咸水层储氢库注采系统及方法

1.本发明涉及氢气储气库技术领域，特别是涉及一种咸水层储氢库注采系统及方法。


背景技术：

2.基于目前全球气候变暖、碳中和要求迫在眉睫、能源供需关系紧张的形势，更全面高效地利用新能源是具有研究价值的课题。燃烧性能好、热值高、零碳排放等特性使氢气成为极具潜能的新型能源之一，氢气制取方式多样，如热化学、电解、生物质制氢或直接利用太阳能制氢等；通过构建氢气储气库，在耗能低峰季节储存制备的氢气，并在耗能高峰季节产出利用，是缓解季节性能源供需压力、降低碳排放的重要手段。
3.现阶段氢气储气库技术主要有三种，具体如下：
4.1.地下盐穴储气库：盐穴指的是地下盐矿挖掘后形成的人工矿坑，可建造在深达2000米的地下，存气量可达一百万方；这种储气库的封闭性强且不容易发生化学反应，但其缺点是力学稳定性受到盐穴深度的限制，且存气量远远小于衰竭油气藏与地下咸水层，比较适合于中短期、小体积的氢气储存。
5.2.衰竭油气藏：油气藏是一种含油气的地质圈闭，顶部覆盖着称为盖层的不渗透层，底部与边缘由含水层支撑，具有良好的密封性和完整性；商业开采结束后的油气藏被称为衰竭油气藏，由于在油气开采过程中会获取大量地质勘查资料，因此衰竭油气藏地质结构明确，有利于选择储气库的注采点。但利用衰竭油气藏储存氢气存在的主要问题是氢气容易与储层中残余的烃类化合物发生反应，从而影响采收氢气的纯度。
6.3.地下咸水层储气库：咸水层是指被咸水填充的地下多孔介质，与地下岩穴与衰竭油气藏相比，咸水层具有分布范围极广、储气量极大的特点，是储存氢气的理想选择。
7.现阶段咸水层储氢技术尚处于探索阶段，仅在英国、美国、法国等国家进行过少量尝试，其注采流程通常分为：
8.1.垫层气注入阶段：向咸水层中注入一定量的气体，在注气井周围建立气体富集区，在该阶段注入的气体被称为垫层气；
9.2.工作气注入阶段：向咸水层中注入所制备的氢气，在该阶段注入的氢气将在采气阶段进行采收，这部分气体被称为工作气；
10.3.关井阶段：所制备的工作气注入结束后，关闭注气井；
11.4.采气阶段：打开采气井，采收工作气。
12.现有的咸水层氢气储气库注采主要通过钻一口直井或水平井，向地下咸水层进行周期性的气体注采循环；这种向咸水层注气的方法广泛应用于天然气储气库、二氧化碳地质封存等工程应用。但是当构建氢气储气库时，由于氢气的密度特别低、扩散能力特别强，若仍采用单直井的气体注采方法，在氢气注入阶段结束后，注入的气体会迅速向储层上部运移，形成水平扩散范围大，但厚度较薄的氢气富集区。在采气阶段，由于氢气富集区的厚度较薄，容易导致地层原生水通过直井产出，造成氢气采收率低、储气库供气量不足的技术
难题。


技术实现要素：

13.本发明的目的是提供一种咸水层储氢库注采系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够降低采收氢气时的产水量，提高氢气采收率，改善储氢库供气能力。
14.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
15.本发明提供一种咸水层储氢库注采系统，包括：
16.注气井，所述注气井伸入咸水层的底部，以注入氢气；
17.采气井，所述采气井伸入所述咸水层的顶部，以采集氢气；
18.所述注气井与所述采气井通过所述咸水层连通。
19.优选的，所述注气井为水平注气井，所述水平注气井包括注气井竖直段和注气井水平段，所述注气井竖直段的顶端延伸至地表，所述注气井水平段的一端与所述注气井竖直段的底端连通，且所述注气井水平段位于所述咸水层的底部。
20.优选的，所述采气井为水平采气井，所述水平采气井包括采气井竖直段和采气井水平段，所述采气井竖直段的顶端延伸至地表，所述采气井水平段的一端与所述采气井竖直段的底端连通，且所述采气井水平段位于所述咸水层的顶部。
21.优选的，所述注气井水平段与所述采气井水平段平行设置，且所述采气井水平段位于所述注气井水平段的上方。
22.优选的，所述注气井水平段的延伸方向与所述采气井水平段的延伸方向相对设置。
23.优选的，所述注气井水平段上沿长度方向开设有多个注气孔。
24.优选的，所述采气井水平段上沿长度方向开设有多个采气孔。
25.本发明还提供一种咸水层储氢库注采方法，采用上述的咸水层储氢库注采系统，包括以下步骤：
26.s1、通过所述注气井向所述咸水层的底部注入氢气；
27.s2、通过所述采气井在所述咸水层的顶部采集氢气。
28.优选的，所述步骤s1中，通过所述注气井向所述咸水层的底部注入氢气时，关闭所述采气井；
29.在所述步骤s1之后、步骤s2之前，还包括：
30.步骤s201、关闭所述注气井，进行预定时间的闷井。
31.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
32.本发明咸水层储氢库注采系统主要包括注气井和采气井，其中，注气井能够伸入咸水层的底部，以注入氢气，而采气井则能够伸入咸水层的顶部，以采集氢气；本发明利用了氢气与水的重力差，从咸水层底部注气、顶部采气，在咸水层内形成氢气富集区，降低采收氢气时的产水量，提高氢气采收率，改善储氢库供气能力。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明实施例中咸水层储氢库注采系统的结构示意图；
35.其中，1为水平注气井，2为水平采气井，3为氢气富集区。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.本发明的目的是提供一种咸水层储氢库注采系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够降低采收氢气时的产水量，提高氢气采收率，改善储氢库供气能力。
38.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
39.实施例一
40.如图1所示，本实施例提供一种咸水层储氢库注采系统，主要包括注气井和采气井；其中，注气井伸入咸水层的底部，以注入氢气，而采气井则伸入咸水层的顶部，以采集氢气；注气井与采气井通过咸水层连通。本实施例中利用了氢气与水的重力差，从咸水层底部注气、顶部采气，在咸水层内形成氢气富集区3，降低采收氢气时的产水量，提高氢气采收率，改善储氢库供气能力。
41.在本实施例中，注气井以及采气井的类型可以根据具体工作需要进行选择，如可以选择为直井或水平井；作为一种优选方式，且为了保证氢气采收率，本实施例中注气井以及采气井均为水平井。
42.具体地，注气井为水平注气井1，水平注气井1包括注气井竖直段和注气井水平段，注气井竖直段能够从地表穿过盖层并伸入到咸水层的底部，而注气井水平段则水平设置于咸水层的底部，且注气井水平段的一端与注气井竖直段的底端连通；进一步地，注气井水平段与注气井竖直段的连接处设置有弧形过渡段。
43.而采气井为水平采气井2，其结构与水平注气井1的结构类似；具体地，水平采气井2包括采气井竖直段和采气井水平段，采气井竖直段能够从地表穿过盖层并伸入到咸水层的顶部，而采气井水平段则水平设置于咸水层的顶部，且采气井水平段的一端与采气井竖直段的底端连通；进一步地，采气井水平段与采气井竖直段的连接处设置有弧形过渡段。其中，采气井竖直段的底端可以伸到盖层的底部，而不贯穿盖层，只要保证采气井水平段能够位于咸水层的顶部并与采气井竖直段连通即可。
44.在本实施例中，注气井水平段与采气井水平段优选平行设置，且采气井水平段位于注气井水平段的上方。
45.在本实施例中，注气井水平段的延伸方向与采气井水平段的延伸方向相对设置；具体地，注气井水平段朝向采气井竖直段延伸，而采气井水平段则朝向注气井竖直段延伸。
46.在本实施例中，注气井水平段上沿长度方向均匀开设有多个注气孔，通过多个注气孔向咸水层底部注入氢气，从而能够在不同的位置同时注入氢气，氢气在向上运移过程
中，在咸水层内形成立体、大范围的氢气富集区3；而采气井水平段上对应地沿长度方向均匀开设有多个采气孔，能够在氢气富集区3的顶部采集氢气，降低采收氢气时的产水量，提高氢气采收率。
47.在本实施例中，至少在注气井水平段的顶部位置设置有注气孔，至少在采气井水平段的底部位置设置有采气孔；或者，也可以在整个注气井水平段上环绕设置有注气孔，在整个采气井水平段上环绕设置有采气孔。
48.实施例二
49.本实施例提供一种咸水层储氢库注采方法，主要包括以下步骤：
50.s101、在咸水层的底部与顶部分别钻水平注气井1与水平采气井2；
51.s1、在注气阶段，首先关闭水平采气井2，通过水平注气井1向咸水层的底部注入氢气；由于氢气的密度远小于水，氢气在向咸水层上部运移的过程中可形成氢气富集区3；
52.s201、氢气注入结束后，进行一段时间的闷井；
53.s2、打开水平采气井2，在咸水层的顶部采集氢气。
54.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
55.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。