Химически индуцируемое стимулирование подземных углеродистых отложений газообразными окислителями
Формула / Реферат
1. Способ повышения скорости извлечения метана из подземного углеродистого отложения, в котором пробурена, как минимум, одна скважина, причем указанный способ включает:
a) нагнетание газообразного окислителя в упомянутое углеродистое отложение;
b) выдерживание, по крайней мере, части газообразного окислителя в упомянутом углеродистом отложении в течение определенного периода времени для стимулирования образования трещин в упомянутом углеродистом отложении; и
c) отбор метана из упомянутого углеродистого отложения с повышенной скоростью.
2. Способ облегчения выделения метана с поверхности глинистых минералов в подземных углеродистых отложениях, в состав которых входят глинистые минералы, в которых пробурена, как минимум, одна скважина, причем указанный способ включает:
a) нагнетание газообразного окислителя в упомянутое углеродистое отложение;
b) выдерживание; по крайней мере, части газообразного окислителя в упомянутом углеродистом отложении в течение определенного периода времени для стимулирования образования трещин в упомянутом углеродистом отложении; и
c) отбор метана из упомянутого углеродистого отложения.
3. Способ по п.1 или 2, где газообразный окислитель включает газообразный окислитель, выбираемый из группы, в состав которой входит озон, кислород и их сочетания.
4. Способ по п.3, где газообразный окислитель включает озон и упомянутый озон разбавляется инертным газообразным разбавителем для образования газообразной смеси окислителей, в состав которой входит приблизительно 100 об.% озона.
5. Способ по п.3, где газообразный окислитель включает кислород, и упомянутый кислород разбавляется инертным газообразным разбавителем для образования газообразной смеси окислителей, в состав которой входит приблизительно от 23 до 35 об.% кислорода.
6. Способ по п.3, где газообразным окислителем является воздух.
7. Способ по п.3, где газообразным окислителем является воздух, обогащенный кислородом.
8. Способ по п.7, где в состав упомянутого воздуха, обогащенного кислородом, входит, по крайней мере, около 30 об.% кислорода.
9. Способ по п.7, где в состав упомянутого воздуха, обогащенного кислородом, входит, по крайней мере, около 50 об.% кислорода.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, где газообразный окислитель нагнетается в углеродистое отложение через скважину, упомянутая скважина закрывается на определенное время, после чего метан добывается из упомянутой скважины с повышенной скоростью.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, где углеродистое отложение - это отложение, в состав которого наряду с углеродистыми материалами входят неорганические материалы.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов повышения газовой проницаемости подземного углеродистого отложения, в котором пробурена, как минимум, одна нагнетательная скважина и, как минимум, одна добывающая скважина, причем указанный способ включает:
a) нагнетание газообразного окислителя в упомянутое углеродистое отложение через упомянутую нагнетательную скважину;
b) выдерживание газообразного окислителя в упомянутом углеродистом отложении в течение определенного периода времени для стимулирования образования трещин и увеличения площади поверхности упомянутых углеродистых материалов в упомянутом отложении; и
c) отбор метана из упомянутого углеродистого отложения через добывающую скважину с повышенной скоростью.
Текст
1 Настоящее изобретение относится к способам повышения скорости добычи метана из подземного каменноугольного отложения посредством химического стимулирования отложения газообразным окислителем 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. кластическими 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 2 скорости отбора метана из углеродистых отложений. В соответствии с настоящим изобретением, предоставляется способ повышения скорости извлечения метана из подземного углеродистого отложения, в котором пробурена, как минимум, одна скважина, причем указанный способ включает:a) нагнетание газообразного окислителя в упомянутое углеродистое отложение;b) выдерживание, как минимум, части газообразного окислителя в упомянутом углеродистом отложении в течение определенного периода времени для стимулирования образования трещин в упомянутом углеродистом отложении; иc) отбор метана из упомянутого углеродистого отложения с повышенной скоростью. Нагнетание газообразного окислителя в упомянутое отложение и выдерживание упомянутого газообразного окислителя в упомянутом отложении в течение определенного периода времени стимулирует и облегчает десорбирование метана и других легких углеводородов из глинисто-минеральных 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 озон, кислород и 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, повышается: а) нагнетанием газообразного окислителя в упомянутое отложение через нагнетательную скважину; иb) отбором метана из упомянутого отложения через 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 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; 3 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 фигурах, 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, газообразный окислитель нагнетается, как показано стрелкой 26, через подъемные трубы 20 в углеродистое отложение 10, как показано стрелками 28. Обработанные зоны показаны окружностями 30. Газообразный окислитель нагнетают в углеродистое отложение 10 в течение определенного периода времени и в количестве, которое считается достаточным для усиления либо интенсификации образования проводящей непрерывной системы трещин в углеродистом отложении 10. Через определенный период времени либо после завершения нагнетания определенного количества газообразного окислителя, скважина может быть закрыта на период времени, который может достигать либо превышать 24 ч. Скважину 4 обычно закрывают до тех пор, пока давление в стволе не вернется к уровню давления в отложении, плюс 12 дополнительных часов. В альтернативном варианте, окислитель в процессе нагнетания газообразного окислителя, может находиться в углеродистом отложении 10 в течение достаточного периода времени. Период закрытия скважины обеспечивает возможность перемещения 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 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. Примерами газообразных окислителей, которые могут быть использованы, являются озон,кислород и их сочетания. Из числа упомянутых,предпочтение отдается озону. В случае использования озона, концентрации последнего в газообразном окислителе могут составлять до 100%. В случае использования озона в концентрациях,составляющих менее 100%, может быть использован любой газообразный разбавитель. При использовании кислорода пригодными являются концентрации, составляющие приблизительно до 50 объемных процентов газообразной смеси окислителя, причем предпочтение отдается концентрациям приблизительно до 30 объемных процентов, и желательными являются концентрации, составляющие приблизительно от 23 до 35 объемных процентов. 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. В газообразных смесях желательно использование окислителей в количествах, которые могут регулироваться, во избежание воспламенения в скважине либо угольном пласте, а также газификации либо сжижения угля вблизи скважины и тому подобного. Заявители пытаются физически модифицировать структуру углеродистого отложения для интенсификации 5 образования трещин и увеличения площади поверхности углеродистых материалов в углеродистом отложении с целью повышения проницаемости отложения для газа и жидкостей с предотвращением процессов воспламенения. Применение газообразной смеси окислителя для воздействия на поверхности углеродистого отложения, доступ к которому может обеспечиваться через естественные трещины, искусственно созданные трещины и другие каналы, существующие в углеродистом отложении, и тому подобное, обеспечивает доступ к углеродистым материалам, которые могут включать угольные мацералы, с воздействием на состав и строение последних, а также на связь между поверхностями мацералов, интенсифицируя тем самым образование трещин и системы трещин, увеличивая площадь поверхности углеродистых материалов и повышая проницаемость углеродистого отложения. Следствием подобной обработки является не извлечение твердого либо измельченного углеродистого материала из углеродистого отложения либо воспламенение углеродистого материала, но модификация структуры углеродистого материала посредством создания трещин и системы трещин для увеличения площади поверхности и повышения проницаемости углеродистого отложения для достижения этих целей без извлечения твердого либо измельченного углеродистого материала из отложения и без газификации либо иного физического уничтожения твердого углеродистого материала в углеродистом отложении. Нагнетание газообразного окислителя облегчает образование дополнительной 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 газообразного 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 6 были образованы предварительно. В случае,если углеродистое отложение 10 является достаточно непроницаемым, в качестве начального метода интенсификации, предшествующего применению газообразного окислителя, может быть использован, например, обычный метод образования трещин. В подобных случаях скважина может закрываться, как обсуждалось ранее, и окислители выбираются из числа тех же самых окислительных материалов, которые обсуждались ранее. Трещины образуются в углеродистом отложении 10 до нагнетания газообразного окислителя. Газообразный окислитель может, в случае необходимости, нагнетаться 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 подобного. В соответствии с настоящим изобретением, вышеописанный газообразный окислитель 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, газообразный окислитель перемещается в сторону добывающей скважины 36. Нагнетание газообразного 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 7 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. Газообразный окислитель 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 скважин, 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 газообразного 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 парци 000926 8 альное 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 изобретению, 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 повышения скорости извлечения метана из подземного углеродистого отложения,в котором пробурена, как минимум, одна скважина, причем указанный способ включает:a) нагнетание газообразного окислителя в упомянутое углеродистое отложение;b) выдерживание, по крайней мере, части газообразного окислителя в упомянутом углеродистом отложении в течение определенного периода времени для стимулирования образования трещин в упомянутом углеродистом отложении; иc) отбор метана из упомянутого углеродистого отложения с повышенной скоростью. 2. Способ облегчения выделения метана с поверхности глинистых минералов в подземных углеродистых отложениях, в состав которых входят глинистые минералы, в которых пробурена, как минимум, одна скважина, причем указанный способ включает:a) нагнетание газообразного окислителя в упомянутое углеродистое отложение;b) выдерживание; по крайней мере, части газообразного окислителя в упомянутом углеродистом отложении в течение определенного периода времени для стимулирования образования трещин в упомянутом углеродистом отложении; иc) отбор метана из упомянутого углеродистого отложения. 3. Способ по п.1 или 2, где газообразный окислитель включает газообразный окислитель,выбираемый из группы, в состав которой входит озон, кислород и их сочетания. 4. Способ по п.3, где газообразный окислитель включает озон и упомянутый озон разбавляется инертным газообразным разбавителем для образования газообразной смеси окислителей, в состав которой входит приблизительно 100 об.% озона. 5. Способ по п.3, где газообразный окислитель включает кислород, и упомянутый кислород разбавляется инертным газообразным разбавителем для образования газообразной смеси окислителей, в состав которой входит приблизительно от 23 до 35 об.% кислорода. 10 6. Способ по п.3, где газообразным окислителем является воздух. 7. Способ по п.3, где газообразным окислителем является воздух, обогащенный кислородом. 8. Способ по п.7, где в состав упомянутого воздуха, обогащенного кислородом, входит, по крайней мере, около 30 об.% кислорода. 9. Способ по п.7, где в состав упомянутого воздуха, обогащенного кислородом, входит, по крайней мере, около 50 об.% кислорода. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, где газообразный окислитель нагнетается в углеродистое отложение через скважину,упомянутая скважина закрывается на определенное время, после чего метан добывается из упомянутой скважины с повышенной скоростью. 11. Способ по любому из предшествующих пунктов, где углеродистое отложение - это отложение, в состав которого наряду с углеродистыми материалами входят неорганические материалы. 12. Способ по любому из предшествующих пунктов повышения газовой проницаемости подземного углеродистого отложения, в котором пробурена, как минимум, одна нагнетательная скважина и, как минимум, одна добывающая скважина, причем указанный способ включает:a) нагнетание газообразного окислителя в упомянутое углеродистое отложение через упомянутую нагнетательную скважину;b) выдерживание газообразного окислителя в упомянутом углеродистом отложении в течение определенного периода времени для стимулирования образования трещин и увеличения площади поверхности упомянутых углеродистых материалов в упомянутом отложении; иc) отбор метана из упомянутого углеродистого отложения через добывающую скважину с повышенной скоростью.
МПК / Метки
МПК: E21B 43/16, E21F 7/00
Метки: стимулирование, газообразными, подземных, химически, индуцируемое, окислителями, углеродистых, отложений
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/7-926-himicheski-induciruemoe-stimulirovanie-podzemnyh-uglerodistyh-otlozhenijj-gazoobraznymi-okislitelyami.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Химически индуцируемое стимулирование подземных углеродистых отложений газообразными окислителями</a>
Предыдущий патент: Синергическая иммуносупрессорная композиция, содержащая 2,2′-би-1н-пиррольное соединение.
Следующий патент: Бетонная монококовая конструкция дома
Случайный патент: Применение ингибиторов il-18