CN115853479A - 一种基于低渗水侵气藏的制氢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，涉及油气田开发技术领域，包括：通过注入井，将含氧气体注入低渗水侵气藏，引燃低渗水侵气藏中的天然气；天然气在低渗水侵气藏中的压裂区燃烧，产生氢气并产生高温，低渗水侵气藏中的液体水汽化为蒸汽，其与天然气以及燃烧产生的一氧化碳混合，并在高温下发生蒸汽重整和水汽变化反应产生氢气，抑制或消除了注入井附近地带及远部水锁；压裂区的压裂裂缝和微裂缝由于燃烧产生的能量开始延展，可提高气体的流动能力；关闭注入井的井口，待燃烧区域的温度降低至℃开始从注入井采出混合气体；利用地面变压吸附装置对混合气体进行分离；将分离后纯化的甲烷和氢气进行收集，将分离后二氧化碳埋存。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体为一种基于低渗水侵气藏的制氢方法。
背景技术
天然气作为优质经济的能源和化工原料，在国民经济中的地位越来越重要。低渗气藏产量在我国天然气产量构成中比例逐年增加，但由于其渗透率低、自然产能低、产量递减快、采收率低，且在开发中后期，由于边水和底水的突进会造成水淹和水锁，进一步降低了气藏采收率。目前提高低渗气藏提高采收率的方法，主要有压裂改造储层、排水采气、堵水采气，但上述方法均存在一定局限性。
氢气因其具有零污染、热值高的特点，而被认为是清洁的接替能源，天然气制氢是目前全球最主要的制氢方式，先主要制氢的技术有部分氧化、蒸汽重蒸和自热重整制氢，其主要的反应式如下：
CH4+2O2→CO2+2H2OΔH＝-890.3kJ/mol
CH4+1.5O2→CO+2H2OΔH＝-519.2kJ/mol
CH4+0.5O2→CO+2H2ΔH＝-35.6kJ/mol
CH4+H2O
CO+3H2ΔH＝+206.2kJ/mol
CO+H2O
CO2+H2ΔH＝-41.2kJ/mol
从上式可知，天然气与氧气发生燃烧产生大量热量，为强吸热反应的蒸汽重整提供了能量，在产生氢气的同时，消耗了甲烷和水。若将该过程应用在低渗水侵气藏中，燃烧产生的高温可以将液体水汽化，减弱边水和底水突进对气藏采收率的影响，同时可以获得清洁能源氢气。
现有气藏制氢的发明专利有“一种水侵气藏地层加热实现蒸汽重整制氢的方法”(专利号：202011405590.8)，该方法通过太阳能提供的能源加热井筒附近实现蒸汽重整制氢。但该方法存在一些局限性，如不能针对水平井、储层深度过深电加热损耗严重、热损失严重导致只能解除近井地带水锁、低渗气藏由于不能改善渗透性而制氢效率有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，该方法将含氧气体注入到气藏中，氧气与部分天然气发生燃烧产生高温，剩余天然气和燃烧产生的一氧化碳与水发生反应生成氢气，压裂区外的低渗区域能够阻碍气体的流动，保障了反应区内的反应原料。除此之外，燃烧产生的高温能够使液体水汽化，解除水锁；燃烧过程的高能可使储层的压裂裂缝和微裂缝扩展延伸，提高了气体流动性，从而提高采收率。
本发明提出的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，包括以下步骤：
通过注入井，将含氧气体注入低渗水侵气藏，引燃低渗水侵气藏中的天然气；
引燃天然气后，关闭注入井的井口，待燃烧区域的温度降低至目标温度时开始从注入井采出混合气体；
利用地面变压吸附装置对混合气体进行分离；
将分离后纯化的甲烷和氢气进行收集，将分离后二氧化碳埋存；
其中，引燃低渗水侵气藏中的天然气时，氧气无法扩散至低渗水侵气藏中的低渗基质区，天然气在低渗水侵气藏中的压裂区燃烧，产生氢气并产生高温，低渗水侵气藏中的液体水汽化为蒸汽，其与天然气以及燃烧产生的一氧化碳混合，并在高温下发生蒸汽重整和水汽变化反应产生氢气，抑制或消除了注入井附近地带及远部水锁；同时压裂区的压裂裂缝和微裂缝由于燃烧产生的能量开始延展，可提高气体的流动能力。
进一步的，所述将含氧气体注入低渗水侵气藏，引燃低渗水侵气藏中的天然气，具体包括：
将含氧气体注入低渗水侵气藏后，向注入井的井底处注入低燃点物质，低燃点物质与氧气发生化学反应，发生自燃，引燃低渗水侵气藏中的天然气。
进一步的，所述低燃点物质为煤油。
进一步的，所述含氧气体为空气、富氧空气、纯氧、二氧化碳和氧气的混合气体。
进一步的，在向注入井注入含氧气体时，确保含氧气体中氧气与压裂区的天然气量的摩尔比为0.5～2。
进一步的，所述利用地面变压吸附装置对混合气体进行分离，具体包括：
采出的混合气体通过甲烷变压吸附罐，随后通过二氧化碳变压吸附罐，最后收集在氢气储集罐中。
进一步的，所述将分离后纯化的甲烷和氢气进行收集，具体包括：
待氢气储集罐收集氢气后，甲烷变压吸附罐内的甲烷吸附剂将甲烷吸附、分离和纯化，随后将其储存在甲烷储集罐中；二氧化碳变压吸附罐内的二氧化碳吸附剂将二氧化碳吸附、分离和纯化，随后将其储存在二氧化碳储集罐中。
进一步的，所述将分离后二氧化碳埋存，具体包括：
将储存在二氧化碳储集罐中的二氧化碳，通过二氧化碳注入井注入低渗水侵气藏中埋存。
进一步的，所述甲烷吸附剂为碳分子筛；
所述二氧化碳吸附剂为沸石。
进一步的，天然气燃烧、蒸汽重整和水汽变化反应均发生在压裂区的压裂裂缝和微裂缝区域。
与现有技术相比，本发明提供的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其有益效果是：
本发明将天然气制氢技术应用于气藏中，利用了气藏剩余气，由于氧气能够流动进入气藏深部，故通过燃烧放热可减弱和消除气藏近井和远部地带水锁和水淹；此外，燃烧或燃爆产生的高能可扩展和延伸裂缝和微裂缝，且燃爆过程会产生小岩石碎屑，可自支撑新裂缝，防止了能量消失后裂缝闭合，从而增加了气藏的渗透率，从而提高了气体流动性，获得了高价值的清洁氢能源的同时也提高了气藏采收率；综合来看，本发明具有巨大应用潜力。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法的示意图。
图中：1为低渗水侵气藏；2为低渗基质区；3为压裂区；4为注入井；5为甲烷变压吸附罐；6为二氧化碳变压吸附罐；7为甲烷储集罐；8为二氧化碳储集罐；9为氢气储集罐；10为甲烷吸附剂；11为二氧化碳吸附剂；12为二氧化碳注入井；13为低燃点物质。
具体实施方式
下面结合附图1，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：如图1所示，本发明提出了一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，具体包括以下步骤：
通过注入井4，将含氧气体注入低渗水侵气藏1，引燃低渗水侵气藏1中的天然气；引燃天然气后，关闭注入井4的井口，待燃烧区域的温度降低至目标温度时开始从注入井4采出混合气体；利用地面变压吸附装置对混合气体进行分离；将分离后纯化的甲烷和氢气进行收集，将分离后二氧化碳埋存；其中，引燃低渗水侵气藏1中的天然气时，氧气无法扩散至低渗水侵气藏1中的低渗基质区2，天然气在低渗水侵气藏1中的压裂区3燃烧，产生氢气并产生高温，低渗水侵气藏1中的液体水汽化为蒸汽，其与天然气以及燃烧产生的一氧化碳混合，并在高温下发生蒸汽重整和水汽变化反应产生氢气，抑制或消除了注入井4附近地带及远部水锁；同时压裂区3的压裂裂缝和微裂缝由于燃烧产生的能量开始延展，可提高气体的流动能力。
在本实施例中，将含氧气体注入低渗水侵气藏1，引燃低渗水侵气藏1中的天然气，具体包括：将含氧气体注入低渗水侵气藏1后，向注入井4的井底处注入低燃点物质13，低燃点物质13与氧气发生化学反应，发生自燃，引燃低渗水侵气藏1中的天然气。
在本实施例中，低燃点物质13为煤油。
在本实施例中，含氧气体为空气、富氧空气、纯氧、二氧化碳和氧气的混合气体。
在本实施例中，在向注入井4注入含氧气体时，确保含氧气体中氧气与压裂区3的天然气量的摩尔比为0.5～2。
在本实施例中，利用地面变压吸附装置对混合气体进行分离，具体包括：采出的混合气体通过甲烷变压吸附罐5，随后通过二氧化碳变压吸附罐6，最后收集在氢气储集罐9中。
在本实施例中，将分离后纯化的甲烷和氢气进行收集，具体包括：待氢气储集罐9收集氢气后，甲烷变压吸附罐5内的甲烷吸附剂10将甲烷吸附、分离和纯化，随后将其储存在甲烷储集罐7中；
二氧化碳变压吸附罐6内的二氧化碳吸附剂11将二氧化碳吸附、分离和纯化，随后将其储存在二氧化碳储集罐8中。
在本实施例中，将分离后二氧化碳埋存，具体包括：将储存在二氧化碳储集罐8中的二氧化碳，通过二氧化碳注入井12注入低渗水侵气藏1中埋存。
在本实施例中，甲烷吸附剂10为碳分子筛；二氧化碳吸附剂11为沸石。
在本实施例中，天然气燃烧、蒸汽重整和水汽变化反应均发生在压裂区3的压裂裂缝和微裂缝区域。
具体实施时，按照以下步骤进行：
(1)将含氧气体通过注入井4注入低渗水侵气藏1中，注入的含氧气体保证其中氧气与压裂区的天然气量摩尔为0.5～2；
(2)低燃点物质13通过注入井4注入到井底处发生自燃，以此引燃天然气；
(3)由于氧气几乎无法扩散至低渗基质区2，天然气在压裂区3燃烧产生高温，此时，液体水会汽化与气相混合在一起，然后在高温下与天然气和燃烧产生的一氧化碳发生产氢反应，同时压裂区的裂缝由于燃烧产生的高能开始扩展，提高了气体的流动能力，显著提高气藏采收率；
(4)待燃烧区域的温度降低至450℃开始从注入井4采出混合气体；
(5)产出气首先通过甲烷变压吸附罐5，随后通过二氧化碳变压吸附罐6，最后收集在氢气储集罐9中，待氢气收集后，甲烷变压吸附罐5和二氧化碳变压吸附罐6开始解吸附并储存在甲烷储集罐7和二氧化碳储集罐8中；
(6)二氧化碳通过二氧化碳注入井12注入到低渗水侵气藏1中进行埋存。
在本发明中，注入气体时会将在井筒中的水压回储层，从而提高气体的流动性。
在本发明中，由于天然气在储层温度下(70～120℃)不容易发生氧化，注入的含氧气体不能够与其发生燃烧反应，本发明优选注入低燃点物质，在含氧气体注入时发生自燃，从而引燃天然气，低燃点物质为煤油。
在本发明中，低渗气藏渗透率极低，储存的气很难产出，为了提高采收率，现有技术通过水力压裂造缝，但水力压裂造缝成本高，且大部分为单一缝，远离压裂区域的气仍采不出。本发明利用氧气与天然气燃烧所产生的高压扩展延伸并产生新的微裂缝，增大了导流能力，使更多气体能够参与反应和采出。
在本发明中，由于注入气体会吹走天然气，影响燃烧和产氢效率，但在未涉及到裂缝延展的低渗基质区，仍然是燃烧和产氢区内原料封闭的保障，且由于天然气无法完全转化为氢气，故在产出气也会有天然气，所以本发明既提高了采收率，也获得了高价值的氢能源。
在本发明中，优选注入的含氧气体为二氧化碳和氧气的混合气体，氧气浓度降低可以减少在注入过程的燃爆的风险，增加注入的安全性，二氧化碳作为混合气注入减少了产出气的种类，降低了分离成本。
综合来看，本发明将天然气制氢技术应用于气藏中，利用了气藏剩余气，由于氧气能够流动进入气藏深部，故通过燃烧放热可减弱和消除气藏近井和远部地带水锁和水淹；此外，燃烧或燃爆产生的高能可扩展和延伸裂缝和微裂缝，且燃爆过程会产生小岩石碎屑，可自支撑新裂缝，防止了能量消失后裂缝闭合，从而增加了气藏的渗透率，从而提高了气体流动性，获得了高价值的清洁氢能源的同时也提高了气藏采收率；因此，本发明具有巨大应用潜力。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过注入井(4)，将含氧气体注入低渗水侵气藏(1)，引燃低渗水侵气藏(1)中的天然气；
引燃天然气后，关闭注入井(4)的井口，待燃烧区域的温度降低至目标温度时开始从注入井(4)采出混合气体；
利用地面变压吸附装置对混合气体进行分离；
将分离后纯化的甲烷和氢气进行收集，将分离后二氧化碳埋存；
其中，引燃低渗水侵气藏(1)中的天然气时，氧气无法扩散至低渗水侵气藏(1)中的低渗基质区(2)，天然气在低渗水侵气藏(1)中的压裂区(3)燃烧，产生氢气并产生高温，低渗水侵气藏(1)中的液体水汽化为蒸汽，其与天然气以及燃烧产生的一氧化碳混合，并在高温下发生蒸汽重整和水汽变化反应产生氢气，抑制或消除了注入井(4)附近地带及远部水锁；同时压裂区(3)的压裂裂缝和微裂缝由于燃烧产生的能量开始延展，可提高气体的流动能力。
2.如权利要求1所述的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于，所述将含氧气体注入低渗水侵气藏(1)，引燃低渗水侵气藏(1)中的天然气，具体包括：
将含氧气体注入低渗水侵气藏(1)后，向注入井(4)的井底处注入低燃点物质(13)，低燃点物质(13)与氧气发生化学反应，发生自燃，引燃低渗水侵气藏(1)中的天然气。
3.如权利要求2所述的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于：
所述低燃点物质(13)为煤油。
4.如权利要求1所述的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于：
所述含氧气体为空气、富氧空气、纯氧、二氧化碳和氧气的混合气体。
5.如权利要求1所述的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于：
在向注入井(4)注入含氧气体时，确保含氧气体中氧气与压裂区(3)的天然气量的摩尔比为0.5～2。
6.如权利要求1所述的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于，所述利用地面变压吸附装置对混合气体进行分离，具体包括：
采出的混合气体通过甲烷变压吸附罐(5)，随后通过二氧化碳变压吸附罐(6)，最后收集在氢气储集罐(9)中。
7.如权利要求6所述的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于，所述将分离后纯化的甲烷和氢气进行收集，具体包括：
待氢气储集罐(9)收集氢气后，甲烷变压吸附罐(5)内的甲烷吸附剂(10)将甲烷吸附、分离和纯化，随后将其储存在甲烷储集罐(7)中；
二氧化碳变压吸附罐(6)内的二氧化碳吸附剂(11)将二氧化碳吸附、分离和纯化，随后将其储存在二氧化碳储集罐(8)中。
8.如权利要求7所述的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于，所述将分离后二氧化碳埋存，具体包括：
将储存在二氧化碳储集罐(8)中的二氧化碳，通过二氧化碳注入井(12)注入低渗水侵气藏(1)中埋存。
9.如权利要求7所述的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于：
所述甲烷吸附剂(10)为碳分子筛；
所述二氧化碳吸附剂(11)为沸石。
10.如权利要求7所述的一种基于低渗水侵气藏的制氢方法，其特征在于：
天然气燃烧、蒸汽重整和水汽变化反应均发生在压裂区(3)的压裂裂缝和微裂缝区域。
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