一种利用超临界co2钻井进行co2封存的装置
技术领域
1.本发明涉及co2封存技术领域，具体为一种利用超临界co2钻井进行co2封存的装置。
背景技术：
2.co2封存是将co2封存进中高渗均质砂岩等良好地质条件沉积盆地咸水层中，但是，由于co2气体进入储层后，co2渗流过程中会发生膨胀降黏，不能有效改善储层等储层敏感性，难以大规模进行co2封存，因此，急需一种能够将co2封存于咸水层中的装置。
技术实现要素：
3.有鉴于此，本发明实施例提供了一种利用超临界co2钻井进行co2封存的装置，以解决现有技术难以将co2大量封存于咸水层中的装置。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
5.一种利用超临界co2钻井进行co2封存的装置，包括：液态co2输送组件、钻井液输送泵组件、套管和钻头；
6.所述套管设有第一流道和第二流道；
7.所述钻头设有第三流道和第四流道，所述第三流道的一端与所述第一流道的一端连通，所述第四流道的一端与所述第二流道的一端连通；
8.所述第三流道的另一端为第一出液口，所述第一出液口用于液态co2排出；
9.所述第四流道的另一端为第二出液口，所述第二出液口用于钻井液排出；
10.所述第一流道的另一端与所述液态co2输送组件的出液端连通，所述液态co2输送组件用于向所述第一流道输送液态co2；
11.所述第二流道的另一端与所述钻井液输送泵组件连通，所述钻井液输送泵组件用于向所述第二流道输送钻井液。
12.优选的，所述钻头设有多个刀翼，所述刀翼设有多个切削齿。
13.优选的，所述刀翼设有多个所述第一出液口。
14.优选的，所述钻头设有多个第二出液口。
15.优选的，所述第一流道沿所述套管的轴心开设；
16.多个所述第二流道沿所述第一流道的周向开设。
17.优选的，所述第三流道，包括：主流道、支流道、喷嘴和喷射孔；
18.所述主流道的一端与所述第一流道连通，另一端与多个所述支流道的一端连通，其中，所述支流道为自激发震荡腔体；
19.所述喷嘴的进液口设置于所述支流道的另一端；
20.所述喷嘴的出液口与多个所述喷射孔连通。
21.优选的，所述钻井液输送泵组件，包括：输送泵和第一加压泵；
22.所述输送泵通过第一输送管与所述第一加压泵连通，所述输送泵用于将钻井液输
送至所述第一加压泵；
23.所述第一加压泵通过第二输送管与所述套管的第二流道连通，所述第一加压泵用于对钻井液加压。
24.优选的，所述液态co2输送组件，包括：高压泵和油管；
25.所述高压泵通过所述油管与所述套管的第一流道连通。
26.优选的，还包括：用于收纳所述油管的滚筒。
27.优选的，还包括：co2储存罐、第二加压泵和制冷机；
28.所述第二加压泵的出料口与所述制冷机的进料口连通，所述第二加压泵用于对输送的气态co2加压至预设压力；
29.所述制冷机的出料口与所述co2储存罐的进料口连通，所述制冷机用于将气态co2冷凝成液态co2。
30.由上述内容可知，本发明公开了一种利用超临界co2钻井进行co2封存的装置。在套管设置第一流道和第二流道；钻头设置第三流道和第四流道，并使第三流道的一端与第一流道的一端连通，第四流道的一端与第二流道的一端连通；以及将第三流道的另一端设置为用于液态co2排出的第一出液口；第四流道的另一端为用于钻井液排出的第二出液口，第一流道的另一端与液态co2输送组件的出液端连通；第二流道的另一端与钻井液输送泵组件连通，进而可通过钻井液输送泵组件向第二流道输送钻井液，液态co2输送组件向第一流道输送液态co2。通过上述公开的利用超临界co2钻井进行co2封存的装置，在钻井过程中，通过套管的第一流道和第二流道向钻头输送液态co2和钻井液，使得液态co2能够与钻井液同时使用，进而实现液态co2和钻井液联合破岩，能够提升钻头钻井的效率；而当钻井完成后，通过井口向井内注入一定压力，就能够实现c02封存。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例提供的一种利用超临界co2钻井进行co2封存的装置的结构示意图；
33.图2为本发明实施例提供的钻头的结构示意图；
34.图3为本发明实施例提供的钻头的剖视图。
35.其中，高压泵11，油管12，滚筒13；输送泵21，第一加压泵22；套管3，第一流道31，第二流道32；钻头4，刀翼41，切削齿42，第三流道43、主流道431、支流道432、喷嘴433、喷射孔434，第四流道44，第一出液口45，第二出液口46；co2储存罐5；第二加压泵6；制冷机7。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.本发明实施例提供一种利用超临界co2钻井进行co2封存的装置，参见图1至图3，图1为利用超临界co2钻井进行co2封存的装置的结构示意图，所述利用超临界co2钻井进行co2封存的装置包括：液态co2输送组件、钻井液输送泵21组件、套管3和钻头4；
39.套管3设有第一流道31和第二流道32；
40.钻头4设有第三流道43和第四流道44，第三流道43的一端与第一流道31的一端连通，第四流道44的一端与第二流道32的一端连通；
41.第三流道43的另一端为第一出液口45，第一出液口45用于液态co2排出；
42.第四流道44的另一端为第二出液口46，第二出液口46用于钻井液排出；
43.第一流道31的另一端与液态co2输送组件的出液端连通，液态co2输送组件用于向第一流道31输送液态co2；
44.第二流道32的另一端与钻井液输送泵21组件连通，钻井液输送泵21组件用于向第二流道32输送钻井液。
45.需要说明的是，液态co2是一种超临界状态，而超临界状态的co2具有接近液体的密度、接近气体的粘度，且有着流动性好、密度大和溶解能力强的优点，因此，将液态co2输送至井底，液态二氧化碳能够及时扩散并溶解，有效避免储层敏感性。
46.还需要说明的是，利用超临界co2和钻井液结合，能够有效改善井底结冰现象，而利用超临界co2钻井可以有效避免后期co2地质封存过程中发生的储层敏感性。
47.本发明实施例在套管3设置第一流道31和第二流道32；钻头4设置第三流道43和第四流道44，并使第三流道43的一端与第一流道31的一端连通，第四流道44的一端与第二流道32的一端连通；以及将第三流道43的另一端设置为用于液态co2排出的第一出液口45；第四流道44的另一端为用于钻井液排出的第二出液口46，第一流道31的另一端与液态co2输送组件的出液端连通；第二流道32的另一端与钻井液输送泵21组件连通，进而可通过钻井液输送泵21组件向第二流道32输送钻井液，液态co2输送组件向第一流道31输送液态co2。通过上述公开的利用超临界co2钻井进行co2封存的装置，在钻井过程中，通过套管3的第一流道31和第二流道32向钻头4输送液态co2和钻井液，使得液态co2能够与钻井液同时使用，进而实现液态co2和钻井液联合破岩，能够提升钻头4钻井的效率；而当钻井完成后，通过井口向井内注入一定压力，就能够实现c02封存。
48.具体的，钻头4设有多个刀翼41，刀翼41设有多个切削齿42。
49.需要说明的是，在钻头4设置多个刀翼41，并在刀翼41设置多个切削齿42，能够提升钻头4钻井效率。
50.进一步，刀翼41设有多个第一出液口45。
51.需要说明的是，在刀翼41设置多个第一出液口45，第一出液口45排出的液态co2能够在钻井过程中对刀翼41和切削齿42进行冷却，避免刀翼41和切削齿42温度过高而损坏。
52.具体的，钻头4设有多个第二出液口46。
53.需要说明的是，通过在钻头4设置多个第二出液口46，能在钻井过程中对刀翼41和切削齿42进行冷却，避免刀翼41和切削齿42温度过高而损坏。
54.进一步，第一流道31沿套管3的轴心开设；
55.多个第二流道32沿第一流道31的周向开设。
56.需要说明的是，将第一流道31沿套管3的轴心设置，并将多个第二流道32沿第一流道31的周向开设，进而随着钻井的深度增加，可通过增加套管3，并能保证套管3与套管3之间能够正常输送液态co2和钻井液。
57.具体的，第三流道43，包括：主流道431、支流道432、喷嘴433和喷射孔434；
58.主流道431的一端与第一流道31连通，另一端与多个支流道432的一端连通，其中，支流道432为自激发震荡腔体；
59.喷嘴433的进液口设置于支流道432的另一端；
60.喷嘴433的出液口与多个喷射孔434连通。
61.需要说明的是，将第三流道43设置成主流道431、支流道432、喷嘴433和喷射孔434，并将主流道431的一端与第一流道31连通，另一端与多个支流道432的一端连通，支流道432设置为自激发震荡腔体，喷嘴433的进液口设置于支流道432的另一端；喷嘴433的出液口与多个喷射孔434连通，进而超临界态co2通过套管3的第一流道31进入主流道431后，由于支流道432为自激发震荡腔体，因此，在超临界态co2进入支流道432后，将连续射流改变成脉冲射流，最后通过喷嘴433和喷射孔434喷出，能够进一步为钻头4提供足够扭矩，进而实现与钻井液配合破岩。
62.还需要说明的是，由于超临界态co2喷射出钻头4喷嘴433后其压力减小，温度急剧降低，能够有效对钻头4降温。
63.具体的，钻井液输送泵21组件，包括：输送泵21和第一加压泵22；
64.输送泵21通过第一输送管与第一加压泵22连通，输送泵21用于将钻井液输送至第一加压泵22；
65.第一加压泵22通过第二输送管与套管3的第二流道32连通，第一加压泵22用于对钻井液加压。
66.需要说明的是，将输送泵21通过第一输送管与第一加压泵22连通，第一加压泵22通过第二输送管与套管3的第二流道32连通，进而通过输送泵21能够将钻井液输送至第一加压泵22，而第一加压泵22能够对钻井液加压，进而在钻头4工作过程中，钻井液被输送至钻头4并排除，实现对钻头4冷却降温。
67.值得注意的是，温度和压力细小变化均能引起超临界co2密度大幅波动，因此，本技术需要通过设置第一加压泵22为井注入压力，以维持co2的状态。
68.进一步，液态co2输送组件，包括：高压泵11和油管12；
69.高压泵11通过油管12与套管3的第一流道31连通。
70.需要说明的是，高压泵11能够提升液态co2输送的压力，以保证液态co2能够通过套管3输送至钻头4，进而实现对钻头4冷却降温。
71.值得注意的是，温度和压力细小变化均能引起超临界co2密度大幅波动，因此，本技术需要通过设置高压泵11为井注入压力，以维持co2的状态。
72.进一步，利用超临界co2钻井进行co2封存的装置，还包括：用于收纳油管12的滚筒13。
73.需要说明的是，通过设置收纳油管12的滚筒13，可在钻井过程中，随着井的深度增加，将油管12从滚筒13抽出，而当钻井完成后，通过转动滚筒13，快速将油管12收纳，因此，通过设置收纳油管12的滚筒13，能够有效提升油管12收纳效率。
74.进一步，利用超临界co2钻井进行co2封存的装置，还包括：co2储存罐5、第二加压泵6和制冷机7；
75.第二加压泵6的出料口与制冷机7的进料口连通，第二加压泵6用于对输送的气态co2加压至预设压力；
76.制冷机7的出料口与co2储存罐5的进料口连通，制冷机7用于将气态co2冷凝成液态co2。
77.需要说明的是，将第二加压泵6的出料口与制冷机7的进料口连通，制冷机7的出料口与co2储存罐5的进料口连通，进而可通过第二加压泵6将输送的气态co2加压至预设压力，而制冷机7则能将气态co2冷凝成液态co2，使co2成为超临界状态。
78.基于上述公开的利用超临界co2钻井进行co2封存的装置，本技术还提供了一种利用超临界co2钻井进行co2封存方法，利用超临界co2钻井进行co2封存方法包括以下步骤：
79.步骤s1：准备井场设备，包括纯co2和常规钻井液、连续井管、加压泵等；
80.步骤s2：使用高压泵11将液态co2通过连续管滚筒13和钻井泵驱动输送到内钻管(即图中第三流道43)中，在井底转变为超临界态。通过连续管滚筒13和钻井泵将常规钻井液输送到外钻管(即图中第四流道44)中。
81.步骤s3：通过改进的pdc钻头4(图2和图3)进行超临界co2钻井。具体为：co2通过制冷机7和加压泵(即图中第二加压泵6)达到超临界态，经过连续油管12依次穿过内钻管、pdc钻头接口和内钻管腔并进入至自激发震荡腔体内，将连续射流改为脉冲射流，之后通过喷嘴433和喷射孔434喷出；钻井液通过加压泵(即图中第一加压泵22)，经过外钻管、pdc钻头接口和外钻管腔，之后通过外管喷射孔434喷出。由于超临界二氧化碳密度大，因此，超临界二氧化碳能为井下动力钻具提供足够的扭矩，利用超临界co2和常规钻井液组合进行联合破岩，也可以直接利用外管喷射钻头4进行水力钻进。一般超临界二氧化碳喷射出钻头4的喷嘴433后其压力减小，温度急剧降低，可冷却钻头4和钻具。同时要严格控制喷嘴433压降，通过改进的脉冲射流，避免温度过低造成井底结冰。
82.由于温度和压力的微小变化可引起超临界二氧化碳密度大幅波动，因此可以通过高压泵11和加压泵(即图中高压泵11)的功率来调控井底压力。
83.步骤s4：完成超临界co2钻井后，将co2储罐改为连续碳源管输接口，将加压泵调节为井口注入压力，进行co2封存工艺。
84.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根
据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
85.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
86.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。