二氧化碳封存实验装置、方法及系统与流程

1.本发明涉及气体封存技术，具体地讲是一种二氧化碳封存实验装置、方法及系统。


背景技术：

2.在二氧化碳(co2)地质封存类型中，咸水层封存被认为是实现二氧化碳深度减排的主要途径之一，二氧化碳咸水层封存是将二氧化碳注入咸水层实现二氧化碳地质封存。
3.二氧化碳咸水层封存过程中，随着二氧化碳的注入，储层压力逐渐增大，增大到一定程度后，为了保证封存安全性，需要停止注入或者采取压力调控措施，例如将地下水采出，以降低储层压力。但是咸水层的地下水盐度较高，地下水采出后相关法规规定不能直接排放，需要对二氧化碳咸水层封存排出的咸水进行处理，而咸水的处理费用较高，进一步提高二氧化碳封存的成本。


技术实现要素：

4.针对现有技术中二氧化碳封存中存在的问题，为克服其中至少一缺陷，本发明提供了一种二氧化碳封存实验装置，其包括：地层模拟装置，二氧化碳注入装置以及地下水处理装置；其中，
5.所述的地层模拟装置，模拟进行封存实验的地质环境；
6.所述的二氧化碳注入装置，用于向地层模拟装置模拟的储层注入二氧化碳进行封存实验；
7.所述的地下水处理装置，用于在封存实验过程中将模拟的储层中的地下水采出并注入地层模拟装置模拟的盖层。
8.本发明实施例中，所述的地层模拟装置包括：密封罐以及加压模块；其中，
9.所述的密封罐内设有岩样以模拟所述储层及盖层，岩样上方与密封罐形成加压腔，并且所述密封罐的罐壁设有注气孔及排液孔；
10.所述的二氧化碳注入装置通过注气孔向地层模拟装置模拟的储层注入二氧化碳进行封存实验；
11.所述的地下水处理装置通过排液孔向模拟的盖层注入地下水。
12.本发明实施例中，所述的地层模拟装置还包括：加压模块，用于向密封罐内充气对密封罐加压模拟地层压力；
13.所述的密封罐设有加压孔，加压模块通过加压孔连接到密封罐的加压腔。
14.本发明实施例中，所述的密封罐包括：罐体和密封盖；
15.所述的岩样设置于罐体内，密封盖设置于罐体上方并与罐体内的岩样形成加压腔。
16.本发明实施例中，所述的二氧化碳注入装置包括：
17.流量计，用于计量注入的二氧化碳的流量；
18.压力计，用于监测储层压力。
19.本发明实施例中，所述的地下水处理装置包括：柱塞泵以及水活塞容器；
20.所述柱塞泵通过水活塞容器连接到密封罐的排液孔。
21.本发明实施例中，所述的实验装置还包括：气密性检测装置，用于检测地层模拟装置模拟的盖层的气密性；
22.所述气密性检测装置包括：真空泵及气泡检测仪。
23.同时，本发明还提供一种二氧化碳封存实验方法，利用前述的实验装置进行二氧化碳封存实验，其包括：
24.控制二氧化碳注入装置向模拟的储层注入二氧化碳进行封存实验；
25.封存实验过程中将模拟的储层中的地下水采出并注入模拟的盖层。
26.进一步，本发明还提供一种二氧化碳封存方法，其包括：
27.将二氧化碳注入目标储层进行封存；
28.抽取所述目标储层的地下水；
29.将抽取的地下水注入目标储层上的盖层。
30.再进一步，本发明还提供一种二氧化碳封存系统，其包括：气体注入装置、咸水采出装置以及注水装置；其中，
31.所述的气体注入装置，用于将待封存气体注入目标储层进行封存；
32.所述的咸水采出装置，用于采出目标储层的咸水；
33.所述的注入装置，用于将采出的咸水注入目标储层上的盖层。
34.本发明提供的二氧化碳封存实验方法及装置，将储层中的地下水采出并注入盖层，将储层地下水采出降低储层压力、提升储层封存量的同时，通过将采出的地下水采出注入盖层，利用含盐量较高的储层地下水提升盖层的封存潜力和封存安全性，并减轻co2封存的环保压力。
35.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
36.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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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。
37.图1为本发明提供的二氧化碳封存实验装置的框图；
38.图2为本发明实施例的原理示意图；
39.图3为本发明实施例的示意图；
40.图4为本发明实施例的示意图。
具体实施方式
41.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、完整的描述，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。
42.针对现有技术中，co2咸水层封存的过程中，随着二氧化碳的注入，储层压力逐渐增大，为了保证封存安全性，需要停止注入或采出咸水层的地下水以降低储层压力，为进一步研究提升二氧化碳储层的封存潜力，对比不同实验条件下的封存量，本发明提供一种二氧化碳封存实验装置，如图1所示，其包括：地层模拟装置101，二氧化碳注入装置102以及地下水处理装置103；其中，
43.地层模拟装置101，用于模拟进行封存实验的地质环境，模拟进行二氧化碳封存的储层、储层之上的盖层或地层等。
44.本发明实施例中，储层，即用于储存co2的地层，本发明实施例中储存co2的储层为咸水层，孔隙较多，含有咸水。盖层，防止co2泄露的的地层，位于储层之上。
45.二氧化碳注入装置102，用于向地层模拟装置101模拟的储层注入二氧化碳进行封存实验；
46.地下水处理装置103，用于在封存实验过程中将模拟的储层中的地下水采出并注入地层模拟装置模拟的盖层。
47.本发明提供的二氧化碳封存实验装置，其在封存实验过程中将模拟的储层中的地下水采出并注入盖层，采出咸水层的地下水降低储层压力提升二氧化碳储层的封存量的同时，将采出地下水注入盖层，减轻co2封存的环保压力的同时，利用地下水提升盖层的封存效果，并且由于地下水的盐度，进一步提高盖层对co2的封存潜力和封存安全性。
48.如图2所示，为本发明提供的二氧化碳封存实验装置的进行二氧化碳封存的实验原理示意图。二氧化碳通过co2注入井注入储层(咸水层)进行封存，将储层的咸水抽出，通过咸水注入井将采出的咸水注入盖层，提升盖层的封存效果的同时，提高co2封存潜力和封存安全性，提供一种不排水提高二氧化碳储层封存量的方法。
49.下面结合具体的实施例对本发明提供的二氧化碳封存实验装置作进一步详细说明，如图3所示，为本发明一实施例提供的二氧化碳封存实验模拟系统的示意图，该系统包括：地质封存储盖层模块301、地层上覆压力加载模块302、co2注入模块303、气密性检验模块304以及数据采集模块305。
50.本实施例中，地质封存储盖层模块301，用于模拟实际地层中的储层、盖层。如图4所示，为本实施例中地质封存储盖层模块301的示意图，其包括：密封罐401，密封罐401内设有岩样以模拟储层及盖层，岩样上方与密封罐形成加压腔，并且如图4所示，密封罐的罐壁设有注气孔402、注/排液孔403、排气孔404、加压孔405以及测量孔406。
51.利用本实施例提供的系统进行二氧化碳封存实验时，通过加压孔405向加压腔施加压力模拟上覆地层压力，并通过排气孔404排出模拟的储层中的空气以模拟实际储层地质条件，利用注气孔402向模拟的储层注入二氧化碳进行封存，并通过注/排液孔403向模拟的盖层注入地下水，通过监控注入的二氧化碳的流量数据、加压腔的压力数据进行封存实验，对比不同实验条件下的封存量。
52.地质封存储盖层模块301还包括恒温装置，用于调控密封罐内温度，模拟地质条件，进一步对比不同实验条件下的封存量。
53.另外，本实施例中，密封罐包括密封盖407，密封盖407设置于罐体上方，通过密封件408密封罐体，形成加压腔409。
54.在图3所示的实施例中，地层上覆层压力加载模块302包括：气瓶、增压泵以及压力计，气瓶连接到增压泵的一端，增压泵的另一端连接到地质封存储盖层模块的加压口405对加压腔施压，并通过测量孔406测量加压腔409的压力。即通过地层上覆层压力加载模块302在盖层以气体增压的方式模拟上覆地层压力，即本实施例中，通过地质封存储盖层模块301和地层上覆层压力加载模块302作为地层模拟装置，模拟进行封存实验的地质环境，模拟不同压力环境，并通过数据采集模块305采集压力数据，从而对比不同实验条件下的封存量。
55.另外，本实施例中，co2注入模块303将co2注入储层，采用压力计和流量表计量co2的封存量。co2注入模块303包括：气瓶、增压泵、压力计以及真空泵，气瓶连接到增压泵的一端，真空泵和增压泵的另一端通过压力计均连接到地质封存储盖层模块301。
56.另外，本发明提供的二氧化碳封存实验装置，其还包括地下水处理装置，地下水处理装置包括：柱塞泵以及水活塞容器，即本实施例公开的实验系统直接采用柱塞泵、水活塞容器将液体(本实施例中的液体为水或调配的咸水)注入盖层以上。
57.气密性检验模块304，用于检测盖层气密性，对比封存实验中注水、不注水两种情况下co2的封存容量和盖层气密性，如图3所示其包括：真空泵、气泡检测仪以及排液盛放装置。
58.本实施例提供的二氧化碳封存实验系统，提供了一种不排水、提高co2咸水层封存量的工艺，可以在不进行咸水外排、不花费高额咸水处理费用的情况下，降低储层压力，并提高co2封存潜力，在不采水的情况下，提高co2封存潜力和封存安全性，减轻co2封存的环保压力。
59.本发明还提供一种二氧化碳封存实验方法，利用前述的实验装置进行二氧化碳封存实验，用过控制二氧化碳注入装置向地层模拟装置模拟的储层注入二氧化碳进行封存实验；封存实验过程中将模拟的储层中的地下水采出并注入地层模拟装置模拟的盖层。对本领域技术人员而言，通过上述实施例的描述可清楚获知本发明提供的二氧化碳封存实验方法的实施方式，在此不再赘述。
60.进一步，本发明还提供一种二氧化碳封存方法，其包括：
61.将二氧化碳注入目标储层进行封存；
62.抽取所述目标储层的地下水；
63.将抽取的地下水注入目标储层上的盖层。
64.再进一步，本发明还提供一种二氧化碳封存系统，其包括：气体注入装置、咸水采出装置以及注水装置；其中，
65.所述的气体注入装置，用于将待封存气体注入目标储层进行封存；
66.所述的咸水采出装置，用于采出目标储层的咸水；
67.所述的注入装置，用于将采出的咸水注入目标储层上的盖层。
68.本发明提供的二氧化碳封存方法及系统，将储层中的地下水采出并注入盖层，将储层地下水采出降低储层压力、提升储层封存量的同时，通过将采出的地下水采出注入盖层，利用含盐量较高的储层地下水提升盖层的封存潜力和封存安全性，并减轻co2封存的环保压力。
69.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各
实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
70.上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
71.本发明中应用了具体实施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。