世界首個從陸地向海底傾斜挖掘的CCS試驗(yàn)

  大規(guī)模的CCS(CO2回收和存儲技術(shù))項(xiàng)目已在美國等幾個國家實(shí)施了。其中,很多是用于EOR(提高石油采收率)。雖然也有的是將CO2壓入海底下深處鹽水層,但都是采用管道將CO2輸送到壓入井的方式。因此,存儲層為陸上時,就由陸上壓入,存儲層為海底下時,就由海上壓入。而日本苫小牧市的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在世界上首次進(jìn)行了壓入井從陸地向海底傾斜挖掘,將海底的深處鹽水層作為CO2儲藏層。在日本作為CO2主要排出源的火力發(fā)電廠和煉鐵廠大部分都建在臨海的地方,因此與筆直向下挖掘相比,采用這種方式具有儲藏地選擇靈活性大的優(yōu)點(diǎn),這也引起了全世界的關(guān)注。

  在日本苫小牧市的壓入井挖掘中使用了鉆機(jī)吊索挖掘技術(shù)。其挖掘原理如下,在鉆機(jī)吊索的頂端安裝了鉆頭,鉆頭從安裝了一系列管道的鉆機(jī)中懸吊下去,然后用安裝在鉆機(jī)吊索最頂部的旋轉(zhuǎn)裝置對鉆機(jī)吊索進(jìn)行旋轉(zhuǎn),通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行挖掘。向鉆頭施加的推力可以利用鉆機(jī)吊索自重產(chǎn)生的重力。

  挖掘時,被加壓的泥水作為挖掘流體從鉆機(jī)吊索內(nèi)部通過后,再從鉆頭的噴口噴出,然后從鉆機(jī)吊索和溜井的縫隙中穿過返回到地上。挖掘泥水可以保護(hù)溜井和輸出挖掘土。一旦挖掘到規(guī)定的深度,就把鉆機(jī)吊索提升起來,然后插入井壁保護(hù)鋼管。在固定井壁保護(hù)鋼管后,用口徑小的鉆頭再進(jìn)行挖掘。井壁保護(hù)鋼管用水泥進(jìn)行固定。普通油井采用硅酸鹽水泥(普通水泥)進(jìn)行固定,但硅酸鹽水泥會因CO2而急劇劣化,因此CCS要求采用特殊的耐CO2水泥。

  另外,在對溜井進(jìn)行傾斜挖掘時,采用了井下電機(jī)來輸送泥水。挖掘時只對鉆頭部分進(jìn)行旋轉(zhuǎn),并不是對整個鉆機(jī)吊索進(jìn)行旋轉(zhuǎn),由此可對溜井進(jìn)行傾斜挖掘。

  在挖掘時,利用泥水壓力波來傳輸數(shù)據(jù),利用該數(shù)據(jù)可以控制溜井的軌跡(溜井的傾斜和水平軌跡)。 當(dāng)井壁保護(hù)鋼管安裝后,在井壁保護(hù)鋼管內(nèi)插入用于壓入CO2用的小口徑管道。從管道頂端壓入的CO2會從開孔的套管向存儲層滲透。

  與CO2接觸的井壁保護(hù)鋼管、管道和套管必須使用抗CO2腐蝕的鋼管。在苫小牧設(shè)備上分別使用了API(美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))的J55、L80/13Cr鋼管和110-13Cr+5Ni+2Mo鋼管。

  另外,在井壁保護(hù)鋼管和管道的縫隙中填充了挖掘泥水,取代了以往用NaCl和NaBr等不同比重調(diào)整的精制流體。