PL175205B1

PL175205B1 - Sposób zmniejszania ilości obojętnego gazu desorbującego zawartego w metanie odzyskiwanym ze stałych podziemnych formacji węglowych

Info

Publication number: PL175205B1
Application number: PL94315690A
Authority: PL
Inventors: Dan Yee; John P. Seidle; Rajen Puri
Original assignee: Amoco Corp
Priority date: 1993-11-03
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1998-11-30
Also published as: WO1995012743A1; CN1137816A; CN1051354C; ZA948601B; CA2175252C; AU685175B2; CA2175252A1; PL315690A1; AU7932994A; US5388641A

Abstract

1. Sposób zmniejszania ilosci obojetnego gazu desorbujacego zawartego w metanie odzy- skiwanym ze stalych podziemnych formacji we- glowych, znamienny tym, ze wstrzykuje sie gaz desorbujacy metan do formacji, przerywa sie wstrzykiwanie gazu desorbujacego metan, odzy- skuje sie pierwsza gazowa mieszanine zawierajaca metan z formacji w czasie co najmniej czesci eta- pu wstrzykiwania, przy czym mieszanina zawiera gaz desorbujacy metan w ilosci Y procent objeto- sciowych oraz odzyskuje sie druga mieszanine gazowa zawierajaca metan z formacji po etapie przerwania wstrzykiwania, przy czym drugi gaz zawiera mniej niz Y procent objetosciowych gazu desorbujacego metan. FIG. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zmniejszania ilości obojętnego gazu desorbującego zawartego w metanie odzyskiwanym ze stałych podziemnych formacji węglowych.

Chodzi tu o sposób zmniejszania stężenia obojętnego gazu desorbującego metan z zawierających metan mieszanin gazowych wytwarzanych przez wstrzykiwanie obojętnego gazu do stałych podziemnych formacji węglowych, takich jak złoża węgla.

Uważa się, że metan jest wytwarzany w różnych termicznydhi biogenicznych procesach odpowiedzialnych za przekształcanie substancji organicznych w stałe podziemne substancje węglowe, takie jak węgle i łupki. Gdy metan powstaje w ten sposób, . wzajemne przyciąganie pomiędzy stałą substancją węglową i cząsteczkami metanu powoduje uwięzienie metanu w ciele stałym wraz z wodą i mniejszymi ilościami innych gazów, które mogą obejmować azot, dwutlenek węgla, różne lekkie węglowodory, argon i tlen. Gdy ciałem stałym jest węgieł, zawierająca metan mieszanina gazowa otrzymywana z węgla zawiera zwykle co najmniej 95% objętościowych metanu i jest znana jako metan złożowy. Jego zasoby światowe są ogromne.

Metan złożowy stał się znaczącym źródłem metanu rozprowadzanego jako gaz naturalny. Zwykle metan złożowy odzyskuje się wiercąc otwór do podziemnego złoża węgla z jednym lub wieloma pokładami węgla zawierającymi metan. Różnica ciśnień pomiędzy ciśnieniem normalnym złoża (ciśnieniem zbiornika) i odwiertem daje siłę napędową przemieszczającą metan do odwiertu. W miarę spadku ciśnienia metan desorbuje z węgla. Niestety, zmniejszenie ciśnienia zmniejsza także siłę napędową wpychającą metan do odwiertu. Tak więc spadek ciśnienia w złożu powoduje zmniejszanie jego wydajności z czasem, w związku z czym sądzi się ogólnie, że można odzyskać tylko około 35 do 50% zawartego w nim metanu.

Ulepszony sposób wytwarzania metanu złożowego opisano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5014785. W procesie tym gaz desorbujący metan wstrzykuje się przez odwiert do stałego podziemnego złoża węglowego, takiego jak złoże węgla. Jednocześnie z odwiertu odzyskuje się gaz zawierający metan. Desorbujący gaz, korzystnie azot, podwyższa zmniejszające się ciśnienie złoża i uważa się, że desorbuje metan ze złoża zmniejszając w nim jego ciśnienie cząstkowe. Ostatnie testy potwierdzają, że proces ten zwiększa szybkość wytwarzania metanu, i sugerują, że łączna ilość odzyskiwanego metanu może wynosić 80% lub więcej.

Stwierdzono, że dłuższe wstrzykiwanie gazu obojętnego do złoża może powodować wytwarzanie gazu metanowego zawierającego rosnącą ilość gazu obojętnego. Taki stan jest niepożądany, i konieczne może być zmniejszenie stężenia wstrzykiwanego gazu obojętnego w uzyskanej mieszaninie zawierającej metan przed przeniesieniem jej do rurociągu gazu ziemnego lub wykorzystaniem w inny sposób.

Zawartość gazu obojętnego w otrzymywanej mieszaninie zawierającej metan ma ważne znaczenie ekonomiczne. Obecność gazu obojętnego w gazowej mieszaninie zmniejsza zawartość metanu, a więc wartość opałową danej objętości mieszaniny gazowej. Ponadto w pewnych przypadkach konieczne jest zmniejszenie zawartości gazu obojętnego w mieszaninie gazowej, aby można było użyć mieszaniny w procesie chemicznym lub wpuścić ją do rurociągu gazu ziemnego.

175 205

Termin stała podziemna formacja węglowa stosowany tutaj oznacza dowolną podziemną formację geologiczną zawierającą metan w połączeniu ze znaczącymi ilościami stałej substancji organicznej. Stałe podziemne formacje węglowe obejmują między innymi złoża węgla i łupki.

Termin desorbujący metan gaz obojętny stosowany tutaj oznacza jakikolwiek gaz lub gazową mieszaninę zawierającą ponad 50% objętościowych względnie obojętnego gazu lub gazów. Względnie obojętny gaz to gaz sprzyjający desorpcji metanu ze stałej podziemnej formacji węglowej bez silnej adsorpcji na stałej substancji organicznej z formacji lub reakcji chemicznej w znaczącym stopniu ze stałą substancją organiczną. Przykłady względnie obojętnego gazu to azot, argon, powietrze, hel i tym podobne, a także ich mieszaniny. Przykładem silnie adsorbowanego gazu nie uważanego za względnie obojętny jest dwutlenek węgla.

Termin procent objętościowy gazu desorbującego metan odnosi się do procentu objętościowego obojętnego desorbującego metan gazu znajdującego się w gazowej mieszaninie zawierającej metan, w danej chwili, który można przypisać wstrzykiwaniu gazu desorbującego metan. Należy zauważyć, że jeśli stosuje się wieloskładnikowy gaz desorbujący metan, niektóre składniki gazu mogą się pojawiać w otrzymywanym gazie przed innymi i w zmiennych stosunkach. W takim przypadku procent objętościowy gazu desorbującego metan odnosi się do sumy wszystkich składników gazu obojętnego występujących w danej chwili w uzyskiwanym gazie. Jeśli formacja wytwarza jakiekolwiek naturalnie występujące obojętne gazy identyczne z jednym lub kilkoma składnikami wstrzykiwanymi do formacji, naturalnie występującą część składników powinno się obejmować od wykrytej ilości w celu ustalenia procentu objętościowego gazu desorbującego metan przypisywanego wstrzykiwaniu gazu.

Termin odzyskiwanie stosowany tutaj oznacza kontrolowane odbieranie i/lub rozprowadzanie gazu, na przykład zbieranie gazu w zbiorniku lub rozprowadzanie rurociągiem. Odzyskiwanie w szczególności nie obejmuje wypuszczania gazu do atmosfery.

W niniejszym opisie termin miejsce w formacji oznacza miejsce w stałej podziemnej formacji węglowej, w które można wprowadzać obojętny gaz desorbujący metan w celu zwiększenia wytwarzania gazu zawierającego metan z odwiertu komunikującego się z miejscem wstrzykiwania gazu. Obojętny gaz zwykle wstrzykuje się z powierzchni do miejsca w formacji przez jeden lub kilka odwiertów wywierconych w formacji.

Termin złoże węgla stosowany tutaj oznacza pojedynczy pokład węgla lub wiele pokładów zawierających metan, przez które może się rozchodzić gaz.

Termin standardowa początkowa wydajność wytwarzania stosowany tutaj oznacza rzeczywistą lub przewidywaną wydajność wytwarzania gazu zawierającego metan z odwiertu bezpośrednio przed przepuszczaniem przez odwiert gazu desorbującego metan w celu podwyższenia wydajności wytwarzania. Standardową początkową wydajność wytwarzania można ustalić na przykład pozwalając na pracę przy zmniejszającym się ciśnieniu w odwiercie przez krótki czas bezpośrednio przed wstrzykiwaniem gazu. Można następnie obliczyć standardową początkową wydajność wytwarzania uśredniając wydajność wytwarzania za okres pracy przy zmniejszającym się ciśnieniu. Jeśli korzysta się z tego sposobu, odwiert powinien pracować na tyle długo, aby lokalne wahania wydajności nie przekraczały około 25% średniej wydajności. Korzystnie standardową początkową wydajność wytwarzania określa się utrzymując stałe warunki działania, takie jak stałe ciśnienie na dnie odwiertu z niewielkim poziomem cieczy lub bez cieczy. Alternatywnie standardową początkową wydajność wytwarzania można obliczyć z parametrów zbiornika, jak omówiono dokładnie poniżej, lub jak może wyliczyć fachowiec.

Termin polepszona wydajność wytwarzania stosowany tutaj oznacza dla danego odwiertu wydajność większą niż standardowa początkowa wydajność wytwarzania, spowodowaną wstrzykiwaniem obojętnego gazu desorbującego metan do formacji. W większości przypadków sądzi się, że polepszona wydajność wytwarzania pozostanie większa od standardowej początkowej wydajności wytwarzania przez znaczny okres po wstrzymaniu wstrzykiwania

175 205 obojętnego gazu desorbującego metan lub obniżeniu natężenia wstrzykiwania tego gazu, zachowując pewne korzyści polepszonej wydajności przy obniżonej objętościowej zawartości gazu desorbującego metan. Termin w pełni polepszona wydajność wytwarzania odnosi się do maksymalnego ustalonego wytwarzania spowodowanego przez ciągłe wstrzykiwanie gazu desorbującego metan do formacji z danym natężeniem.

W niniejszym opisie termin powietrze odnosi się do dowolnej mieszaniny gazowej zawierającej co najmniej 15% objętościowych tlenu i co najmniej 60% objętościowych azotu. Korzystnie powietrze oznacza mieszaninę atmosferyczną gazów znajdującą się w miejscu odwiertu i zawierającą od około 20 do 22% objętościowych tlenu i około 78 do 80% objętościowych azotu.

Sposób zmniejszania ilości obojętnego gazu desorbującego zawartego w metanie odzyskiwanym ze stałych podziemnych formacji węglowych, odznacza się według wynalazku tym, że wstrzykuje się gaz desorbujący metan do formacji, przerywa się wstrzykiwanie gazu desorbującego metan, odzyskuje się pierwszą gazową mieszaninę zawierającą metan z formacji w czasie co najmniej części etapu wstrzykiwania, przy czym mieszanina zawiera gaz desorbujący metan w ilości Y procent objętościowych oraz odzyskuje się drugą mieszaninę gazową zawierającą metan z formacji po etapie przerwania wstrzykiwania, przy czym drugi gaz zawiera mniej niż Y procent objętościowych gazu desorbującego metan.

Korzystnie drugą mieszaninę gazową zawierającą metan odzyskuje się bez wstrzykiwania gazu obojętnego.

Korzystnie jako obojętny gaz desorbujący metan stosuje się powietrze lub gaz zubożony w tlen otrzymany z powietrza atmosferycznego i zawierający więcej niż 80% objętościowych azotu.

Korzystnie mieszaninę gazową zawierającą metan odzyskuje się z odwiertu produkcyjnego o standardowej początkowej wydajności wytwarzania mieszaniny gazowej zawierającej metan wynoszącej X standardowych metrów sześciennych na jednostkę czasu i mieszaninę gazową zawierającą metan wytwarza się w ilości większej niż 1,1X standardowych metrów sześciennych na jednostkę czasu w czasie co najmniej części etapu wstrzykiwania.

Korzystnie stałą węglową podziemną formacją jest złoże węgla.

Korzystnie wznawia się wstrzykiwanie obojętnego gazu desorbującego metan po etapie wstrzymania wstrzykiwania.

Korzystnie odzyskuje się trzecią zawierającą metan mieszaninę gazową z formacji w czasie co najmniej części etapu wznowionego wstrzykiwania.

Sposób zmniejszania ilości obojętnego gazu desorbującego zawartego w metanie odzyskiwanym ze stałych podziemnych formacji węglowych, odznacza się tym, że wstrzykuje się gaz desorbujący metan z pierwszym natężeniem do formacji, zmniejsza się natężenie wstrzykiwania gazu desorbującego do drugiego natężenia, odzyskuje się gazową mieszaninę zawierającą metan z formacji w czasie wstrzykiwania gazu obojętnego z pierwszym natężeniem, przy czym mieszanina zawiera gaz desorbujący metan w ilości Y procent objętościowych oraz odzyskuje się drugą gazową mieszaninę zawierającą metan z formacji w czasie wstrzykiwania z drugim natężeniem, przy czym druga mieszanina gazowa zawiera mniej niż Y procent objętościowych gazu desorbującego metan.

Korzystnie stosuje się drugie natężenie mniejsze niż połowa pierwszego natężenia.

Korzystnie obojętny gaz desorbujący wybiera się z grupy obejmującej powietrze lub gaz zubożony w tlen otrzymany z powietrza atmosferycznego.

Sposób zmniejszania ilości obojętnego gazu desorbującego zawartego w metanie odzyskiwanym ze stałych podziemnych formacji węglowych, charakteryzuje się również tym, że wstrzykuje się pierwszy obojętny gaz desorbujący metan, z pierwszym natężeniem do pierwszego miejsca w formacji, zmniejsza się natężenie wstrzykiwania gazu desorbującego do drugiego natężenia, odzyskuje się pierwszą gazową mieszaninę zawierającą metan z pierwszego odwiertu produkcyjnego formacji w czasie co najmniej części etapu zmniejszania natężenia, przy czym mieszanina zawiera gaz desorbujący metan w ilości Y procent objętościowych zaraz przed etapem zmniejszania natężenia oraz miesza się pierwszą

175 205 gazową mieszaninę zawierającą metan z drugą gazową mieszaniną zawierającą metan i wytwarza się trzecią gazową mieszaninę zawierającą metan o zawartości poniżej Y procent objętościowych gazu desorbującego metan.

Wstrzymując czasowo wstrzykiwanie gazu obojętnego desorbuj ącego metan w celu zmniejszenia jego procentowej zawartości w mieszaninie gazowej zawierającej metan można obniżyć koszty operacyjne przez ograniczenie potrzeby usuwania gazu obojętnego z mieszaniny.

W pewnych przypadkach podobny do wstrzymania wstrzykiwania gazu obojętnego korzystny wpływ ma po prostu zmniejszenie natężenia wstrzykiwania gazu obojętnego do formacji. Dodatkowe korzyści można osiągnąć rozkładając wstrzymywanie lub ograniczanie wprowadzania gazu obojętnego na wiele odwiertów, lub mieszając ze sobą produkty z odwiertów w celu wytworzenia mieszaniny zawierającej mniejszą ilość objętościową gazu obojętnego, niż występująca w przypadku odwiertów, w których nie rozkłada się zmian w natężeniu wstrzykiwania w czasie.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie realizacji na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres łącznej wydajności wytwarzania gazu i procentową zawartość azotu w funkcji czasu dla pilotowej instalacji stosowanej do realizacji sposobu według wynalazku, fig. 2 przedstawia wykres łącznej wydajności wytwarzania gazu i procentową zawartość obojętnego gazu desorbującego metan zawartego w tym gazie dla odwiertu stosowanego do realizacji sposobu według wynalazku i fig. 3 przedstawia wykres łącznej wydajności wytwarzania gazu i procentową zawartość obojętnego gazu desorbującego metan zawartego w tym gazie dla pary odwiertów stosowanych do realizacji sposobu według wynalazku.

Poniżej objaśnione zostały warianty sposobu według wynalazku, które mają tylko charakter przykładowy. Chociaż wiele z nich jest procesami, w których do złoża węgla wstrzykuje się azot, ich opis nie ma na celu ograniczenia co do rodzaju wstrzykiwanego gazu lub rodzaju zawierającego metan formacji, do której wstrzykuje się gaz.

Każdy wariant sposobu według wynalazku wymaga pierwszego etapu wstrzykiwania obojętnego gazu desorbującego metan do stałej podziemnej formacji węglowej, takiej jak złoże węgla. Obojętny gaz desorbujący metan wstrzykuje się zwykle do formacji przez jeden lub więcej odwiertów do wtryskiwania kończących się w formacji lub łączących się z nią z przepływem płynów.

Chociaż powietrze atmosferyczne jest tanim i obfitym źródłem gazu do desorpcji metanu nadającym się do stosowania w sposobie według wynalazku, to jednak korzystniejsze są gazy bogatsze w azot niż powietrze, takie jak zubożone w tleny powietrze atmosferyczne zawierające ponad 80% objętościowych azotu. Korzystnym surowcem do wytwarzania gazów zawierających więcej azotu jest powietrze atmosferyczne, chociaż można stosować inne mieszaniny gazowe tlenu i mniej reaktywnych gazów. Takie inne mieszaniny można wytwarzać stosując lub mieszając gazy otrzymywane w procesach takich jak kriogeniczne wzbogacanie zawierającego azot gazu ziemnego o małej wartości opałowej.

Korzystnie wstrzykiwany gaz zawiera co najmniej 90% objętościowych azotu, a najkorzystniej ponad 95% objętościowych azotu. Istnieje wiele sposobów wytwarzania mieszanin gazowych wzbogaconych w azot. Trzy odpowiednie techniki to oddzielanie przeponowe, adsorpcja z wahaniami ciśnienia i oddzielanie kriogeniczne. Należy zauważyć, że wszystkie te sposoby można stosować także do wytwarzania innych odpowiednich gazów desorbujących metan i ich mieszaniny ze źródeł innych niż powietrze atmosferyczne, jeśli takie źródła w odpowiedniej ilości są dostępne.

Przy stosowaniu technik rozdzielania przeponowego do wytwarzania wysokoazotowej mieszaniny z powietrza, powietrze powinno się wprowadzać na separator przeponowy pod ciśnieniem, korzystnie z natężeniem dostatecznym do wytworzenia gazu zubożonego w tlen ze stosunkiem objętościowym azot:tlen wynoszącym co najmniej 9:1. Można w tym celu stosować dowolny separator przeponowy mogący oddzielać tlen od azotu. Jednym z

175 205 nich jest NIJECT z Niject Services Co., Tulsa, Oklahoma. Innym jest GENERON z Generon Systems z Houston, Teksas.

Separatory przeponowe, takie jak NIJECT i GENERON zwykle zawierają sekcję kompresorową do sprężania powietrza i sekcję przeponową do frakcjonowania powietrza. Sekcje przeponowe obu urządzeń są wyposażone w pakiety przepon z pustych w środku włókien. Pakiety przepon dobiera się tak, aby były bardziej przepuszczalne dla gazu lub gazów koniecznych w pierwszej frakcji, takich jak tlen, i względnie nieprzepuszczalne dla gazu lub gazów koniecznych w drugiej frakcji, takich jak azot, dwutlenek węgla i para wodna. Wlotowe powietrze poddaje się kompresji do odpowiedniego ciśnienia i przepuszcza przez włókna lub zewnętrzną stronę włókien.

W separatorze NIJECT sprężone powietrze z zewnętrza pustych w środku włókien dostarcza siły napędowej dla przenikania tlenu, dwutlenku węgla i wody do pustych w środku włókien, podczas gdy azot zubożony w tlen pozostaje na zewnątrz włókien. Produkt wzbogacony w azot opuszcza urządzenie pod ciśnieniem wlotowym 3,45 x 10⁵ Pa lub wyższym, zwykle co najmniej 6,89 x 10⁵ Pa.

W separatorze GENERON sprężone powietrze przechodzi przez wnętrze pustych w środku włókien i dostarcza siły napędowej dla przemieszczania się wzbogaconego w tlen powietrza przez ścianki włókien. Gaz bogaty w azot z wnętrza włókien opuszcza urządzenie pod zwiększonym ciśnieniem 3,45 x 105 Pa wyższym, zwykle co najmniej 6,89 x 105 Pa.

Ponieważ gaz bogaty w azot musi być wstrzykiwany do formacji o przeciętnym ciśnieniu otoczenia w zbiorniku wynoszącym od około 3,45 x 10⁶ do 1,37 x 107 P_a, korzystne jest stosowanie separatorów przeponowych wytwarzających powietrze zubożone w tlen pod tak dużym ciśnieniem, jak to jest tylko możliwe, ponieważ obniża to koszty sprężania gazu. .

Separatory przeponowe takie jak opisane powyżej zwykle działają przy ciśnieniach wlotowych od około 3,45 x 105 Pa 1,72 x 10⁶ Pa, korzystnie od około 6,89 x 105 Pa do 1,37 x 10⁶ Pa, przy natężeniu wlotowym dostatecznym do zmniejszenia zawartości tlenu w wylotowym wzbogaconym w azot gazie do stosunku objętościowego azot/tlen około 9:1 do 99:1. W typowych warunkach pracy separatora wyższe ciśnienia wywierane na układ przeponowy zwiększają prędkość gazu i powodują szybsze przechodzenie gazu przez układ, zmniejszając w ten sposób skuteczność rozdzielającą przepony. Z kolei niższe ciśnienia i prędkości pozwalają na uzyskanie gazu bardziej zubożonego w tlen, ale z niższą wydajnością. Korzystnie jest stosować separator przeponowy przy natężeniu wystarczającym do uzyskania gazu wylotowego zubożonego w tlen zawierającego około 2 do 8% .objętościowych tlenu. Gdy przetwarza się powietrze atmosferyczne zawierające około 20% objętościowych tlenu z natężeniem dostatecznym do wytworzenia frakcji zubożonej w tlen o zawartości około 5% objętościowych tlenu, · frakcja wzbogacona w tlen zawiera zwykle około 40% objętościowych tlenu. W tych warunkach gaz wylotowy bogaty w azot opuszcza separator przeponowy pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego, zwykle niższym od około 1,37 x 10® Pa.

Bogate w azot gazy desorbujące metan można też wytwarzać z powietrza w procesie adsorpcji z wahaniami ciśnienia. Proces ten wymaga zwykle najpierw wstrzyknięcia powietrza pod ciśnieniem w złoże substancji adsorbującej chętniej tlen niż azot. Wstrzykiwanie trwa aż do żądanego nasycenia materiału złoża. Nasycenie to można określić przy pomocy rutynowych doświadczeń.

Po osiągnięciu żądanego nasycenia przywraca się zdolność adsorpcyjną materiału zmniejszając całkowite ciśnienie w złożu i powodując w ten sposób desorpcję strumienia procesowego wzbogaconego w tlen. W razie potrzeby złoże można przedmuchać przed rozpoczęciem cyklu ponownej adsorpcji. Przedmuchanie złoża w ten sposób pozwala upewnić się, że pozostałość gazu bogatego w tlen nie zmniejszy pojemności złoża w następnym cyklu adsorpcyjnym. Korzystnie stosuje się więcej niż jedno złoże substancji, aby adsorbować na jednym złożu i jednocześnie odprężać lub przedmuchiwać drugie złoże adsorpcyjne.

175 205

Ciśnienie stosowane w czasie cykli adsorpcji i desorpcji i ciśnienie różnicowe w separatorze adsorpcyjnym dobiera się tak, aby optymalizować oddzielanie azotu od tlenu. Ciśnienie różnicowe w separatorze adsorpcyjnym jest różnicą pomiędzy ciśnieniem w cyklu adsorpcji i ciśnieniem w cyklu desorpcji. Koszt sprężania wstrzykiwanego powietrza jest ważny przy doborze stosowanych ciśnień.

Natężenie strumienia wzbogaconego w azot usuwanego w cyklu adsorpcji musi być na tyle wysokie, aby zapewnić dostateczny przepływ, ale dostatecznie niskie, aby odpowiednio rozdzielić składniki powietrza. Zwykle natężenie wstrzykiwania powietrza ustala się tak, aby w połączeniu z poprzednimi parametrami wytwarzany strumień wzbogacony w azot wykazywał stosunek objętościowy azot/tlen około 9:1 do 99:1.

Zwykle im wyższe jest stosowane wlotowe ciśnienie, tym więcej gazu zaadsorbuje się na złożu. Im szybsze jest usuwanie zubożonego w tlen strumienia gazowego, tym wyższa jest zawartość tlenu w strumieniu wylotowym. Korzystne jest stosowanie separatora z wahaniami ciśnienia przy natężeniu dostatecznym do wytworzenia gazu bogatego w azot zawierającego od około 2 do 8% objętościowych tlenu. W ten sposób jest możliwe zmaksymalizowanie wytwarzania gazu bogatego w azot i osiągnięcie korzyści związanych z wstrzykiwaniem gazu bogatego w azot do formacji.

Do stosowania w separatorze z wahaniami ciśnienia nadaje się wiele substancji adsorbujących. Szczególnie przydatne adsorbenty obejmują substancje węglowe, substancje oparte na tlenku glinu, substancje oparte na krzemionce oraz zeolity. Każda z tych klas substancji obejmuje wiele wariantów charakteryzujących się składem substancji, sposobem aktywacji i selektywnością adsorpcji. Konkretne przykładowe substancje, jakie można stosować, to zeolity będące glinokrzemianami sodowymi, takie jak zeolity typu 4A i RS-10 (sito molekularne z Union Carbide Corporation), węglowe sita molekularne i różne postacie węgla aktywowanego.

Trzeci sposób wytwarzania gazu bogatego w azot to oddzielanie kriogeniczne. W procesie tym powietrze skrapla się najpierw, a następnie destyluje na frakcję tlenową i frakcję azotową. Chociaż metodą oddzielania kriogenicznego można otrzymać z łatwością frakcje azotowe zawierające miej niż 0,01% objętościowych tlenu i frakcje tlenowe zawierające ponad 70% objętościowych tlenu i więcej, proces jest energochłonny, a więc kosztowny. Ponieważ obecność kilku procent objętościowych tlenu w gazie bogatym w azot jest uważana za szkodliwą w procesie zwiększania odzysku metanu z formacji zawierających metan, względnie czysta frakcja azotowa wytwarzana zwykle w procesie oddzielania kriogenicznego nie uzasadnia poniesionych na nią kosztów.

Inne sposoby wytwarzania odpowiednich mieszanin gazowych są znane fachowcom. Sprawy, jakie należy rozważyć przy doborze gazu desorbującego metan, obejmują dostępność gazu w pobliżu miejsca wstrzykiwania, koszt wytwarzania gazu, ilość wstrzykiwanego gazu, objętość metanu wytłaczanego ze stałego nośnika metanu przez daną objętość gazu obojętnego, koszt i łatwość oddzielania gazu z mieszaniny metanu i gazu obojętnego uzyskiwanej z formacji.

Obojętny gaz desorbujący metan powinno się wstrzykiwać do stałej podziemnej formacji węglowej pod ciśnieniem wyższym od ciśnienie zbiornika i korzystnie niższym niż ciśnienie niszczące formacji. Jeśli ciśnienie wstrzykiwania jest zbyt niskie, nie można wstrzykiwać gazu. Jeśli jest za wysokie i formacja ulegnie spękaniu, gaz może uciec przez spękania. Z tego względu oraz z uwagi na ciśnienie spotykane w typowych formacjach gaz desorbujący metan jest sprężany do ciśnienia około 2,76 χ 10⁶ do 1,37 χ 10⁷ Pa w kompresorze przed wstrzykiwaniem strumienia do formacji przez jeden lub więcej otworów kończących się w formacji lub połączonych z przepływem płynu.

W pewnych przypadkach może być korzystne wstrzykiwanie gazów desorbujących metan do formacji pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia niszczącego formacji, jeśli nie powstają spękania przebiegające od odwiertu do wstrzykiwania do odwiertu wydobywczego. Ciśnienia wstrzykiwania wyższe od ciśnienia niszczącego formacji mogą spowodować dodatkowe spękania zwiększające podatność formacji na wstrzykiwanie, a więc podwyższające

175 205 wydajność odzyskiwania metanu. Korzystnie połowiczna długość spękań formacji wywołanych przez wstrzykiwanie jest mniejsza niż około 20 do 30% odległości pomiędzy odwiertem do wstrzykiwania i wydobywczym.

Parametry istotne przy odzyskiwaniu metanu, takie jak połowiczna długość spękań, azymut spękań i wysokość można określić stosując techniki modelowania formacji znane fachowcom. Przykłady takich technik są omówione w publikacjach John L. Gidley, i in., Recent Advances in Hydraulic Fracturing, tom 12, Society of Petroleum Engineers Monograph Series, 1989, str. 25 - 29 i str. 76 - 77; oraz Schuster, C. L., Detection Within the Wellbore of Seismic Signais Created by Hydraulic Fracturing, wykład SPE 7448 z dorocznej konferencji Society of Petroleum Engineer’s Annual Technical Conference and Exhibition, Houston, Texas, 1-3 października 1978. Alternatywnie połowiczną długość spękań i wpływ ich orientacji można ocenić stosując kombinację analizy nieustalonego ciśnienia i modelowania przypływu w zbiorniku taką, jak opisano w publikacji SPE 22893, Injection Above Fracture Parting Pressure Pilot, Valhal Field, Norway N. Ali i in., 69th Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, Dallas, Texas, 6 - 9 października 1991. Chociaż należy zauważyć, że w powyższej publikacji opisano sposób zwiększania odzysku ropy naftowej przez wstrzykiwanie wody o ciśnieniu wyższym od ciśnienia niszczącego formacji, przypuszcza się, że metody i techniki przedyskutowane w SPE 22893 można adaptować w celu zwiększenia odzysku metanu ze stałej podziemnej formacji węglowej, takiej jak złoże węgla.

Natężenia wstrzykiwania gazu obojętnego przydatne w sposobie według wynalazku można określić empirycznie. Typowe natężenia wstrzykiwania mogą się wahać od około 8,5 x 10³ do 4,25 x 10⁴ standardowych metrów sześciennych dziennie, przy czym wyższe natężenia są korzystne. Wstrzykiwanie gazu desorbującego metan może być ciągłe lub nieciągłe, chociaż korzystne jest ciągłe. Ciśnienie wstrzykiwania może być stałe lub zmienne, przy czym korzystne jest względnie stałe ciśnienie.

Wstrzykiwanie gazu obojętnego do formacji zwykle zwiększa wydajność wytwarzania metanu z formacji. Czas i wielkość wzrostu wydajności odzyskiwania metanu z odwiertu wydobywczego zależy od wielu czynników, takich jak na przykład rozmieszczenie odwiertów, grubość złoża, porowatość, ciśnienie i natężenie wstrzykiwania, skład wstrzykiwanego gazu, skład adsorbowanego gazu, ciśnienie formacji i łączna produkcja metanu przed wstrzykiwaniem gazu obojętnego.

W większości przypadków gazową mieszaninę zawierającą metan odzyskuje się ze stałej podziemnej formacji węglowej przez jeden lub więcej odwiertów produkcyjnych połączonych z przepływem dla płynu z odwiertami do wstrzykiwania. Korzystnie odwiert produkcyjny kończy się w pokładzie lub pokładach zawierających metan, takich jak pokłady węgla w złożu węgla. Chociaż korzystne jest zakończenie odwiertu w złożu, nie musi się on koniecznie kończyć w złożu, jeśli tylko istnieje połączenie dla płynu pomiędzy zawierającą metan częścią złoża i odwiertem produkcyjnym. W wielu przypadkach korzystne jest stosowanie więcej niż jednego odwiertu produkcyjnego w połączeniu z jednym lub kilkoma odwiertami do wstrzykiwania. Odwiert produkcyjny pracuje jako konwencjonalny odwiert do odzyskiwania metanu ze złoża węgla. W pewnych przypadkach może być korzystne prowadzenie odwiertu produkcyjnego przy minimalnym wstecznym ciśnieniu w celu ułatwienia odzyskiwania gazu zawierającego metan z odwiertu.

Uważa się, że odstęp pomiędzy odwiertem do wstrzykiwania i produkcyjnym wpływa na ilość i jakość gazu odzyskiwanego z odwiertu produkcyjnego w czasie wstrzykiwania gazu obojętnego. Przy innych czynnikach stałych mniejsze odstępy pomiędzy odwiertami do wstrzykiwania i produkcyjnymi zwykle powodują zwiększenie odzysku metanu i krótszy czas do pojawienia się wstrzykiwanego gazu obojętnego w odwiercie produkcyjnym. Przy rozmieszczaniu odwiertów potrzeba szybkiego zwiększania wydajności wytwarzania metanu musi być zrównoważona innymi czynnikami, takimi jak wcześniejsze przedostanie się gazu obojętnego do odzyskiwanej mieszaniny gazowej.

175 205

Jeśli odstęp pomiędzy odwiertami jest za mały, wstrzykiwany gaz przechodzi przez formację bez właściwego wykorzystania go do desorpcji metanu z warstwy węglowej.

W większości przypadków odwierty do wstrzykiwania i produkcyjny są oddalone od siebie od 3,05 x 10¹ do 3,05 x 10³ metrów, typowo od 3,05 x 10² do 1,52 x 10³ metrów. Sądzi się, że wpływ wstrzykiwania na wydajność wytwarzania w odległym odwiercie zwykle maleje ze wzrostem odległości pomiędzy odwiertem do wstrzykiwania i produkcyjnym.

Korzystnie mieszanina gazowa zawierająca metan otrzymywana z odwiertu zawiera zwykle co najmniej 65% objętościowych metanu, przy czym większość pozostałości stanowi wstrzykiwany do formacji gaz desorbujący metan. Względne zawartości metanu, tlenu, azotu i innych gazów zawartych w powstającej mieszaninie będą się zmieniały z czasem wskutek ubywania metanu i zmiennych czasów przemieszczania się przez formację różnych gazów. We wczesnych stadiach pracy odwiertu nie powinno być dziwne, że skład odzyskiwanego gazu ściśle przypomina skład metanu ze złoża in situ. Po dalszej pracy odwiertu można oczekiwać znacznych ilości gazu obojętnego w odzyskiwanym gazie.

W pełni zwiększona wydajność wytwarzania mieszaniny gazowej zawierającej metan podczas wstrzykiwania gazu obojętnego powinna przekroczyć standardową początkową wydajność wytwarzania dla danego odwiertu o czynnik od około 1,1 do około 5, lub w pewnych przypadkach 10 lub więcej. Termin standardowa początkowa wydajność wytwarzania oznacza rzeczywistą lub przewidywaną wydajność wytwarzania gazu zawierającego metan z odwiertu bezpośrednio przed prowadzeniem przez odwiert gazu desorbującego metan w celu podwyższenia wydajności wytwarzania. Standardową początkową wydajność wytwarzania można ustalić pozwalając na pracę odwiertu przy zmniejszającym się ciśnieniu przez krótki czas bezpośrednio przed wstrzykiwaniem gazu. Można następnie obliczyć standardową początkową wydajność wytwarzania uśredniając wydajność wytwarzania za ten okres pracy. Jeśli korzysta się z tego sposobu, odwiert powinien pracować na tyle długo, aby lokalne wahania wydajności nie przekraczały około 25% średniej wydajności. Korzystnie standardową początkową wydajność wytwarzania określa się utrzymując stałe warunki działania, takie jak stałe ciśnienie na dnie odwiertu z niewielkim poziomem cieczy lub bez cieczy.

Gdy rzeczywiste dane produkcyjne są nieosiągalne, standardową początkową wydajność wytwarzania można obliczyć na podstawie różnych parametrów zbiornika. Takie obliczenia są dobrze znane fachowcom i mogą dawać oszacowania produkcji oparte na parametrach, takich jak wyniki testów ciśnieniowych i analiz rdzenia. Przykłady takich obliczeń można znaleźć w wydaniu z 1959 roku Handbook of Natural Gas Engineering opublikowanym przez McGraw-Hill Book Company, Inc. z Nowego Jorku. Chociaż takie oszacowania mogą się okazać dokładne z czynnikiem dwa lub podobnym, korzystne jest określenie standardowej początkowej wydajności wytwarzania przez bezpośredni pomiar produkcji gazu.

Wstrzykiwanie gazu desorbującego metan można zakończyć w dowolnym momencie po ustaleniu zwiększonej wydajności wytwarzania. Zwykle wstrzykiwanie kończy się, gdy ilość gazu obojętnego w otrzymywanej mieszaninie zawierającej metan przekracza pewien zakres stężeń, lub urządzenia do wtryskiwania mogą być bardziej przydatne w innym miejscu.

Po zakończeniu wstrzykiwania gazu zaobserwowano dwa nieoczekiwane zdarzenia. Po pierwsze, chociaż całkowita wydajność wytwarzania spada, pozostaje wyższa od standardowej początkowej wydajności wytwarzania przez znaczny okres. Ponadto jeśli w gazie zawierającym metan z odwiertu produkcyjnego, znaleziono gaz obojętny, jego zawartość objętościowa maleje z czasem. Efekty te ilustruje poniższy przykład.

Przykład 1. Pilotową instalację do realizacji sposobu według wynalazku zastosowano na polu metanowym w pokładzie węgla zawierającym dwa odwierty produkcyjne. Każdy z odwiertów wytwarzał gaz zawierający metan od około 4 lat z pokładu węgla o grubości 6,1 m na przybliżonej głębokości 8,23 x 10² m poniżej powierzchni. Jeden z odwiertów wyłączono z eksploatacji w celu zastosowania jako odwiert do wstrzykiwania, a

175 205 trzy dodatkowe odwierty do wstrzykiwania wykonano wiercąc w tym samym pokładzie w trzech innych miejscach. Pięć odwiertów można sobie wyobrazić jako pięć kropek na kamieniu domina pokrywających powierzchnię 3,24 x 10⁵ m z odwiertami do wstrzykiwania otaczającymi odwiert produkcyjny (odwierty do wstrzykiwania znajdowały się na narożach w odległości około 5,49 x 10² m od siebie).

Wlotowe powietrze sprężano do około 9,65 x 10⁵ Pa dwiema równoległymi sprężarkami i przepuszczono przez umocowany na podstawie separator przeponowy NlJECT 3,05 na 3,05 na 6,1 m wyposażony w wiązki pustych w środku włókien. Sprężone powietrze na zewnątrz włókien stanowiło siłę napędową dla przemieszczania tlenu, CO2 i pary wodnej do pustych włókien, podczas gdy zubożony w tlen i wzbogacony w azot strumień wychodził na zewnątrz włókien. Około 1,53 x 10⁴ m³ powietrza wzbogaconego w tlen zawierającego około 40% objętościowych tlenu opuszczało jednostkę każdego dnia. Gaz wzbogacony w azot zawierający od około 4 do 5% objętościowych tlenu opuszczał separator przeponowy pod ciśnieniem bliskim wlotowemu. Ten gaz wzbogacony w azot sprężano do około 6,89 x 10⁶ Pa w tłokowym elektrycznym kompresorze i wstrzykiwano do czterech odwiertów do wstrzykiwania z natężeniem około 8,50 x 10³ m³ do jednego odwiertu dziennie przez kilka miesięcy.

W tydzień po rozpoczęciu wstrzykiwania objętość gazu wytwarzanego z odwiertu produkcyjnego wzrosła od standardowej początkowej wydajności wytwarzania wynoszącej 5,66 x Ιό³ m gazu dziennie do pełnej polepszonej wydajności wytwarzania wynoszącej 3,40 x 104 d₀ 4,25 x 104 m3 gazu dziennie. Wstrzykiwanie gazu desorbującego metan kontynuowano przez około rok. W czasie roku wstrzykiwania polepszona wydajność wytwarzania pozostawała względnie stała. Początkowo z odwiertu otrzymywano bardzo mało azotu, ale z czasem jego zawartość wzrastała stale do około 35% objętościowych. Fig. 1 ilustruje wygładzoną średnią z łącznej produkcji odwiertu i procent azotu w uzyskanej gazowej mieszaninie zawierającej metan w czasie i po wstrzyknięciu gazu bogatego w azot.

Po zakończeniu wstrzykiwania gazu obojętnego wydajność wytwarzania początkowo gwałtownie spadła, następnie zaczęła spadać wolniej. W czasie 40 dni po zakończeniu wstrzykiwania wydajność odwiertu zaskakująco nie spadła poniżej 1,13 x 104 standardowych m³ dziennie, około dwukrotnie więcej niż standardowa początkowa wydajność wytwarzania odwiertu. Ponadto w czasie tych 40 dni procentowa zawartość azotu w wytwarzanym gazie spadła niespodziewanie z początkowej wartości około 35% do końcowej wartości około 25% objętościowych.

Sposób według wynalazku wykorzystuje te zaskakujące odkrycia. Przed odkryciem tych zjawisk fachowiec mógłby się spodziewać, że wstrzykiwanie i wytwarzanie powinno się zakończyć, gdy zawartość gazu obojętnego w wytwarzanej mieszaninie zawierającej metan wzrośnie do niepożądanej wielkości procentowej. W przeciwieństwie do tego przykład 1 pokazuje, że zwiększoną wydajność wytwarzania gazu z wciąż zmniejszającą się zawartością gazu obojętnego można osiągać przez dłuższy czas po zakończeniu wstrzykiwania gazu obojętnego. Tak więc korzystny proces polega na kontynuowaniu wydobycia produktu zawierającego metan po zakończeniu wstrzykiwania gazu obojętnego, a nie na zatkaniu odwiertu i przeniesieniu się na inne miejsce, jak można by uczynić w przeciwnym przypadku.

Przypuszcza się, że zarówno szybkość spadku wydajności wytwarzania, jak i spadku stężenia gazu obojętnego w czasie okresu po wstrzykiwaniu będzie różna dla różnych układów odwiertów do wstrzykiwania i produkcyjnych. Poza podstawowymi geologicznymi parametrami wpływającymi ogólnie na wytwarzanie gazu ziemnego, czynniki uważane za wpływające na spadek wydajności wytwarzania i stężenie gazu obojętnego obejmują czas trwania i ilość wstrzykiwanego gazu obojętnego, rodzaj wprowadzonego gazu i stopień zubożenia formacji w metan. Zmienność tych czynników może w pewnych przypadkach spowodować opóźnienie pomiędzy momentem zawieszenia wstrzykiwania i zaobserwowanym efektem w odwiercie produkcyjnym. Opisany proces można stosować w sposób cykliczny w celu uzyskania dodatkowych korzyści, jak to opisano poniżej w przykładzie 2.

175 2105

Przykład 2. W tym przykładzie wydajność wytwarzania pojedynczego hipotetycznego odwiertu metanowego stymulowano przez wstrzykiwanie gazu desorbującego metan takiego jak mieszanina gazowa zawierająca około 95% objętościowych azotu. Jak pokazuje fig. 2, odwiert wytwarza jako standardową początkową wydajność wytwarzania 1 jednostkę objętości na jednostkę czasu od chwili TO do chwili Tl, jak pokazuje krzywa A. W chwili Tl wstrzykuje się obojętny gaz desorbujący metan do formacji w miejscu łączącym się z przepływem płynu z odwiertem produkcyjnym, zwiększając wydajność wytwarzania odwiertu do w pełni polepszonej wartości 4 objętości na jednostkę czasu od chwili Tl do chwili T3. W chwili T2 w wytwarzanym gazie zaczyna pojawiać się gaz obojętny, co wskazuje krzywa B, osiągając około 5% objętościowych w chwili T3. W chwili T3 ustaje dostępność sprzętu do wstrzykiwania gazu, wskutek czego zawiesza się je aż do chwili T5. W okresie od T3 do T5 wydajność wytwarzania odwiertu spada do 3 objętości na jednostkę czasu, a zawartość objętościowa gazu obojętnego spada do około 2,5%.

W chwili T5 wznawia się wstrzykiwanie gazu. Wydajność wytwarzania odwiertu powraca do około 4 objętości na jednostkę czasu, a zawartość objętościowa gazu obojętnego wzrasta powoli do osiągnięcia górnego roboczego poziomu 20% objętościowych. Po jego osiągnięciu ponownie zawiesza się wprowadzanie gazu, wytwarzając nadal produkt o malejącej zawartości gazu obojętnego w okresie od chwili T7 do T9. W chwili T9 wznawia się wstrzykiwanie zwiększając wydajność wytwarzania do zawartości objętościowej gazu obojętnego na poziomie 20% objętościowych w chwili T10, kiedy ponownie zawiesza się wprowadzanie gazu.

Przykład ten ilustruje fakt, że zawieszanie wstrzykiwania gazu obojętnego w okresie od T7 do T9 pozwala na kontynuację wydobycia z odwiertu produkcyjnego poza punkt czasowy, w którym po raz pierwszy osiąga się roboczy poziom gazu obojętnego. Wynik taki jest możliwy dzięki naszemu niespodziewanemu odkryciu, że zawartość objętościowa gazu obojętnego w wytwarzanej mieszaninie powoli spada w okresie zawieszenia wstrzykiwania, gdy odwiert pracuje zgodnie ze sposobem według wynalazku. Należy także zauważyć, że nawet pomimo zawieszenia wstrzykiwania gazu obojętnego w okresie od T3 do T5 i ponownie od T7 do T9 wydajność wytwarzania pozostaje wyższa od standardowej początkowej wydajności wytwarzania 1 objętości na jednostkę czasu.

Dodatkowe korzyści powstają, gdy wiele odwiertów pracuje w trybie cyklicznym, nie w fazie, według wynalazku. Ten rodzaj pracy opisano poniżej w przykładzie 3.

Przykład 3. W tym przykładzie wydajność wytwarzania dwu hipotetycznych odwiertów gazu ziemnego jest stymulowana wstrzykiwcaiiem obojętnego gazu desorbującego metan takiego jak powietrze atmosferyczne. Pierwszy odwiert wytwarza gazową mieszaninę zawierającą metan, jak wskazują krzywe A i B na fig. 3. Krzywe te są identyczne z przedstawionymi w przykładzie 2 i pokazanymi na fig. 2.

Drugi odwiert o identycznej historii pracy, wprowadzony do ruchu o dwie jednostki czasu później, wytwarza drugą gazową mieszaninę zawierającą metan z wydajnością i zawartością objętościową gazu obojętnego jak wskazują odpowiednio krzywe C i D na fig. 3.

Produkt z obu odwiertów łączy się i wprowadza do rurociągu, nie przyjmującego mieszaniny zawierającej metan zawierającej ponad 18% objętościowych obojętnego gazu desorbującego metan. Połączoną produkcję obu odwiertów i zawartość objętościową gazu obojętnego w połączonym produkcie wskazują odpowiednio krzywe E i F.

Jak widać z porównania krzywych B, D i E, nawet gdy oba odwierty wytwarzają mieszaninę zawierającą metan mającą nawet 20% objętościowych gazu obojętnego, praca obu odwiertów w układzie cyklicznym, gdy maksima zawartości gazu obojętnego występują w różnych chwilach, nie w fazie, pozwala na łączenie obu produktów pozwalające uzyskać w sposób ciągły produkt o zawartości objętościowej gazu obojętnego poniżej wartości maksymalnych wykazywanych przez pojedyncze odwierty. W tym szczególnym przykładzie pojedyncze odwierty mogą funkcjonować w trybie w pełni zwiększonej wydajności wytwarzania, dopóki procent objętościowy gazu obojętnego z pojedynczego odwiertu nie osiągnie 20%, bez przekraczania połączonego procentu objętościowego około 15%.

175 205

Unika się dzięki temu potrzeby przetwarzania połączonego produktu z odwiertów w celu obniżenia zawartości gazu obojętnego do wartości poniżej górnej granicy 18% objętościowych.

Należy także zauważyć, że łączna wydajność pozostaje dość wysoka, ponieważ łączna wydajność wytwarzania pomiędzy chwilami T5 i T10 zawsze obejmuje co najmniej jeden odwiert pracujący ze zwiększoną w pełni wydajnością dzięki ciągłemu wstrzykiwaniu gazu do formacji.

Proces na wielu odwiertach, taki jak opisany właśnie proces nie w fazie, może obejmować zasięgiem dowolną liczbę odwiertów, póki tylko maksima zawartości gazu obojętnego w mieszaninach gazowych z dwu lub więcej odwiertów wypadają w różnych momentach czasowych. Maksymalną korzyść osiąga się oczywiście wtedy, gdy pary odwiertów mają historię wydobycia podobną do sinusoid z przesunięciem fazowym 180 stopni. Innymi słowy, gdy najważniejsze jest obniżenie zawartości gazu obojętnego w wytwarzanym gazie, pary odwiertów powinno się obsługiwać w taki sposób, aby gaz wytwarzany w jednym odwiercie z pary osiągał maksymalną zawartość objętościową gazu obojętnego jednocześnie z osiąganiem przez drugi odwiert z pary minimalnej zawartości gazu obojętnego.

Chociaż zaprzecza to intuicyjnemu oczekiwaniu, niniejszy przykład wskazuje, że w pewnych przypadkach korzyść z łącznej produkcji można osiągnąć opóźniając wstrzykiwanie gazu obojętnego do jednego z odwiertów układu. Dzieje się tak w przypadku, gdy opóźnianie wstrzykiwania do odwiertu umieszcza odwiert w cyklu odzyskiwania wydajności, który spowoduje jego przemieszczenie w fazie względem jednego lub kilku odwiertów, których produkty mają być łączone. Chociaż łączny odzysk w czasie rozruchu może być w takim reżimie mniejszy, takie opóźnienie umożliwia uniknięcie konieczności poprodukcyjnego usuwania gazu obojętnego, jeśli uśrednianie przemieszczonych w fazie produktów z odwiertów daje łączną zawartość gazu obojętnego poniżej górnej granicy operacyjnej.

Uważa się ponadto, że wiele korzyści płynących ze zmniejszania zawartości objętościowej gazu obojętnego dzięki wstrzymaniu wstrzykiwania gazu obojętnego, jak pokazują powyższe przykłady, można osiągnąć po prostu redukując natężenie zasilania gazem obojętnym. Jeśli się je zmniejsza, efekt wywoływany w odwiercie produkcyjnym będzie proporcjonalny do stopnia zmniejszenia natężenia wstrzykiwania, chociaż wyniki mogą zmieniać się wraz z wyczerpywaniem się zasobów zbiornika i innymi czynnikami roboczymi, a także rodzajem wstrzykiwanego gazu i zdolnością do przyjmowania go przez zbiornik. W celu uzyskania praktycznego efektu może być konieczne w wielu przypadkach zmniejszenie natężenia wstrzykiwania co najmniej dwukrotnie.

175 205

CZAS

PROCENT OBJĘTOŚCIOWY OBOJĘTNEGO GAZU DESORBUJĄCEGO

175 205

WZGLĘDNA WYDAJNOŚĆ WYTWARZANIA

O

PROCENT OBJĘTOŚCIOWY OBOJĘTNEGO GAZU DESORBUJĄCEGO

175 205

FIG. I

WYDAJNOŚĆ WYTWARZANIA W TYSIĄCACH M³ DZIENNIE ‘

PROCENT OBJĘTOŚCIOWY AZOTU W WYTWORZONYM GAZIE

- WYDAJNOŚĆ WYTWARZANIA

-------- PROCENT OBJĘTOŚCIOWY AZOTU

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zmniejszania ilości obojętnego gazu desorbującego zawartego w metanie odzyskiwanym ze stałych podziemnych formacji węglowych, znamienny tym, że wstrzykuje się gaz desorbujący metan do formacji, przerywa się wstrzykiwanie gazu desorbującego metan, odzyskuje się pierwszą gazową mieszaninę zawierającą metan z formacji w czasie co najmniej części etapu wstrzykiwania, przy czym mieszanina zawiera gaz desorbujący metan w ilości Y procent objętościowych oraz odzyskuje się drugą mieszaninę gazową zawierającą metan z formacji po etapie przerwania wstrzykiwania, przy czym drugi gaz zawiera mniej niż Y procent objętościowych gazu desorbującego metan.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że drugą mieszaninę gazową zawierającą metan odzyskuje się bez wstrzykiwania gazu obojętnego.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako obojętny gaz desorbujący metan stosuje się powietrze lub gaz zubożony w tlen otrzymany z powietrza atmosferycznego i zawierający więcej niż 80% objętościowych azotu.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę gazową zawierającą metan odzyskuje się z odwiertu produkcyjnego o standardowej początkowej wydajności wytwarzania mieszaniny gazowej zawierającej metan wynoszącej X standardowych metrów sześciennych na jednostkę czasu i mieszaninę gazową zawierającą metan wytwarza się w ilości większej niż 1,1X standardowych metrów sześciennych na jednostkę czasu w czasie co najmniej części etapu wstrzykiwania.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stałą węglową podziemną formacją jest złoże węgla.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto wznawia się wstrzykiwanie obojętnego gazu desorbującego metan po etapie wstrzymania wstrzykiwania.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że ponadto odzyskuje się trzecią zawierającą metan mieszaninę gazową z formacji w czasie co najmniej części etapu wznowionego wstrzykiwania.
8. Sposób zmniejszania ilości obojętnego gazu desorbującego zawartego w metanie odzyskiwanym ze stałych podziemnych formacji węglowych, znamienny tym, że wstrzykuje się gaz desorbujący metan z pierwszym netężeniem do formacji, zmniejsza się natężenie wstrzykiwania gazu desorbującego do drugiego natężenia, odzyskuje się gazową mieszaninę zawierającą metan z formacji w czasie wstrzykiwania gazu obojętnego z pierwszym natężeniem, przy czym mieszanina zawiera gaz desorbujący metan w ilości Y procent objętościowych oraz odzyskuje się drugą gazową mieszaninę zawierającą metan z formacji w czasie wstrzykiwania z drugim natężeniem, przy czym druga mieszanina gazowa zawiera mniej niż Y procent objętościowych gazu desorbującego metan.
9.Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się drugie natężenie mniejsze niż połowa pierwszego natężenia.
10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że obojętny gaz desorbujący wybiera się z grupy obejmującej powietrze lub gaz zubożony w tlen otrzymany z powietrza atmosferycznego.
11. Sposób zmniejszania ilości obojętnego gazu desorbującego zawartego w metanie odzyskiwanym ze stałych podziemnych formacji węglowych, znamienny tym, że wstrzykuje się pierwszy obojętny gaz desorbujący metan, z pierwszym natężeniem do pierwszego miejsca w formacji, zmniejsza się natężenie wstrzykiwania gazu desorbującego do drugiego natężenia, odzyskuje się pierwszą gazową mieszaninę zawierającą metan z pierwszego

175 205 odwiertu produkcyjnego formacji w czasie co najmniej części etapu zmniejszania natężenia, przy czym mieszanina zawiera gaz desorbujący metan w ilości Y procent objętościowych zaraz przed etapem zmniejszania natężenia, oraz miesza się pierwszą gazową mieszaninę zawierającą metan z drugą gazową mieszaniną zawierającą metan i wytwarza się trzecią gazową mieszaninę zawierającą metan o zawartości poniżej Y procent objętościowych gazu desorbującego metan.

* * *