一種油氣藏原位制氫與利用方法
2024-04-13 23:23:05
1.本發明屬於油氣田開採領域，具體涉及一種油氣藏原位制氫與利用方法。
背景技術：
2.隨著人類對全球氣候的影響，全球正在變暖，使人類正在經歷熱浪、洪水、乾旱、森林火災和海平面上升等一系列災害性天氣氣候事件。油氣資源大部分作為燃料燃燒，這種燃燒會產生大量二氧化碳，若將產生的二氧化碳全部排入大氣中，會進一步加劇「溫室效應」，導致更多的氣候問題。
3.氫能以其清潔環保、效能高、來源廣、可儲能等優勢，被稱為「終極能源」，是未來代替礦物能源的最佳選擇，並且能夠有效解決可再生能源的消耗問題，以解決全球化石能源危機、全球變暖以及環境汙染等問題。
4.目前制氫原料主要以石油、天然氣、煤炭等化石資源為主，較之於其他制氫方法，化石能源重整制氫工藝更為成熟，原料價格相對較低。
5.氫能開發的初衷是降低碳排放，全球制氫主要原料主要採用煤制氫，這與發展氫能實現能源綠色低碳轉型目標南轅北轍，若實現1億氫氣終端的應用，需要消耗煤炭、天然氣等化石能源超過5億噸標準煤，排放二氧化碳接近12億～18億噸，氫能產業反而會成為最大的耗能和碳排放領域。
技術實現要素：
6.針對上述制氫技術所存在的問題，本發明提供一種油氣藏原位制氫與利用方法，所述方法針對的對象是在現有經濟技術條件下無法採出的油氣資源，可將剩餘油氣資源再利用制氫，且可有效解決現有制氫技術高碳排放的問題。
7.本發明利用油氣藏原位轉化產生氫氣，能夠在制氫的同時杜絕二氧化碳的排放，且將產出的氫氣摻入天然氣管網或進行氫燃氣輪機分布式發電，對氫氣就地高效利用，對世界碳達峰、碳中和的推進具有重大意義。
8.一種油氣藏原位制氫與利用方法，包括以下步驟：
9.可選但優選具有良好蓋層的油氣藏；
10.將前置催化劑注入油氣藏烴類區域；
11.將油氣藏溫度升高至使烴類發生氧化、水熱裂解或重整轉化為氫氣的溫度；
12.將生產井關閉一段時間使反應充分發生和產出氣發生重力分離；從該油氣藏的上方生產井提取氫氣；
13.將生產井回收的氣體進行處理後摻入天然氣管道和進行氫燃氣輪機分布式發電。
14.所述油氣藏的選擇可通過三維或四維地震勘探技術結合測井解釋或電磁感應技術實現，可選但優選油氣藏具有良好的封閉性，更具體的是四周都具有良好的封閉性，特別是具有能夠封存氫氣的蓋層。四周具有良好封閉性的油氣藏可作為儲氫庫。三維或四維地震勘探技術結合測井解釋或電磁感應技術也可以用來獲取油氣藏油氣水分布和優化生產
30.ch4+0.5o2→
co+2h231.ch4+h2o
→
co+3h232.2ch4+3o2→
2co+4h2o
33.本發明提供的方法包含從該油氣藏的上方生產井提取氫氣。生產井的位置優化可通過三維、四維地震勘探和電磁感應技術實現。
34.所述生產井的管柱材料需防氫脆，特別的為高強度防氫脆材料。
35.特別的，如果該油氣藏四周具有良好封閉性，所述生產井也可作為氫氣的注入井，將氫氣注入該油氣藏進行儲存。
36.本發明提供的方法中包含將生產井回收的氣體進行處理後摻入天然氣管道和進行氫燃氣輪機分布式發電。
37.所述天然氣管網摻氫能夠解決氫氣運輸問題，一般摻入氫氣濃度不低於10％，特別不低於20％，尤其不低於30％。也可通過控制生產井的生產壓差、開井時間等參數，使得某些分子質量介於氫氣與碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物之間的烴類氣體(例如甲烷和乙烷)一起產出，然後混入天然氣管道，實現能源最大化利用。
38.所述氫燃氣輪機分布式發電可以併網，實現調峰調頻。氫燃氣輪機燃燒的氣體可選但優選高濃度氫氣的混合氣體，特別的氫氣濃度不低於20％。上述產出的混合氣體也同樣適用於氫燃氣輪機。
39.通過注入空氣的方式加熱油氣藏(特別是稠油油藏)會使稠油中瀝青質、膠質等具有稠環芳烴的物質發生熱裂解、高溫氧化、水熱裂解、加氫催化等反應而發生改質，流動性上升，從而提高該油藏的採收率。
40.本發明特別適用現有經濟技術無法開採的油氣藏，包括但不限於三次採油後的油藏、稠油油藏、水鎖氣藏。三次採油後的油藏由於油藏的非均質性，使得水/氣/化學劑驅油不能均勻推進而造成採收率一般不超過50％，稠油油藏由於原油的流動性差和油藏的非均質性使得無法開採或採收率一般不超過65％，水鎖氣藏是由於氣藏中存在水，在開採過程中由於水的產出，使得氣無法生產。
41.與現有技術相比，本發明具有一下優點：將制氫放在了地下進行，不僅把現有技術下無法開採的油氣資源再利用，而且在獲得清潔能源氫氣的同時抑制甚至消除了「溫室氣體」排放，還將氫氣就地利用或注入具有良好蓋層的油氣藏中，解決了氫氣運輸和儲存問題，本發明具有廣闊的應用前景。
附圖說明
42.圖1為本發明過程實施的示意圖。
43.圖中：1、富氧/貧氧空氣注入系統；2、注入井；3；注入物；4、氫氣聚集區；5、生產井；6、天然氣管網；7、燃氣輪機。
44.其中富氧/貧氧空氣系統1包括但不限於高壓氣體注入泵、制氧機、isc泵。
45.其中注入井2和生產井5的井型包括但不限於直井、水平井。
具體實施方式
46.為了更好的解釋本發明，以便於理解，下面結合附圖，通過具體實施方式，對本發
明作詳細描述。
47.注入物3包括催化劑前置體、空氣、水；具體的，如圖1所示，將催化劑前置體通過富氧/貧氧空氣注入系統1經過注入井2注入油氣藏中，然後將富氧/貧氧空氣通過注入井2注入油氣藏中，利用點火或自燃方式使油氣發生燃燒。此時，生產井5為關閉狀態。以燃燒前緣為中心向四周延伸到溫度至少為280℃的區域將發生氫氣轉化反應。由於氫氣密度和分子體積小，氫氣會獨自聚集在氫氣聚集區4，同時，二氧化碳等「溫室氣體」會埋存在油氣藏底部。當生產井4附近的壓力上升到與燃燒區域壓力一致時，打開生產井4開始生產氫氣。
48.將採出的氫氣摻入天然氣管網6供居民使用或加入燃氣輪機7就地發電併網。特別的，可將分子質量介於氫氣與碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物之間的烴類氣體(例如甲烷和乙烷)一起產出並摻入天然氣管網6或加入燃氣輪機7，使得能源最大化利用。
技術特徵：
1.一種油氣藏原位制氫與利用方法，其特徵在於，包括以下步驟：將前置催化劑注入油氣藏烴類區域；將油氣藏溫度升高至使烴類發生氧化、水熱裂解或重整轉化為氫氣的溫度；將生產井關閉一段時間使反應充分發生和產出氣發生重力分離；從該油氣藏的上方生產井提取氫氣；將生產井回收的氣體進行處理後摻入天然氣管道和進行氫燃氣輪機分布式發電。2.根據權利要求1所述的一種油氣藏原位制氫與利用方法，其特徵在於，所述油氣藏具有能夠封存氫氣的蓋層。3.根據權利要求1所述的一種油氣藏原位制氫與利用方法，其特徵在於，所述前置催化劑以金屬鹽溶液的形式注入，該金屬鹽溶液可被氧化為金屬氧化物催化劑。4.根據權利要求1所述的一種油氣藏原位制氫與利用方法，其特徵在於，所述前置催化劑是由催化多種反應的前置催化劑組成。5.根據權利要求1所述的一種油氣藏原位制氫與利用方法，其特徵在於，所述前置催化劑的注入方式是同空氣交替注入。6.根據權利要求1所述的一種油氣藏原位制氫與利用方法，其特徵在於，所述使油氣藏溫度升高，是通過注入空氣引發油氣燃燒產生。7.根據權利要求1所述的一種油氣藏原位制氫與利用方法，其特徵在於，所述關井時間為生產井周圍地層壓力達到燃燒區壓力的時間。8.根據權利要求1所述的一種油氣藏原位制氫與利用方法，其特徵在於，所述摻入天然氣管網和燃氣輪機的氣體為氫氣、甲烷和乙烷的混合物。9.根據權利要求1所述的一種油氣藏原位制氫與利用方法，其特徵在於，所述油氣藏為現有經濟技術條件下無法開採的油氣藏。
技術總結
本發明公開了一種油氣藏原位制氫與利用方法，該方法包括以下步驟：選具有良好蓋層的油氣藏；將前置催化劑注入油氣藏烴類區域；將油氣藏溫度升高至使烴類發生氧化、水熱裂解或重整轉化為氫氣的溫度；將生產井關閉一段時間使反應充分發生和產出氣發生重力分離；從該油氣藏的上方生產井提取氫氣；將生產井回收的氣體進行處理後摻入天然氣管道和進行氫燃氣輪機分布式發電。機分布式發電。機分布式發電。
技術研發人員：蒲萬芬 唐曉東 靳星 劉仁保
受保護的技術使用者：西南石油大學
技術研發日：2022.11.21
技術公布日：2023/3/28