二氧化碳地质封存的探讨(1)

1、二氧化碳地质封存的探讨（一）CCS技术含概二氧化碳捕获和封存。现在就地质封存的安全性，很多专家学者存在不同看法或者担忧，依然需要有探讨和认识过程。地质封存仍然是目前缓解二氧化碳排向大气层的最好方法之一。现在我国有许多从废气中捕获二氧化碳的示范工程，成功的捕获并得到液态二氧化碳，并加以工业焊接、气调保鲜、和碳酸饮料应用，获取商业价值。这些项目不能够称为CCS技术，只是回收再利用技术，不但无法缓解温室气体排放，而且在利用过程中，二氧化碳依然回到了大气中。地质封存在相对长的时期内，可以使得被捕获的二氧化碳与大气隔绝的特点，给我们研究更科学、更经济、更安全处理二氧化碳方法赢得时间。另外，被封存的二氧化

2、碳，在地下蓄积了一定的能量，一旦有成熟的处理方法，就可以揭开固封柱塞，利用返出的气流进行发电，释放能量后作为原材料，再输给相关的处理装置。地质封存的工程技术措施（一）由于压注井在进行压注施工时，低温液态二氧化碳，经井口套管射孔筛管到目的层这样一个通道。因此，由工程技术来确保其安全性极为重要。所以，需要考虑的技术因素很多：流量控制低温液态二氧化碳在套管内由上而下的运动，类似于是一种制冷剂流体，不断吸热带走套管外壁热量，造成固封套管的水泥（含水）冰冻现象，容易生产水泥与套管胶结失效，或者发生胀裂套管事故。因此，一口注入井，不可以无限制增加注入流量，必要根据目的层的岩层的空隙度和井深固有的条件，合理

3、选择好注入流量。液体温度根据上述流量控制要求，为了安全起见，可以将液态二氧化碳在入井前进行加热，然后在被加热的液体流经套管时，避免了过度吸热问题。低温液体的加热设备一般优先采用燃油锅炉，在需要防爆的作业场地，只能选择电锅炉。目的层通道目的层通道阻力是自然形成的，为了提高液体通过量，减小压注工作压力。在新井注入前或者停工较长时间复工时，要进行必要的工艺处理。一般是先注入前置液，干扰目的岩层中的胶结物，然后再注入处理剂来处理可以被干扰的胶结物，通常将其收缩，进一步扩大空隙，达到减阻效果，接下就开始进入压注操作程序。对于压注施工的长时间停顿期间，或者永久封井作业前，应该对井筒打入后置液，防止射孔筛管

4、生产水合物，已经套管腐蚀，延长注人井的使用寿命。地质封存的工程技术措施（二）地质封存工程基本设备及流程见下图：由槽车、储存罐、高压泵站、操作控制站、加热站、药剂箱、作业泵站、井口装置组成系统。工程地质条件封存层选择圈闭地质结构，即：具有整状或者区块砂岩层，必须有良好的冠岩及底层密性岩。同时需要井深1000米以上，储藏层位厚度2米以上，射开砂岩厚度不少于1.5米，流动阻力小于30MPa，储藏量不小于200万吨的地质结构。井身设计最好考虑到井筒静液柱压力大于注入压力的井深，这样的压力体系即使井口没有人为加压，被注人的二氧化碳依然会封在地层中，其提高了不安全性，避免了返吐事故。施工环境条件1000平

5、方米以上的施工场地，在200米之内没有生活人群居住。如果可能的情况下，在相距50米区域内，钻有一口观察井。地理条件是，具有可以25吨以上载重车的公里；或者具有可以通行100吨驳船的水运航道；具有安全急救车一辆。生产组织项目总经理1名、平台经理1名、班组长2名、副班组长2名、技术员2名、压注工4名、加热工2名、罐区工2名。生产和生活辅助设施10吨柴油罐一只，食堂及餐厅一栋，宿舍房（6人）二栋，机修房一栋，水罐及净化设备一套，300KW柴油发电机组及配电装置一套，交通车一辆，网络通信设备一套，井口装置一套。工控系统运行界面地质封存的工程技术措施（三）压注的压力监控在一口新注入井施工开始，对注人压力

6、的监控十分重要，一般在开工的72小时内，发生这样的压力波动。因为随着液态二氧化碳不断向井内注人，并且逐步替代井筒原来的液体。当二氧化碳液体推进到筛管和岩层时，需要完全克服原来静液柱压力和岩层阻力，建立由泵站井口筛管岩层流道，此刻的注人压力最大，会出现一个压力峰值，待这个流道打通了，注人压力就会恢复到与流道阻力相平衡的工作压力。施工方法及技术要点泵站在现场作业时，一般采用单机泵组的气相管和液相管分别与操控站的气相管和液相管（用金属波纹管）相互连接，构成液体CO输入的回路。高压输出管连接通往操控站、加热站、单向阀组和压入井的高压管汇，构成CO输出。特殊情况下也可把槽车或者贮罐直接连接使用，既把槽车

7、上的屏蔽泵旁路与单机泵组的液相输入管连接，气相管与气相管连接，构成液体CO输入的回路。为了有利于提高泵效，泵站摆放应尽可能避免产生泵的“吸程”，采取贮罐高泵站低的工作势态。11 连接气相管和液相管。将金属波纹管与罐箱的液相及气相口连接；将驳船屏蔽泵站上的带有万向弯头的金属波纹管与集控管汇连接；将平台间的金属波纹管与操控站连接；将高压泵站与操控站气相管和液相管连接；将高压泵站与操控站的高压管汇连接；将高压泵站的高压管汇与加热站连接；将加热站的高压出口管与单向阀组和井口连接好。12检查高压输出管、单向阀组。按照SY/T 6487-2000液态二氧化碳吞吐推荐作法的要求，对系统高压管汇进行作业前的试

8、压，单向阀的单向性能必须完好。13检查设备。按要求检查设备各部，确保一切正常。14通气相准备。打开高压泵组高、低压管汇上的所有阀门（包括泄压阀）。15通气相。打开闸门让CO气体进入系统的高、低压管汇及泵中。16建压。完全打开贮罐气相管的闸门，使系统高、低压管汇中建立压力。17通液相。打开液相管闸门。18启动屏蔽泵。19检查屏蔽泵的运转情况。110准备启动高压泵。检查高压泵出口压力的调整限压是否按施工设计的最高压力设定位。111启动高压泵。选用变频方式启动高压泵。112高压泵输出。待泵头降温趋近贮罐内液体CO的相态温度点再关闭回流阀转入外输运行。113正常压注。进入正常压注前，还要再次检查和调整

9、屏蔽泵进、出口压力，按照压注施工设计的压注排量要求，进入正常压注。114观察井口压力。进入正常压注后，如果没有改变设备运行参数，突发井内超压或者降压情况，必须立即处置。超压时，说明输出通道有阻力，应该马上调整变频器，使得泵速及排量降低，恢复到调定压力以下运行。如果泵速极度减慢，泵压仍然上升，必须立刻停泵，检查和排除故障原因。如果泵速减慢，泵压回落，表示压注通道中的井下阻力在与压注压力进行平衡，通过缓慢泵速的方法，就会逐步达到施工压力的平衡点。降压时，说明输出或者输入通道存在问题，应该及时检查和判断。输出通道问题一般发生井内（如发生在地面，可以目视到喷发的二氧化碳干冰），应该考虑井上部套管破裂，

10、被注入的二氧化碳可能进入了目的层上段的地层，由于短路压注，使得施工压力减小。输入通道问题一般需要考虑：A、罐箱液面已经不够屏蔽泵吸入量；B、液相管汇回路中存在气体；C、高压泵或者屏蔽泵部件损坏，影响供液。115观察加热站工况。进入正常压注后，要不断观察加热站换热器的进口温度。116停工泄压。关闭屏蔽泵和高压泵运行；关闭总阀切断与井内的通道，关闭采油树阀门；关闭罐箱的液相、气相和回气通道；打开回流阀；打开泄压阀进行泄压；关闭加热站电加热器电源，打开换热器和循环水泵放水阀，检查保温电热带是否运行；关闭所有供电开关和总电源。安全施工措施1CO压注施工使用的液态二氧化碳中的含水量应低于饱和含水量的60

11、%，含水量高易造成管汇系统的冰堵，使得无法正常施工，并容易造成事故！2、CO压注施工中遇到暂停工作或临时停机，如果时间不长，一般不要动流程中的闸门，要保证泵组中低压系统与罐箱中气相和液相间的连通，使它们共处在一个压力、温度体系中，这样泵组中的低压系统也能处在罐箱安全阀的保护下。如果停待时间较长，环境温度又比较高，泵组及流程组件与罐箱中气相、液相间的连通会导致热量交换向罐箱转移太快，使得罐箱中CO的温度、压力升高快，此时必须关闭罐箱与机泵组连接的气相管、液相管的闸门，与罐箱连通的气相管、液相管关断后，立即要打开泵组上的泄压阀（控制缓缓泄压至零，并保持连通大气），以防泵组低压系统中的液态CO吸收环

12、境温度后气化升压，导致低压系统发生超压事故！在泵组低压系统中，绝对不容许有被闸门封死的区域，其中包括压力表、阀门不能关闭，屏蔽泵的闸门不能被关闭，否则必然会发生爆裂、爆炸事故！3在CO压注施工中要关注单向阀的单向性能，在停泵时要观察泵压表指示的停泵压力是否小于泵输时的压力，如泵阀有刺漏要及时关闭总阀，以防在下次启动泵打回流时造成入井CO反吐入罐箱。止回阀、泵阀有大刺漏时，出现这种情况是很危险的。4在CO压注施工中，要保持泵房的通风。在泄压排放CO时，要注意操作者的自我保护。通风不好时可采用强制通风手段。5一旦遇到管汇爆裂事故，不要惊慌，首先要在自己防止缺氧的前提下，迅速去关断气源。遇到罐箱上的管子爆裂事故，在没有闸门可关的情况下，首先是要让人员撤离到安全地带，以免导致人员缺氧窒息，然后再弄清事由，采用相关的处理预案。通常气相管爆裂事故在跑一部分气后，会在罐里产生干冰，在爆裂管口造成冰堵；液相管爆裂事故会在爆裂管口附近生成干冰造成冰堵。一般出现上述事故可让其产生自堵后，到等待倒罐时再作处理。但在处理的同时，应时刻注意冰堵口在升华中随时会再次喷发，以防止再次喷发而崩裂出的冰块伤人。 6在CO压注施工中，所有金属软管和高压外输管在