CN102203378B - 回收或贮藏方法 - Google Patents
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Abstract
一种回收一个或多个气体和/或液体贮藏构造中贮藏的气体和/或液体的方法，该方法包括以下步骤：找到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部坚实边界的位置；钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部坚实边界毗邻的位置；钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部坚实边界的至少一部分；从所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造上生成渗透通道，使来自所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的气体和/或液体能够被释放到所述进入井中；以及通过所述进入井回收所述被释放的气体和/或液体。
Description
技术领域
本发明涉及回收岩石中吸收或是被截留于岩石中的气体和/或液体，或是将气体和/或液体阻隔或贮藏于岩石中的方法。该方法尤其适合于(但不限于)回收贮藏于一个或多个气体和/或液体贮藏构造中的气体和/或液体。而且，该方法可用于利用同一构造将气体或液体注入。
背景技术
在本说明书中，对于提及或讨论到的文献、知识，这种提及或讨论并非认可该文献或知识或其组合在优先权日之前已经可公开获得、为公众所知、是公知技术的一部分；或是已被得知将用来解决任何本说明书所讨论的问题。
尽管以下讨论涉及煤层甲烷，本领域技术人员可以理解本发明不限于煤层甲烷，还可用于其他气体和/或液体的回收或注射，包括其他碳氢化合物如页岩油和非常规的碳氢化合物资源。
煤层甲烷(Coalbed methane，CBM，亦称为煤层气)，是一种从煤层中抽取出来的天然气体。该术语指固态煤基质中吸收的甲烷。地下煤矿中存在这种气体已经为人们所熟知，由于其易爆性，它的存在成为严重的安全隐患。煤层甲烷区别于通常的砂岩或其他常规气体贮藏构造，因为甲烷是通过一种被称为吸附作用的过程储存于煤层之中。
为了将该气体抽出，向煤层中钻入带有钢套的孔(例如：地下100-1500米)。该钻孔将煤层的一个表面暴露在一个与煤层其他部位天然产生压力相比而方较低的压力之下，使气体和水由煤层逸出。此外，还可将水由煤层泵出，这样同样会使气体释放出来。气体被收集并被送至压缩机站，然后被送入天然气管线。
从地质学角度来说，水通常会渗入煤层并且水压将任何存在的煤层甲烷固定。若要开采煤甲烷，首先要将水排出，以降低煤基质的压力，使自由气体流入井孔。“采出水”或是利用相反的方式被重新注入到隔离构造中、或是使其汇入河流、或是用来灌溉、或是送入蒸发池。“采出水”通常会含有溶解的固体物质如碳酸氢钠和氯化钠。
甲烷的解吸附过程符合一条曲线(气体含量对贮藏构造压力的曲线)，该曲线被称为兰格缪尔等温线(Langmuir isotherm)。该等温线可通过煤层中最大气体含量(无限压力下)，以及煤层存在一半的气体时的压力来分析描述。这些参数(分别被称为兰格缪尔体积和兰格缪尔压力)就是煤的属性，并且变化很大。同样的煤处于不同的状态下尽管其他煤属性相似，但可能具有极为不同的兰格缪尔参数。
对煤层贮藏构造进行开采时，已经证实压力的变化会使煤的多孔性和透气性发生变化。随着气体的解吸，微孔内气体产生的压力降低，使微孔收缩并限制了气体进一步由煤中流过。随着微孔的收缩，整个基质也会收缩，最终会增大供气体通过的空间(即割理)，增大气流。
某一煤层是否具有成为煤气甲烷资源的潜力取决于以下标准：割理密度/强度。割理是指煤块内部之间形成的接缝，它们提供了煤层的透气性。具有开采价值的煤气甲烷要求具有较高的割理密度。煤素质成分也很重要：煤素质是相应的沉积岩的微小、均质的岩体。较高的镜质组分对于煤层甲烷气抽采是理想的，而惰质组分则对其不利。
煤的等级也与煤气甲烷含量有关：已经发现0.8-1.5％的镜质体反射率意味着煤层具有较高的产出率。
还必需考虑气体成分的构成，因为天然气用具是为热值大约为每立方英尽1000BTU(英国热量单位)的气体或是接近纯甲烷设计的。如果气体中不可燃气体例如氮气或二氧化碳的含量超过了一定的百分比，就必须与具有更高BTU的气体混合才能达到管道外输标准的要求。如果煤层气体的甲烷成分少于92％，就可能无法符合具有商业化燃气销售的市场标准，但是如果为50％或更少，可用于发电。
目前向煤层中钻孔以抽采煤气甲烷的做法在实践中存在若干问题。最关键的问题之一在于煤层通常较软，自身会塌陷，使钻孔发生困难。事实上，钻孔作业本身通常就较为困难，在较软的煤层中由于塌陷物的阻塞，通常无法钻孔。
因此有必要寻找另一种从气体和/或液体贮藏构造特别是诸如煤、页岩或砂等较软的地质材质中回收气体和/或液体例如煤层甲烷的方法。
发明内容
根据本发明的第一实施方式，提供一种回收一个或多个气体和/或液体贮藏构造中贮藏的气体和/或液体的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造上生成渗透通道，使来自所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的气体和/或液体能够被释放到所述进入井中；以及
(e)通过所述进入井回收所述被释放的气体和/或液体。
在优选实施方式中，还会另外再钻一口井，将所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造中的水排出。该水井与排水过程可以采用任何本领域技术人员所知晓的方法。
本领域技术人员可知，在许多情况下，所述进入井和进入井沿着或毗邻上部坚实边界至少一部分的部分通常可在一个操作中完成。然而，在一些气体和/或液体贮藏构造处于与该部分不同方向的情况下，所述进入井的沿着或毗邻上部坚实边界至少一部分的该部分可以作为第二步骤钻出。
本领域技术人员可知，所述进入井的沿着或毗邻上部坚实边界至少一部分的部分通常被称为“水平的”，因为它不是垂直的。本领域技术人员可理解，在本发明中，术语“水平”指井的任何非垂直的部分。
在另一优选实施方式中，进入井被衬以或套以合适的材料，例如钢或玻璃纤维。
本领域技术人员可知，存在许多产生渗透通道的方式。例如，渗透通道可以使用穿孔系统、喷射系统或连续压裂系统产生。产生渗透通道的方法的一个例子是使用如Halliburton公司的CobraFrac服务所展示的爆炸物。或者，可以使用高压喷射水流产生渗透通道。
渗透通道的间隔将取决于气体和/或液体回收后对所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的规划。例如，如果所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造是一个煤层，排除甲烷后可对煤进行开采，因此渗透层可以是间隔开的，使煤层的顶部完整性得以保持，为采矿作业提供作业通道。
使用任何本领域技术人员已知的标准回收方法回收释放出的气体和/或液体。
本领域技术人员可知，利用本发明的方法可以用于多种气体和/或液体。较好的是，所述气体和/或液体是碳氢化合物。更好的是，所述碳氢化合物为甲烷或油。例如，甲烷可由软煤层或低渗透砂中回收，油可由页岩层中回收。
本发明的优点得以实现是因为所述进入井的沿着或毗邻上部坚实边界至少一部分的部分不进入所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造。这与现有技术中直接将井打入一个或多个气体和/或液体贮藏构造形成对照。
根据本发明的第二实施方式，提供一种回收一个或多个气体和/或液体贮藏构造中贮藏的气体和/或液体的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的下部坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的下部坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的下部坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造上生成渗透通道，使来自所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的气体和/或液体能够被释放到所述进入井中；以及
(e)通过所述进入井回收所述被释放的气体和/或液体。
本领域技术人员理解本发明的这一方面适合于气体和/或液体贮藏构造之上的材质不适于钻孔而气体和/或液体贮藏构造之下较适合钻孔时的情况。
根据本发明的第三实施方式，提供一种回收一个或多个气体和/或液体贮藏构造中贮藏的气体和/或液体的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和下部坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和下部坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和下部坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造上生成渗透通道，使来自所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的气体和/或液体能够被释放到所述进入井中；以及
(e)通过所述进入井回收所述被释放的气体和/或液体。
根据本发明的第四实施方式，提供一种回收一个或多个煤层中贮藏的甲烷的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个煤层的上部和/或下部坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个煤层的上部和/或下部坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个煤层的上部和/或下部坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个煤层中产生渗透通道，使来自所述一个或多个煤层的甲烷能够被释放到所述进入井中；以及
(e)通过所述进入井回收所述被释放的气体和/或液体。
通常，甲烷由于水压的作用藏于煤层中。本领域技术人员可理解，在这种情况下，上述方法还包括钻出一水井并排出部分水，使甲烷由煤层中释放出来。
还需要能够将废气和/或废液例如二氧化碳储存起来以尽量减少对环境的影响。
根据本发明的第五实施方式，提供一种将气体和/或液体阻隔或储存于一个或多个气体和/或液体贮藏构造中的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和/或坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和/或坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和/或坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造上生成渗透通道，使气体和/或液体能够由所述进入井注射到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造中；以及
(e)将所述的气体和/或液体注射到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造中。
本领域技术人员可知，何种条件下适合于将何种气体和/或液体注射到何种气体和/或液体贮藏构造中。例如，如果是将二氧化碳阻隔于煤层中，通常是将二氧化碳加压注射到煤层中。
附图说明
以下结合附图详细说明本发明的各个实施方式/方面。
图1是展示本发明的方法的示意图。
具体实施方式
附图详细说明
所述气体和/或液体贮藏构成由两个煤层(1，2)构成，其中煤层(1)位于煤层(2)之上。煤层(1，2)中含有甲烷。
钻出与两个煤层(1，2)都连通垂直水井(3)。水井(3)的顶部是水泵装置(图中未示出)。
进入井(4)钻入可钻夹层向下到至少毗邻上层煤层(1)的上部和/或下部坚实边界，进入上煤层(1)的深度不超过1米。进入井(4)的钻探可使用任何可控制的能够有效测量钻头位置并与任何适宜的钻探泥浆系统联合使用的钻探系统进行。
沿着或毗邻所述一个或多个煤层(1)的上部和/或下部坚实边界的至少一部分钻出部分(5)，该部分(5)还与水井(3)连接。部分(5)不进入煤层(1)。较好的是，进入井(4)和部分(5)位于距上层煤层(1)的适宜距离之内，这样使用来产生渗透通道的系统保持有效并且能够在有要求时保持顶部完整性。例如，进入井(4)和部分(5)可在煤层(1)的上部和/或下部边界大约30厘米(1英尺)之内。
本领域技术人员可理解，根据煤层的位置，可由一个进入井(4)呈放射状伸出若干部分(5)。这样一个甲烷回收系统可用于多个煤层。部分(5)在设计上其半径可长可短，取决于可钻夹层的属性和煤层的深度。一个重要的考虑因素是随钻测量(Measurement WhileDrilling，MWD)能力，使钻头能够保持在整个部分(5)的长度方向(例如：1公里)之上1米以内而不进入煤层(1)。
在部分(5)内插入玻璃纤维衬里(图中未示)。
在煤层(1，2)中产生渗透层(6)。当存在一个煤层以上且渗透深度要求大于谢孔枪的能力时，较好的是使用喷射系统。
然后通过水井(3)排水并且一旦水压下降，甲烷就会沿渗透通道(6)进入部分(5)并随后进入进入井(4)，并在进入井(4)顶部的甲烷回收系统(图中未示)中回收。应该对进入井(4)的气流严密控制，防止渗透通道中出现较高的水位下降，防止松散煤向渗透通道移动。
本说明书和权利要求书中的用语“包括”并非限制本发明排除任何变化或增加。
对本领域技术人员来说，显然可对本发明进行修饰和改进。这些修饰和改进都在本发明的范围之内。
Claims (5)
1.一种回收一个或多个气体和/或液体贮藏构造中贮藏的气体和/或液体的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造上生成渗透通道，使来自所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的气体和/或液体能够被释放到所述进入井中；以及
(e)通过所述进入井回收所述被释放的气体和/或液体；
其特征在于：步骤(c)中的所述进入井的一部分不进入所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造，和步骤(d)中渗透通道使用以下中至少一个产生：
(i)穿孔系统；
(ii)喷射系统；
(iii)连续压裂系统；
(iv)爆炸物；和
(v)高压喷射水流。
2.一种回收一个或多个气体和/或液体贮藏构造中贮藏的气体和/或液体的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的下部坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的下部坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的下部坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造上生成渗透通道，使来自所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的气体和/或液体能够被释放到所述进入井中；以及
(e)通过所述进入井回收所述被释放的气体和/或液体；
其特征在于：步骤(c)中的所述进入井的一部分不进入所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造，和步骤(d)中渗透通道使用以下中至少一个产生：
(i)穿孔系统；
(ii)喷射系统；
(iii)连续压裂系统；
(iv)爆炸物；和
(v)高压喷射水流。
3.一种回收一个或多个气体和/或液体贮藏构造中贮藏的气体和/或液体的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和下部坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和下部坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和下部坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造上生成渗透通道，使来自所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的气体和/或液体能够被释放到所述进入井中；以及
(e)通过所述进入井回收所述被释放的气体和/或液体；
其特征在于：步骤(c)中的所述进入井的一部分不进入所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造，和步骤(d)中渗透通道使用以下中至少一个产生：
(i)穿孔系统；
(ii)喷射系统；
(iii)连续压裂系统；
(iv)爆炸物；和
(v)高压喷射水流。
4.一种回收一个或多个煤层中贮藏的甲烷的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个煤层的上部和/或下部坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个煤层的上部和/或下部坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个煤层的上部和/或下部坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个煤层中产生渗透通道，使来自所述一个或多个煤层的甲烷能够被释放到所述进入井中；以及
(e)通过所述进入井回收所述被释放的气体和/或液体‘
其特征在于：步骤(c)中的所述进入井的一部分不进入所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造，和步骤(d)中渗透通道使用以下中至少一个产生：
(i)穿孔系统；
(ii)喷射系统；
(iii)连续压裂系统；
(iv)爆炸物；和
(v)高压喷射水流。
5.一种将气体和/或液体阻隔或储存于一个或多个气体和/或液体贮藏构造中的方法，该方法包括以下步骤：
(a)找到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和/或坚实边界的位置；
(b)钻出一进入井，该进入井向下至少延伸到与所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和/或坚实边界毗邻的位置；
(c)钻出所述进入井的一部分，该部分沿着或毗邻所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造的上部和/或坚实边界的至少一部分延伸；
(d)从所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造上生成渗透通道，使气体和/或液体能够由所述进入井注射到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造中；以及
(e)将所述的气体和/或液体注射到所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造中；
其特征在于：步骤(c)中的所述进入井的一部分不进入所述一个或多个气体和/或液体贮藏构造，和步骤(d)中渗透通道使用以下中至少一个产生：
(i)穿孔系统；
(ii)喷射系统；
(iii)连续压裂系统；
(iv)爆炸物；和
(v)高压喷射水流。
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