一种分阶段超声强化玄武岩CO2矿化封存方法及系统

本发明属于二氧化碳地质封存与矿化利用，涉及一种分阶段超声强化玄武岩co2矿化封存方法及系统。

背景技术：

1、co2是一种常见的温室气体，直接排放会造成温室效应，造成气候异常变化，与碳减排相悖，因此，需要通过碳封存技术将二氧化碳安全存储以代替直接排放，从而减缓大气中二氧化碳浓度增长。

2、目前二氧化碳人工封存主要通过地质注入封存形式进行，即将二氧化碳经由输送管线或车船运输至适当地点后，注入特定地质条件及特定深度的地层中进行封存，同时促使co2进行矿化，从而再次利用。

3、玄武岩储层由于富含硅酸盐矿物并含有大量可参与反应的ca2+，mg2+等阳离子，是co2地质封存矿化的理想地质介质。然而，利用玄武岩作为地质介质进行co2封存矿化仍然存在以下问题：

4、（1）玄武岩矿物溶解速率较低，水-岩反应过程缓慢，导致co2矿化效率较低；

5、（2）溶解产生的阳离子在储层中的迁移效率有限，容易在近井区域形成局部沉淀，影响反应前沿推进；

6、（3）碳酸盐矿物在近井区域过早沉淀容易造成地质介质储层孔隙或孔喉堵塞，降低储层渗透率并影响后续注入过程。

7、因此，有必要提供一种分阶段超声强化玄武岩co2矿化封存方法及系统，提高co2矿化效率，促进阳离子迁移效率，降低储层堵塞风险，从而提高利用玄武岩作为地质介质对co2进行矿化封存的整体效果。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的问题，本发明通过对玄武岩矿化封存co2过程进行分阶段超声强化，从而促进玄武岩矿物溶解以及阳离子迁移，并控制碳酸盐矿物成核及沉淀位置，进而提高co2矿化封存整体效果。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

3、本发明一方面提出了一种分阶段超声强化玄武岩co2矿化封存方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1：将co2水溶液注入玄武岩储层中，同时对co2水溶液进行高频超声处理。

5、s2：所述步骤s1中，进行高频超声处理直到以超声波发射点为中心，半径3~10m范围内，co2水溶液中的阳离子浓度不大于10mmol/l时，对co2水溶液进行中频超声处理。

6、s3：所述步骤s2中，进行中频超声处理直到以超声波发射点为中心，半径10m以上范围内，co2水溶液中的阳离子浓度不小于10mmol/l时，对co2水溶液进行低频超声处理。

7、进行低频超声处理直到以超声波发射点为中心，半径10m以上范围内，co2水溶液中的阳离子浓度保持至少5h不再变化，停止超声处理，完成co2矿化封存。

8、低频超声处理过程中，以超声波发射点为中心，半径3~10m范围内co2水溶液的ph值不小于8时，对co2水溶液进行所述步骤s2中的中频超声处理。

9、作为优选，所述步骤s1中，高频超声处理的频率大于50khz，不超过70khz。

10、作为优选，所述步骤s2中，中频超声处理的频率大于30khz，不超过50khz。

11、作为优选，所述步骤s3中，低频超声处理的频率不小于20khz，不超过30khz。

12、作为优选，所述步骤s1中，高频超声处理的面功率密度为20~30w/cm2。

13、所述步骤s2中，中频超声处理的面功率密度为50~80w/cm2。

14、所述步骤s3中，低频超声处理的面功率密度为100~200w/cm2。

15、超声处理的面功率密度为作用于玄武岩单位面积上的超声波能量。

16、作为优选，所述步骤s1中，注入玄武岩储层的co2水溶液的ph值为4.5~5.5。

17、将co2通入水中，得到co2水溶液，配置过程中实时监测co2水溶液的ph值，通入co2直到co2水溶液的ph值达到4.5~5.5即可。

18、配置co2水溶液的过程中，可以通过施加压力的方式促进co2进入水中并溶解，优选施加10mpa以上的压力。

19、作为优选，所述步骤s1、s2、s3中，超声处理采用间歇式处理方式，每次超声处理时间与后续的间歇时间比为1:2~1:10。

20、间歇式超声处理方式按照启动-停止-启动-停止的顺序进行循环，每次超声处理时间与后续的间歇时间满足1:2~1:10，例如按照启动超声处理1s，停止2s，再启动1s，停止2s的循环方式进行，再例如启动超声处理1h，停止2h，再启动1h，再停止2h的循环方式进行。

21、本发明另一方面提出了一种分阶段超声强化玄武岩co2矿化封存系统，所述系统用于实现上述矿化封存方法，所述系统包括用于将co2水溶液注入玄武岩储层中的注入井1、第一离子传感器3、ph传感器4、第二离子传感器5、控制系统6，所述注入井1内安装超声发生单元2，所述注入井1的侧壁上开设出液口7，所述出液口7位于超声发生单元2安装处，所述第一离子传感器3、ph传感器4、第二离子传感器5安装在玄武岩储层内，所述第一离子传感器3、ph传感器4与超声发生单元2的距离为3~10m，所述第二离子传感器5与超声发生单元2的距离大于10m，所述超声发生单元2、第一离子传感器3、ph传感器4、第二离子传感器5均与所述控制系统6通信连接。

22、安装第一离子传感器3、ph传感器4、第二离子传感器5时，可以通过在注入井1的侧壁上钻孔，然后再在玄武岩储层中钻出安装孔，将第一离子传感器3、ph传感器4、第二离子传感器5分别安装在玄武岩储层中的安装孔中，为了便于安装，可以将第一离子传感器3、ph传感器4、第二离子传感器5安装在靠近注入井1侧壁的位置，安装完成后，通过常规密封方式将注入井1侧壁上的钻孔进行密封即可。

23、使用现有井下射孔装置即可在井壁上进行定向钻孔，安装离子传感器以及ph传感器等。

24、作为优选，所述超声发生单元2包括高频超声换能器组201，中频超声换能器组202，低频超声换能器组203，所述高频超声换能器组201，中频超声换能器组202，低频超声换能器组203均与控制系统6通信连接。

25、本发明的有益效果：

26、1. 本发明利用co2溶液作为超声波传播介质，在注入co2溶液初期，向co2水溶液与玄武岩接触区域施加高频超声波以诱导空化效应和微射流冲击，产生界面活化强化作用，促进玄武岩矿物溶解并释放钙、镁等阳离子；在注入co2溶液中期，通过施加中频超声波诱导声流效应，促进阳离子向远井区域迁移；在注入co2溶液后期，通过施加低频超声波，控制碳酸盐矿物成核与沉淀位置，缓解近井区域沉淀同时促进远井区域均匀矿化沉淀，最终提高co2矿化封存整体效果。

27、2. 本发明通过在超声波处理过程中，实时监测超声波发射点较近范围内ph值变化情况，从而判断玄武岩储层中是否具有高堵塞风险，进而采取相应措施，进一步降低玄武岩储层堵塞风险，保证co2矿化封存过程正常进行。

28、3. 本发明通过采用间歇式超声处理，显著降低单位时间能量输；同时利用停歇阶段的残余空化与微流动延续使溶解出的钙、镁等阳离子在停歇阶段充分扩散，有利于反应区向远井扩展，实现更均匀的矿化沉淀分布；且间歇式超声可有效避免持续空化与微射流对孔隙结构产生的局部应力集中与累积损伤效应，维持玄武岩储层孔隙结构稳定性的同时通过减少冗余能量输入，有助于提升整体能量利用效率。