[发明专利]基于混合流体自分离的天然气分离及废弃气体地质封存方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于混合流体自分离的天然气地质分离方法，尤其涉及一种 基于混合流体自分离的天然气地质分离和废弃气体地质封存方法，主要利用地质 结构特性、杂质气体在地层水中的高溶解性质和混合流体在地层中迁移的水动力 现象实现天然气自分离过程和废弃气体的地质封存双重目标。

背景技术

天然气中含有大量杂质气体，特别是我国的天然气中一般含硫量较高，需要 进行天然气分离过程。目前全球的天然气分离的主要方法有：胺法、混合胺工艺、 Benfield法、Sulfinol法、Sulfatreat法、低温甲醇洗工艺、物理净化、液化分离 工艺、变压吸附分离技术、膜分离技术、低温分馏技术等方法，在天然气分离中 得到了较好的运用，在天然气分离中也取得了良好的效果。

废弃气体地质封存方法主要将纯度到达90％以上的废弃气体高压注入地质结 构中，实现废弃气体与大气长期隔离的方法，如：CO₂、H₂S、SO₂、SO₃、N₂O、NO、 NO₂、NH₃气体。现存的封存场地类型主要有：石油和天然气储层、深部含水层、 不可开采的煤层、玄武岩、岩盐腔穴等地质构造中。在每一种类型中，废弃气体 的地质封存都将废弃气体压缩注入深部地层中。各种废气地质封存工程在工业和 商业规模的阶段运行，且废弃气体减排效果非常好。

以上天然气分离方法都采用工业过程进行天然气的分离过程，其中废弃气体 的分离成本在整个天然气成本中的比重是非常大的，若能够降低杂质气体的分离 成本，则可以大大降低整个天然气的生产成本；天然气中的杂质气体基本属于废 弃气体范畴，若能够在分离天然气过程中同时实现废弃气体的地质封存，则整个 天然气分离过程可达到天然气分离与废弃气体封存的双重目的，可以实现天然气 分离、废弃气体减排、环境效益、以及减排交易实现的经济利益等多重效益。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种基于混合流体自分离的天然气分离及废弃 气体地质封存的方法，它是一种经济、简单、有效的方法。该发明为全新的天然 气分离方法，可大幅度降低天然气的分离成本，同时天然气分离过程可达到天然 气分离与废弃气体封存的双重目的，可以实现天然气的初步分离、废弃气体减排、 环境效益、以及减排交易实现的经济利益等多重效益。

天然气常规分离方法和废弃气体地质封存技术，为本发明的提出奠定了基 础。为了实现上述的目的，本发明依次包括下列步骤：

①在选定的地质封存场地形成注入井和排放井，一直贯穿帽岩进入地质分离 层；

②通过高压注入设备(气罐，增压泵、高压气泵等高压、增压设备)将含有 废弃气体的天然气混合流体连续不断地通过注入井注入地质分离层。天然气中的 杂质气体成分包括：二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、三氧化硫、氧化亚氮、氧化 氮、二氧化氮、氨气(CO₂、SO₂、H₂S、SO₃、N₂O、NO₂、NO、NH₃)气体中的一种或 二至八种气体的任意混合。杂质气体的体积浓度范围为0.5％～90％之间。注入气 体的量根据排放井释放的烃类气体的浓度低于经济浓度为止。

③混合流体注入一定时间(1天到2年)后，通过排放井释放迁移到排放井 的混合流体；

④持续进行混合流体的注入和排放井的释放，直到排放井排出的流体中甲 烷、乙烷、丙烷等低碳烃类气体的总浓度低于经济浓度值为止，停止整个分离过 程。从而实现天然气的杂质气体的分离，获取烃类气体，同时封存杂质气体。

优选方案为，地质分离层为深部含水层，地质封存场地至少包含一个注入井 和一个排放井，可以根据地质条件需要设置一个注入井和与其相对应的两个排放 井，或者两个注入井及相对应的三个排放井，可以理解的是，排放进与注入井间 应间隔设置，可参考油田注入井和采收井井场布置方式，其中一种平面布置如图 7。

另外，需要控制排放井井口的压力(0.1MPa～50MPa)，以溶解于排放井周围 地层水中杂质气体不大量析出为准。

本发明的工作原理：