Спосіб видобування метану з підземного вуглецевого відкладу

1 Спосіб видобування метану з підземного вуглецевого відкладу, в якому пробурена щонайменше одна свердловина, який відрізняється тим, що включає такі етапи нагнітання в зазначений вуглецевий відклад газоподібного окисника, обраного із групи, що включає озон, кисень, суміш озону і кисню, збагачене киснем повітря та озон, розбавлений інертним газоподібним розріджувачем для утворення газоподібної окиснювальної суміші, що містить до 100 об % озону, витримування принаймні частини зазначеного газоподібного окисника в зазначеному вуглецевому відкладі впродовж певного обраного періоду часу для стимулювання утворення тріщин в зазначеному вуглецевому відкладі і видобування метану із зазначеного вуглецевого відкладу 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що до складу підземних вуглецевих відкладів входять глинисті мінерали, і метан видобувають з поверхні глинистих мінералів в відкладах 3 Спосіб за п 1 або п 2, який відрізняється тим, що зазначений газоподібний окисник містить збагачене киснем повітря, яке містить щонайменше приблизно ЗО об % кисню 4 Спосіб за п 1 або п 2, який відрізняється тим, що зазначений газоподібний окисник містить збагачене киснем повітря, яке містить щонайменше 50 об % кисню 5 Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначений газоподібний окисник нагнітають у відклад через свердловину, зазначену свердловину закривають на певний час, після чого метан видобувають із зазначеної свердловини 6 Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначений вуглецевий відклад має у своєму складі неорганічні речовини, нарівні з вуглецевими речовинами 7 Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що у підземному вуглецевому відкладі пробурені щонайменше одна нагнітальна свердловина і щонайменше одна добувна свердловина, і тим, що газоподібний окисник нагнітають в зазначений відклад через зазначену нагнітальну свердловину, газоподібний окисник витримують у зазначеному вуглецевому відкладі впродовж певного обраного періоду часу для стимулювання утворення тріщин в зазначеному вуглецевому відкладі і збільшення площі поверхні вуглецевих речовин у відкладі і видобувають метан із зазначеного відкладу через зазначену добувну свердловину Даний винахід відноситься до способів підвищення швидкості видобування метану з підземного вуглецевого відкладу за допомогою ХІМІЧНОГО стимулювання відкладу газоподібним окисником для підвищення швидкості видобування метану із відкладу Даний винахід може застосовуватися для підвищення ефективності видобування метану з відкладів, до складу яких нарівні з вуглецевими речовинами входять неорганічні речовини, наприклад, як у випадку відкладу вуглистого сланцю Підвищена швидкість видобування забезпечується за допомогою збільшення площі поверхні органічних складових відкладу, які містять вуглеводні, за допомогою інтенсифікації утворення тріщин і інших нових поверхонь в зазначених вуглецевих речовинах, завдяки чому полегшується десорбування О ю (О ю 52652 легких вуглеводнів із зазначеного вуглецевого відкладу Вуглецеві відклади, наприклад, сланці, частково складаються з глинистих мінералів Даний винахід також може бути застосований для підвищення ефективності добування легких вуглеводнів, адсорбованих зазначеними глинистими мінералами У відкладі, що включає вуглецеві речовини, які можуть включати мацерали, керогени і ІНШІ органічні речовини, разом з неорганічними речовинами, наприклад, пісками, глинами і подібними кластичними речовинами, виявляються значні КІЛЬКОСТІ газоподібного метану У цьому описі такі відклади називають "вуглецеві відклади" До складу багатьох таких вуглецевих відкладів входять значні КІЛЬКОСТІ метану або інших абсорбованих або адсорбованих легких вуглеводнів типу метану, однак видобування метану з таких відкладів ускладнено, оскільки проникність і площа оголеної поверхні вуглецевих речовин, що входять до їх складу, надто низькі для забезпечення ефективного вивільнення метану з відкладу Терміни "абсорбований" або "адсорбований" в даному описі використовуються взаємозамінне і відносяться до метану або інших легких вуглеводнів, які знаходяться в вуглецевих речовинах або на їх поверхні, і до метану або інших легких вуглеводнів, які знаходяться в глинисто-мінеральних речовинах, що входять до складу вуглецевого відкладу, або на поверхні цих речовин ВІДПОВІДНО, робляться ПОСТІЙНІ зусилля, спрямовані на створення способів імітування впливу факторів, які зумовили утворення у вугільному відкладі більш розвиненої тріщинуватості і підвищення швидкості видобування метану з вуглецевих відкладів Патент США № 5,501,273 пропонує спосіб визначення характеристик сховища підземного вуглецевого відкладу Патент США № 5,566,755 пропонує спосіб видобування метану з підземного вуглецевого відкладу, який має нагнітальну і добувну свердловини, які є сполученими із відкладом для проходу рідини Жодний із цих документів не розкриває і не згадує про використання із метою стимулювання утворення тріщин газоподібного окисника, обраного із повітря, збагаченого киснем, кисню, озону і газоподібних озонвмісних сумішей ВІДПОВІДНО ДО даного винаходу, надається спосіб підвищення швидкості добування метану з підземного вуглецевого відкладу, в якому пробурена щонайменше одна свердловина, який включає a) нагнітання газоподібного окисника в зазначений вуглецевий відклад, b) витримування принаймні частини зазначеного газоподібного окисника в зазначеному вуглецевому відкладі впродовж певного обраного періоду часу для стимулювання утворення тріщин в зазначеному вуглецевому відкладі, і c) видобування метану із зазначеного вуглецевого відкладу з підвищеною швидкістю Нагнітання газоподібного окисника в зазначений відклад і витримування зазначеного газоподібного окисника в зазначеному відкладі впродовж певного обраного періоду часу стимулює і полегшує десорбування метану та інших легких вугле воднів з глинисто-мінеральних складових зазначеного відкладу, забезпечує метану можливість переміщення із зазначеного відкладу в стовбур свердловини, і забезпечує можливість видобування метану із зазначеного відкладу з підвищеною швидкістю До числа придатних окисників належать озон, кисень і їх поєднання ВІДПОВІДНО ДО ОДНОГО З варіантів здійснення даного винаходу, швидкість видобування метану з підземного вуглецевого відкладу, в якому пробурена щонайменше одна нагнітальна свердловина і щонайменше одна добувна свердловина, підвищується шляхом a) нагнітання газоподібного окисника в зазначений відклад через нагнітальну свердловину, і b) видобування метану із зазначеного відкладу через добувну свердловину з підвищеною швидкістю Даний винахід допомагає підвищити ефективність видобування метану з вуглецевих речовин, що містяться у відкладі разом з неорганічними речовинами, і підвищує ефективність видобування метану з неорганічних речовин, в яких і якими він адсорбований Нижче наведено докладний опис даного винаходу з посиланнями на варіанти його здійснення, яким віддається перевага, і за допомогою прикладених графічних фігур, на яких Фіг 1 - схематичне зображення свердловини, пробуреної в підземному вуглецевому відкладі з поверхні, Фіг 2 - схематичне зображення свердловини, пробуреної в підземному вуглецевому відкладі з поверхні, де у вугільному відкладі були утворені тріщини, Фіг 3 - схематичне зображення нагнітальної свердловини і добувної свердловини, пробурених в підземному вуглецевому відкладі з поверхні, Фіг 4 - схематичне зображення нагнітальної свердловини і добувної свердловини, пробурених в підземному вуглецевому відкладі з поверхні, де у вуглецевому відкладі були утворені тріщини з боку нагнітальної свердловини, і Фіг 5-схема розташування свердловин для конфігурації з п'яти свердловин Опис переважних варіантів здійснення винаходу При описуванні фігур одні і ті ж цифрові позначення будуть використовуватися для позначення однакових або схожих елементів На Фіг 1 показаний вуглецевий відклад 1, в якому з поверхні пробурена свердловина 2 У стовбурі свердловини 2 у відповідному положенні за допомогою цементу 3 встановлена обсадна труба 4 Незважаючи на те, що стовбур свердловини 2 обсаджений, потрібно розуміти, що в показаних на фігурах варіантах здійснення, яким віддається перевага, свердловини можуть бути необсадженими або частково обсадженими У альтернативному варіанті обсадна труба 4, що заходить у вуглецевий відклад 1 абр проходить крізь нього, може мати отвори на ДІЛЯНЦІ обсадної труби 4, що знаходиться у вуглецевому пласті, які забезпечують надходження рідини з обсадної труби 4 до вуглецевого відкладу У стовбурі свердловини 2, що 52652 проходить у вуглецевий відклад 1, знаходяться ристаний будь-який газоподібний розріджувач насосно-компресорна труба 5 і ущільнювач 6 УщіПри використанні кисню придатними є конценльнювач 6 розташований таким чином, щоб запотрації кисню що становлять до приблизно 50% бігати проходженню рідини у просторі між ЗОВНІШ(об'єми) газоподібної окиснювальної суміші, приНІМ діаметром насосно-компресорної труби 5 і чому перевага віддається концентраціям до привнутрішнім діаметром обсадної труби 4 Для стовблизно 30% (об'єми), і бажаними є концентрації бура свердловини 2, крім того, передбачено облавід приблизно 23% (об'єми) до приблизно 35% днання 7, виконане з можливістю нагнітання пото(об'єми) Газоподібною кисневмісною окиснюваку газу або рідини у вуглецевий відклад 1 або для льною сумішшю може бути повітря, однак перевадобування потоку газу або рідини з вуглецевого га віддається повітрю, збагаченому киснем, що відкладу 1 містить кисень в концентраціях, вказаних вище У газоподібних окиснювальних сумішах можуть виПри практичному здійсненні даного винаходу, користовуватися поєднання окисників в діапазогазоподібний окисник нагнітається, як показано нах, що обговорювалися вище стрілкою 8, через насосно-компресорну трубу 5 у вуглецевий відклад 1, як показано стрілками 9 У газоподібних окиснювальних сумішах бажаЗони, які зазнають обробки, показані ЛІНІЯМИ 10 но застосовувати окисники, узгоджені таким чиГазоподібний окисник нагнітають у вуглецевий ном, щоб унеможливити займання в свердловині відклад 1 впродовж певного періоду часу для поабо вугільному пласті, унеможливити газифікацію силення або інтенсифікації утворення додаткової або зрідження вуглецевих речовин поблизу свердплощі поверхні або тріщин у органічних речовинах, ловини тощо Заявники мають на меті фізично які містяться у вуглецевому відкладі 1 Газоподібмодифікувати структуру вуглецевого відкладу для ний окисник нагнітають у вуглецевий відклад 1 інтенсифікації утворення тріщин і збільшення впродовж певного періоду часу і в КІЛЬКОСТІ, ЯКІ площі поверхні вуглецевих речовин у вуглецевому вважаються достатніми для підвищення здатності відкладі з метою підвищення проникності відкладу органічних речовин, присутніх у вуглецевому віддля газу і рідин, але із запобіганням процесам закладі 1 в зонах 10, до десорбції метану і інших ймання Застосування газоподібної окиснювальної легких гідрокарбонатів, абсорбованих цими оргасуміші для впливання на поверхні вуглецевого нічними речовинами, або на їхній поверхні Через відкладу, доступ до яких може забезпечуватися певний період часу або після завершення нагнічерез природні тріщини, штучно створені тріщини і тання певної КІЛЬКОСТІ газоподібного окисника, ІНШІ канали, які існують у вуглецевому відкладі, свердловина може бути закрита на період часу, тощо, забезпечує доступ до вуглецевих речовин, який може досягати 24 год або бути ще довшим які можуть включати вугільні мацерали, із впливом Свердловину звичайно закривають доти, поки тиск на склад і будову останніх, а також на зв'язок між в стовбурі не повернеться до рівня тиску у відклаповерхнями мацералів, інтенсифікуючи тим самим ді, і додають ще щонайменше 12 додаткових гоутворення тріщин і системи тріщин, збільшуючи дин В альтернативному варіанті час нагнітання площу поверхні вуглецевих речовин і підвищуючи газоподібного окисника може виявитися таким, що проникність вуглецевого відкладу Результатом відповідає періоду часу, впродовж якого окисник такої обробки є не видалення твердої або подрібмає знаходитися у вуглецевому відкладі 1 Період неної вуглецевої речовини з вуглецевого відкладу закриття свердловини забезпечує можливість пеабо займання вуглецевої речовини Натомість, реміщення газоподібного окисника у вуглецевий результатом є модифікація структури вуглецевої відклад 1 для окислення його складових, і, тим речовини, із створенням тріщин і системи тріщин самим, збільшення площі поверхні і тріщин в оргадля збільшення площі поверхні і підвищення пронічних речовинах, присутніх у вуглецевому відкланикності вуглецевого відкладу для досягнення заді 1 Період закриття свердловини, крім того, зазначених цілей, без видалення твердої або подрібезпечує можливість переміщення окисника у бненої вуглецевої речовини з відкладу і без вуглецевий відклад 1 для відділення метану і інгазифікації або іншого фізичного знищення твердої ших легких вуглеводнів, адсорбованих глинистими вуглецевої речовини у вуглецевому відкладі мінералами, присутніми у вуглецевому відкладі 1 Після періоду закриття, вода, метан або те й інше Нагнітання газоподібного окисника полегшує можуть добуватися з вуглецевого відкладу 1 для утворення додаткової вільної площі поверхні і тріобезводнення останнього в зонах 10 і видобування щин у вуглецевому відкладі і полегшує вивільненметану Термін "обезводнення" не означає повне ня метану і інших легких вуглеводнів з органічних видалення води з вуглецевого відкладу 1, а, швиречовин і з поверхні глинистих мінералів, якими дше, видалення з вуглецевого відкладу 1 такої вони адсорбовані КІЛЬКОСТІ води, якої достатньо для відкриття канаУ варіанті здійснення, зображеному на Ф і г 1 , лів в системі тріщин у вуглецевому відкладі 1, заодна свердловина використовується для нагнітанвдяки чому метан може видобуватися по цих каня газоподібного окисника для ХІМІЧНОГО посилення налах з вуглецевого відкладу 1 або інтенсифікації утворення додаткової вільної площі поверхні і тріщин в органічних речовинах, присутніх у вуглецевому відкладі 1, і сприяння виПрикладами газоподібних окисників, які мовільненню вуглеводнів, адсорбованих глинистими жуть бути використані, є озон, кисень і їх поєднанмінералами, присутніми в зонах 10, результатом ня 3 числа зазначених, перевага віддається озочого є вивільнення пластової води і підвищення ну У випадку використання озону, концентрації швидкості видобування метану з вуглецевого відостаннього в газоподібному окиснику можуть стакладу 1 Термін "підвищення", як він використовуновити до 100% У випадку використання озону в ється в даному описі, означає зміну у порівнянні з концентраціях, менших ніж 100%, може бути вико 52652 8 вуглецевим відкладом, що не зазнав обробки льше ніж половину відстані до добувної свердловини 13 Зрозуміло, що у випадку, якщо тріщини 11 На Фіг 2 показаний подібний варіант здійснендосягають добувної свердловини 13, буде важко ня, за винятком того, що у вуглецевому відкладі 1 використати будь-яке витіснення рідиною або гаутворені тріщини 11 Свердловина працює, по суті, зом між нагнітальною свердловиною 12 і добувною так само, як показано на Фіг1, за винятком того, свердловиною 13 Бажано, щоб довжина тріщин що у вуглецевому відкладі 1 тріщини були утворені була не більше ніж половина відстані між нагнітазаздалегідь У випадку, якщо вуглецевий відклад 1 льною свердловиною 12 і добувною свердловиною є досить непроникним, як початковий метод інтен13 Газоподібний окисник в тріщинах 11 викориссифікації утворення тріщин, який передує застосутовується так, як обговорювався вище ванню газоподібного окисника, може бути використаний, наприклад, звичайний метод утворення На Фіг 5 представлена схема розташування тріщин У таких випадках свердловина може засвердловин для конфігурації з п'яти свердловин криватися, як обговорювалася раніше, і окисники Схеми розміщення декількох свердловин, наприобираються з числа тих же самих окиснювальних клад, схема розміщення п'яти свердловин, є ефекречовин, які обговорювалися вище Тріщини утвотивними для практичного здійснення даного винарюються у вуглецевому відкладі 1 до нагнітання ходу, і вони можуть рекурентно повторюватися на газоподібного окисника Газоподібний окисник мовеликій площі Такі схеми добре ВІДОМІ фахівцям в же, у випадку необхідності, нагнітатися вище або даній галузі техніки, і буде наданий лише стислий нижче градієнта (тиску) гідравлічного розриву плаопис На схемі, представленій на Фіг 5, газоподібста ний окисник нагнітається через нагнітальну свердловину 12 для обробки зон 10 для підвищення На Фіг 3 показана нагнітальна свердловина 12 ефективності добування води і метану з добувної і добувна свердловина 13, пробурені у вуглецевосвердловини 13 При досягненні необхідного рівня му відкладі 1 з поверхні 14 Нагнітальна свердлоутворення тріщин або підвищення проникності, про вина 12 знаходиться на такий відстані від добувної що свідчить підвищення швидкості добування рісвердловини 13, яка залежить від характеристик дин з добувних свердловин 13, нагнітання газопоконкретного вуглецевого відкладу тощо ВІДПОВІДдібного окисника припиняється, а нагнітальна свеНО до даного винаходу, газоподібний окисник нардловина 12 може бути перетворена в добувну гнітається у вуглецевий відклад 1 через нагнітальсвердловину Видобування на даній ДІЛЯНЦІ ПІСЛЯ ну свердловину 12, як показано стрілкою 8 і цього може проводитися через первинні добувні стрілками 9, для обробки зон 10, які можуть просвердловини і перетворену нагнітальну свердлостягатися від нагнітальної свердловини 12 практивину Ділянки 10 посиленого утворення тріщин чно по колу, однак, у варіанті, якому віддається підвищать швидкість добування метану і, зрешперевага, як правило, простягаються у бік найблитою, ефективність його видобування жчої добувної свердловини або добувних свердловин Добувна свердловина 13 розташована таСпосіб, запропонований цим винаходом, приким чином, щоб з и допомогою з вуглецевого датний також як етап попередньої обробки при відкладу 1 добувати воду і метан Внаслідок відздійсненні обробки з нагнітанням газу для підвибору води і метану через добувну свердловину 13 щення ефективності добування метану з вуглецегазоподібний окисник переміщається у бік добуввого відкладу 1 Добре відомим є застосування ної свердловини 13 Нагнітання газоподібного окидюксиду вуглецю, окремо або в поєднанні з іншисника бажано продовжувати до збільшення об'єму ми газами, для підвищення ефективності видобуводи в добувній свердловині 13 або до досягнення вання метану з вугільного відкладу Фахівцям в цій необхідного підвищення проникності, або до збігалузі техніки точно так само добре відоме застольшення площі поверхні, або до збільшення об'сування інертних газів, наприклад, азоту, аргону єму видобутих рідин Підвищення проникності, тощо для добування додаткових кількостей метану збільшення площі поверхні або об'єму видобутих з з вугільного відкладу за допомогою підвищення добувної свердловини 13 рідин свідчить про підтиску у вугільному відкладі і, тим самим, добуванвищення проникності, або збільшення площі повеня додаткової КІЛЬКОСТІ метану, оскільки парціальрхні, або про те й інше разом у вуглецевому відний тиск метану в атмосфері вугільного пласта кладі 1, що супроводжується вивільненням знижується Застосування подібних процесів вимадодаткових кількостей рідин з вуглецевого відклагає проникності відкладу для потоку газу через ду 1 для видобування, як показано стрілками 15, відклад (або для проходження потоку газу в відчерез добувну свердловину 13 і трубопровід 16 клад), для того щоб метан можна було добувати, і, Стрілки 15 показані направленими у бік добувної крім того, необхідно, щоб об'єми метану, що знасвердловини 13 з обох сторін з врахуванням того, ходяться в органічних речовинах, мали ВІЛЬНІ пощо добування води буде продовжуватися, з більш верхні, через які вони могли б десорбуватися низькою швидкістю, і з необроблених ділянок вугСпосіб, запропонований цим винаходом, інтенсилецевого відкладу 1 фікує утворення вільних поверхонь і тріщин в орВаріант здійснення, представлений на Фіг 4, подібний зображеному на Фіг 3, за винятком того, що у вуглецевому відкладі 1 були утворені тріщини 11 Тріщини 11 у варіанті здійснення, представленому на Фіг 2, можуть мати практично будь-яку протяжність У протилежність цьому, у варіанті здійснення, представленому на Фіг 4, довжина тріщин 11, в бажаному варіанті, становить не бі ганічних речовинах і підвищує проникність вуглецевого відкладу, в якому органічні речовини присутні у великих кількостях і утворюють суцільну мережу, що піддається обробці, і може використовуватися перед застосуванням обробки за допомогою витіснення газом або десорбції газу для підвищення ефективності добування метану Хоча Заявники не бажають зв'язувати себе 52652 якою-небудь окремою теорією, спосіб, запропонований цим винаходом, може функціонувати за допомогою утворення вільних поверхонь або системи тріщин в зонах вуглецевого відкладу, що обробляються окиснювальною сумішшю Загалом, спосіб, запропонований цим винаходом, забезпечує ефективне збільшення площі поверхні, придатної для десорбування метану з мацералів, керогенів і інших неорганічних речовин, присутніх у відкладі, в якому містяться певні КІЛЬКОСТІ метану Виявляється, що в подібному вуглецевому відкладі метан може бути адсорбований неорганічними речовинами, зокрема, глинами, а також органічними речовинами, і що швидкість видобування мета 10 ну як з органічних, так і з неорганічних речовин підвищується за допомогою способу, запропонованого цим винаходом Після опису даного винаходу з посиланням на деякі з варіантів його здійснення, яким віддається перевага, потрібно зазначити, що обговорені варіанти здійснення є ілюстративними по своїй природі, але не обмежувальними, і що в межах обсягу даного винаходу можливі численні варіанти і модифікації Багато таких варіантів і модифікацій можуть бути визнані очевидними і бажаними фахівцями в даній галузі техніки після ознайомлення з наведеним вище описом варіантів здійснення, яким віддається перевага ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24