一种油气藏原位制氢与利用方法

1.本发明属于油气田开采领域，具体涉及一种油气藏原位制氢与利用方法。


背景技术：

2.随着人类对全球气候的影响，全球正在变暖，使人类正在经历热浪、洪水、干旱、森林火灾和海平面上升等一系列灾害性天气气候事件。油气资源大部分作为燃料燃烧，这种燃烧会产生大量二氧化碳，若将产生的二氧化碳全部排入大气中，会进一步加剧“温室效应”，导致更多的气候问题。
3.氢能以其清洁环保、效能高、来源广、可储能等优势，被称为“终极能源”，是未来代替矿物能源的最佳选择，并且能够有效解决可再生能源的消耗问题，以解决全球化石能源危机、全球变暖以及环境污染等问题。
4.目前制氢原料主要以石油、天然气、煤炭等化石资源为主，较之于其他制氢方法，化石能源重整制氢工艺更为成熟，原料价格相对较低。
5.氢能开发的初衷是降低碳排放，全球制氢主要原料主要采用煤制氢，这与发展氢能实现能源绿色低碳转型目标南辕北辙，若实现1亿氢气终端的应用，需要消耗煤炭、天然气等化石能源超过5亿吨标准煤，排放二氧化碳接近12亿～18亿吨，氢能产业反而会成为最大的耗能和碳排放领域。


技术实现要素：

6.针对上述制氢技术所存在的问题，本发明提供一种油气藏原位制氢与利用方法，所述方法针对的对象是在现有经济技术条件下无法采出的油气资源，可将剩余油气资源再利用制氢，且可有效解决现有制氢技术高碳排放的问题。
7.本发明利用油气藏原位转化产生氢气，能够在制氢的同时杜绝二氧化碳的排放，且将产出的氢气掺入天然气管网或进行氢燃气轮机分布式发电，对氢气就地高效利用，对世界碳达峰、碳中和的推进具有重大意义。
8.一种油气藏原位制氢与利用方法，包括以下步骤：
9.可选但优选具有良好盖层的油气藏；
10.将前置催化剂注入油气藏烃类区域；
11.将油气藏温度升高至使烃类发生氧化、水热裂解或重整转化为氢气的温度；
12.将生产井关闭一段时间使反应充分发生和产出气发生重力分离；从该油气藏的上方生产井提取氢气；
13.将生产井回收的气体进行处理后掺入天然气管道和进行氢燃气轮机分布式发电。
14.所述油气藏的选择可通过三维或四维地震勘探技术结合测井解释或电磁感应技术实现，可选但优选油气藏具有良好的封闭性，更具体的是四周都具有良好的封闭性，特别是具有能够封存氢气的盖层。四周具有良好封闭性的油气藏可作为储氢库。三维或四维地震勘探技术结合测井解释或电磁感应技术也可以用来获取油气藏油气水分布和优化生产
30.ch4+0.5o2→
co+2h231.ch4+h2o
→
co+3h232.2ch4+3o2→
2co+4h2o
33.本发明提供的方法包含从该油气藏的上方生产井提取氢气。生产井的位置优化可通过三维、四维地震勘探和电磁感应技术实现。
34.所述生产井的管柱材料需防氢脆，特别的为高强度防氢脆材料。
35.特别的，如果该油气藏四周具有良好封闭性，所述生产井也可作为氢气的注入井，将氢气注入该油气藏进行储存。
36.本发明提供的方法中包含将生产井回收的气体进行处理后掺入天然气管道和进行氢燃气轮机分布式发电。
37.所述天然气管网掺氢能够解决氢气运输问题，一般掺入氢气浓度不低于10％，特别不低于20％，尤其不低于30％。也可通过控制生产井的生产压差、开井时间等参数，使得某些分子质量介于氢气与碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物之间的烃类气体(例如甲烷和乙烷)一起产出，然后混入天然气管道，实现能源最大化利用。
38.所述氢燃气轮机分布式发电可以并网，实现调峰调频。氢燃气轮机燃烧的气体可选但优选高浓度氢气的混合气体，特别的氢气浓度不低于20％。上述产出的混合气体也同样适用于氢燃气轮机。
39.通过注入空气的方式加热油气藏(特别是稠油油藏)会使稠油中沥青质、胶质等具有稠环芳烃的物质发生热裂解、高温氧化、水热裂解、加氢催化等反应而发生改质，流动性上升，从而提高该油藏的采收率。
40.本发明特别适用现有经济技术无法开采的油气藏，包括但不限于三次采油后的油藏、稠油油藏、水锁气藏。三次采油后的油藏由于油藏的非均质性，使得水/气/化学剂驱油不能均匀推进而造成采收率一般不超过50％，稠油油藏由于原油的流动性差和油藏的非均质性使得无法开采或采收率一般不超过65％，水锁气藏是由于气藏中存在水，在开采过程中由于水的产出，使得气无法生产。
41.与现有技术相比，本发明具有一下优点：将制氢放在了地下进行，不仅把现有技术下无法开采的油气资源再利用，而且在获得清洁能源氢气的同时抑制甚至消除了“温室气体”排放，还将氢气就地利用或注入具有良好盖层的油气藏中，解决了氢气运输和储存问题，本发明具有广阔的应用前景。
附图说明
42.图1为本发明过程实施的示意图。
43.图中：1、富氧/贫氧空气注入系统；2、注入井；3；注入物；4、氢气聚集区；5、生产井；6、天然气管网；7、燃气轮机。
44.其中富氧/贫氧空气系统1包括但不限于高压气体注入泵、制氧机、isc泵。
45.其中注入井2和生产井5的井型包括但不限于直井、水平井。
具体实施方式
46.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发
明作详细描述。
47.注入物3包括催化剂前置体、空气、水；具体的，如图1所示，将催化剂前置体通过富氧/贫氧空气注入系统1经过注入井2注入油气藏中，然后将富氧/贫氧空气通过注入井2注入油气藏中，利用点火或自燃方式使油气发生燃烧。此时，生产井5为关闭状态。以燃烧前缘为中心向四周延伸到温度至少为280℃的区域将发生氢气转化反应。由于氢气密度和分子体积小，氢气会独自聚集在氢气聚集区4，同时，二氧化碳等“温室气体”会埋存在油气藏底部。当生产井4附近的压力上升到与燃烧区域压力一致时，打开生产井4开始生产氢气。
48.将采出的氢气掺入天然气管网6供居民使用或加入燃气轮机7就地发电并网。特别的，可将分子质量介于氢气与碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物之间的烃类气体(例如甲烷和乙烷)一起产出并掺入天然气管网6或加入燃气轮机7，使得能源最大化利用。


技术特征：
1.一种油气藏原位制氢与利用方法，其特征在于，包括以下步骤：将前置催化剂注入油气藏烃类区域；将油气藏温度升高至使烃类发生氧化、水热裂解或重整转化为氢气的温度；将生产井关闭一段时间使反应充分发生和产出气发生重力分离；从该油气藏的上方生产井提取氢气；将生产井回收的气体进行处理后掺入天然气管道和进行氢燃气轮机分布式发电。2.根据权利要求1所述的一种油气藏原位制氢与利用方法，其特征在于，所述油气藏具有能够封存氢气的盖层。3.根据权利要求1所述的一种油气藏原位制氢与利用方法，其特征在于，所述前置催化剂以金属盐溶液的形式注入，该金属盐溶液可被氧化为金属氧化物催化剂。4.根据权利要求1所述的一种油气藏原位制氢与利用方法，其特征在于，所述前置催化剂是由催化多种反应的前置催化剂组成。5.根据权利要求1所述的一种油气藏原位制氢与利用方法，其特征在于，所述前置催化剂的注入方式是同空气交替注入。6.根据权利要求1所述的一种油气藏原位制氢与利用方法，其特征在于，所述使油气藏温度升高，是通过注入空气引发油气燃烧产生。7.根据权利要求1所述的一种油气藏原位制氢与利用方法，其特征在于，所述关井时间为生产井周围地层压力达到燃烧区压力的时间。8.根据权利要求1所述的一种油气藏原位制氢与利用方法，其特征在于，所述掺入天然气管网和燃气轮机的气体为氢气、甲烷和乙烷的混合物。9.根据权利要求1所述的一种油气藏原位制氢与利用方法，其特征在于，所述油气藏为现有经济技术条件下无法开采的油气藏。

技术总结
本发明公开了一种油气藏原位制氢与利用方法，该方法包括以下步骤：选具有良好盖层的油气藏；将前置催化剂注入油气藏烃类区域；将油气藏温度升高至使烃类发生氧化、水热裂解或重整转化为氢气的温度；将生产井关闭一段时间使反应充分发生和产出气发生重力分离；从该油气藏的上方生产井提取氢气；将生产井回收的气体进行处理后掺入天然气管道和进行氢燃气轮机分布式发电。机分布式发电。机分布式发电。


技术研发人员：蒲万芬 唐晓东 靳星 刘仁保
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2022.11.21
技术公布日：2023/3/28