Спосіб видобування метану з підземного вугільного відкладення та спосіб закінчування свердловини, пробуреної в підземному вугільному відкладенні

1 Спосіб видобування метану з підземного вугільного відкладення, в якому пробурена щонайменше одна свердловина, який відрізняється тим, що нагнітають газоподібний окислювач у вугільне відкладення, забезпечують витримування як мінімум частини газоподібного окислювача у вугільному відкладенні протягом певного періоду часу для інтенсифікації утворення тріщин у вугільному відкладенні та здійснюють відбір метану з вугільного відкладення з підвищеною ШВИДКІСТЮ 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що газоподібний окислювач нагнітають у вугільне відкладення через свердловину, вказану свердловину закривають на певний час і після цього здійснюють відбір метану з свердловини з підвищеною ШВИДКІСТЮ 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що в підземному вугільному відкладенні бурять щонайменше одну нагнітальну свердловину і щонайменше одну продуктивну свердловину, газоподібний окислювач нагнітають у вугільне відкладення через нагнітальну свердловину і здійснюють відбір метану з вугільного відкладення через продуктивну свердловину 4 Спосіб за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що газоподібним окислювачем є озон, кисень або їх поєднання 5 Спосіб за п 4, який відрізняється тим, що газоподібний окислювач містить близько 100 об'ємних ВІДСОТКІВ озону або містить озон, розбав лений інертним газоподібним розріджувачем до утворення газоподібної суміші окислювачів 6 Спосіб за п 4, який відрізняється тим, що газоподібним окислювачем є кисень, і кисень розбавлений інертним розріджувачем для утворення газоподібної суміші окислювачів, що містить 23-35 об'ємних ВІДСОТКІВ кисню 7 Спосіб за п 4, який відрізняється тим, що газоподібним окислювачем є повітря 8 Спосіб за п 4, який відрізняється тим, що газоподібним окислювачем є повітря, збагачене киснем 9 Спосіб за п 8, який відрізняється тим, що повітря, збагачене киснем, містить, як мінімум, близько ЗО об'ємних ВІДСОТКІВ кисню 10 Спосіб за п 8, який відрізняється тим, що повітря, збагачене киснем, містить, як мінімум, близько 50 об'ємних ВІДСОТКІВ КИСНЮ 11 Спосіб закінчування свердловини, пробуреної в підземному вугільному відкладенні, який відрізняється тим, що нагнітають газоподібний окислювач у вугільне відкладення через свердловину та здійснюють відбір рідин і вугілля в формі частинок з вугільного відкладення через свердловину з утворенням, таким чином, порожнини у вугільному відкладенні навкруги свердловини 12 Спосіб за п 11, який відрізняється тим, що для виконання операції відбору рідин і вугілля в формі частинок із свердловини закривають свердловину на період закриття з метою підвищення тиску в свердловині і згодом відкривають свердловину на період відбору для забезпечення виходу потоку рідин і вугілля в формі частинок з вугільного відкладення через свердловину 13 Спосіб за п 12, який відрізняється тим, що для утворення порожнини використовують численні періоди закриття і відбору 14 Спосіб за будь-яким з пп 11-13, який відрізняється тим, що рідину нагнітають у вугільне відкладення протягом періоду нагнітання для підвищення тиску у вугільному відкладенні навкруги свердловини, після чого відкривають свердловину на період відбору для забезпечення виходу потоку рідин і вугілля в формі частинок з вугільного відкладення через свердловину 15 Спосіб за будь-яким з пп 11-14, який відрізняється тим, що газоподібним окислювачем є озон, О со Ю 00 49853 кисень або їх поєднання 16 Спосіб за п 15, який відрізняється тим, що газоподібний окислювач містить близько 100 об'ємних ВІДСОТКІВ озону або містить озон, розбавлений інертним газоподібним розріджувачем до утворення газоподібної суміші окислювачів 17 Спосіб за п 15, який відрізняється тим, що газоподібним окислювачем є кисень, і кисень розбавлений інертним розріджувачем для утворення газоподібної суміші окислювачів, що містить 23-35 об'ємних ВІДСОТКІВ кисню 18 Спосіб за п 15, який відрізняється тим, що газоподібним окислювачем є повітря 19 Спосіб за п 15, який відрізняється тим, що газоподібним окислювачем є повітря, збагачене киснем 20 Спосіб за п 19, який відрізняється тим, що повітря, збагачене киснем, містить, як мінімум, близько ЗО об'ємних ВІДСОТКІВ кисню 21 Спосіб за п 19, який відрізняється тим, що повітря, збагачене киснем, містить, як мінімум, Даний винахід відноситься до способу інтенсифікації утворення тріщин в підземному кам'яновугільних відкладенні, і, тим самим, підвищення відносної проникності існуючих, тріщин як для води, так і для газу, за допомогою хімічної обробки Утворення провідних і суміжних систем тріщин у вугільному пласті посилюється при впливі газуокислювача на основну масу вугілля Утворення систем тріщин, що мають високу провідність, забезпечує ефективне і своєчасне обезводнення кам'яновугільного відкладення і підвищує проникність метану і відбір останнього, а також підвищує кінцеве витягання метану Винахід особливо застосовний в районах видобутку кам'яновугільного газу, в яких здобич обмежується внаслідок слабкого розвитку тріщинуватості Розвиток тріщинуватості, крім того, полегшує закінчення свердловин утворенням порожнин тенсивно розвинених систем тріщин або тріщинуватість у них повністю не розвинена Подібні вугільні відкладення характеризуються вельми низькою проникністю для води і газу і не забезпечують досить високого темпу відбору останніх Внаслідок цього вода заповнює канали, і видобування метану з таких вугільних відкладень зі значною швидкістю стає утрудненим або неможливим Подібна низька проникність вугільних відкладень, що містять воду, зумовлена повною або майже повною насиченістю їх водою Можливо, що вугільні відкладення з краще розвиненою тріщинуватістю в геологічному минулому могли зазнати впливу дифузійної окислюючої рідини деякого типу, в той час, як вугільні відкладення з менш розвиненою тріщинуватістю не мають ознак впливу окислюючої рідини в геологічному минулому У підземному кам'яновугільному відкладенні знаходяться значні КІЛЬКОСТІ газоподібного метану З метою більш ефективного витягання метану з вугільного відкладення прибігають до цілого ряду процесів Найпростішим з них є процес зниження тиску, коли у вугільному відкладенні з поверхні буриться свердловина і метан витягується з неї за допомогою зниження тиску, завдяки чому метан десорбується з вугільного відкладення і переміщується в свердловину і на поверхню (патент США № 5,388,645 від 14 02 1995, МПК Е21В 043/18, Е21В 043/26) Цей спосіб є неефективним, оскільки вугільне відкладення, як правило, майже позбавлене пор, і метан, як правило, знаходиться не в порах вугільного відкладення, а абсорбований вугіллям Відбір метану з вугільного відкладення подібним способом можливий, однак цей процес протікає порівняно повільно Природна проникність деяких вугільних відкладень досить висока для того, щоб забезпечити можливість видалення води in situ і, тим самим, підвищити видобування метану У деяких відкладеннях системи тріщин, розвинені в процесі діагенезу вугільного пласта, забезпечують канали, по яких вода і метан переміщуються в продуктивні свердловини для наступного відбору При видаленні води або "обезводненні" вугільного відкладення вода видаляється з каналів, завдяки чому метан з більшою швидкістю переміщується по каналах до продуктивної свердловини Багато які вугільні відкладення позбавлені екс близько 50 об'ємних ВІДСОТКІВ КИСНЮ ВІДПОВІДНО, робляться ПОСТІЙНІ зусилля, спрямовані на розвиток методів повторення умов у вугільному відкладенні з краще розвиненою тріщинуватістю в геологічному минулому Згідно З даним винаходом, швидкість видобування метану з підземного кам'яновугільного відкладення, в якому пробурена, як мінімум, одна свердловина, включає нагнітання газоподібного окислювача у вугільне відкладення, витримування газоподібного окислювача у вугільному відкладенні протягом певного часу для інтенсифікації утворення або розвитку системи тріщин у вугільному відкладенні і підвищення газопроникності вугільного відкладення, відбір метану з вугільного відкладення з підвищеною швидкістю Газоподібним окислювачем може бути озон, кисень або їх поєднання Швидкість відбору метану і газопроникність підземних вугільних відкладень, в яких пробурена, як мінімум, одна нагнітальна свердловина і, як мінімум, одна продуктивна свердловина, підвищується a) Нагнітанням газоподібного окислювача у вугільне відкладення через нагнітальну свердловину, b) витримуванням газоподібного окислювача у вугільному відкладенні протягом певного часу для інтенсифікації утворення тріщин у вугільному відкладенні, і c) відбором метану з вугільного відкладення через продуктивну свердловину з підвищеною ШВИДКІСТЮ Закінчування свердловин, пробурених у вуп 49853 льному пласті, полегшується нагнітанням газоподібного окислювача у вугільне відкладення, навколишнє щодо свердловини, перед робочою рідиною і видаленням вугілля в формі частинок з вугільного відкладення через свердловину для утворення порожнини у вугільному відкладенні навкруги свердловини Далі піде докладний опис даного винаходу з посиланнямна переважні варіанти його здійснення з допомогою прикладених фігур, на яких Фіг 1 - схематичне зображення свердловин в підземному кам'яновугільному відкладенні з поверхні, Фіг 2 - схематичне зображення свердловин в підземному кам'яновугільному відкладенні з поверхні, де у вугільному відкладенні були утворені тріщини, Фіг 3 - схематичне зображення нагнітальної свердловини і продуктивної свердловини, що були пробурені в підземному кам'яновугільному відкладенні з поверхні, Фіг 4 - схематичне зображення нагнітальної свердловини і продуктивної свердловини, що були пробурені в підземному кам'яновугільному відкладенні з поверхнею, де у вугільному відкладенні були утворені тріщини з боку нагнітальної свердловини, і Фіг 5 - схема розміщення по площі 4 продуктивних і 1 нагнітальної свердловини При обговоренні Фігур одні і ті ж цифрові позиції будуть використовуватися для позначення однакових або схожих компонентів На Фіг 1 показане вугільне відкладення 10, в якому з поверхні пробурена свердловина 14 У стволі свердловини 14 у відповідному положенні за допомогою цементу 18 встановлені обсадні труби 16 Незважаючи нате, що ствол свердловини 14 обсаджений, потрібно розуміти, що в переважних варіантах здійснення, показаних на Фігурах, свердловини можуть бути необсадженими або частково обсадженими Обсадні труби 16 можуть заходити в або пройти через вугільне відкладення 10 На ДІЛЯНЦІ обсаднихтруб 16, що знаходиться у вугільному пласті, передбачаються отвори, що забезпечують надходження рідини з обсадних труб 16 до вугільного відкладення У стволі свердловини 14, що проходить у вугільне відкладення 10, знаходяться підіймальні труби 20 і пакер 22 Пакер 22 розташований таким чином, що запобігає перетіканню рідини між ЗОВНІШНІМ діаметром підіймальних труб 20 і внутрішнім діаметром обсадних труб 16 У стволі свердловини 14, опріч того, розташовано устаткування 24, пристосоване для нагнітання потоку газу або рідини у вугільне відкладення 10 або для витягання потоку газу або рідини з вугільного відкладення 10 При практичному здійсненні даного винаходу, газоподібний окислювач нагнітається, як показано стрілкою 26, через підіймальні труби 20 у вугільне відкладення 10, як показано стрілками 28 Оброблені зони показані колами ЗО Газоподібний окислювач нагнітають у вугільне відкладення 10 протягом певного періоду часу і в КІЛЬКОСТІ, яка вважається достатньою для посилення або інтенсифікації утворення провідної безперервної сис теми тріщин у вугільному відкладенні 10 Через певний період часу або після завершення нагнітання певної КІЛЬКОСТІ газоподібного окислювача, свердловина може бути закрита на період часу, який може досягати або перевищувати 24 години У альтернативному варіанті, час нагнітання газоподібного окислювача може виявитися достатнім для знаходження окислювача у вугільному відкладенні Свердловину звичайно закривають доти, поки тиск в стволі не повернеться до рівня тиску у відкладенні, плюс 12 додаткових годин Час закриття забезпечує можливість переміщення окислювача у вугільне відкладення 10 для окислення компонентів вугільного відкладення 10 з метою посилення розвитку системи тріщин і підвищення газопроникності вугільного відкладення 10 Після періоду закриття, вода, метан або те і інше можуть витягуватися з вугільного відкладення 10 для обезводнення останнього в зонах ЗО і відбору метану Термін "обезводнення" не означає повне видалення води з вугільного відкладення 10, а, швидше, видалення достатньої КІЛЬКОСТІ ВОДИ З вугільного відкладення 10 для відкриття каналів в системі тріщин у вугільному відкладенні 10, завдяки чому метан може відбиратися по каналах з вугільного відкладення 10 Газоподібний окислювач являє собою окислювач, вибираний з групи, до складу якої входить озон, кисень або їх поєднання 3 числа згаданих, перевага віддається озону У випадку використання озону, концентрації останнього можуть складати до 100 об'ємних ВІДСОТКІВ газоподібної суміші окислювача При використанні кисню, придатними є концентрації, що складають, приблизно, до 50 об'ємних ВІДСОТКІВ газоподібної суміші окислювача, причому перевага віддається концентраціям, приблизно, до ЗО об'ємних ВІДСОТКІВ і бажаними є концентрації, що складають, приблизно, від 23 до 35 об'ємних ВІДСОТКІВ Газоподібною сумішшю окислювача, що містить кисень, може бути повітря, однак перевага віддається повітрю, збагаченому киснем, і що містить кисень в концентраціях, вказаних раніше У газоподібних сумішах окислювача можуть використовуватися поєднання окислювачів в діапазонах, що обговорювалися раніше Бажане використання окислювачів в газоподібних сумішах, як обговорювалося раніше, щоб уникати запалення в свердловині або вугільному пласті, а також газифікації або зрідження вугілля поблизу свердловини і тому подібного Заявники намагаються фізично модифікувати структуру вугільного відкладення для інтенсифікації утворення тріщин і системи тріщин у вугільному відкладенні з метою підвищення проникності відкладення для газу і рідин із запобіганням процесам запалення Застосування газоподібної суміші окислювача для впливу на поверхні вугільного відкладення, доступ до якого може забезпечуватися через природні тріщини, штучно створені тріщини і ІНШІ канали, існуючі у вугільному відкладенні, і тому подібне, забезпечує доступ до мацералів з впливом на склад і будову останніх, а також на зв'язок між поверхнями мацералів, інтенсифікуючи тим самим утворення тріщин і системи тріщин, і підвищуючи 49853 проникність вугілля Наслідком подібної обробки є не витягання вугілля з вугільного відкладення або запалення вугілля, але модифікація структури вугілля за допомогою створення тріщин і системи тріщин для підвищення проникності вугільного відкладення для досягнення цих цілей без витягання вугілля з відкладення і без газифікації або іншого фізичного знищення вугілля У варіанті здійснення, зображеному на Ф і г 1 , одна свердловина використовується для нагнітання газоподібного окислювача для ХІМІЧНОГО посилення або інтенсифікації утворення системи тріщин і підвищення проникності для газу і рідини в зонах ЗО для підвищення швидкості відбору метану з вугільного відкладення 10 Термін "підвищення", що використовується в даному описі, означає зміну відносно необробленого вугільного відкладення На Фіг 2 показаний подібний варіант здійснення, за винятком того, що у вугільному відкладенні 10 утворені тріщини 32 Свердловина працює, по суті, точно так само, як показано на Фіг 1, за винятком того, що у вугільному відкладенні 10 тріщини були утворені заздалегідь або вони утворюються текучим середовищем, до складу якого, протягом, як мінімум, частини операції утворення тріщин, може входити газоподібна суміш окислювачів У випадку, коли вугільне відкладення 10 є досить непроникним, як початковий метод інтенсифікації утворення тріщин, що передує застосуванню газоподібного окислювача, може бути використаний, наприклад, звичайний метод утворення тріщин Газоподібний окислювач посилює проникність по тріщинах і підвищує проникність на ділянках, дотичних з тріщинами У подібних випадках свердловина може закриватися, як обговорювалася раніше, і газоподібні окислювачі вибираються з числа тих, що обговорювалися раніше Тріщини, як правило, утворюються у вугільному відкладенні 10 до нагнітання газоподібного окислювача Потрібно розуміти також, що газоподібний окислювач може нагнітатися у вугільне відкладення також зверху, знизу або безпосередньо в зону тріщинуватості На Фіг 3 показана нагнітальна свердловина 34 і продуктивна свердловина 36, пробурені у вугільному відкладенні 10 з поверхні 12 Нагнітальна свердловина 34 знаходиться від продуктивної свердловини 36 на відстані, величина якої залежить від характеристик конкретного вугільного відкладення тощо ВІДПОВІДНО ДО даного винаходу, вищеописаний газоподібний окислювач нагнітається у вугільне відкладення 10 через нагнітальну свердловину 34, як показано стрілкою 26 і стрілкою 28, для обробки зон ЗО, які можуть ВІДІЙТИ ВІД нагнітальної свердловини 34, як правило, по колу, однак, в переважному варіанті, як правило, тягнуться у бік найближчої продуктивної свердловини або продуктивних свердловин Продуктивна свердловина 36 розташована таким чином, щоб з и допомогою з вугільного відкладення 10 проводився відбір води, метану або того і іншого Внаслідок відбору рідин через продуктивну свердловину 36, газоподібний окислювач переміщується у бік продуктивної свердловини 36 Нагнітання газоподібного окислювача бажано продовжувати до досягнення необхідного збільшення 8 проникності або підвищення об'єму рідин, що витягуються Збільшення проникності або підвищення об'єму рідин, що витягуються з продуктивної свердловини 36, свідчить про утворення або посилення утворення тріщин у вугільному відкладенні 10, наслідком чого є підвищення проникності, завдяки чому додаткові КІЛЬКОСТІ рідин виділяються з вугільного відкладення 10 для витягання, як показано стрілками 38, через продуктивну свердловину 36 і трубопровід 40 Стрілки 38 показані спрямованими у бік продуктивної свердловини 36 з обох боків з врахуванням того, що витягання рідин буде тривати з більш низькою швидкістю з необроблених ділянок вугільного відкладення 10 Варіант здійснення, поданий на Фіг 4, подібний зображеному на Фіг 3, за винятком того, що у вугільному відкладенні 10 були утворені тріщини 32 Тріщини 32 у варіанті здійснення, поданому на Фіг 2, можуть мати, по суті, будь-яку протяжність У протилежність цьому, у варіанті здійснення, поданому на Фіг 4, довжина тріщин 32, в бажаному варіанті, складає не більше за половину відстані до продуктивної свердловини 36 Зрозуміло, що у випадку, коли тріщини 32 проходять повністю до продуктивної свердловини 36, буде важко використати рідинне або газове проштовхування будьякого виду між нагнітальною свердловиною 34 і продуктивною свердловиною 36 Газоподібний окислювач в тріщинах 32 використається, як обговорювався раніше На Фіг 5 подана схема розміщення по площі 4 продуктивних і 1 нагнітальної свердловин Подібного роду схеми придатні для практичного здійснення даного винаходу і вони можуть використовуватися за допомогою відтворення на великій площі Подібні схеми добре ВІДОМІ фахівцям в даній області техніки і будуть піддані лише короткому обговоренню На схемі, поданій на Фіг 5, газоподібний окислювач нагнітається через нагнітальну свердловину 34 для обробки зон ЗО для посилення витягання рідин і метану з продуктивної свердловини 36 При досягненні необхідного рівня утворення тріщин або підвищення проникності, про що свідчить підвищення швидкості відбору рідин з продуктивних свердловин 36 або по закінченню певного часу, нагнітання газоподібного окислювача може бути припинене, а нагнітальна свердловина 34 перетворена в продуктивну свердловину Відбір на даній ДІЛЯНЦІ ПІСЛЯ ЦЬОГО може проводитися через початкові продуктивні свердловини і перетворену нагнітальну свердловину Ділянки посиленого утворення тріщин підвищать швидкість відбору метану і, зрештою, його видобування У багатьох випадках свердловини у вугільному відкладенні закінчуються "пустотоутворенням" у вугільному пласті для утворення порожнини, що оточує свердловину Подібні способи закінчування розкриваються в патенті США № "5417286 Method for Enhancing The Recovery of Methane from a Solid Carbonaceous Subterranean Formation", виданому 23 травня 1995 p на ім'я Яна Д Пальмера (Jan D Palmer) і Дена Йі (Dan Yee), і в ДОПОВІДІ SPE 24906 "Open hole Cavity Completion in Coalbed Methane Wells in the San Juan Basin", що була репрезентована 4 - 7 жовтня 1992 р Я Д Пальмером, М Дж Мавором (М J Mavor), Дж П Зайдлем (J P Seidle), 49853 Дж Л Спитлером (J L Spitler) і Р Ф Вольцем (R F Volz) Патент США № 5417286 включений в даний опис як посилання в повному об'ємі У деяких випадках з утворенням порожнини у вугільному відкладенні, в якому пробурена свердловина, при відборі рідин із згаданого вугільного відкладення можуть виникнути труднощі У подібних випадках для ослаблення вугільного відкладення і полегшення початку утворення порожнини можуть прибігати до нагнітання газоподібного окислювача для розвитку тріщин у вугільному відкладенні, навколишньому щодо такої свердловини Спосіб, ВІДПОВІДНИЙ даному винаходу, придатний також як етап попередньої обробки при нагнітанні газу для посилення витягання метану з вугільного відкладення 10 Добре відоме застосування дюксиду вуглецю, самостійно або в поєднанні з іншими газами, для підвищення відбору метану з вугільного відкладення Фахівцям в даній області техніки точно так само добре відоме застосування інертних газів, наприклад, азоту, аргону тощо для видобування додаткових кількостей метану з вугі 10 льного відкладення за допомогою підвищення тиску у відкладенні і, тим самим, витягання додаткової КІЛЬКОСТІ метану, оскільки парціальний тиск метану в атмосфері вугільного пласта знижується Застосування подібних процесів вимагає проникності відкладення для потоку газу в/або через відкладення для того, щоб метан можна було витягувати Спосіб, ВІДПОВІДНИЙ даному винаходу, підвищує проникність вугільного відкладення і може використовуватися перед застосуванням обробки за допомогою витіснення газом або десорбції газу для підвищення витягання метану Після опису даного винаходу з посиланням на деякі переважні варіанти його здійснення, потрібно зазначити, що обговорені варіанти здійснення є, швидше, ілюстративними, а не обмежувальними по своїй природі, і що в межах об'єму даного винаходу можливі численні варіанти і модифікації Багато які подібні варіанти і модифікації можуть бути визнані очевидними і бажаними фахівцями в даній області техніки після розгляду попереднього опису переважних варіантів здійснення ю 10 ФІГА 11 49853 12 10 10 ФІГ.2 12 1 0 1 0 ФІГ.З 13 49853 10 ФІГ.4 ФІГ.5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул СІМІХОХЛОВИХ 15 м Київ 04119 Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ Міжнародний науковий комітет вул Артема 77 м Київ 04050 Україна (044)216-32-71