本發(fā)明涉及油田開發(fā)，具體而言，涉及一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法。

背景技術(shù)：

1、頁巖氣是一種極具前景的油氣資源，被認(rèn)為是常規(guī)油氣的重要接替資源。由于頁巖氣特殊的地質(zhì)特征和開采條件，其開采過程中存在著一系列挑戰(zhàn)和問題。傳統(tǒng)的頁巖氣開發(fā)方法主要依賴于水平鉆井和水力壓裂工藝，盡管已取得一定的開發(fā)成果，但存在水敏性儲層傷害、反排率低、產(chǎn)量衰減快和采收率低等問題。與此同時，隨著全球溫室氣體排放和氣候變化的日益嚴(yán)重，減少二氧化碳的排放以及尋找安全高效的二氧化碳封存方法變得越來越重要。

2、在天然氣開發(fā)領(lǐng)域中，非常規(guī)天然氣，尤其是頁巖氣增產(chǎn)顯著，是天然氣增儲上產(chǎn)的主力軍。大規(guī)模頁巖氣井的開發(fā)提上日程，利用co2的置換特性可以提高頁巖氣的采收率，同時頁巖作為co2封存常見的蓋層巖石類型，往地下注入co2還能實(shí)現(xiàn)co2就地埋存。以co2壓裂為主的頁巖氣藏co2壓裂—驅(qū)替—置換—封存一體化作用技術(shù)，被譽(yù)為是新一代無水壓裂技術(shù)，能夠形成復(fù)雜縫網(wǎng)、吸附置換甲烷，還能實(shí)現(xiàn)co2就地埋存，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3、另外一方面，隨著氫能地位的提高以及制氫技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模儲氫技術(shù)的重要性日益凸顯。目前氫氣儲存方式基本為地面儲氫，包括高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫等，存在儲氣成本高、儲氫量小、儲氫容器密封難等問題，從地質(zhì)學(xué)的角度來看，地下空間適合儲存氫氣，特別是枯竭氣藏型儲氫庫，分布廣，存儲空間大，已經(jīng)過全面勘探開發(fā)，地質(zhì)信息完整，地表和地下設(shè)施可重復(fù)利用，可減少初期地質(zhì)勘探和基礎(chǔ)建設(shè)投資，被認(rèn)為是最具潛力的地下儲氫地質(zhì)構(gòu)造。而在枯竭氣藏型儲氫井的建設(shè)中，往往需要往地下注入一定量墊層氣，如n2、co2、ch4等，隔絕水層并維持地層壓力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，用以提高頁巖氣采收率、實(shí)現(xiàn)co2的地質(zhì)封存，同時解決現(xiàn)有技術(shù)中氫氣儲氣成本高、儲氫量小、儲氫容器密封難等技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的實(shí)施例通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其包括如下步驟：

4、s1、頁巖氣井地質(zhì)評估階段：獲取目標(biāo)頁巖氣井儲層的地質(zhì)及開發(fā)資料，選擇適合開展co2封存、h2儲存的頁巖氣井為預(yù)選井；

5、s2、頁巖氣井壓裂階段：以高于儲層破裂壓力的方式對預(yù)選井注入co2進(jìn)行壓裂改造，對頁巖氣井進(jìn)行燜井；

6、s3、頁巖氣井生產(chǎn)階段：進(jìn)行頁巖氣的生產(chǎn)，并在頁巖氣停止生產(chǎn)之后，注入co2進(jìn)行地質(zhì)封存；

7、s4、氫氣的注入階段：以不高于儲層破裂壓力的方式對預(yù)選井注入h2，當(dāng)儲氫量達(dá)到預(yù)設(shè)儲氫量或氣藏內(nèi)部壓力值達(dá)到安全上限，停止注入h2；

8、s5、氫氣的采出階段：當(dāng)需要使用h2時，針對同一頁巖氣井進(jìn)行氫氣的采出，獲得高純氫氣。

9、更進(jìn)一步的，所述s1中預(yù)選井在儲層內(nèi)井眼軌跡方位應(yīng)與最小水平地應(yīng)力方位一致；含氣飽和度高于50％；選定的壓裂井段與斷層距離大于1.3km；巖石礦物中方解石含量小于10％，黃鐵礦含量低于1％；地層水中產(chǎn)甲烷古菌的含量小于1×10-4g/l；儲層溫度不高于90℃。

10、更進(jìn)一步的，所述s2中利用超臨界co2壓裂液和低密度支撐劑形成裂縫網(wǎng)格。

11、更進(jìn)一步的，所述s2中低密度支撐劑包括：40％～50％低密度陶粒、30％～60％石英砂、10％～30％3a分子篩材料。

12、更進(jìn)一步的，所述s3還包括以下子步驟：

13、s31、進(jìn)行頁巖氣的生產(chǎn)，同時監(jiān)測井筒的頁巖氣產(chǎn)量；

14、s32、當(dāng)累積產(chǎn)氣量達(dá)到最大時，停止頁巖氣的生產(chǎn)；

15、s33、以不高于儲層破裂壓力的方式向井筒注入co2進(jìn)行地質(zhì)封存。

16、更進(jìn)一步的，所述s32中頁巖氣最大累積產(chǎn)氣量通過如下公式計算得出：

17、pa＝0.3515+0.0010713×d

18、

19、其中，pa為氣藏廢棄壓力；d為井深；gc為頁巖氣井的控制儲量；a為改造面積；h為平均有效厚度；為平均有效孔隙度；sg為平均含氣飽和度；pi為原始地層壓力；tsc為標(biāo)準(zhǔn)溫度；psc為標(biāo)準(zhǔn)壓力；ti為原始地層溫度；zi為原始地層壓力下的氣體偏差系數(shù)；ρ為巖石密度；cx為單位質(zhì)量頁巖吸附氣含氣量；ge為最大累積產(chǎn)氣量；za為廢棄地層壓力下的氣體偏差系數(shù)。

20、更進(jìn)一步的，s33中注入co2的氣量為儲氫庫庫容量的40～60％；

21、儲氫庫的庫容量通過如下公式計算得出：

22、gk＝ge-gh

23、其中，gk為儲氫庫的庫容量；ge為最大累積產(chǎn)氣量；gh為壓裂階段co2的注入量。

24、更進(jìn)一步的，所述s4中安全上限壓力通過以下公式計算得到：

25、

26、其中，pi為原始地層壓力；pc為單軸抗壓強(qiáng)度，由巖石力學(xué)試驗(yàn)測定；ph為斷層封閉系數(shù)1時的斷層面壓力。

27、更進(jìn)一步的，s5中獲得高純氫氣包括以下子步驟：

28、s51、通過管線將氫氣反排至地表；

29、s52、氣體經(jīng)過psa二次分離后獲得高純氫氣。

30、本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案至少具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

31、(1)在頁巖氣開采過程中，以高于地層破裂壓力方式的注入co2進(jìn)行壓裂，形成復(fù)雜縫網(wǎng)，吸附置換頁巖氣，實(shí)現(xiàn)co2的埋存的同時還最大程度地提高頁巖氣的產(chǎn)出；

32、(2)利用超臨界co2壓裂液和低密度支撐劑形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)儲存氫氣，低密度支撐劑中加入3a分子篩材料，既可以作為裂縫支撐劑，又可以作為后續(xù)氫氣的吸附劑，有利于氫氣的儲存；

33、(3)co2不僅能作為壓裂液，還能夠作為后續(xù)儲氫的墊層氣，在實(shí)現(xiàn)頁巖氣藏向氫氣藏的轉(zhuǎn)變的同時，能最大程度地實(shí)現(xiàn)co2的封存。

技術(shù)特征：

1.一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其特征在于，所述s1中預(yù)選井在儲層內(nèi)井眼軌跡方位應(yīng)與最小水平地應(yīng)力方位一致；含氣飽和度高于50％；選定的壓裂井段與斷層距離大于1.3km；巖石礦物中方解石含量小于10％，黃鐵礦含量低于1％；地層水中產(chǎn)甲烷古菌的含量小于1×10-4g/l；儲層溫度不高于90℃。

3.如權(quán)利要求1所述的一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其特征在于，所述s2中利用超臨界co2壓裂液和低密度支撐劑形成裂縫網(wǎng)格。

4.如權(quán)利要求3所述的一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其特征在于，所述低密度支撐劑包括：40％～50％低密度陶粒、30％～60％石英砂、10％～30％3a分子篩材料。

5.如權(quán)利要求1所述的一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其特征在于，所述s3還包括以下子步驟：

6.如權(quán)利要求5所述的一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其特征在于，所述s32中頁巖氣最大累積產(chǎn)氣量通過如下公式計算得出：

7.如權(quán)利要求5所述的一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其特征在于，s33中注入co2的氣量為儲氫庫庫容量的40～60％；

8.如權(quán)利要求1所述的一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其特征在于，所述s4中安全上限壓力通過以下公式計算得到：

9.如權(quán)利要求1所述的一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)co2封存及h2注采的方法，其特征在于，s5中獲得高純氫氣包括以下子步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是提供一種利用頁巖氣井實(shí)現(xiàn)CO<subgt;2</subgt;封存及H<subgt;2</subgt;注采的方法，包括：獲取目標(biāo)頁巖氣井儲層的地質(zhì)及開發(fā)資料，選擇適合開展CO<subgt;2</subgt;封存、H<subgt;2</subgt;儲存的頁巖氣井為預(yù)選井；以高于儲層破裂壓力的方式對預(yù)選井注入CO<subgt;2</subgt;進(jìn)行壓裂改造，對頁巖氣井進(jìn)行燜井；進(jìn)行頁巖氣的生產(chǎn)，并在頁巖氣停止生產(chǎn)之后，再次注入CO<subgt;2</subgt;進(jìn)行地質(zhì)封存；以不高于儲層破裂壓力的方式對預(yù)選井注入H<subgt;2</subgt;，當(dāng)儲氫量達(dá)到預(yù)設(shè)儲氫量或氣藏內(nèi)部壓力值達(dá)到安全上限，停止注入H<subgt;2</subgt;；當(dāng)需要使用H<subgt;2</subgt;時，針對同一頁巖氣井進(jìn)行氫氣的采出，獲得高純氫氣。本發(fā)明利用頁巖氣井注入CO<subgt;2</subgt;提高頁巖氣采收率，在實(shí)現(xiàn)頁巖氣藏向氫氣藏轉(zhuǎn)變的同時，最大程度地實(shí)現(xiàn)CO<subgt;2</subgt;的封存。

技術(shù)研發(fā)人員：廖梓佳,蒲萬芬,沈超,楊卜凱,靳星,趙金洲,劉速
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天府永興實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19