展必不可少的。特别地，pjd提供经济钻进大直径、非常深的注入
以及用于hdr生产目的的生产井孔的方法。这种具体的井孔几何结 构，与pjd技术联合使用，对产生用于以穿透速率性能的目的的最佳 水平操作pjd技术的环境是独一无二的。
现在参考图3，示出在多个土制地层中钻进井孔的图解示意图。 在由井架的图解图示表示的井口 400处，第一土制地层404由井孔402
引用的颗粒喷射辅助旋转机械钻进(pjarmd)的常规机械钻头。在 更低的土制地层406中图解表示的是钻头414，其可与钻头412相同 或者类似，但是可根据本发明的原理变化，取决于在土制部分406中 发现的土制结构的类型。同样地，土制部分408是井孔402的延续部 分，并且图解地示出钻头416，其可是根据本发明原理不同的方法， 取决于在土制地层408中涉及的结构类型。最终，土制地层410图解 表示为前寒武纪和/或冥古代结晶岩，其中示出钻孔部分430通过在钻 进工具418中得到的液压钻进方法穿透，其可包含根据本发明的原理 的pjd以用于穿透前寒武纪或者冥古代结晶岩层以通入并且在井孔内
料以及卸料。
现在参考图4，那里示出本发明的原理的一个实施例的流程图。 在这个特定的流程图中，清楚地阐述并且示出上文说明的方法，其中 步骤501包括根据本发明原理的钻孔钻进系统的建立。步骤503说明 用pjarmd方法钻进第一钻孔部分。这个方法^4居图4所示的土制地 层的特定类型可改变。
仍然参考图4，步骤505表示钻孔到达前寒武纪或冥古代结晶岩 层，其中使用的钻头类型可根据本发明的原理变化。步骤507说明用 液压钻进方法穿过前寒武纪或冥古代结晶岩层钻进第二更低的钻孔 部分。步骤509说明hdr的液压断裂以产生扩张节理的裂缝云。步骤513说明在裂缝云中储存GHG。
应当特别注意图3和图4从上文引用的之前2006年6月1日提 交的美国临时专利申请序列No.10/581，648以名字采用。在648申请 中，图3和图4对照为图7和图8，其中做出某些改进，更加特别地 涉及如在本申请中使用的母申请的技术。
图5和图6更加详细地讨论在PJD中使用的头部组件的结构和揭: 作。该装置的详尽讨论可以在这里的命名的发明人的于2007年5月 16日提交的题为"颗粒喷射钻进方法和装置"的美国临时专利申请 No.: 60/930403中找到并且通过引用包含于此。
图5a示出喷射头组件800的一个实施例的等比例图。图6b示出 本发明的喷射头组件800的部件的分解图。喷射头外壳801容纳定子 外壳802，其容纳定子803。定子803形成有沿定子的外表面轴向延 伸的定子通道620。回旋流扶正器(centralizer)和稳定器814从定子 803的远端延伸。定子803的杆建有凹陷的轮廓813，其允许取回工 具(没有示出)闩锁在定子组件上以用于移除。定子803永久地结合 到定子外壳802上。定子外壳802可移除地闩锁(闩没有示出)到喷 射头外壳801。在定子外壳802中提供典型端口 804和805以允许流 体从定子组件的内部通过在喷射头外壳801中对应的典型端口 806和 807循环。喷嘴809和喷嘴保持器808是典型的喷嘴用的，并且保持 住所有由流体端口 806和807为代表的径向间隔的流体端口并且在图 5b中在它们的安装位置示出。
图5c示出沿着图5d的截面线AA的横截图。由喷嘴809以及喷 嘴保持器808为代表的喷嘴在喷射头外壳801内的适当位置示出。定 子803和定子外壳802在喷射头外壳801内的适当位置。表面814和 810形成第一内腔，用于给予旋转运动给通过定子组件的这个部分的 流体。表面812和814形成第二内部圓柱形涡流腔，用于旋转浆团的 稳定。定子外壳802的内表面形成出口孔811，其中通过圆柱形涡流 稳定室的流体通过出口孔811流出。出口孔811区域提供旋转浆团的离心力在直切线上释》文形成扩大的圓锥形喷射形式的区域。图5e示出 喷射头801以及钻杆200的侧视图。图5f示出喷射头801的端视图。 图5d示出可见有截面截线AA的喷射头801的端视图。
图6a示出井孔的下面部分的横截面，示出通过水泥护层(cement sheath) 721粘结进地层708的井孔套管720的一个实施例。显示改进 的井孔壁表面871靠近地层708的没有受影响的地层670。显示井孔 壁874由切割射流630的切割动作形成。显示自然断裂711邻近改进 的井孔871。显示钻杆200的一部分和喷射头组件800的横截面图。 显示包含沖击粒335的加压钻进流体380的循环，流经钻杆200的内 部，通过定子叶片620，其中给予旋转动作给加压钻进流体380。显 示加压钻进流体380流经较低的定子外壳802并且随后通过图5c中的 出口孔811。在图5c的出口孔内，加压钻进流体380形成扩大的锥形 切割射流630，其切割动作切割地层708形成井底形式732。圆锥射 流630的切割动作切割地层面730产生地层岩屑259,其混于钻进流 体中用于作为返回钻进流体浆255沿喷射头体802、钻杆200的外部 和井孔壁874和套管720的内部壁722之间的环形空间向上输送。包 含冲击粒以及地层岩屑的返回钻进流体浆255为了清楚的目的仅在井 孔环状空间的 一侧向上流的横截面上显示。
图6b示出扩大的锥形切割射流630流入再进入的环型流体体系 832的动作的影响。包含冲击粒335的流体射流630切割图6d的地层 面730并且运送地层岩屑259进入再进入的环型流832，其中钻进流 体、冲击粒335以及地层岩屑259和733持续切割地层形成面832。 地层岩屑259和冲击粒335在环型流832中循环持续切割地层并且最 终被迫离开环型流832在井孔环状空间内循环向上到钻机的地面设备 进行处理。
图6c示出环形侧射流861冲击井孔壁874,其中井孔壁874通过 冲击粒冲击井孔壁的喷射动作改进。改进的井孔壁871形成由致密的 地层材料872薄层构成的新的井孔壁。地层区域670是地层708的未受影响的近井孔区域。
图6d示出自然地层裂缝711，其已经通过侧向射流861的动作和 改进的地层材料872密封，以将裂缝711的内部路径从井孔和在井孔 708内的钻进流体255隔离。
应该特别注意图5和图6以名字，从上文参考的之前2007年5 月16日提交的美国临时专利申请序列号60/930,403的采用。在403 申请中，，图5 (a-e)和图6 (a-d)对照为图5 (a-e)、图6 (a-d) 其中做出某些改动，更加特别地涉及如在本申请中使用的母申请的技 术。
之前详细的说明是本发明的实施例。本发明的范围不应必定地被 这个说明限定。
权利要求
1.一种在地下、人工形成的、安全的、液压隔离的储集地中储存温室气体的方法，所述方法包括提供钻进系统用于形成钻孔；利用所述钻进系统形成所述钻孔；继续所述钻孔进入岩层的形成，所述岩层位于获得足以形成液压密封储集地的温度和压力的组合所必须的最浅深度；在所述岩层内形成其中能够储存温室气体的人工储集地；以及在所述人工形成的储集地中储存所述温室气体。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述钻进系统包括旋转机械钻进。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述钻进系统包括非旋转机械钻进系统。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述非旋转机械钻进系统包括颗粒喷射钻进系统。
5. 如权利要求3所述的方法，其中所述非旋转机械钻进系统包括脉冲激光钻进系统。
6. 如权利要求3所述的方法，其中所述非旋转机械钻进系统包括热爆裂系统。
7. 如权利要求1所述的方法，其中形成所述人工1诸集地包括液压断裂所述岩层，所述岩层具有多个存在的节理。
8. 如权利要求14所述的方法，其中液压断裂所述岩层包括用流体扩张所述存在的节理。
9. 如权利要求l所述的方法，其中储存所述温室气体包括将所述温室气体注入所述储集地；塞4主所述钻孔；以及对所述钻孔的近端加上井口盖。
10. 如权利要求9所述的方法，其中塞住所述钻孔包括将可钻孔的永久的桥塞插入所述钻孔。
11. 如权利要求9所述的方法，其中塞住所述钻孔包括在所述钻孔内^:置水泥柱。
12. 如权利要求9所述的方法，并且还包括取回所述温室气体以随后使用的步骤。
13. 如权利要求l所述的方法，其中所述温室气体是(302。
14. 如权利要求l所述的方法，其中所述岩层包括250。C的温度。
15. 如权利要求l所述的方法，其中所述岩层包括300。C的温度。
16. 如权利要求1所述的方法，其中所述岩层包括500。C和以上的温度。
17. —种用于在地下、人工形成的、安全的、液压隔离的储集地中储存温室气体的系统，所述系统包括适用于捕获所述温室气体的装置；在多个岩层内设置的储集地，所述岩层位于获得足以确保所述储集地被液压密封的温度和压力组合所必须的最浅深度；井，所述井具有与所述储集地可流通地4关-接的远端，和近端，喷射头连接到所述近端；以及管道，其可流通地联接所述适用于捕获所述温室气体的装置和所述喷射头。
18. 如权利要求17所述的系统，其中所述温室气体是C02。
19. 如权利要求17所述的系统，其中所述井使用旋转机械钻进系统来形成。
20. 如权利要求17所述的系统，其中所述井使用非旋转机械钻进系统来形成。
21. 如权利要求20所述的系统，其中所述非旋转机械钻进系统包括颗粒喷射钻进系统。
22. 如权利要求21所述的系统，其中所述颗粒喷射钻进系统还包括钻头组件，所述钻头组件包括喷射头外壳；可移动地设置在所述喷射头外壳内的定子外壳；以及设置在所迷定子外壳内并且与其刚性连接的定子，所述定子包括多个轴向地设置在所述定子的表面上的定子通道。
23. 如权利要求21所述的系统，其中所述非旋转机械钻进系统包括脉沖激光钻进系统。
24. 如权利要求21所述的系统，其中所述非旋转机械钻进系统包括热爆裂系统。
25. 如权利要求17所述的系统，其中形成所述人工储集地包括液压断裂所述岩层，所述岩层具有多个存在的节理。
26. 如权利要求25所述的系统，其中液压断裂所述岩层包括用流体扩张所述存在的节理。
27. 如权利要求17所述的系统，其中储存所述温室气体包括将所述温室气体注入所述储集地；塞住所述钻孔；以及对所述钻孔的近端加上井口盖。
28. 如权利要求27所述的系统，其中塞住所述钻孔包括将可钻孔的永久的桥塞插入所述钻孔。
29. 如权利要求27所述的系统，其中塞住所述钻孔包括在所述钻孔内放置水泥柱。
30. —种在安全的液压隔离的储集地中储存温室气体的方法，所述方法包括步骤找出适合用于所述温室气体的储存的地下岩层，所述地层位于获得足以形成液压密封人工储集地的温度和压力组合所必须的最浅深度；形成井孔，所述井孔在所述岩层中终止；在所述岩层内形成所述人工储集地；以及将所述温室气体注入所述人工储集地。
31. 如权利要求30所述的方法，其中形成所述井孔包括旋转枳j械钻进。
32. 如权利要求30所述的方法，其中形成所述井孔包括非旋转机械钻进系统。
33. 如权利要求32所述的方法，其中所述非旋转机械钻进系统包括颗粒喷射钻进系统。
34. 如权利要求32所述的方法，其中所述非旋转机械钻进系统包括热爆裂系统。
35. 如权利要求30所述的方法，其中形成所述人工储集地包括液压断裂所述岩层，所述岩层具有多个存在的节理。
36. 如权利要求35所述的方法，其中液压断裂所述岩层包括用流体扩张所述存在的节理。
37. 如权利要求30所述的方法，其中储存所述温室气体包括将所述温室气体注入所述储集地；塞住所述钻孔；以及对所述钻孔的近端加上井口盖。
38. 如权利要求37所述的方法，其中塞住所述钻孔包括将可钻孔的永久的桥塞插入所述钻孔。
39. 如权利要求37所述的方法，其中塞住所述钻孔包括在所述钻孔内放置水泥柱。
40. 如权利要求37所述的方法，并且还包括取回所述温室气体以随后使用的步骤。
41. 如权利要求37所述的方法，其中所述温室气体是C02。
42. —种形成安全的、液压隔离储集地的方法，所述方法包括形成井孔；在获得足以液压密封内部储集地的温度和压力组合所必须的最浅深度形成所述内部储集地，所述内部储集地与所述井孔可流通地相连；通过所述井孔将气体注入所述内部储集地；以及以确保所述内部储集地整体性的方式塞住所述井孔。
43. 如权利要求42所述的方法，其中形成所述井孔包括旋转机械钻进系统。
44. 如权利要求42所述的方法，其中形成所述井孔包括非旋转才几才成钻进系统。
45. 如权利要求44所述的方法，其中所述非旋转机械钻进系统包括颗粒喷射钻进系统。
46. 如权利要求44所述的方法，其中所述非旋转机械钻进系统包括脉冲激光钻进系统。
47. 如权利要求44所述的方法，其中所述非旋转机械钻进系统包括热爆裂系统。
48. 如权利要求42所述的方法，其中形成所述人工储集地包括液压断裂所述岩层，所述岩层具有多个存在的节理。
49. 如权利要求48所述的方法，其中液压断裂所述岩层包括用流体扩张所述存在的节理。
50. 如权利要求42所述的方法，其中所述气体是温室气体。
51. 如权利要求42所述的方法，其中所述气体是C02。
52. 如权利要求42所述的方法，其中注入所述气体包括用高压泵注入所述气体。
53. 如权利要求42所述的方法，其中塞住所述钻孔包括将可钻孔的永久的桥塞插入所述钻孔。
54. 如权利要求42所述的方法，其中塞住所述钻孔包括在所述钻孔内放置水泥柱。
55. 如权利要求42所述的方法，以及还包括取回所述温室气体以随后使用的步骤。
全文摘要
一种用于在位于获得足以确保储集地被液压密封和隔离的温度和压力组合所必须的最浅深度的岩石的地下储集地中储存温室气体特别地CO₂的系统和方法。利用颗粒喷射钻进以提供钻进必需的深井孔以达到深的岩层的经济的工艺。地下储集地通过在岩层中液压扩张存在的节理而形成。
文档编号B65G5/00GK101541650SQ200780040798
公开日2009年9月23日 申请日期2007年8月31日 优先权日2006年9月1日
发明者H·B·柯莱特 申请人:特拉瓦特控股公司