的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及儲(chǔ)存(302的方法以及監(jiān)測地質(zhì)地層（geological formation)中CO2儲(chǔ) 存的方法。本發(fā)明還涉及用于在地質(zhì)地層中優(yōu)化儲(chǔ)存和控制CO2的組合物和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 若干研究表明大氣中CO2的增加對全球氣候具有主要的影響。為了減少大氣中的 CO2，經(jīng)優(yōu)化的和安全的儲(chǔ)存CO2是所需要的和重要的問題。
[0003] 作為關(guān)于CO2的商業(yè)儲(chǔ)存的實(shí)例，由Statoil運(yùn)行的Sleipner碳捕集和儲(chǔ)存（CCS) 工程位于距離Notwegian海岸250km處。CO 2以超臨界狀態(tài)儲(chǔ)存于低于海平面800-1000m 的深度的Utsira地層中。天然氣處理過程中產(chǎn)生的CO2被捕集并隨后被注入地下。0)2注 入開始于1996年10月并且截至2012年，大于1300萬噸的CO 2已經(jīng)以大約2700噸/天的 速率被注入。使用長距離淺井（shallow long-reach well)將032帶離距生產(chǎn)井和平臺(tái)區(qū) 域2. 4km。注入位置位于Utsira地層頂部局部圓頂（local dome)的下面。
[0004] In Salah CCS Project 是位于Algerian Central Sahara 中的用于天然氣生產(chǎn)的 陸上工程。Krechba Field從多個(gè)地質(zhì)儲(chǔ)層（geological reservoirs)生產(chǎn)含有高達(dá)10% 〇)2的天然氣。已經(jīng)將CO 2從氣體中脫去并且重新注入1800m深的砂巖儲(chǔ)層中，使得CO 2的 儲(chǔ)存高達(dá)IMt/年。
[0005] 雖然，據(jù)信在地下深處儲(chǔ)存CO2的全球容量是大的，但新的儲(chǔ)存位置的開發(fā)無疑是 昂貴的，原因是其需要評定對人類和生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要將現(xiàn)有位置利用至最 大容量。目前的評估指出，現(xiàn)有的用于將超臨界CO 2注入深處儲(chǔ)存位置的方法使得僅約2% 的地質(zhì)儲(chǔ)存位置的孔隙體積被用于CO2封存（sequestration)。據(jù)信這是由于注入的CO 2 在地下地層中的不均勾波及（uneven sweep)造成的，其導(dǎo)致了稱為"指進(jìn)"的現(xiàn)象，在其中 CO2注入前緣是高度不均勻的，且高度滲入的小區(qū)域被其中CO2完全沒有滲入的區(qū)域包圍。 繼續(xù)現(xiàn)行方法將導(dǎo)致在可用的儲(chǔ)存位置中相當(dāng)大的儲(chǔ)存體積的損失。
[0006] 出于封存的目的，將CO2以超臨界流體的形式注入到儲(chǔ)存儲(chǔ)層（storage reservoir)中，通常是在未在儲(chǔ)層條件下設(shè)計(jì)注入物流的優(yōu)選相的組成的情況下進(jìn)行。在 W02012/041926 中，描述了 Composition Swing Injection(CSI)技術(shù)，其中周期性地改變注 入物流的組成以生成類氣體和類液體的狀態(tài)從而在注入階段期間穩(wěn)定CO 2羽流。該穩(wěn)定作 用有助于最大化儲(chǔ)層的CO2儲(chǔ)存容量。
[0007] 取決于儲(chǔ)存儲(chǔ)層的壓力和溫度，實(shí)現(xiàn)Composition Swing Injection(CSI)技術(shù)中 所要求的相行為可能需要對注入物流的組成進(jìn)行相當(dāng)大的改進(jìn)。W02012/041926中公開的 一種選擇是可將各種烴組分與CO 2-起注入以獲得所需的效果。一些情況下，可從自然來 源中或作為油和氣體處理的副產(chǎn)物獲得這些烴組分。但是，在其他情況下，烴用作氣體共混 組分可能太過貴重，并且可能導(dǎo)致Composition Swing Injection在經(jīng)濟(jì)上是不理想的。
[0008] 因此，仍然需要開發(fā)用于在儲(chǔ)存儲(chǔ)層中儲(chǔ)存CO2的方法，其中CSI技術(shù)是廉價(jià)的并 且其克服了上面討論的儲(chǔ)存體積損失的問題。還期望可以監(jiān)測用于CO 2羽流移動(dòng)的CO 2儲(chǔ) 存儲(chǔ)層以及可能的穿過儲(chǔ)存儲(chǔ)層的CO2滲出。另外，開發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的用于監(jiān)測CO2水平的方 法將是有利的。最后，期望能夠同時(shí)解決全部這些問題的方法。
[0009] 令人驚訝地，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用Composition Swing Injection技術(shù)且其中 烴被一種或多種可溶于CO2的聚合物所替代的方法展示了針對這些問題的引人注目的解決 方案。
[0010] 發(fā)明概述
[0011] 構(gòu)思本發(fā)明以解決或者至少減輕上文確認(rèn)的問題。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供用 于以靈活且經(jīng)濟(jì)上可接受的方式在地質(zhì)地層中優(yōu)化儲(chǔ)存、控制CO 2和監(jiān)測CO 2的組合物、方 法和用途。
[0012] 在第一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了在地質(zhì)地層中儲(chǔ)存CO2的方法，所述方法包 括：
[0013] (i)將包含CO2的第一組合物注入到所述地層中；并且
[0014] (ii)將包含CO2和至少一種可溶于(：02的聚合物的第二組合物注入到所述地層中，
[0015] 其中步驟（i)和（ii)按照任意順序分開進(jìn)行，并且其中第一和第二組合物是不同 的。
[0016] 在第二個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了在地質(zhì)地層中儲(chǔ)存CO2的方法，所述方法包 括：
[0017] (iii)將CO2或包含CO2的第一組合物注入到所述地層中；并且
[0018] (iv)將包含CO2和至少一種可溶于(：02的聚合物的第二組合物注入到所述地層中，
[0019] 其中步驟（i)和（ii)按照任意順序分開進(jìn)行，并且其中第一和第二組合物是不同 的。
[0020] 在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了監(jiān)測地質(zhì)地層中CO2儲(chǔ)存的方法，所述方法 包括：
[0021] (i)將包含CO2的第一組合物注入到所述地層中；
[0022] (ii)將包含CO2和至少一種可溶于CO 2的聚合物的第二組合物注入到所述地層 中；
[0023] 其中步驟（i)和（ii)按照任意順序分開進(jìn)行，并且其中第一和第二組合物是不同 的；并且
[0024] (iii)監(jiān)測儲(chǔ)存的CO2。
[0025] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于以下中至少一種目的的方法：在地質(zhì)地層 中優(yōu)化儲(chǔ)存、控制CO 2和監(jiān)測CO 2儲(chǔ)存，其中在將組合物注入到地層中之前，將含有CO 2的組 合物與含有至少一種可溶于CO2的聚合物的組合物混合。
[0026] 發(fā)明詳述
[0027] 本發(fā)明語境中的"超臨界條件或接近超臨界條件"，應(yīng)被理解為其中流體處于高于 或接近其臨界點(diǎn)的溫度或壓力的條件，其中不存在明顯的液相和氣相。在超臨界或接近超 臨界條件下，流體既非氣體也非液體，而是處于根據(jù)其粘度和密度可具有更類似于氣體或 更類似于液體性質(zhì)的相。因此，液體可以不同的超臨界"相"存在。不同的相可以被稱為類 氣體相或類液體相。另外，接近臨界點(diǎn)，壓力或溫度的小的變化可導(dǎo)致相性質(zhì)的大的改變， 使得能夠設(shè)計(jì)超臨界流體的許多的相性質(zhì)。
[0028] 對于任何的或全部的組合物都將處于或接近超臨界條件而言，其為本發(fā)明的一個(gè) 優(yōu)選的實(shí)施方案。"接近超臨界條件"表示流體處于接近但是低于其臨界點(diǎn)的溫度和壓力。 通常，"接近超臨界條件"覆蓋了這樣的條件，其中壓力可比臨界壓力最多小IObar且溫度可 比臨界溫度最多低5°C。在本發(fā)明中超臨界條件或接近超臨界條件是優(yōu)選的，使得組合物可 在具有在氣體和液體的性質(zhì)之間的性質(zhì)的情況下被注入，并且進(jìn)一步地能夠容易地在類氣 體和類液體性質(zhì)之間循環(huán)以獲得優(yōu)化的儲(chǔ)存。
[0029] 本發(fā)明語境中的"優(yōu)化的儲(chǔ)存和控制"應(yīng)當(dāng)被理解為通過控制儲(chǔ)存儲(chǔ)層內(nèi)部0)2的 移動(dòng)來改進(jìn)或最大化〇) 2的儲(chǔ)存。
[0030] 本發(fā)明語境中的"監(jiān)測"應(yīng)當(dāng)被理解為在生產(chǎn)井或觀察井監(jiān)測注入的OV混合物的 突破（breakthrough)。在涉及用于監(jiān)測(：0 2方法的那些實(shí)施方案中，認(rèn)為根據(jù)本發(fā)明的至 少一種可溶于〇)2的聚合物具有關(guān)于用于優(yōu)化的儲(chǔ)存的相行為和監(jiān)測生產(chǎn)井或觀察井中的 氣體突破的雙重功能。本發(fā)明語境中的"雙重功能"將被理解為這樣的實(shí)施方案，其中至少 一種CO 2聚合物充當(dāng)示蹤劑，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的CO2儲(chǔ)存和在生產(chǎn)井或觀察井中監(jiān)測的氣體突破兩 者。使用示蹤劑以定性地或定量地度量流體如何流過儲(chǔ)層，以及作為估算殘余油飽和度的 有用工具。示蹤劑可以是放射性的或化學(xué)的，可以是氣體或液體。
[0031] 本發(fā)明語境中的"地質(zhì)地層"和"儲(chǔ)存儲(chǔ)層"應(yīng)當(dāng)被理解為與地下地層、儲(chǔ)存儲(chǔ)層、 地質(zhì)儲(chǔ)層或由一定數(shù)量的巖層組成的地層相關(guān)。
[0032] 本發(fā)明語境中的"組合的CO2組合物"應(yīng)當(dāng)被理解為包含CO2和至少一種可溶于CO 2 的聚合物的組合物。
[0033] 本發(fā)明方法和組合物中所使用的CO2可來自任何的來源，例如CO 2捕集過程、氣體 處理設(shè)施或地下來源，其中的每個(gè)將被理解為提供輕微不同的CO2組合物。本文的方法和 組合物中使用的〇) 2可基本上是純的，即其可由100%的純CO2組成（或包含99. 9%的純 CO2)?；蛘?)2可進(jìn)一步包含不可避免的雜質(zhì)，例如烴，如烷烴、苯和/或甲苯。在不可避免 的雜質(zhì)存在時(shí)，本發(fā)明的方法和組合物中使用的CO 2相對于CO 2和不可避免雜質(zhì)的總量