Химически индуцированное усиление проницаемости подземного угольного отложения

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу интенсификации образования трещин в подземных каменноугольных отложениях, и,тем самым, повышения относительной проницаемости существующих трещин как для воды,так и для газа, посредством химической обработки. Образование проводящих и смежных систем трещин в угольном пласте усиливается при воздействии газа-окислителя на основную массу угля. Образование систем трещин, обладающих высокой проводимостью, обеспечивает эффективное и своевременное обезвоживание каменноугольного отложения и повышает проницаемость метана и отбор последнего, а также повышает конечное извлечение метана. Изобретение особо применимо в районах добычи каменноугольного газа, в которых добыча ограничивается вследствие слабого развития трещиноватости. Развитие трещиноватости, кроме того,облегчает заканчивание скважин образованием полостей. Краткое описание известного уровня техники В подземных каменноугольных отложениях находятся значительные количества газообразного метана. С целью более эффективного извлечения метана из угольных отложений прибегают к целому ряду процессов. Простейшим из них является процесс снижения давления, когда в угольном отложении с поверхности бурится скважина, и метан извлекается из нее посредством снижения давления,благодаря чему метан десорбируется из угольного отложения и перемещается в скважину и на поверхность. Этот способ неэффективен, поскольку угольные отложения, как правило, почти лишены пор, и метан, как правило, находится не в порах угольного отложения, а абсорбирован углем. Отбор метана из угольного отложения подобным способом возможен, однако этот процесс протекает сравнительно медленно. Естественная проницаемость некоторых угольных отложений достаточно высока для того, чтобы обеспечить возможность удаления воды in situ и, тем самым, повысить извлечение метана. В некоторых отложениях системы трещин, развившиеся в процессе диагенеза угольного пласта, обеспечивают каналы, по которым вода и метан перемещаются в добывающие скважины для последующего отбора. При удалении воды либо "обезвоживании" угольных отложений вода удаляется из каналов, благодаря чему метан с большей скоростью перемещается по каналам к добывающей скважине. Многие угольные отложения лишены экстенсивно развитых систем трещин, либо трещиноватость у них полностью не развита. Подобные угольные отложения характеризуются весьма низкой проницаемостью для воды и газа и не обеспечивают достаточно высокого темпа 2 отбора последних. Вследствие этого вода заполняет каналы, и извлечение метана из таких угольных отложений со значительной скоростью становится затруднительным либо невозможным. Подобная низкая проницаемость угольных отложений, содержащих воду, обусловлена полной либо почти полной насыщенностью их водой. Возможно, что угольные отложения с лучше развитой трещиноватостью в геологическом прошлом могли подвергнуться воздействию диффузионной окисляющей жидкости некоего типа, в то время, как угольные отложения с менее развитой трещиноватостью не имеют признаков воздействия окисляющей жидкости в геологическом прошлом. Соответственно, предпринимаются постоянные усилия, направленные на развитие методов повторения условий в угольных отложениях с лучше развитой трещиноватостью в геологическом прошлом. Сущность изобретения Согласно настоящему изобретению, скорость извлечения метана из подземного каменноугольного отложения, в котором пробурена,как минимум, одна скважина, включает нагнетание газообразного окислителя в угольное отложение; выдерживание газообразного окислителя в угольном отложении в течение определенного времени для интенсификации образования либо развития системы трещин в угольном отложении и повышения газопроницаемости угольного отложения; отбор метана из угольного отложения с повышенной скоростью. Газообразным окислителем может быть озон, кислород либо их сочетания. Скорость отбора метана и газопроницаемость подземных угольных отложений, в которых пробурена, как минимум, одна нагнетательная скважина и, как минимум, одна добывающая скважина, повышается:a) нагнетанием газообразного окислителя в угольное отложение через нагнетательную скважину;b) выдерживанием газообразного окислителя в угольном отложении в течение определенного времени для интенсификации образования трещин в угольном отложении; иc) отбором метана из угольного отложения через добывающую скважину с повышенной скоростью. Заканчивание скважин, пробуренных в угольном пласте, облегчается нагнетанием газообразного окислителя в угольное отложение,окружающее скважину, перед рабочей жидкостью и удалением угля в форме частиц из угольного отложения через скважину для образования полости в угольном отложении вокруг скважины. Далее последует подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления с помощью прилагаемых фигур, на которых 3 фиг. 1 - схематическое изображение скважин в подземном каменноугольном отложении с поверхности; фиг. 2 - схематическое изображение скважин в подземном каменноугольном отложении с поверхности, где в угольном отложении были образованы трещины; фиг. 3 - схематическое изображение нагнетательной скважины и добывающей скважины,пробуренных в подземном каменноугольном отложении с поверхности; фиг. 4 - схематическое изображение нагнетательной скважины и добывающей скважины,пробуренных в подземном каменноугольном отложении с поверхностью, где в угольном отложении были образованы трещины со стороны нагнетательной скважины; и фиг. 5 - схема размещения по площади 4 добывающих и 1 нагнетательной скважины. При обсуждении фигур одни и те же цифровые позиции будут использоваться для обозначения одинаковых либо сходных компонентов. На фиг. 1 показано угольное 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 фигурах, скважины могут быть необсаженными либо частично обсаженными. Обсадные трубы 16 могут заходить в, либо проходить через угольное отложение 10. На участке обсадных труб 16, находящемся в угольном пласте, предусматриваются отверстия,обеспечивающие поступление жидкости из обсадных труб 16 к угольному отложению. В стволе скважины 14, проходящей в угольное 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 угольное отложение 10 либо для извлечения потока газа либо жидкости из угольного отложения 10. При практическом осуществлении настоящего изобретения газообразный окислитель нагнетается, как показано стрелкой 26, через подъемные трубы 20 в угольное отложение 10,как показано стрелками 28. Обработанные зоны показаны окружностями 30. Газообразный окислитель нагнетают в угольное отложение 10 в течение определенного периода времени и в количестве, которое считается достаточным для усиления либо интенсификации образования проводящей непрерывной системы трещин в угольном отложении 10. Через определенный период времени либо после завершения нагне 000849 4 тания определенного количества газообразного окислителя, скважина может быть закрыта на период времени, который может достигать либо превышать 24 ч. В альтернативном варианте время нагнетания газообразного окислителя может оказаться достаточным для нахождения окислителя в угольном отложении. Скважину обычно закрывают до тех пор,пока давление в стволе не вернется к уровню давления в отложении, плюс 12 дополнительных часов. Время закрытия обеспечивает возможность перемещения окислителя в угольное отложение 10 для окисления компонентов угольного отложения 10 с целью усиления развития системы трещин и повышения газопроницаемости угольного отложения 10. После периода закрытия, вода, метан либо то и другое могут извлекаться из угольного отложения 10 для обезвоживания последнего в зонах 30 и отбора метана. Термин "обезвоживание" не означает полное удаление воды из угольного отложения 10, а, скорее, удаление достаточного количества воды из угольного отложения 10 для открытия каналов в системе трещин в угольном отложении 10, благодаря чему метан может отбираться по каналам из угольного отложения 10. Газообразный окислитель представляет собой окислитель, выбираемый из группы, в состав которой входит озон, кислород либо их сочетания. Из числа упомянутых предпочтение отдается озону. В случае использования озона концентрации последнего могут составлять до 100 об.% газообразной смеси окислителя. При использовании кислорода, пригодными являются концентрации, составляющие,приблизительно, до 50 об.% газообразной смеси окислителя, причем предпочтение отдается концентрациям, приблизительно, до 30 об.% и желательными являются концентрации, составляющие, приблизительно, от 23 до 35 об.%. Газообразной смесью окислителя, включающей кислород, может быть воздух, однако предпочтение отдается воздуху, обогащенному кислородом и включающему кислород в концентрациях, указанных ранее. В газообразных смесях окислителя могут использоваться сочетания окислителей в диапазонах, обсуждавшихся ранее. Желательно использование окислителей в газообразных смесях, как обсуждалось ранее, во избежание воспламенения в скважине либо угольном пласте, а также газификации либо ожижения угля вблизи скважины и тому подобного. Заявители пытаются физически модифицировать структуру угольного отложения для интенсификации образования трещин и системы трещин в угольном отложении с целью повышения проницаемости отложения для газа и жидкостей с предотвращением процессов воспламенения. Применение газообразной смеси окислителя для воздействия на поверхности угольного отложения, доступ к которому может 5 обеспечиваться через естественные трещины,искусственно созданные трещины и другие каналы, существующие в угольном отложении, и тому подобное, обеспечивает доступ к мацералам с воздействием на состав и строение последних, а также на связь между поверхностями мацералов, интенсифицируя тем самым образование трещин и системы трещин, и повышая проницаемость угля. Следствием подобной обработки является не извлечение угля из угольного отложения либо воспламенение угля, но модификация структуры угля посредством создания трещин и системы трещин для повышения проницаемости угольного отложения для достижения этих целей без извлечения угля из отложения и без газификации либо иного физического уничтожения угля. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 1, одна скважина используется для нагнетания газообразного окислителя для химического усиления либо интенсификации образования системы трещин и повышения проницаемости для газа и жидкости в зонах 30 для повышения скорости отбора метана из угольного отложения 10. Термин "повышение", используемый в настоящем описании, означает изменение относительно необработанного угольного отложения. На фиг. 2 показан подобный же вариант осуществления, за исключением того, что в угольном отложении 10 образованы трещины 32. Скважина работает, по существу, точно так же, как показано на фиг. 1, за исключением того, что в угольном отложении 10 трещины были образованы предварительно либо они образуются текучей средой, в состав которой, в течение,как минимум, части операции образования трещин, может входить газообразная смесь окислителей. В случае, если угольное отложение 10 является достаточно непроницаемым, в качестве начального метода интенсификации образования трещин, предшествующего применению газообразного окислителя, может быть использован, например, обычный метод образования трещин. Газообразный окислитель усиливает проницаемость по трещинам и повышает проницаемость на участках, соприкасающихся с трещинами. В подобных случаях скважина может закрываться, как обсуждалось ранее, и газообразные окислители выбираются из числа обсуждавшихся ранее. Трещины, как правило, образуются в угольном отложении 10 до нагнетания газообразного окислителя. Следует понимать также, что газообразный окислитель может нагнетаться в угольное отложение также сверху,снизу либо непосредственно в зону трещиноватости. На фиг. 3 показана нагнетательная скважина 34 и добывающая скважина 36, пробуренные в угольном отложении 10 с поверхности 12. Нагнетательная скважина 34 находится от добывающей скважины 36 на расстоянии, величи 000849 6 на которого зависит от характеристик конкретного угольного отложения и тому подобного. В соответствии с настоящим изобретением, вышеописанный газообразный окислитель нагнетается в угольное отложение 10 через нагнетательную скважину 34, как показано стрелкой 26 и стрелкой 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 угольного отложения 10 производился отбор воды, метана либо того и другого. Вследствие отбора жидкостей через добывающую скважину 36,газообразный окислитель перемещается в сторону добывающей скважины 36. Нагнетание газообразного окислителя желательно продолжать 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 угольном отложении 10, следствием чего является повышение проницаемости, благодаря чему дополнительные количества жидкостей выделяются из угольного 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 угольного отложения 10. Вариант осуществления, представленный на фиг. 4, подобен изображенному на фиг. 3, за исключением того, что в угольном 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. Газообразный окислитель в трещинах 32 используется, как обсуждалось ранее. На фиг. 5 представлена схема размещения по площади 4 добывающих и 1 нагнетательной скважин. Подобного рода схемы пригодны для практического осуществления настоящего изобретения, и они могут использоваться посредством воспроизведения на большой площади. По 7 добные схемы хорошо известны специалистам в данной области техники и будут подвергнуты лишь краткому обсуждению. На схеме, представленной на фиг. 5, газообразный окислитель нагнетается через нагнетательную скважину 34 для обработки зон 30 для усиления извлечения жидкостей 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,либо по истечении определенного времени, нагнетание газообразного окислителя может быть прекращено, а нагнетательная скважина 34 превращена в добывающую скважину. Отбор на данном участке после этого может производиться через первоначальные добывающие скважины и превращенную нагнетательную скважину. Участки усиленного образования трещин повысят скорость отбора метана и, в конечном счете,его извлечение. Во многих случаях скважины в угольных отложениях заканчиваются "пустотообразованием" в угольном пласте для образования полости, окружающей скважину. Подобные способы заканчивания раскрываются в патенте США 5417286 "Method for Enhancing The Recovery of Methane from a Solid CarbonaceousSubterranean Formation", выданном 23 мая 1995 г. на имя Яна Д. Пальмера (Jan D. Palmer) и Дена Йи (Dan Yee), и в докладе SPE 24906 "OpenVolz). Патент США 5417286 включен в настоящее описание в качестве ссылки в полном объеме. В некоторых случаях с образованием полости в угольном отложении, в котором пробурена скважина, при отборе жидкостей из упомянутого угольного отложения могут возникнуть трудности. В подобных случаях для ослабления угольного отложения и облегчения начала образования полости могут прибегать к нагнетанию газообразного окислителя для развития трещин в угольном отложении, окружающем такие скважины. 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 8 дополнительного количества метана, поскольку парциальное давление метана в атмосфере угольного пласта снижается. Применение подобных процессов требует проницаемости отложения для потока газа в, либо через отложение для того, чтобы метан можно было извлекать. Способ, соответствующий настоящему изобретению, повышает проницаемость угольных отложений и может использоваться перед применением обработки посредством вытеснения газом либо десорбции газа для повышения извлечения метана. 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 угольного отложения, в котором пробурена,как минимум, одна скважина, включающий:a) нагнетание газообразного окислителя в угольное отложение;b) выдерживание, как минимум, части газообразного окислителя в угольном отложении в течение определенного времени для интенсификации образования трещин в угольном отложении иc) отбор метана из угольного отложения с повышенной скоростью. 2. Способ по п.1, где газообразный окислитель нагнетают в угольное отложение через скважину, скважину закрывают на определенное время и затем метан извлекают из скважины с повышенной скоростью. 3. Способ по п.1, где в подземном угольном отложении бурят, как минимум, одну нагнетательную скважину и, как минимум, одну добывающую скважину, газообразный окислитель нагнетают в угольное отложение через нагнетательную скважину и метан отбирают из угольного отложения через добывающую скважину. 4. Способ заканчивания скважины, пробуриваемой в подземном угольном отложении,включающийa) нагнетание газообразного окислителя в угольное отложение через скважину;b) отбор жидкостей и угля в форме частиц из угольного отложения через скважину с образованием, таким образом, полости в угольном отложении вокруг скважины. 5. Способ по п.4, где жидкости и уголь в форме частиц извлекают из скважины посредством закрытия скважины на определенный период для повышения давления в скважине с последующим открытием скважины на период отбора для обеспечения потока жидкости и угля в форме частиц из угольного отложения через скважину. 6. Способ по п.5, где для образования полости применяют многочисленные периоды закрытия и отбора. 7. Способ по любому из пп.4-7, где жидкость нагнетают в угольное отложение в течение периода нагнетания для повышения давления в угольном отложении вокруг скважины с последующим открытием скважины в течение периода отбора для обеспечения потока жидкости и угля в форме частиц из угольного отложения через скважину. 8. Способ по любому из пп.1-7, где газообразным окислителем является озон, кислород либо их сочетание. 10 9. Способ по п.8, где газообразный окислитель содержит около 100 об.% озона либо содержит озон, разбавленный инертным газообразным разбавителем до образования газообразной смеси окислителей. 10. Способ по п.8, где газообразным окислителем является кислород, и кислород разбавлен инертным разбавителем для образования газообразной смеси окислителей, содержащей 23-35 об.% кислорода. 11. Способ по п.8, где газообразным окислителем является воздух. 12. Способ по п.8, где газообразным окислителем является воздух, обогащенный кислородом. 13. Способ по п.12, где воздух, обогащенный кислородом, содержит, как минимум, около 30 об.% кислорода. 14. Способ по п.12, где воздух, обогащенный кислородом, содержит, как минимум, около 50 об.% кислорода.