專利名稱：減少溫室氣體向大氣中的排放的方法
減少溫室氣體向大氣中的排放的方法
優(yōu)選權(quán)聲明
本發(fā)明要求申請(qǐng)?zhí)枮?0/869,103、名稱為"減少溫室氣體向大氣中的排放的方法"、申 請(qǐng)日為2006年12月7日的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)為優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)，該優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容應(yīng) 當(dāng)被結(jié)合到本發(fā)明中。
背景技術(shù)：
近些年，已有跡象證明，由于人類活動(dòng)產(chǎn)生的某些溫室氣體(GHG)的排放量上升而 引起的"溫室效應(yīng)"，全球氣候正在變暖。大氣中會(huì)引起溫室效應(yīng)的氣體成分是二氧化碳、 曱烷、氧化亞氮和臭氧。與之相比，氧氣、氮?dú)?、二氧化硫不?huì)引起溫室效應(yīng)。
為了減輕人類活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體的增加產(chǎn)生的影響，已有多種減少向大氣中排放溫 室氣體的提議。但現(xiàn)在沒有一種方法能夠在溫室氣體的產(chǎn)生源頭處除去剛產(chǎn)生的溫室氣 體。
因此，需要一種新的減少向大氣中排放溫室氣體的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種減少向地面之上的大氣中排放溫室氣體 的方法。該方法包括a)從生產(chǎn)源處選擇氣體流，該氣體流中包含一種或多種溫室氣體； b)選擇一位于地面之下的地下注射地層，將來(lái)自生產(chǎn)源的所述氣體流中的所述一種或多 種溫室氣體注射到所述地下注射地層中隔離起來(lái)，所述地下注射地層包括含有地層水的載 水層；c)選擇所述氣體流的地面注射位點(diǎn)，該位點(diǎn)位于所迷地下注射地層的上方、用于通 向該地下注射地層；d)將來(lái)自生產(chǎn)源的、包含一種或多種溫室氣體的所迷氣體流從所述 地面注射位點(diǎn)處注入到所述地下注射地層的載水層的地層水中；以及e)讓氣體流中的溫 室氣體保留在所述地下注射地層中，直到至少一些或全部溫室氣體i)溶解到所述地下注 射地層的載水層內(nèi)的地層水中，或者ii)置換所述地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水，或 者同時(shí)iii)溶解到所述地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水中、并置換所述地下注射地層的 載水層內(nèi)的地層水，從而將一些或全部的溫室氣體隔離在所述地下注射地層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，地下注射地層與地表面之間由位于所述地下注射地層之上的一個(gè) 或多個(gè)相對(duì)不透水層隔開。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述一種或多種溫室氣體選自二氧化 碳、六氟乙烷、甲烷、氧化亞氮、六氟化硫、四氟曱烷(四氟化碳)、三氟甲烷、I, 1， 1， 2-四氟乙烷，以及l(fā)， l-二氟乙烷。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述生產(chǎn)源來(lái)自人類的工業(yè) 活動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述人類的工業(yè)活動(dòng)選自乙烯生產(chǎn)廠、化肥生產(chǎn)廠、甲醇生 產(chǎn)廠、采礦作業(yè)、天然氣生產(chǎn)作業(yè)、天然氣處理廠、石油生產(chǎn)作業(yè)和石油煉制作業(yè)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述生產(chǎn)源為火電廠。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述地下注射地層 的載水層的鹽度為至少10，000ppm (10克/升)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述地下注射地層 的pH值處在4~10之間。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所迷地下注射地層位于地面以下至少100 米處。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述地下注射地層位于地面以下100~1000米處。在另一個(gè) 實(shí)施方式中，所述地下注射地層位于地面以下至少500米處。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述 地下注射地層位于地面以下500~1000米處。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括對(duì)所述地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水進(jìn)行地 球化學(xué)分析，以證實(shí)所述地下注射地層只包含古代水，且所述地層水不與較淺的新水源相 通。在另一個(gè)實(shí)施方式中，在距生產(chǎn)源5公里、IO公里、50公里、或者100公里處進(jìn)行 氣體流的注射。在另一個(gè)實(shí)施方式中，氣體流的注射包括將氣體流從生產(chǎn)源處輸送至位于 地面的氣體流注射位點(diǎn)處的注射泵，所述注射位點(diǎn)位于所述地下注射地層的上方。在另一 個(gè)實(shí)施方式中，氣體流的注射包括a)提供選自壓縮機(jī)、冷凝器、管道、泵和閥的一種或 多種設(shè)備進(jìn)行處理，并b)將溫室氣體從生產(chǎn)源輸送至地下注射地層上方的氣體流地面注 射位點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括在注射之前或者在注射時(shí)改變所述氣體流 的一個(gè)或多個(gè)屬性，以促進(jìn)存在于氣體流中的一種或多種溫室氣體在地下注射地層的載水 層中的溶解，所述一個(gè)或多個(gè)屬性選自pH值、壓力、鹽度和溫度。在另一個(gè)實(shí)施方式中， 所述氣體流的注射包括將氣體流從生產(chǎn)源運(yùn)送到位于地下注射地層上方的氣體流地面注 射位點(diǎn)，且所述方法還包括在運(yùn)送氣體流時(shí)，壓縮所述氣體流。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所 述地下注射地層的載水層包含孔隙壓力和破裂壓力，且所述方法還包括壓縮所述氣體流， 使其壓力值大于所述地下注射地層的孔隙壓力、但又小于所述地下注射地層的^s皮裂壓力。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括將一種或多種化學(xué)添加劑加入到氣體流中，以促 進(jìn)存在于氣體流中的一種或多種溫室氣體在地下注射地層的載水層中的溶解。在另 一個(gè)實(shí) 施方式中，所述方法還包括在注射所述氣體流之前，先用水壓致裂法使地下注射地層中產(chǎn) 生裂縫。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述氣體流為來(lái)自火電廠的廢氣流，所述火電廠包括燃料氣煙自，且所述氣體流的注射包括將火電廠廢氣流中存在的溫室氣體從該火電廠的燃料氣煙囪轉(zhuǎn)移到地下注射地層上方的注射位點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，在來(lái)自生產(chǎn)源的氣體流中溫室氣體的含量為25%或以上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，在來(lái)自生產(chǎn)源的氣體流中溫室氣體的含量為50%或以上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，在來(lái)自生產(chǎn)源的氣體流中溫室氣體的含量為95%或以上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述氣體流由溫室氣體組成。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述氣體流既含有溫室氣體，也含有非溫室氣體。
在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體流的注射包括將注入井從地下注射地層上方的地面注射位點(diǎn)安裝到地下注射地層中。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述注入井的類型選自直井、斜井、水平井。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括進(jìn)行地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)分析、地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)分析、以及數(shù)字模擬技術(shù)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，以確定最優(yōu)的注入-處理井模式、井距和井結(jié)構(gòu)，以使溫
室氣體在載水層中的溶解達(dá)到最優(yōu)化。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述氣體流包括氮?dú)猓龅叵伦⑸涞貙影ǔ虻孛娴?上)表面?zhèn)?，所述方法還包括，在將溫室氣體隔離在載水層中時(shí)或之后，讓氮?dú)庀蛑龅叵伦⑸涞貙拥?上)表面?zhèn)壬仙⒒蛘咴诘叵伦⑸涞貙优c地面之間上升，直到一些或所有的氮?dú)獾竭_(dá)相對(duì)不透水的層時(shí)為止，且所述方法還包括將氮?dú)馀欧诺降孛嬷系拇髿庵?。在?一個(gè)實(shí)施方式中，注射所述氣體流包括將注入井從地下注射地層上方的地面注射位點(diǎn)安裝到地下注射地層中，其中所述注入井為第一井，且所述排放包括提供從地面至地下注射地層的第二井。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括提供第二井，該第二井具有套管射孔、井下或地面基水-氣分離系統(tǒng)、以及井下或地面泵中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，注射所述氣體流包括隨著生產(chǎn)源對(duì)氣體流的生產(chǎn)，連續(xù)不斷地從所述生產(chǎn)源獲得氣體流進(jìn)行注射。在另一個(gè)實(shí)施方式中，注射所述氣體流包括在一段時(shí)間內(nèi)，連續(xù)不斷地注射從所述生產(chǎn)源獲得的氣體流，所述一段時(shí)間選自至少一天、至少一星期、至少一個(gè)月、至少一年、至少五年、至少十年。在另一個(gè)實(shí)施方式中，注射所述氣體流包括隨著生產(chǎn)源對(duì)氣體流的生產(chǎn)，間歇地從所述生產(chǎn)源獲得氣體流進(jìn)行注射。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種減少向地面之上的大氣中排放溫室氣體例如二氧化碳的方法。所述方法包括將含有一種或多種溫室氣體的氣體流注入到地下注射
8地層中，其中所述地下注射地層包括含有地層水的載水層，所述氣體流中存在的溫室氣體 中的一些或全部溶解在地下注射地層內(nèi)的地層水中，將所述一種或多種溫室氣體隔離在所 述地下注射地層中，從而減少溫室氣體向大體的排放。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包括 將氣體流中的一種或多種氣體例如氮?dú)鈴牡叵伦⑸涞貙优欧诺酱髿庵?。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方 式中，所述方法包括靠近生產(chǎn)源注射所述氣體流?，F(xiàn)在詳細(xì)描述所述方法。
在本申請(qǐng)文件中，術(shù)語(yǔ)"溫室氣體，，是指選自二氧化碳、六氟乙烷、曱烷、氧化亞氮、 六氟化硫、四氟曱烷(四氟化碳)、三氟曱烷、1， 1, 1, 2-四氟乙烷，以及l(fā), 1-二氟乙 烷的 一種或多種氣體。溫室氣體也可被理解為包括其它在未來(lái)被確定為能引起溫室效應(yīng)的 氣體。
在本申請(qǐng)文件中，除非行文需要，否則，"包括"、"包含"、"含有"等詞表示不排除其 它添加物、成分、數(shù)據(jù)或步驟的存在。
在本申請(qǐng)文件中，除非行文需要，否則，對(duì)方法步驟的描述既不表示僅限于這些步驟， 也不表示每個(gè)步驟對(duì)所述方法都是必要的、或者每個(gè)步驟必須按照所描述的順序排列。
在本申請(qǐng)文件中，"靠近生產(chǎn)源"是指距生產(chǎn)源100公里范圍內(nèi)。
在本申請(qǐng)文件中，"相對(duì)不透水，，是指透水率低于10毫達(dá)西(millidarcy)。
在本申請(qǐng)文件中，"透水率較低，，是指透水率在l(MOO毫達(dá)西之間。
在本申請(qǐng)文件中，"透水率較高"是指透水率大于100毫達(dá)西。
在本申請(qǐng)文件中，"高孔隙度，，是指巖層的粒間孔隙空間占巖層總體積的體積百分比至 少為20%。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種減少向大氣中排放溫室氣體的方法。首先，所 述方法包括從生產(chǎn)源選擇氣體流，該氣體流包含選自二氧化碳、六氟乙烷、甲烷、氧化亞 氮、六氟化硫、四氟曱烷(四氟化碳)、三氟曱烷、1, 1, 1, 2-四氟乙烷，以及l(fā), 1-二 氟乙烷的一種或多種溫室氣體。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述生產(chǎn)源來(lái)自人類的工業(yè)活動(dòng)。在 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述人類的工業(yè)活動(dòng)選自乙烯生產(chǎn)廠、化肥生產(chǎn)廠、曱醇生產(chǎn)廠、 采礦作業(yè)、天然氣生產(chǎn)作業(yè)、天然氣處理廠、石油生產(chǎn)作業(yè)和石油煉制作業(yè)，例如重油和 瀝青提升廠。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述生產(chǎn)源為火電廠，在該火電廠中，4吏石油或 天然氣燃燒以產(chǎn)生用于發(fā)電的蒸汽，其中溫室氣體來(lái)自熱處理過程中產(chǎn)生于燃?xì)鉄煹赖膹U 氣流(也稱為"煙氣，，)。所迷生產(chǎn)源也可來(lái)自本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的另外，所述方法包括選擇地面之下的地下注射地層，用于隔離來(lái)自生產(chǎn)源的氣體流中 的一種或多種溫室氣體。在一個(gè)實(shí)施方式中，地下注射地層包括含有地層水的載水層，所 述載水層與地下注射地層上方的地面之間隔著一個(gè)或多個(gè)相對(duì)不透水的層(透水率低于10 毫達(dá)西)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，所述地下注射地層包括具有高孔隙度的、含有地層 水的載水層，例如水飽和沙地層的載水層，在這種地層中，地層水位于這樣的一層之下 該層含有頁(yè)巖或含有包含粘土礦物的其它巖石種類，或者既含有頁(yè)巖、又含有包含粘土礦 物的其它巖石種類。另一個(gè)合適的地下注射地層須足夠深，能夠確保注入的氣體被隔離起 來(lái)、且不會(huì)對(duì)環(huán)境或水源造成潛在的威脅——即使在沒有厚而明確界定的、透水率相對(duì)較 高的層存在時(shí)也是如此，該透水率相對(duì)較高的層與透水率相對(duì)較低的層/相對(duì)不透水層交互 存在。本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以理解，與由于浮力引起的上升速率相比，足夠的深度與二氧 化碳的溶解速率有關(guān)。 一旦二氧化碳被水完全吸收，二氧化碳-水混合物比純水的密度更大， 將不再傾向于向地面上升。
本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容將可以理解，載水層的壓力越高、溫度越低， 被隔離在載水層內(nèi)的溫室氣體如二氧化碳的溶解度就越大。在一個(gè)實(shí)施方式中，地下注射 地層的載水層的平均(中值)溫度為20~200°C。在另一個(gè)實(shí)施方式中，地下注射地層的載 水層的平均(中值)壓力梯度(每單位深度的壓力，即千帕/米)為8~12kPa/m。
在一個(gè)實(shí)施方式中，地下注射地層的載水層的鹽度至少為10,000ppm ( 10克/升)，因 此不適合人類消費(fèi)使用，或者不適合其它的工業(yè)用途——除了可用于本發(fā)明的減少向大氣 中排放溫室氣體的方法之外。在另 一實(shí)施方式中，地下注射地層的載水層的pH值處在4~10 之間，以促進(jìn)溫室氣體在載水層中的溶解。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，地下注射地層 的深度大于任何人類可取出使用的地下水的深度。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述地下注射 地層與任何適于飲用的地下水區(qū)域或更靠近地面的適于工業(yè)使用的地下水區(qū)域之間隔著 至少一個(gè)透水率相對(duì)較高的層，該層與至少一個(gè)透水率相對(duì)較低(或相對(duì)不透水)的層相 鄰。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述地下注射地層位于地面以下至少100米處。這100的深 度足夠深到能夠保證注入的溫室氣體被隔離起來(lái)，即使沒有至少一個(gè)透水率相對(duì)較高的、 與至少一個(gè)透水率相對(duì)較低(或相對(duì)不透水)的層相鄰的層存在，其深度也足以確保注入 的氣體不會(huì)對(duì)環(huán)境或水源構(gòu)成潛在的威脅。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述地下注射地層位于 地面以下100-1000米之間，該深度范圍足夠靠近地面，能使氣體的以經(jīng)濟(jì)劃算的方式注入。在一特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述地下注射地層位于地面以下至少500米。在另一特 別優(yōu)選的實(shí)施方式中，地下注射地層位于地面以下500~1000米之間。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包括選擇氣體流的地面注射位點(diǎn)，該地面注射位點(diǎn)位于 地下注射地層的上方、用于通向所述地下注射地層。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，對(duì)所述氣體流 的地面注射位點(diǎn)以及所述地下注射地層進(jìn)行選擇，以保護(hù)地表水和海洋水，例如，選擇不 露出地面、或者不與地面發(fā)生相互作用的巖層為地下注射地層。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述 方法還包括對(duì)地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水進(jìn)行地球化學(xué)分析，以證實(shí)所述地下注射 地層只包含古代水，且所述地層水不與非古代水源相通。術(shù)語(yǔ)"古代水"(ancient water )為 本領(lǐng)域通用語(yǔ)，是指沉積在地層中的、至少一百萬(wàn)年前的水，這些古代水不能通過雨水滲 入地層而從地面得到補(bǔ)充；而"非古代水"是指那些沉積在地層中的、少于一百萬(wàn)年以前的 水，這些水可從地面得到補(bǔ)充。
因而，所述方法包括將含有一種或多種溫室氣體的氣體流從位于地下注射地層上方 的地面注射位點(diǎn)注入到地下注射地層的載水層中。 一個(gè)實(shí)施方式中，在生產(chǎn)源附近注射所 述氣體流。另一實(shí)施方式中，在距生產(chǎn)源100公里范圍內(nèi)注射所述氣體流。又一實(shí)施方式 中，在距生產(chǎn)源50公里范圍內(nèi)注射所述氣體流。另一實(shí)施方式中，在距生產(chǎn)源10公里范 圍內(nèi)注射所迷氣體流。再一實(shí)施方式中，在距生產(chǎn)源5公里范圍內(nèi)注射所述氣體流。
在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體流的注入包括將氣體流從生產(chǎn)源輸送至泵，該泵位于地下注 射地層上方的氣體流地面注射位點(diǎn)處。在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體流的輸送包括提供選自壓 縮機(jī)、冷凝器、管道、泵和閥的一種或多種設(shè)備進(jìn)行處理，并將溫室氣體從生產(chǎn)源移動(dòng)至 地下注射地層上方的氣體流地面注射位點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括在注射之前、或在注射過程中，改變所述氣體 流的一個(gè)或多個(gè)屬性，以促進(jìn)存在于氣體流中的一種或多種溫室氣體在地下注射地層的載 水層中的溶解，所述一個(gè)或多個(gè)屬性選自pH值、壓力、鹽度和溫度。例如，在一個(gè)實(shí)施 方式中，改變被注射的氣體流的壓力，使該壓力漸漸接近地下注射地層的載水層的壓力或 與載水層壓力相匹配。在另一實(shí)施方式中，改變被注射氣體流的溫度，使該溫度漸漸接近 地下注射地層的載水層的溫度或與載水層溫度相匹配。在另一實(shí)施方式中，改變被注射氣
配。在另一實(shí)施方式中，改變被注射氣體流的鹽度，使該鹽度漸漸接近地下注射地層的載
水層的鹽度或與栽水層鹽度相匹配。在一個(gè)實(shí)施方式中，改變氣體流的一項(xiàng)或多項(xiàng)屬性的
過程包括提供熱交換器，以在注射之前、在氣體流的運(yùn)輸過程中降低氣體流的溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，改變氣體流的一項(xiàng)或多項(xiàng)屬性的過程包括在運(yùn)輸氣體流時(shí)壓縮該氣體 流。在一個(gè)實(shí)施方式中，改變一項(xiàng)或多項(xiàng)屬性的過程包括將一種或多種化學(xué)添加劑加入到 氣體流中。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，地下注射地層的載水層包括孔隙壓力(地下注射地層的孔隙 空間內(nèi)的水的壓力)，還包括破裂壓力(被注入到地下注射地層中的注射物的壓力，該壓 力必須超過地下注射地層的巖石強(qiáng)度，以便在地下注射地層內(nèi)引起破裂/裂縫)；且所述方 法包括壓縮所述氣體流，使其壓力值大于所述地下注射地層的孔隙壓力(有利于注射)、 但又小于所述地下注射地層的破裂壓力(以避免引起地下注射地層的破裂、導(dǎo)致氣體泄漏 的風(fēng)險(xiǎn))。例如，當(dāng)?shù)叵伦⑸涞貙釉?00米處的孔隙壓力為5MPa、且該地下注射地層在 500米處的破裂壓力為lOMPa時(shí)，可將氣體流壓縮至壓力為至少5MPa但小于lOMPa,以 便將其注入到地下注射地層中。
在另一實(shí)施方式中，所述方法還包括，在注射所述氣體流之前，用水壓致裂法在地下 注射地層中產(chǎn)生裂縫。用水壓致裂法在地下注射地層中產(chǎn)生裂縫能增加與載水層中地層水 接觸的表面積，從而有利于氣體流中的一種或多種溫室氣體在地下注射地層的載水層中的 溶解。此外，用水壓致裂法在地下注射地層中產(chǎn)生裂縫可降低所述地下注射地層對(duì)氣體流 的注射所造成的阻力。
在另一實(shí)施方式中，所述氣體流為來(lái)自火電廠的廢氣流，所述火電廠包括燃料氣煙自， 且所述氣體流的注射包括將火電廠廢氣流中存在的溫室氣體從該火電廠的燃料氣煙囪轉(zhuǎn) 移到地下注射地層上方的注射位點(diǎn)。
在一優(yōu)選實(shí)施方式中，溫室氣體在來(lái)自生產(chǎn)源的氣體流中、例如在火電廠的燃料氣煙 囪內(nèi)的廢氣流中所占的百分比為25%或以上。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，溫室氣體在來(lái)自生 產(chǎn)源的氣體流中、例如在火電廠的燃料氣煙囪內(nèi)的廢氣流中所占的百分比為50%或以上。 在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，溫室氣體在來(lái)自生產(chǎn)源的氣體流中、例如在火電廠的燃料氣煙囪 內(nèi)的廢氣流中所占的百分比為95%或以上。在另一實(shí)施方式中，所述氣體流，例如火電廠 的燃料氣煙囪內(nèi)的廢氣流，由溫室氣體組成。在另一實(shí)施方式中，所述氣體流既包括溫室 氣體，也包括非溫室氣體如氮?dú)狻?br> 在另 一實(shí)施方式中，氣體流的注射包括將注入井從地下注射地層上方的地面注射位點(diǎn) 安裝到地下注射地層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述注入井的類型選自直井、斜井、水平井。 在一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述注入井為水平井。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括進(jìn)行地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)分析、地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)分析、以及 數(shù)字模擬技術(shù)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，以確定最優(yōu)的注入-處理井模式、井距和井結(jié)構(gòu)，以使溫室 氣體在載水層中的溶解達(dá)到最優(yōu)化。
接著，所述方法還包括讓氣體流中的溫室氣體(以及非溫室氣體，如果存在非溫室氣 體的話)保留在地下注射地層中，直到至少一些或所有的溫室氣體i)溶解到地下注射地 層的栽水層內(nèi)的地層水中，或者ii)置換所迷地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水，或者同 時(shí)iii)溶解到所迷地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水中、并置換所述地下注射地層的載水 層內(nèi)的地層水，從而將一些或全部的溫室氣體隔離在所述地下注射地層中。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述氣體流中含有氮?dú)膺@種非溫室氣體。在一優(yōu)選實(shí)施方式中， 所述氣體流含有氮?dú)猓龅叵伦⑸涞貙影ǔ虻乇淼?上)表面?zhèn)?，所述方法還包括， 在將溫室氣體隔離在載水層中時(shí)或之后，讓氮?dú)庀蛑龅叵伦⑸涞貙拥?上)表面?zhèn)壬?升、或者在地下注射地層與地面之間上升，直到一些或所有的氮?dú)獾竭_(dá)相對(duì)不透水的層時(shí) 為止，且所述方法還包括將氮?dú)馀欧诺降乇碇系拇髿庵小Ｔ谝粋€(gè)實(shí)施方式中，注射所述 氣體流包括將注入井從地下注射地層上方的地面注射位點(diǎn)安裝到地下注射地層中，其中所 述注入井為第一井，且所述排放包括提供從地面至地下注射地層的第二井。在一個(gè)實(shí)施方 式中，所述第二井選自直井、斜井和水平井。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述方法還包括提供 第二井，該第二井具有套管射孔、井下或地面基水-氣分離系統(tǒng)、以及井下或地面泵中的一 項(xiàng)或多項(xiàng)，這些本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容將能夠很好的理解。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述氣體流的注射包括隨著生產(chǎn)源對(duì)氣體流的生產(chǎn)，連續(xù)不斷 地從所述生產(chǎn)源獲得氣體流進(jìn)行注射，例如，在一段時(shí)間內(nèi)，連續(xù)不斷地注射從所述生產(chǎn) 源獲得的氣體流，所述一段時(shí)間選自至少一天、至少一星期、至少一個(gè)月、至少一年、 至少五年、至少十年。在另一實(shí)施方式中，所述方法包括隨著生產(chǎn)源對(duì)氣體流的生產(chǎn)，間 歇地從所述生產(chǎn)源獲得氣體流進(jìn)行注射，例如，每周六天、每天8小時(shí)地注射所述氣體流。
實(shí)施例1
下面僅通過舉例的方式，說明如何減少向地面之上的大氣中排放溫室氣體。首先，選 擇火電廠中產(chǎn)生的廢氣流(煙氣)為氣體流。例如，IOOO兆瓦的燃煤火電廠一般每小時(shí)產(chǎn) 生約3.4兆立方米的煙氣，而煙氣中包括約12%的二氧化碳，因此每小時(shí)產(chǎn)生約410,000 立方米的二氧化碳，或者說每天產(chǎn)生約IO,OOO，OOO立方米的二氧化碳。接下來(lái)，選擇適于將廢氣流中的一種或多種溫室氣體隔離起來(lái)的地下注射地層，該地 下注射地層位于地面注射位點(diǎn)(該位點(diǎn)處在地下注射地層的上方)之下至少900米處，且 所述地下注射地層包括位于相對(duì)不透水的頁(yè)巖層之下的、透水率相對(duì)較高的沙質(zhì)載水層。 在本實(shí)施例中，所述地下注射地層包括約20千米寬、20千米長(zhǎng)、IOO米厚的沙質(zhì)載水層， 其平均孔隙度為25%。
上方的所述表面注射位點(diǎn)。
接著，在lxlO、Pa的壓力下將廢氣流注入到地下注射地層中。二氧化碳在水中的溶解 度為溫度為55。C、壓力為lxlO、Pa時(shí)，每立方米的水中可溶解27立方米的二氧化碳。 因此，所述地下注射地層的存儲(chǔ)容量為可儲(chǔ)存約lxlO"立方米的水，這些水中可溶解約 2.67xl()H立方米的二氧化碳。假設(shè)廢氣流為12%的二氧化碳和88%的氮?dú)猓业獨(dú)獗慌呕?大氣中，則所述地下注射地層的二氧化碳存儲(chǔ)容量大約相當(dāng)于七十三年中的二氧化碳產(chǎn)量 (2.67xl()U立方米除以1><107立方米/天，再除以365天/年)。
最后，讓廢氣流中的溫室氣體保留在地下注射地層中，直到至少一些或全部的溫室氣 體0溶解到所述地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水中，或者ii)置換所述地下注射地層 的載水層內(nèi)的地層水，或者同時(shí)iii)溶解到所述地下注射地層的栽水層內(nèi)的地層水中、并 置換所述地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水，從而將一些或全部的溫室氣體隔離在所述地 下注射地層中。
雖然上面詳細(xì)描述了本發(fā)明的許多具體實(shí)施方式
，但其它的實(shí)施方式也是可能的。因 此，權(quán)利要求的范圍不應(yīng)限于本說明書中各優(yōu)選實(shí)施方式中的描述。此外，所有引用的參 考文獻(xiàn)也全部被結(jié)合到本申請(qǐng)中。
權(quán)利要求
1.減少向地面之上的大氣中排放溫室氣體的方法，該方法包括a)從生產(chǎn)源處選擇氣體流，該氣體流中包含一種或多種溫室氣體；b)選擇一位于地面之下的地下注射地層，用于隔離來(lái)自生產(chǎn)源的所述氣體流中的一種或多種溫室氣體，所述地下注射地層包括含有地層水的載水層；c)選擇所述氣體流的地面注射位點(diǎn)，該地面注射位點(diǎn)位于所述地下注射地層的上方、用于通向該地下注射地層；d)將來(lái)自生產(chǎn)源的、包含一種或多種溫室氣體的所述氣體流從所述地面注射位點(diǎn)處注入到所述地下注射地層的載水層的地層水中；以及e)讓氣體流中的溫室氣體保留在所述地下注射地層中，直到至少一些或全部溫室氣體i)溶解到所述地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水中，或者ii)置換所述地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水，或者同時(shí)iii)溶解到所述地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水中、并置換所述地下注射地層的載水層內(nèi)的地層水，從而將一些或全部的溫室氣體隔離在所述地下注射地層中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述地下注射地層與該地下注射地層上方的 地面之間隔著一個(gè)或多個(gè)相對(duì)不透水的層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述一種或多種溫室氣體選自二氧化碳、 六氟乙烷、曱烷、氧化亞氮、六氟化硫、四氟甲烷(四氟化碳)、三氟曱烷、1, 1， 1, 2-四氟乙烷，以及l(fā), l-二氟乙烷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述生產(chǎn)源來(lái)自人類的工業(yè)活動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述人類的工業(yè)活動(dòng)選自乙烯生產(chǎn)廠、化 肥生產(chǎn)廠、曱醇生產(chǎn)廠、采礦作業(yè)、天然氣生產(chǎn)作業(yè)、天然氣處理廠、石油生產(chǎn)作業(yè)和石 油煉制作業(yè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述生產(chǎn)源為火電廠。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述地下注射地層的載水層的鹽度為至少 lO，OOOppm (10克/升)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述地下注射地層的pH值處在卜10之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述地下注射地層位于地面以下至少100米 處。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述地下注射地層位于地面以下100~1000 米處。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所迷地下注射地層位于地面以下至少500 米處。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述地下注射地層 位于地面以下500~1000米處。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括對(duì)所述地下注射地層的載 水層內(nèi)的地層水進(jìn)行地球化學(xué)分析，以證實(shí)所述地下注射地層只包含古代水，且所述地層 水不與較淺的新水源相通。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在距生產(chǎn)源5公里、IO公里、50公里、或 者IOO公里處進(jìn)行氣體流的注射。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于氣體流的注射包括將氣體流從生產(chǎn)源處輸 送至位于地面的氣體流注射位點(diǎn)處的注射泵，所述注射位點(diǎn)位于所述地下注射地層的上 方。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氣體流的注射包括a)提供選自壓縮機(jī)、 冷凝器、管道、泵和閥的一種或多種設(shè)備進(jìn)行處理，并b)將溫室氣體從生產(chǎn)源輸送至地 下注射地層上方的氣體流地面注射位點(diǎn)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所迷方法還包括在注射之前或者在注射時(shí) 改變所述氣體流的一個(gè)或多個(gè)屬性，以促進(jìn)存在于氣體流中的一種或多種溫室氣體在地下 注射地層的載水層中的溶解，所述一個(gè)或多個(gè)屬性選自pH值、壓力、鹽度和溫度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括壓縮所述氣體流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所迷方法還包括提供熱交換器，以降低氣 體流的溫度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述地下注射地層的載水層包含孔隙壓力 和破裂壓力，且所述方法還包括將氣體流注入地下注射地層之前，先壓縮所述氣體流， 使其壓力值大于所述地下注射地層的孔隙壓力、但又小于所述地下注射地層的破裂壓力。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括將一種或多種化學(xué)添加劑 加入到氣體流中，以促進(jìn)存在于氣體流中的一種或多種溫室氣體在地下注射地層的載水層 中的溶解。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在注射所述氣體流之前， 先用水壓致裂法使所述地下注射地層中產(chǎn)生裂縫。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氣體流為來(lái)自火電廠的廢氣流，所述 火電廠包括燃料氣煙自，且所述氣體流的注射包括將火電廠廢氣流中存在的溫室氣體從該 火電廠的燃料氣煙囪轉(zhuǎn)移到地下注射地層上方的注射位點(diǎn)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在來(lái)自生產(chǎn)源的氣體流中溫室氣體的含量 為25%或以上。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在來(lái)自生產(chǎn)源的氣體流中溫室氣體的含量 為50%或以上。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在來(lái)自生產(chǎn)源的氣體流中溫室氣體的含量 為95%或以上。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氣體流由溫室氣體組成。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氣體流既含有溫室氣體，也含有非溫 室氣體。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于氣體流的注射包括將注入井從地下注射地 層上方的地面注射位點(diǎn)安裝到地下注射地層中。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述注入井的類型選自直井、斜井、水平 井。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括進(jìn)行地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)分析、地 質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)分析、以及數(shù)字模擬技術(shù)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，以確定最優(yōu)的注入-處理井模式、井 距和井結(jié)構(gòu)，以使溫室氣體在載水層中的溶解達(dá)到最優(yōu)化。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氣體流包括氮?dú)猓龅叵伦⑸涞貙?包括朝向地面的(上)表面?zhèn)?，所述方法還包括，在將溫室氣體隔離在載水層中時(shí)或之后， 讓氮?dú)庀蛑龅叵伦⑸涞貙拥?上)表面?zhèn)壬仙⒒蛘咴诘叵伦⑸涞貙优c地面之間上升，直到一些或所有的氮?dú)獾竭_(dá)相對(duì)不透水的層時(shí)為止，且所述方法還包括將氮?dú)馀臹L到地面 之上的大氣中。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于注射所述氣體流包括將注入井從地下注射 地層上方的地面注射位點(diǎn)安裝到地下注射地層中，其中所述注入井為第一井，且所述排放 包括提供從地面至地下注射地層的第二井。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于所述方法還包括提供第二井，該第二井具 有套管射孔、井下或地面基水-氣分離系統(tǒng)、以及井下或地面泵中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，注射所述氣體流包括隨著生產(chǎn)源對(duì)氣體 流的生產(chǎn)，連續(xù)不斷地從所述生產(chǎn)源荻得氣體流進(jìn)行注射。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，注射所述氣體流包括在一段時(shí)間內(nèi)，連 續(xù)不斷地注射從所述生產(chǎn)源獲得的氣體流，所述一段時(shí)間選自至少一天、至少一星期、 至少一個(gè)月、至少一年、至少五年、至少十年。
37. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，注射所述氣體流包括隨著生產(chǎn)源對(duì)氣體 流的生產(chǎn)，間歇地從所述生產(chǎn)源獲得氣體流進(jìn)行注射。
全文摘要
一種減少向地面之上的大氣中排放溫室氣體如二氧化碳的方法，該方法包括將含有一種或多種溫室氣體的氣體流注射到地下注射地層中，其中，該地下注射地層包括含有地層水的載水層，存在于氣體流中的一些或全部溫室氣體溶解到地下注射地層內(nèi)的地層水中，將所述一種或多種溫室氣體隔離在所述地下注射地層中，從而減少溫室氣體向大氣的排放。
文檔編號(hào)C01B31/20GK101679042SQ200780044988
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者利奧·羅森博格, 羅曼·布萊克, 莫里斯·B·杜西奧爾特, 邁克爾·S·布魯 申請(qǐng)人:羅曼·布萊克;邁克爾·S·布魯;利奧·羅森博格;莫里斯·B·杜西奧爾特