Химически индуцируемое стимулирование подземных углеродистых отложений водными растворами окислителя

1 Настоящее изобретение относится к способам повышения скорости добычи метана из подземного углеродистого отложения посредством химического стимулирования отложения водным раствором окислителя для повышения скорости отбора метана из упомянутого отложения. Настоящее изобретение применимо для повышения добычи метана из отложений, в состав которых наряду с углеродистыми материалами входят неорганические материалы, например, как в случае углеродистых глинистых сланцевых отложений. Повышенная скорость добычи обеспечивается посредством повышения площади поверхности фрагментов органического материала, входящих в состав отложений, которые содержат углеводороды, посредством индуцирования образования трещин и других новых поверхностей в упомянутых углеродистых материалах, благодаря чему облегчается десорбирование легких углеводородов из упомянутых углеродистых отложений. Углеродистые отложения, например, глинистые сланцы, частично состоят из глинистых минералов. Настоящее изобретение применимо также для повышения добычи легких углеводородов, адсорбированных упомянутыми глинистыми минералами. В отложениях, включающих углеродистые материалы, к числу которых могут относиться мацералы, керогены и другие органические материалы, и которые присутствуют в отложении вместе с неорганическими материалами, например, песками, глинами и т.п. классическими материалами, обнаруживаются значительные количества газообразного метана. В настоящем описании подобные отложения именуются "углеродистыми отложениями". В состав многих подобных углеродистых отложений входят значительные количества метана либо других абсорбированных или адсорбированных легких углеводородов типа метана, однако метан с трудом извлекается из таких отложений, поскольку проницаемость и обнаженная площадь поверхности входящих в их состав углеродистых материалов слишком низки для обеспечения эффективного выделения метана из отложения. Термины "абсорбированный" либо "адсорбированный" в данном описании используются взаимозаменяемо и относятся к метану либо иным легким углеводородам, которые находятся в либо на поверхности углеродистых материалов, и к метану либо иным легким углеводородам, которые находятся в либо на поверхности глинисто-минеральных материалов, входящих в состав углеродистых отложений. Соответственно, предпринимаются постоянные усилия, направленные на развитие способов повторения влияния условий, которые обеспечили образование в угольных отложениях лучше развитых систем трещин и повышение скорости отбора метана из углеродистых отложений. 2 Сущность изобретения Согласно настоящему изобретению, предоставляется способ повышения скорости извлечения метана из подземного углеродистого отложения, в котором пробурена, как минимум,одна скважина, причем способ включает:a) нагнетание водного раствора окислителя, включающего, как минимум, один окислитель, выбираемый из группы, в состав которой входит пероксид, озон, кислород, диоксид хлора, гипохлорит, водорастворимые соли металлов гипохлористой кислоты, перхлорат, хлорат,персульфат, перкарбонат, перманганат, нитрат и их сочетания в упомянутое отложение;b) выдерживание водного раствора окислителя в упомянутом отложении в течение определенного времени; иc) отбор метана из упомянутого угольного отложения с повышенной скоростью. Нагнетание водного раствора окислителя в упомянутое отложение и выдерживание упомянутого раствора в упомянутом отложении в течение определенного периода времени стимулирует и облегчает десорбирование метана и других легких углеводородов из глинистоминеральных составляющих упомянутого отложения; обеспечивает метану возможность перемещения из упомянутого отложения в ствол скважины; и обеспечивает возможность добычи метана из упомянутого отложения с повышенной скоростью. К числу некоторых примеров подходящих окислителей относятся пероксид, озон, кислород, диоксид хлора, гипохлорит, водорастворимые соли металлов гипохлористой кислоты,перхлорат, хлорат, персульфат, перборат, перкарбонат, перманганат и нитрат, а также их сочетания. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, скорость отбора метана из подземного углеродистого отложения, в котором пробурена, как минимум,одна нагнетательная скважина и, как минимум,одна добывающая скважина, повышаетсяa) нагнетанием водного раствора окислителя, в состав которого входит, как минимум,один окислитель, в упомянутое отложение через упомянутую нагнетательную скважину; иb) отбором метана из упомянутого отложения через упомянутую добывающую скважину с повышенной скоростью. Настоящее изобретение эффективно повышает добычу метана из углеродистых материалов, отложенных вместе с неорганическими материалами, и повышает добычу метана из неорганических материалов, на которых и которыми он адсорбирован. Далее последует подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления и с помощью прилагаемых фигур, на которых 3 фиг. 1 - схематическое изображение скважины в подземном углеродистом отложении с поверхности; фиг. 2 - схематическое изображение скважины в подземном углеродистом отложении с поверхности, где в углеродистом отложении были образованы трещины; фиг. 3 - схематическое изображение нагнетательной скважины и добывающей скважины,пробуренных в подземном углеродистом отложении с поверхности; фиг. 4 - схематическое изображение нагнетательной скважины и добывающей скважины,пробуренных в подземном углеродистом отложении с поверхности, где в углеродистом отложении были образованы трещины со стороны нагнетательной скважины; и фиг. 5 - схема размещения по площади 4 добывающих и 1 нагнетательной скважин. Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения При обсуждении фигур одни и те же цифровые позиции будут использоваться для обозначения одинаковых либо сходных компонентов. На фиг. 1 показано углеродистое отложение 10, в котором с поверхности пробурена скважина 14. В стволе скважины 14 в соответствующем положении с помощью цемента 18 установлены обсадные трубы 16. Несмотря на то,что ствол скважины 14 обсажен, следует понимать, что в предпочтительных вариантах осуществления, показанных на чертежах, скважины могут быть необсаженными либо частично обсаженными. В альтернативном варианте обсадные трубы 16 могут заходить в, либо проходить через углеродистое отложение 10. На участке обсадных труб 16, находящемся в углеродистом пласте, предусматриваются отверстия, обеспечивающие поступление жидкости из обсадных труб 16 к углеродистому отложению. В стволе скважины 14, проходящей в углеродистое отложение 10, находятся подъемные трубы 20 и пакер 22. Пакер 22 расположен таким образом, что предотвращает перетекание жидкости между наружным диаметром подъемных труб 20 и внутренним диаметром обсадных труб 16. В стволе скважины 14, кроме того, расположено оборудование 24, приспособленное для нагнетания потока газа либо жидкости в углеродистое отложение 10 либо для извлечения потока газа либо жидкости из углеродистого отложения 10. При практическом осуществлении настоящего изобретения водный раствор окислителя нагнетается, как показано стрелкой 26, через подъемные трубы 20 в углеродистое отложение 10, как показано стрелками 28. Обработанные зоны показаны окружностями 30. Водный раствор окислителя нагнетают в углеродистое отложение 10 в течение определенного периода времени и в количестве, которое считается достаточным для усиления либо интенсификации 4 образования проводящей непрерывной системы трещин в углеродистом отложении 10. Через определенный период времени либо после завершения нагнетания определенного количества водного раствора окислителя скважина может быть закрыта на период времени, который может достигать либо превышать 24 ч. Скважину обычно закрывают до тех пор, пока давление в стволе не вернется к уровню давления в отложении, плюс 12 дополнительных часов. В альтернативном варианте, раствор окислителя в процессе нагнетания водного раствора окислителя может находиться в углеродистом отложении 10 в течение достаточного периода времени. Период закрытия скважины обеспечивает возможность перемещения раствора окислителя в углеродистое отложение 10 для окисления его составляющих; и, тем самым, повышения площади поверхности и трещин в органических материалах, присутствующих в углеродистом отложении 10. Период закрытия скважины,кроме того, обеспечивает возможность перемещения раствора окислителя в углеродистое отложение 10 для отделения метана и других легких углеводородов, адсорбированных глинистыми минералами, присутствующими в углеродистом отложении 10. После периода закрытия вода, метан либо то и другое могут извлекаться из углеродистого отложения 10 для обезвоживания последнего в зонах 30 и отбора метана. Термин "обезвоживание" не означает полное удаление воды из углеродистого отложения 10, а, скорее, удаление достаточного количества воды из углеродистого отложения 10 для открытия каналов в системе трещин в углеродистом отложении 10, благодаря чему метан может отбираться по каналам из углеродистого отложения 10. Водный раствор окислителя включает окислитель, выбираемый из группы, в состав которой входит пероксид, озон, кислород, диоксид хлора, гипохлорит, водорастворимые соли металлов гипохлористой кислоты, перхлорат,хлорат, персульфат, перборат, перкарбонат,перманганат и нитрат, а также их сочетания. Предпочтительными солями металлов являются соли натрия и калия. В типичном случае, упомянутый окислитель используется в концентрациях, достигающих предела растворимости упомянутого окислителя в водном растворе окислителя. В случае пероксида и озона, окислитель, как правило, присутствует в количествах, составляющих, приблизительно, до десяти(10) (маc.) процентов водного раствора окислителя, хотя, в случае необходимости, могут использоваться и более высокие концентрации. Подобные окислители использовались ранее в качестве агентов для разложения геля в жидкости, облегчающей трещинообразование в отложении, включающем углеводород, и являются коммерчески доступными. Нагнетание раствора окислителя облегчает образование дополни 5 тельной свободной площади поверхности и трещин в углеродистом отложении и облегчает выделение метана и других легких углеводородов из органических материалов и с поверхности глинистых минералов, которыми они адсорбированы. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 1, одна скважина используется для нагнетания водного раствора окислителя для химического усиления либо интенсификации образования дополнительной свободной площади поверхности и трещин в органических материалах, присутствующих в углеродистом отложении 10 и облегчения выделения углеводородов,адсорбированных глинистыми минералами,присутствующими в зонах 30, следствием чего является выпуск пластовой воды и повышение скорости отбора метана из углеродистого отложения 10. Термин "повышение", используемый в настоящем описании, означает изменение относительно необработанного углеродистого отложения. На фиг. 2 показан подобный же вариант осуществления, за исключением того, что в углеродистом отложении 10 образованы трещины 32. Скважина работает, по существу, точно так же, как показано на фиг. 1, за исключением того, что в углеродистом отложении 10 трещины были образованы предварительно либо они образуются текучей средой, в состав которой в течение, как минимум, части операции образования трещин, может входить водный раствор окислителя. В случае, если углеродистое отложение 10 является достаточно непроницаемым,в качестве начального метода интенсификации образования трещин, предшествующего применению водного раствора окислителя для промывки трещин после их образования, может быть использован, например, обычный метод образования трещин. Промывка трещин водным раствором окислителя после их образования повышает проницаемость на участках, соприкасающихся с трещинами. В подобных случаях скважина может закрываться, как обсуждалось ранее, и окислители выбираются из числа обсуждавшихся ранее. Трещины, как правило, образуются в углеродистом отложении 10 до нагнетания водного раствора окислителя. Водный раствор окислителя, в случае необходимости,может включать жидкость для гидравлического разрыва отложения. Кроме того, водный раствор окислителя может также, в случае необходимости, нагнетаться в углеродистое отложение выше или ниже градиента (давления) разрыва пласта. На фиг. 3 показана нагнетательная скважина 34 и добывающая скважина 36, пробуренные в углеродистом отложении 10 с поверхности 12. Нагнетательная скважина 34 находится от добывающей скважины 36 на расстоянии,величина которого зависит от характеристик конкретного углеродистого отложения и тому 6 подобного. В соответствии с настоящим изобретением, вышеописанный водный раствор окислителя нагнетается в углеродистое отложение 10 через нагнетательную скважину 34, как показано стрелкой 26 и стрелками 28, для обработки зон 30, которые могут отходить от нагнетательной скважины 34, как правило, по окружности,однако, в предпочтительном варианте, как правило, простираются в сторону ближайшей добывающей скважины либо добывающих скважин. Добывающая скважина 36 расположена таким образом, чтобы с ее помощью из углеродистого отложения 10 производился отбор воды и метана. Вследствие отбора воды и метана через добывающую скважину 36, водный раствор окислителя перемещается в сторону добывающей скважины 36. Нагнетание водного раствора окислителя желательно продолжать до увеличения объема воды в добывающей скважине 36 либо до достижения необходимого увеличения проницаемости либо повышения объема извлекаемых жидкостей. Увеличение проницаемости либо повышение объема жидкостей, извлекаемых из добывающей скважины 36, свидетельствует об образовании либо усилении образования трещин в углеродистом отложении 10, следствием чего является повышение проницаемости,благодаря чему дополнительные количества жидкостей выделяются из углеродистого отложения 10 для извлечения, как показано стрелками 38, через добывающую скважину 36 и трубопровод 40. Стрелки 38 показаны направленными в сторону добывающей скважины 36 с обеих сторон с учетом того, что извлечение жидкостей будет продолжаться с более низкой скоростью из необработанных участков углеродистого отложения 10. Вариант осуществления, представленный на фиг. 4, подобен изображенному на фиг. 3, за исключением того, что в углеродистом отложении 10 были образованы трещины 32. Трещины 32 в варианте осуществления, представленном на фиг. 2, могут иметь, по существу, любую протяженность. В противоположность этому, в варианте осуществления, представленном на фиг. 4, длина трещин 32, в желательном варианте, составляет не более половины расстояния до добывающей скважины 36. Понятно, что в случае, если трещины 32 проходят полностью до добывающей скважины 36, будет трудно использовать жидкостное либо газовое проталкивание любого вида между нагнетательной скважиной 34 и добывающей скважиной 36. Желательно, чтобы длина трещин была не более половины расстояния между нагнетательной скважиной 34 и добывающей скважиной 36. Водный раствор окислителя в трещинах 32 используется, как обсуждалось ранее. На фиг. 5 представлена схема размещения по площади 4 добывающих и 1 нагнетательной скважин. Схемы размещения многочисленных скважин, например, схема размещения 5 сква 7 жин, пригодны для практического осуществления настоящего изобретения, и они могут использоваться посредством воспроизведения на большой площади. Подобные схемы хорошо известны специалистам в данной области техники и будут подвергнуты лишь краткому обсуждению. На схеме, представленной на фиг. 5,водный раствор окислителя нагнетается через нагнетательную скважину 34 для обработки зон 30 для усиления извлечения воды и метана из добывающей скважины 36. При достижении необходимого уровня образования трещин либо повышения проницаемости, о чем свидетельствует повышение скорости отбора жидкостей из добывающих скважин 36, нагнетание водного раствора окислителя прекращается, а нагнетательная скважина 34 может быть превращена в добывающую скважину. Отбор на данном участке после этого может производиться через первоначальные добывающие скважины и превращенную нагнетательную скважину. Участки 30 усиленного образования трещин повысят скорость отбора метана и, в конечном счете, его извлечение. Способ, соответствующий настоящему изобретению, пригоден также в качестве этапа предварительной обработки при нагнетании газа для усиления извлечения метана из угольного отложения 10. Хорошо известно применение диоксида углерода, самостоятельно либо в сочетании с другими газами, для повышения отбора метана из угольных отложений. Специалистам в данной области техники точно так же хорошо известно применение инертных газов, например, азота, аргона и тому подобного для извлечения дополнительных количеств метана из угольных отложений посредством повышения давления в отложении и, тем самым, извлечения дополнительного количества метана, поскольку парциальное давление метана в атмосфере угольного пласта снижается. Для использования таких процессов необходимо, чтобы отложение было проницаемо для потока газа, перемещающегося в либо через упомянутое отложение для того, чтобы метан можно было извлекать, и,кроме того, необходимо, чтобы объемы метана,находящиеся в органических материалах, имели свободные поверхности, через которые они могли бы десорбироваться. Способ, соответствующий настоящему изобретению, усиливает образование свободных поверхностей и трещин в органических материалах и повышает проницаемость углеродистого отложения, в котором органические материалы присутствуют в больших количествах и образуют сплошную сеть,поддающуюся обработке, и может быть использован перед применением способа вытеснения газом либо десорбирования газом для повышения добычи метана. Поскольку Заявители не желают ограничиваться какой-либо определенной теорией, способ, соответствующий настоящему изобрете 001793 8 нию, может функционировать посредством образования свободных поверхностей либо системы трещин в зонах углеродистых отложений,обрабатываемых раствором окислителя. В общем, способ, соответствующий настоящему изобретению, обеспечивает эффективное увеличение площади поверхности, доступной для десорбирования метана из мацералов, керогенов и других неорганических материалов, присутствующих в отложении, в котором содержатся определенные количества метана. Оказывается,что в подобных углеродистых отложениях метан может быть адсорбирован неорганическими материалами, в частности, глинами, а также органическими материалами, и что скорость добычи метана как из органических, так и из неорганических материалов повышается с помощью способа, соответствующего настоящему изобретению. После описания настоящего изобретения со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты его осуществления, следует отметить,что обсужденные варианты осуществления являются, скорее, иллюстративными, а не ограничительными по своей природе, и что в пределах объема настоящего изобретения возможны многочисленные варианты и модификации. Многие подобные варианты и модификации могут быть сочтены очевидными и желательными специалистами в данной области техники после рассмотрения предшествующего описания предпочтительных вариантов осуществления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ извлечения метана из подземного углеродистого отложения, который включает пробуривание в упомянутом подземном углеродистом отложении, по меньшей мере, одной скважины, отличающийся тем, что включает также нагнетание водного раствора окислителя,включающего, по меньшей мере, один окислитель, выбираемый из группы, в состав которой входит пероксид, озон, кислород, диоксид хлора, гипохлорит, водорастворимые соли металлов гипохлористой кислоты, перборат, перхлорат,хлорат, персульфат, перкарбонат, перманганат,нитрат, а также их сочетания, в упомянутое подземное углеродистое отложение,выдерживание водного раствора окислителя в упомянутом подземном углеродистом отложении в течение заданного периода времени,и отбор метана из упомянутого подземного углеродистого отложения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что метан отбирают с поверхности глиняных минералов, входящих в состав подземного углеродистого отложения. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что водорастворимыми солями металлов являются соли натрия или калия. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в состав водного раствора окислителя входит водный раствор как минимум одной соли, выбираемой из числа перхлоратов, персульфатов,перборатов, перкарбонатов и перманганатов натрия и калия. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что водный раствор окислителя нагнетают в подземное углеродистое отложение через скважину, закрывают упомянутую скважину на заданное время, после чего метан отбирают из упомянутой скважины. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что перед нагнетанием водного раствора окислителя подземное углеродистое отложение разрывают трещинами,простирающимися от упомянутой скважины. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что водный раствор окислителя включает жидкость для гидравлического разрыва подземного углеродисто 10 го отложения, нагнетаемую для осуществления разрыва подземного углеродистого отложения при условиях разрыва упомянутого отложения. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый водный раствор окислителя выдерживают в упомянутом отложении в течение не менее чем 24 ч. 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый окислитель присутствует в количестве, достигающем предела растворимости упомянутого окислителя в воде. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в подземном углеродистом отложении пробуривают, по меньшей мере, одну нагнетательную скважину и, по меньшей мере, одну добывающую скважину, и тем, что водный раствор окислителя нагнетают в упомянутое подземное углеродистое отложение через упомянутую нагнетательную скважину, и метан отбирают из упомянутого подземного углеродистого отложения через упомянутую добывающую скважину.