专利名称：自密封方法
技术领域：
本发明涉及用于密封容器诸如储藏储层以免流体泄漏的方法。其特别适合于密封 地质储层和地层以免超临界流体泄漏。
背景技术：
本发明是在不需要外部干预的条件下自动判断和密封来自容器诸如储藏储层，特 别是地质储层和地层的已知和未知泄漏的方法。因此，本发明可以应用于判断和密封来自地质储层的，包括碳氢化合物储层和蓄 水层的二氧化碳(CO2)泄漏，且因此特别适用于环境、石油工程和CO2储藏领域。流体从容器的泄漏，由于其可以引起的经济损失、环境破坏以及对健康和安全的 危害，是许多工业中的主要关注的问题。在考虑储藏大量有害流体的情形中，由此导致的潜 在损失或危害增加。因此需要具有用于检测泄漏和用于密封可能发生的任何泄漏的方法。特别是当容 器难以接近以便检查或仅是因为对于持续或甚至定期监测而言太大，例如地下地质地层的 情形中更加需要。提议通过多种技术的CO2捕获和隔离(储藏)作为减少该气体在大气中的量的手 段，从而抗击全球变暖。形成当前CO2减量策略的主要部分是大量CO2通过其注入进入并储 藏在地表下储层中的长期安全储藏，或“地质隔离”。CO2隔离的适当地质目标通常是含盐水地层(含有非饮用水的那些)，和成熟或废 弃的油储层和气储层。然而，存在关于这些方面的主要关注，即这些地质地表下储层中的密封完整性，以 及因此注入的CO2从将其注入的储层潜在泄漏进入相邻可渗透地层，或进入大气。这样的泄漏由于许多原因而受到关注，但是主要因为它可以污染现存的能源、矿 物、和/或地下水资源，在地表引起危害，并会促进增加大气中的CO2浓度。判断和密封储藏储层泄漏，特别是CO2从地质储层的泄漏，受到许多工业和政府以 及公众的重要关注。即使很小但持续的泄漏也是不希望的，因为它会导致气体返回大气，从而使储藏 的目标失败。相似的考虑适用在储藏大量其他流体的情形中。关于地质储藏的CO2的2种主要潜在泄漏途径是，第一种，注入的CO2经由天然途 径诸如地质地层中的断层和裂缝(已知和未知的)泄漏，和第二种，注入的CO2经由不适当 地水泥充填的现存或废弃井泄漏。在实践中，确定这些潜在的泄漏位置和执行有效的修缮存在地质隔离和储藏中所 涉及的那些巨大问题。在地质隔离CO2中，冠岩可以提供低渗透性和能够防止CO2向上移动的毛细管屏 障。然而，在一些情形中，冠岩内可能存在未检测到的断层、裂缝或砂岩夹层，或CO2可能散 布到预期的储藏地层外并由此散布到冠岩周围。如果CO2烟流遇到可渗透的断层或裂缝， 或在冠岩周围渗透，则它可以朝向地表泄漏。
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另一种潜在的泄漏情形应用于井，典型地现存的或废弃的油井或气井。现存井内 的可能泄漏途径可以包括沿岩石-水泥界面，沿套管-水泥界面，和经由退化物质的优先流 动途径。此外，虽然完整的井水泥具有非常低的渗透性(数量级为10_20m2/10_5毫达西)， 且因此是完井中使用的优良材料，但是井材料总体上的总渗透性对其构造的相对小的变化
非常敏感。例如，薄，比如1毫米的水泥变质区，以及变质区内非常大的渗透性，或与水泥与 岩石或套管的不良结合有关的环空，可以导致很大的有效渗透，条件是环形开口是沿井连 续的。渗透性值对小规模不规则性的极端灵敏性，外加成熟碳氢化合物储层中典型存在 的大量井，提供来自基于井的CO2隔离的高度泄漏可能性。已经提示了四种基本方法，以终止CO2从储层中泄漏(1)降低储藏储层中的压力。然而，这不是一项简单的工作，且涉及从储层中除去 CO2,由此产生CO2处置要求，并消除了地质隔离的最初目标。(2)在其泄漏到储藏结构外之前拦截和抽取来自储层的CO2烟流。然而，这需要关 于烟流位置的精确信息，并且还需要使用抽取烟流的技术和设备。同样面对清除要求，从而 消除了地质隔离的最初目标。(3)在0)2泄漏进入另一个岩层的情形中，在发生泄漏进入的岩层中诱导较大的压 力。然而，这是一项复杂的工作，因为需要关于特定靶区域、流体量和类型的信息和精确的 监测程序。(4)在具有已知和可接近位置，例如井内的泄漏的情形中，用低渗透性材料，例如 水泥堵漏，由此终止泄漏到储藏地层外。然而，这也需要关于待用材料的类型和量，以及关 于特定靶区域的精确信息。由于全部上述现有预防泄漏方法在执行任何相应的修缮工作之前，首先需要关于 泄漏的类型、程度和位置的信息，因此，通常需要关于来自地层的注入CO2的潜在泄漏分析， 和关于所提议的预防方法可行性的评估。在该分析中，应该确定注入的CO2经由天然途径，诸如断层和裂缝，和/或经由不 适当地废弃或水泥充填的井泄漏的优先流路。可能需要真实的地质图片。这伴随高度不确 定性，从而使得确定泄漏靶区域的工作非常困难，即使可能。还可能需要精确广泛的监测程 序来检测现存的优先泄漏流路和/或检测变质范围。这两项均需要复杂的和特殊设计的装 置、设置和程序。当泄漏发生时，当其被检测时，以及一旦足够精确定位靶区域后可以将密 封机构(如果根本可能)放置就位的时间点之间也存在巨大的延迟时间。本发明包括用于在CO2泄漏发生时和发生处有效终止来自地质储藏的CO2泄漏途 径的独特方法。
发明内容
本发明提供密封容器以免流体泄漏的方法，所述方法包括将溶质引入所述容器 内的流体中；其中所述溶质是这样选择的，以使得其在所述容器内当时的预期条件下可溶 于所述流体，且在所述流体在泄漏位点处经受的压力和/或温度降低时不可溶，由此所述
4溶质析出溶液并密封所述泄漏。溶质在泄漏位点处从流体中沉淀或结晶出来，形成密封阻塞物，这防止或至少减 少流体损失的延续。所述流体可以包括处于超临界流态的物质。处于超临界流态的物质可以是二氧化 碳(CO2)或主要包含CO2的混合物。所述富含CO2的混合物可以来源于燃烧过程并可以包 括废气、氮、硫、氧、氧化氮、氩和多种其他气体和杂质。本发明的方法可以与其他流体和超 临界流体，与为了适合所述流体及其储藏条件选择的溶质一起使用。所述容器可以是用于 在与容器外部处当前条件有关的压力下容纳一定量流体的任何类型的容器。当流体是超临 界CO2时，合适的天然容器诸如通常含有盐水、油或天然气的多孔地质地层是本发明方法的 主要靶标。本发明的方法在地质地层中储藏处于超临界流态的物质中发现特殊应用。处于其 超临界状态的物质可以对在其他相，诸如气相中不如此可溶的溶质表现出充分的溶解度。 所述伴随泄漏位点处压力下降而将发生的溶解度改变容许溶质沉淀或结晶，从而引起对泄 漏的密封。对于给定流体适当的溶质选择可以由在容器内或容器外预期的温度和压力下在 所述流体中的已知溶解度作出。如果不已知，可以使用简单的测试，以确定在给定压力和温 度下的溶解度，并且确定在如下所述模型系统中通过泄漏模拟验证的本发明的适用性。本发明的这样的方法，其中在不需要干预的条件下自动地检测和密封来自储藏储 层和装置，特别是含有超临界CO2 (富含CO2的混合物)的地质储藏储层，诸如碳氢化合物储 层或蓄水层的泄漏。泄漏密封过程在不需要确定泄漏精确或大体位置的条件下原位发生。这在使用地 质地层的情形中是一个优势，因为该容器很大且泄漏可以发生在广阔区域的任何位置。本方法对于超临界流体应用的适用性可以通过考虑所述流体的性质来理解。在压 力(P)和温度(T)的影响下，纯物质可以呈现物质的气态、液态、或固态，如图所示。纯物质的临界点(C)代表最大温度和压力，其中该物质的液相和蒸汽相平衡共 存。在该点(C)后，在更高温度和压力下，气相和液相具有相同密度并看起来像单相。认为物质在高于其临界点时是超临界的，更具体地，当其温度和压力处于高于其 临界温度(Tc)和临界压力(Pc)的状态时其含义更充分。下表1显示所选物质的临界压力 和临界温度。表 权利要求
密封容器以免流体泄漏的方法，所述方法包括将溶质引入至所述容器内的流体中；其中所述溶质是这样选择的，以使得其在所述容器内当时的预期条件下可溶于所述流体中，且在所述流体在泄漏部位处经受的压力和/或温度降低时不可溶，由此所述溶质析出溶液并密封所述泄漏。
2.根据权利要求1的方法，其中在所述流体引入至所述容器中之前将所述溶质溶解在 所述流体中。
3.根据权利要求1的方法，其中所述溶质溶解在与已经储藏在所述容器中的流体相同 的流体中并在检测到泄漏后将所述含有所述溶质的流体引入至所述容器中。
4.根据权利要求1的方法，其中所述溶质溶解在与已经储藏在所述容器中的流体不同 的流体中并在检测到泄漏后将所述含有所述溶质的不同流体引入至所述容器中。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述容器包括地质地层或储层。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述流体包括处于超临界流态的物质。
7.根据权利要求6的方法，其中所述流体是超临界CO2或主要包含CO2的混合物。
8.根据权利要求7的方法，其中所述溶质是碳氢化合物。
9.根据权利要求7的方法，其中所述溶质选自由萘、芴酮、瓜耳胶、3-羟基-4-甲氧基 苯甲酸、3-甲氧基苯甲酸、4-甲氧基苯甲酸、六羰钼、2，3，4，5_四氯酚、和香草醛组成的组。
10.根据权利要求7的方法，其中所述溶质是聚合物。
11.根据权利要求10的方法，其中所述溶质是含氟聚合物。全文摘要
密封容器以免流体泄漏的方法包括将溶质引入至所述容器中的流体中。所述溶质是这样选择的，以使其在所述容器内当时的预期条件下可溶于所述流体，且在所述流体在泄漏部位处经受的压力降低时不可溶。
文档编号B65G5/00GK101965303SQ200980106300
公开日2011年2月2日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年1月23日
发明者迈赫兰·索拉比·塞达, 马哈茂德·亚苗拉马迪 申请人:赫瑞-瓦特大学