Спосіб підвищення продуктивності метанових свердловин вугільних пластів

Реферат: Спосіб підвищення продуктивності метанових свердловин вугільних пластів полягає в бурінні свердловини з поверхні, її обсадженні, розтині вугільного пласта, нагнітанні в вугільний пласт робочої рідини з пропантом під тиском, достатнім для гідророзриву пласта. Після проведення гідророзриву в зону обробки через насосно-компресорні труби роздільно-послідовно закачують хімічну систему у вигляді суспензії на основі горючо-окислювальної суміші і гідрореагуючого складу (ГОС-ГРС) і за допомогою термітної складової на основі лужних металів та їх оксидів ініціюють загоряння системи з утворенням високотемпературної водяної пари. UA 99412 C2 (12) UA 99412 C2 UA 99412 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничої промисловості і може бути використаним при розробці викидонебезпечних і газоносних вугільних пластів, а саме до способів підвищення ефективності видобутку метану з підземних вугільних відкладень. Найбільш простим способом є метод декомпресії, при якому в тілі вугільного покладу з поверхні виконується бурова свердловина і метан вилучається з вказаної свердловини за рахунок зниження тиску, що викликає десорбції (вивільнення) метану з вугільного покладу. Хоча видобуток метану з вугільних покладів і може здійснюватися цим способом, але через низьку швидкість витікання метану він малоефективний. Відомий спосіб добування метану з пластів вугільних родовищ, UA 52652 C2, Е21В43/22, E21F7/00, публ. 15.01.2003, Бюл. №1, "Спосіб видобутку метану з підземного вуглецевого відкладення", який для підвищення швидкості та ефективності видобутку включає нагнітання газоподібного окислювача в вуглецеве відкладення, витримку принаймні частини газоподібного окислювача в вуглецевому відкладенні протягом певного вибраного періоду часу для стимулювання утворення тріщин і подальший видобуток метану з зазначеного вуглецевого відкладення. Газоподібний окислювач вибирають з групи, яка включає озон, кисень, суміш озону і кисню, збагачене киснем повітря і озон, розбавлений інертним газоподібним розріджувачем. Одним з недоліків цього способу є обмеження по масовій швидкості нагнітання газоподібного окислювача, останній поступово фільтрується в пласт по порах з мінімальними гідродинамічними опорами, а відповідно утворення нових пор і збільшення проникності пласта відбувається в каналах із вже й так хорошою проникністю. Даний спосіб доцільно застосовувати лише на ненавантажених пластах. Також ефективність описаного процесу знижує пластова вода, яка під дією газоподібного окислювача задавлюється вглиб пласта і закупорює пори і тріщини. Відомий спосіб добування метану з пластів вугільних родовищ RU № 2280762 C1, Е21В43/267, публ. 27.07.2006, Бюл. №21, "Спосіб гідравлічного розриву вугільного пласта", що полягає в бурінні свердловини з поверхні, її обсадженні, розкритті вугільного пласта, нагнітанні в вугільний пласт робочої рідини під тиском, достатньому для гідравлічного розриву пласта, і з темпом закачування, що забезпечує створення протяжних тріщин. Як робочу рідину використовували послідовно: розчин солі, гель з пропантом, речовини, що руйнують гель. Для закріплення тріщин поступово підвищували кількість пропанту в гелі від 50-100 кг/м до 500-600 кг/м, а як солі використовували хлористий калій. Розкриття вугільного пласта здійснювали шляхом фрезерування обсадної колони і цементного кільця в середній частині пласта в інтервалі 100 мм на висоту 50-100 мм або шляхом його розбурювання нижче обсадної колони свердловини на 50-100 мм (найближчий аналог). Недоліком цього способу є те, що метан у вугільних пластах знаходиться в сорбованому стані і характеризується малим пластовим тиском, недостатнім для подальшого витіснення із шпар вугільних пластів, задалених в результаті обробки рідинами гідророзриву. Винахід направлений на розробку способу підвищення продуктивності метанових свердловин вугільних пластів, в якому за рахунок використання термітної суміші як ініціатора горіння продуктів реакції паливно-окислювальної суміші і гідрореагуючого складу (ГОС - ГРС) і парової конверсії вуглецю відбувається розкриття макро- і мікротріщин, збільшується проникність вугільного пласта, що сприяє більш повному вилученню метану. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі підвищення продуктивності метанових свердловин вугільних пластів, що полягає в бурінні свердловини з поверхні, її обсадження, розкриття вугільного пласта, нагнітанні в вугільний пласт робочої рідини при тиску, достатньому для гідророзриву пласта з темпом закачування, що забезпечує утворення протяжних тріщин, згідно з винаходом, після проведення гідророзриву і закріплення тріщин, в зону обробки через насосно-компресорні труби роздільно-послідовно закачують хімічну систему на основі горючо-окислювальної суміші і гідрореагуючого складу (ГОС-ГРС), і за допомогою термітної складової ініціюють загоряння системи з утворенням високотемпературної водяної пари. При цьому як ГОС використовують амоній азотнокислий або карбамід, або нітрат натрію, або перхлорат амонію, або гліцерин, гідрореагуючі та полімерні нітриловмісні з'єднання, а як ГРС використовують інтерметаліди бору або літію, або алюмінію, або карборану, термітна ж складова, виготовлена на основі лужних металів та їх оксидів, містить літій і пероксид натрію в кількості 3 %, вага. Застосування системи ГОС-ГРС з термітною складовою забезпечує зниження обводнення пласта за рахунок гідролізу гідрореагуючих складів з послідовним виділенням водню з води і кисню при розкладанні кисневмісних складових паливно-окислювальної суміші, наступним створенням додаткової системи мікротріщин і розширенням наявних шпар у вугільному пласті. 1 UA 99412 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Підвищення пористості і проникності відбувається також за рахунок горіння в тріщинах вугільного пласта водню в кисні з утворенням високотемпературної водяної пари, що забезпечує парокисневу конверсію вуглецю вугілля. Ефективне горіння продуктів реакції ГОС-ГРС в тріщинах вугільного пласта забезпечується застосуванням нітриловмісних складових і термітної суміші - Li-Na2О2. Спосіб здійснюється так. Враховуючи те, що в більшості випадків газоносні вугільні пласти, схильні до дії гідророзриву, сильно обводнені, доцільно організовувати розкладання води з використанням вуглецю вугілля. Енергія активації вуглецю вугілля відносно до води, кисню найменша, а з підвищенням температури він реагує за такою формулою: С+2Н2О→2Н2+СО2. Для реального здійснення даної реакції необхідна теплота. Ця теплота може бути отримана за рахунок реакції паливно-окислювальної суміші і гідрореагуючих складів (ГОС-ГРС) і наступного окислення водню в кисні, ініціатором якого є термітна суміш. Після закінчення гідродинамічного впливу через насосно-компресорні труби (НКТ) в зону перфорації здійснюється послідовне закачування ГОС-ГРС. Основою ГОС можуть бути вибрані амоній азотнокислий, карбамід, нітрат натрію, перхлорат амонію, гліцерин та полімерні нітриловмісні з'єднання. ГРС - на основі алюмінію, бору, їх сполук з лужними металами, гідридами і термітними сумішами. Як термітну суміш для ініціювання горіння використовували систему літій-пероксид натрію Li-Na2O2 в кількості 3 % (вага) від загального обсягу (ГОС-ГРС). У запропонованій термітній суміші Li-Na2O2 металотермічному відновленню натрію передує реакція виділення кисню. У свердловині здійснюється екзотермічна реакція розчинів ГОС-ГРС із стадійним виділенням газів і парів, в тому числі водню і кисню. При спалюванні водню в кисні утворюється водяна пара. Якщо реакції ГРС з водою йдуть з розрахунковою теплотворною здатністю від 2000 до 15000 кДж/кг, то при згорянні водню в кисні утворюється 119670 кДж/кг тепла. Проникаюча здатність водню, як елемента з найменшим радіусом атома і молекули, загальновідома. У реакціях ГРС з водою температура водню, що виділяється (залежно від складу ГРС), може досягати 2500 К. В умовах існуючих і створюваних тисків і температур в свердловині, яка оброблюється, водень забезпечує гідрогенізацію вугілля з утворенням додаткової кількості метану, а горіння водню в кисні безпосередньо в шпарах вугілля забезпечує температуру, необхідну для протікання парової конверсії вуглецю, що також сприяє збільшенню кількості метану. Проведені експериментальні дослідження з визначення ефективності запропонованого способу збільшення газової проникності вугільних кернів. Створено експериментальну установку, яка складалася з трьох основних частин: - камери-реактора для проведення хімічного процесу з можливістю незалежної подачі ГОСГРС в зону реакції; - керноутримувача - ця частина установки розташовується над камерою-реактором, у якій установлювалися і герметизувалися зразки вугільних кернів; - камери для відбору проб газів, що розташовується над керном. Вихідна температура в камері для проведення хімічних процесів і керноутримувачі разом із зразками вугільних кернів може регулюватися в широкому діапазоні. В експериментах підтримувалася в межах 343-348 К. Це відповідає реальній температурі у вугільних пластах. Установка розрахована на тиск 30,0 МПа і оснащена запобіжним клапаном. Підготовлені вугільні керни підлягали термобарохімічному впливу в середовищі зазначених ГОС-ГРС як без активатора горіння, так і з додаванням термітної суміші Li-Na2O2 в кількості 1, 2 і 3 % від загальної маси ГОС-ГРС. Температури, що фіксуються при цьому в реакторі, досягали 523 і 593 К. Експерименти показали, що термітна суміш спільно з продуктами розкладання полімерного нітрилу, дозволяє підпалити і забезпечити процес горіння ГОС-ГРС, безпосередньо в шпарах пласта. Передбачається, що 1 кг палива (термітної суміші) спалюється до рівноважного стану. Розрахунки показують, що в разі отримання як кінцевих продуктів горіння оксидів літію і натрію, адіабатична температура (Тад) складає 2339 К. Максимальна температура (Т ад=2588 К) досягається при вмісті літію 26, а пероксиду літію 74 % (ваг.). У цьому випадку кінцеві продукти: газоподібний натрій і оксид літію - це результат послідовних перетворень, схема яких може бути представлена в наступному вигляді: Na2O2+2Li=О+2Na+Li2O, 2 UA 99412 C2 5 10 15 20 2Na+О=Na2O, 2Li+Na2O=2Na+Li2O. Термітна суміш Na2O2-Li з 26 % вмістом літію може бути рекомендована як ініціатор горіння у воді алюмінію, бору, кремнію, їх інтерметалідів, сплавів та інших енергоакумулюючих речовин - ЕAP, що забезпечує в свою чергу підпал і стабілізацію процесу горіння водню в кисні. Так, для організації горіння алюмінію у воді з лінійною швидкістю приблизно 2 мм/с потрібно 3 % (ваг.) суміші Na2О2-Li. Високі температури забезпечують реакцію парокисневої конверсії з одержанням водню і монооксиду вуглецю. Додаткове генерування кисню з азотних комплексів допалює непродифундований в породу водень (виділяється при реакції з водою ГРС) з виділенням великої кількості тепла і утворенням перегрітих парів води, які в свою чергу знову залучаються до процесу парокисневої конверсії вуглецю. Температури в шпарах вугілля локально можуть досягати 1773 К, цього достатньо для забезпечення реакцій конверсії вуглецю, які протікають при температурах 1073-1173 К. Оброблені зразки вугільних кернів досліджувалися на газопроникність в лабораторії ВАТ "Українського науково-дослідного інституту вогнетривів ім. А.С. Бережного". 3 2 Вимірювання показали, що газопроникність вихідних кернів становила 8×10- мкм . Обробка кернів системою ГОС-ГРС з 1 і 2 % добавкою термітної суміші Li-Na2O2 призвела до збільшення 3 3 2 газопроникності до 15×10- та 15×10- мкм . Введення до складу ГОС-ГРС активатора в кількості 3 2 3 % дозволило реалізувати процес за запропонованою схемою і в чотири рази (до 32×10- мкм ) збільшити газову проникність вугільних кернів. П'ятикратне повторення даних експериментів підтвердило ефективність даного технологічного підходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 1. Спосіб підвищення продуктивності метанових свердловин вугільних пластів, що полягає в бурінні свердловини з поверхні, її обсадженні, розтині вугільного пласта, нагнітанні в вугільний пласт робочої рідини з пропантом під тиском, достатнім для гідророзриву пласта, який відрізняється тим, що після проведення гідророзриву в зону обробки через насоснокомпресорні труби роздільно-послідовно закачують хімічну систему у вигляді суспензії на основі горючо-окислювальної суміші і гідрореагуючого складу (ГОС-ГРС) і за допомогою термітної складової на основі лужних металів та їх оксидів ініціюють загоряння системи з утворенням високотемпературної водяної пари. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як ГОС використовують амоній азотнокислий або карбамід, або нітрат натрію, або перхлорат амонію, або гліцерин, гідрореагуючі та полімерні нітриловмісні з'єднання. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як ГРС використовують інтерметаліди бору або літію, або алюмінію, або карборану. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що термітна складова містить літій і пероксид натрію в кількості 3 % (ваг.). Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3