Способ добычи метана

1 Настоящее изобретение относится к способам добычи метана из подземных угольных отложений путем химической стимуляции формирования кливаж-структуры в угольном отложении с целью увеличения эффективности добычи метана из указанного угольного отложения. В подземных каменноугольных отложениях находятся значительные объемы газообразного метана. С целью более эффективного извлечения метана из угольных отложений используются разнообразные технологические приемы. Простейшей технологией является технология разгерметизации, при которой с поверхности в тело угольного отложения бурится скважина и метан извлекается из буровой скважины за счет снижения давления, что вызывает десорбцию (высвобождение) метана из угольного отложения и его истечение через скважину на поверхность. Этот метод неэффективен, поскольку каменноугольные отложения обычно не представляют собой чрезвычайно пористые структуры и метан обычно находится не в порах угольного отложения, а абсорбируется на самом угле. Хотя добыча метана из угольных отложений и может осуществляться таким методом,такая добыча метана малоэффективна из-за малой скорости истечения метана. В некоторых угольных отложениях их естественная проницаемость (пористость) достаточна, чтобы позволить осуществить удаление присутствующей в месторождении воды с целью повышения объема извлечения метана. В таких отложениях кливаж-структуры, сформировавшиеся в ходе диагенеза угольного пласта,обеспечивают наличие путей прохода (просачивания), через которые вода и метан перемещаются к добывающей скважине для их извлечения. Такое удаление воды или "обезвоживание"(дренирование) угольных отложений обеспечивает удаление воды из упомянутых путей прохода и позволяет потоку метана проходить через эти пути к добывающей скважине более эффективно. Многие угольные отложения не имеют сколько-либо развитых кливаж-структур, либо имеющиеся в них кливаж-структуры не полностью развиты. Такие угольные отложения имеют низкую водопроницаемость и не отдают содержащуюся в них воду с достаточно высокой скоростью. Как результат, вода заполняет пути прохода, и извлечение метана из таких угольных отложений затруднено или невозможно с эффективными объемами добычи. Как следствие, непрерывные усилия направлены на разработку способов извлечения метана из таких угольных отложений с более высокими показателями эффективности. В соответствии с настоящим изобретением, эффективность извлечения метана из водосодержащих подземных угольных отложений повышается за 2 счет выполнения, по меньшей мере, одной скважины с поверхности в тело угольного отложения; нагнетания в указанное угольное отложение водного раствора окислителя; выдерживания указанного водного раствора окислителя в угольном отложении в течение заданного времени для стимуляции формирования или расширения кливаж-структуры в указанном угольном отложении; и получения из указанного угольного отложения метана с повышенными показателями эффективности добычи. Водный раствор окислителя может содержать гипохлорит, соли металлов хлорноватистой кислоты, перекись водорода, озон, кислород и их комбинации. Эффективность добычи метана из водосодержащих подземных угольных отложений, через которые проходят, по меньшей мере, одна нагнетательная скважина и, по меньшей мере,одна добывающая скважина, повышается путем: а) нагнетания водного раствора окислителя в угольное отложение через нагнетательную скважину; и б) добычи метана из угольного отложения через добывающую скважину с повышенными показателями эффективности. На фиг.1 показана схема скважины, проходящей с поверхности в тело подземного угольного отложения; на фиг.2 показана схема скважины, проходящей с поверхности в тело подземного угольного отложения, имеющего разрыв; на фиг.3 показана схема, иллюстрирующая нагнетательную скважину и добывающую скважину, проходящую с поверхности в тело подземного угольного отложения; на фиг.4 показана схема, иллюстрирующая нагнетательную скважину и добывающую скважину, проходящую с поверхности в тело подземного угольного отложения, имеющего разрыв, выполненный со стороны нагнетательной скважины; на фиг.5 представлена общая схема 5-позиционной компоновки нагнетательной и добывающих скважин. На фиг.1 показано угольное отложение 10,в тело которого с поверхности 12 проходит буровая скважина 14. Буровая скважина 14 включает в себя обсадную трубу 16, устанавливаемую в буровой скважине 14 с помощью цемента 18. В альтернативном варианте обсадная труба 16, проходящая в или через тело угольного отложения 10, может иметь сквозные отверстия в зоне угольного пласта, обеспечивающее прохождение жидкости из обсадной трубы 16 в угольное отложение. Буровая скважина 14 проходит в тело угольного отложения 10 и включает в себя эксплутационные трубы 20 и пакер 22. Пакер (тампон) 22 устанавливается для предотвращения тока среды между внешней поверхностью эксплутационных труб 20 и внутренней поверхностью обсадной трубы 16. Буровая скважина 14 также включает в себя оборудование 24, предназначенное для нагнетания газово 3 го или жидкостного потока в угольное отложение 10 или для извлечения газового или жидкостного потока из угольного отложения 10. При практическом использовании настоящего изобретения водный раствор окислителя нагнетается, как показано стрелкой 26, через эксплутационные трубы 20 в угольное отложение 10, как показано стрелкой 28. Зоны воздействия показаны (округленно) поз.30. Водный раствор окислителя нагнетается в угольное отложение 10 на заданное время с целью увеличения или стимуляции формирования кливажструктуры в угольном отложении 10. Водный раствор окислителя нагнетается в течение периода времени и в количестве, которые достаточны для повышения проницаемости угольного отложения 10 в зонах 30. По завершении заданного периода времени или после нагнетания заданного объема водного раствора окислителя скважину закрывают на период времени, который может превышать 24 ч. Обычно скважину закрывают на срок, достаточный для возврата давления в буровой скважине до величины давления в отложении, после чего скважину выдерживают закрытой в течение дополнительно12 ч. Период выстаивания скважины в закрытом состоянии позволяет водному раствору окислителя просочиться в тело угольного отложения 10 и окислить компоненты указанного отложения 10 с целью расширения кливаж-структуры в угольном отложении 10. По истечении периода выдержки скважины в закрытом состоянии вода из угольного отложения 10 с метаном извлекается с целью дренирования угольного отложения в зонах 30. Термин "дренирование" ("обезвоживание"), используемый здесь, не подразумевает полного удаления воды из угольного отложения 10, но скорее подразумевает удаление воды в объеме, достаточном для того, чтобы в кливаж-структуре угольного отложения 10 открылись пути прохода таким образом, чтобы метан мог быть извлечен через указанные проходы из угольного отложения 10. Указанный водный раствор может содержать окислитель, выбираемый из группы, состоящей из гипохлорита, солей металлов хлорноватистой кислоты, перекиси водорода, озона,кислорода и их комбинаций. Обычно окислитель используется в концентрациях, составляющих менее 10 об.% водного раствора окислителя. При использовании перекиси водорода концентрация предпочтительно составляет до 10 об.% раствора, более предпочтительно от 5 до 10 об.%. При использовании гипохлорита концентрация составляет до 5,0 об.%. В варианте реализации изобретения, показанном на фиг.1, единичная скважина используется для нагнетания водного раствора окислителя с целью химического расширения или стимуляции формирования кливаж-структуры в зонах 30 с результирующим высвобождением содержащейся в отложении воды и, соответственно, с 4 повышением показателей эффективности добычи метана из угольного отложения 10. На фиг.2 показан аналогичный вариант реализации изобретения, за исключением того,что угольное отложение 10 имеет разрывы 32. Работа скважины принципиально аналогична вышеизложенной для фиг.1, за исключением того, что в угольном отложении 10 предварительно выполнены разрывы, либо это отложение получает разрывы под воздействием жидкости,которая может включать в себя водный раствор окислителя в ходе, по меньшей мере, части операции выполнения разрывов. Например, может быть предпочтительным использование обычных средств формирования разрывов, если угольное отложение 10 в значительной степени непроницаемо, в качестве исходной методики стимуляции с последующим использованием водного раствора окислителя в качестве промывной среды второго эшелона. Эта вторичная промывочная среда увеличивает проницаемость кливаж-структуры по всем участкам, контактирующим с зоной разрыва. В таких случаях скважину предпочтительно закрывают, как изложено выше, и окислитель подбирают из группы окислителей, рассмотренных ранее. Разрывы формируются в угольном отложении 10 до нагнетания раствора окислителя. Раствор окислителя может включать в себя жидкость для формирования разрывов, если это нужно. На фиг.3 показано как нагнетательная скважина 34 и добывающая скважина 36 проходят с поверхности 12 в тело угольного отложения 10. Нагнетательная скважина 34 находится относительно добывающей скважины 36 на расстоянии удаления, определяемом характеристиками конкретного угольного отложения и т. п. В соответствии с настоящим изобретением водный раствор окислителя, описанный выше, нагнетается в тело угольного отложения 10 через нагнетательную скважину 34, как показано стрелками 26 и 28, для воздействия на зоны 30,которые могут простираться от нагнетательной скважины 34 в целом в периферическом направлении, но обычно и предпочтительно в направлении к близлежащей добывающей скважине (скважинам). Добывающая скважина 36 рассчитана на извлечение воды и метана из угольного отложения 10. Извлечение воды и метана через добывающую скважину 36 вызывает миграцию водного раствора окислителя по направлению к добывающей скважине 36. Предпочтительно, нагнетание водного раствора окислителя продолжается до выявления увеличенного объема воды в добывающей скважине 36, либо до выявления в добывающей скважине 36 "хвостов" нагнетаемых веществ, указывающих на присутствие в добывающей скважине 36 некоторого количества водного раствора окислителя. Увеличение объема воды, извлекаемой из добывающей скважины 36, свидетельствует о формировании или расширении кливаж 5 структур в угольном отложении 10, ведущих к увеличению проницаемости, благодаря чему дополнительные объемы воды высвобождаются для извлечения из угольного отложения 10, как показано стрелками 38, через добывающую скважину 36 и трубопровод 40. Стрелки 38 показаны направленными к добывающей скважине 36 с обоих направлений в том плане, что вода будет извлекаться с меньшим объемом и из необрабатываемых частей угольного отложения 10. Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.4, аналогичен показанному на фиг.3, за исключением того, что угольное отложение 10 имеет разрывы 32. Показанные на фиг.2 разрывы 32 могут иметь по сути любую протяженность. Напротив, в варианте осуществления, представленном на фиг.4, разрывы 32 предпочтительно простираются не более, чем на половину расстояния до добывающей скважины 36. Очевидно, что если разрывы 32 будут полностью достигать добывающей скважины 36,будет трудно использовать жидкостный или газовый напор любого типа между нагнетательной скважиной 34 и добывающей скважиной 36. Предпочтительно, чтобы разрывы простирались не более, чем на половину величины расстояния удаления между нагнетательной скважиной 34 и добывающей скважиной 36. Использование водного раствора окислителя при наличии разрывов 32 осуществляется как изложено выше. Водный раствор окислителя представляет собой раствор гипохлорита (НОСl), солей металлов хлорноватистой кислоты (например(O3) или насыщенную кислородом (O2) воду. Из указанных окислителей предпочтительными являются растворы гипохлорита, пероксида водорода и озона, поскольку их легче получать в относительно высоких объемах, требуемых для практических технологических целей. Из них предпочтительными являются перекись водорода и озон, поскольку они обуславливают ввод в угольное отложение 10 только водорода и кислорода. Хотя гипохлорит, представляющий собой бытовой отбеливатель, выпускается промышленно в больших объемах с концентрацией до 5,0 об.%, присутствие хлора в некоторых угольных отложениях может представить определенные проблемы. Пригодны концентрированные перекиси водорода и озона до 10 об.%, хотя предпочтительны растворы, содержащие менее 5,0 об.%. На фиг.5 показана пятипозиционная компоновка скважины. Такие компоновки расположения скважин удобны в практическом использовании настоящего изобретения и могут использоваться с повторяющимся характером на большой площади. Такие схемы расположения скважин хорошо известны специалистам в данной области и рассматриваются здесь лишь вкратце. В схеме, показанной на фиг.5, водный 6 раствор окислителя нагнетается через нагнетательную скважину 34 для воздействия на зоны 30 с целью повышения объема извлечения воды и метана из добывающих скважин 36. При прорыве водного раствора окислителя, о чем свидетельствует возрастание объема извлечения воды и метана из добывающих скважин 36, нагнетание водного раствора окислителя прекращается и нагнетательная скважина 34 может быть переведена в режим добывающей скважины. Вся площадь затем дренируется через исходные добывающие скважины и преобразованную нагнетательную скважину. Зоны с увеличенным формированием кливаж-структур ускоряют процесс дренирования и увеличивают объемы добычи метана и полноту извлечения метана. Способ по настоящему изобретению также полезен в качестве средства предобработки при воздействии на угольное отложение нагнетанием газа с целью увеличения извлечения метана из угольного отложения 10. Использование двуокиси углерода как в чистом виде, так и совместно с другими газами для увеличения добычи газа из угольных отложений хорошо известно в практике. Аналогичным образом, специалистам в данной области хорошо известно использование инертных газов, таких как азот, аргон и т. п.,для извлечения дополнительных объемов метана из угольных отложений путем повышения давления в отложении и высвобождения таким образом дополнительного количества метана,так как парциальное давление метана в атмосфере в угольном пласте уменьшается. Использование таких технологических способов требует, чтобы отложение было проницаемым для газового потока, проходящего в само отложение или сквозь него, чтобы таким образом извлечение метана было возможным. Способ по настоящему изобретению повышает проницаемость угольных отложений и может использоваться перед задействованием продувки газом или газовой десорбционнной обработки для повышения объема извлечения метана. Следует отметить, что некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения приведены в качестве иллюстративного материала и не имеют ограничительного характера и что возможно осуществление многих вариантов и модификаций, не выходящих за пределы объема защиты настоящего изобретения. Многие из таких вариантов и модификаций могут представиться очевидными и приемлемыми для специалистов в данной области после рассмотрения вышеприведенного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ добычи метана из водосодержащего подземного угольного отложения, в котором выполнена, по меньшей мере, одна скважи 7 на, включающий в себя: а) нагнетание в угольное отложение водного раствора окислителя; б) выдерживание указанного водного раствора окислителя в угольном отложении в течение заданного периода времени для расширения или стимуляции формирования кливаж-структуры в угольном отложении; и в) извлечение метана из угольного отложения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный водный раствор окислителя нагнетается в угольное отложение через одну предусмотренную скважину, затем эта скважина закрывается на заданный период времени, и затем метан извлекается через ту же скважину. 3. Способ по пп.1 или 2, отличающийся тем, что в угольном отложении до нагнетания в него водного раствора окислителя выполняются разрывы, отходящие от указанной скважины. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный водный раствор окислителя включает в себя жидкую среду для выполнения разрывов, нагнетаемую в режиме формирования разрывов с целью выполнения разрывов в указанном угольном отложении. 5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный водный раствор окислителя выдерживается в угольном отложении в течение, по меньшей мере, 24 ч. 6. Способ добычи метана из водосодержащего подземного угольного отложения, в кото 000054 8 ром выполнена, по меньшей мере, одна нагнетательная скважина и, по меньшей мере, одна добывающая скважина, включающий в себя: а) нагнетание водного раствора окислителя в указанное угольное отложение через указанную нагнетательную скважину и б) извлечение метана из указанного зольного отложения через указанную добывающую скважину. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанный водный раствор окислителя нагнетается в угольное отложение до извлечения из добывающей скважины воды в увеличенном объеме. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что используют водный раствор окислителя, выбираемого из пероксида водорода, озона, кислорода и их комбинаций. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют водный раствор пероксида водорода или озона. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанный водный раствор окислителя содержит примерно до 10 об.% окислителя. 11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что указанный водный раствор окислителя содержит примерно до 5 об.% окислителя.