PL185041B1

PL185041B1 - Sposób zwiększania przepuszczalności metanu w zawierającym wodę podziemnym złożu węgla

Info

Publication number: PL185041B1
Application number: PL97318207A
Authority: PL
Inventors: Riese┴Walter┴C.; Bross┴Stephen┴V.
Original assignee: Vastar Resources
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 2003-02-28
Also published as: PL318207A1; EA000054B1; CA2196369C; US5669444A; CA2196369A1; ZA97789B; GB9701833D0; GB2309719B; AU1241297A; CN1082605C; IN191373B; DE19703448C2; UA45348C2; CN1165236A; GB2309719A; EA199700009A1; DE19703448A1

Abstract

1.1997 IntCl7 : E21B 43/27 Sposób zwiekszania przepuszczalnosci metanu w zawierajacym wode podziemnym zlozu wegla PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób indukowanego chemicznie stymulowania wytwarzania szczelin w złożach węgla.

Znaczące ilości gazowego metanu znajdują się w podziemnych złożach węgla.

Stosowano różne sposoby w celu wydajniejszego odzyskiwania metanu ze złóż węgla.

Najprostszym sposobem jest sposób redukcji ciśnienia, w którym to sposobie wierci się odwiert do złoża węgla z powierzchni i metan odciąga się z odwiertu przez zmniejszanie ciśnienia w celu spowodowania desorpcji metanu ze złoża węgla i dopłynięcia do odwiertu i na powierzchnię. Sposób ten nie jest wydajny, ponieważ złoża węgla nie są zwykle bardzo porowate i metan nie znajduje się zwykle w porach złóż węgla, lecz jest absorbowany na węglu. Chociaż metan można wytwarzać ze złoża węgla, w tym sposobie, wytworzenie metanu jest względnie powolne.

W pewnych złożach węgla naturalna przepuszczalność wystarcza do usunięcia wody in situ polepszając odzyskiwanie metanu. W takich złożach, układy szczelin powstają w czasie diagenezy peptydu pokładu węgla tworząc kanały, przez które woda i metan migrują do studzienek produkcyjnych w celu usunięcia ze złoża. Takie usuwanie wody lub „odwadnianie” złoża węgla usuwa wodę z kanałów i pozwala na przepływ przez nie metanu do studzienki produkcyjnej z większą wydajnością.

Wiele złóż węgla nie ma dobrze rozwiniętego układu szczelin lub ma układy szczelin nie rozwinięte w pełni. Takie złoża węgła mają bardzo niską przepuszczalność dla wody i nie dodają swojej wody ze znaczącymi wydajnościami. Wskutek tego woda wypełnia kanały i odzyskanie metanu z takich złóż węgla jest trudne lub niemożliwe ze znaczącymi wydajnościami.

Tak więc kierowano bezustanne wysiłki na opracowanie sposobów odzyskiwania metanu z takich złóż węgla ze zwiększoną wydajnością.

Według wynalazku, zwiększa się przepuszczalność metanu w zawierających wodę podziemnych złożach węgla penetrowanych przez co najmniej jedną studzienkę poprzez; wtłaczanie wodnego roztworu utleniacza do złoża węgla; utrzymywanie wodnego roztworu utleniacza w złożu węgla przez wybrany okres czasu w celu stymulowania złoża lub polepszenia układu szczelin w złożu węgla; i wytwarzanie metanu ze złoża węgla z rosnącą wydajnością.

Wodny roztwór utleniacza może obejmować nadtlenek wodoru, ozon, tlen i ich połączenia.

Sposób zwiększania przepuszczalności metanu w zawierającym wodę podziemnym złożu węgla penetrowanym przez co najmniej jedną studzienkę wtłaczającą i co najmniej jedną studzienkę produkcyjną według wynalazku charakteryzuje się tym, że:

a) wtłacza się wodny roztwór utleniacza do złoża węgla przez studzienkę wtłaczającą;

b) utrzymuje się wodny roztwór utleniacza w złożu węgla przez wybrany okres czasu dla stymulacji tworzenia szczelin w złożu węgla;

c) wytwarza się metan ze złoża węgla przez studzienkę produkcyjną z wyższą wydajnością.

Sposób zwiększania wytwarzania metanu z zawierającego wodę podziemnego złoża węgla, penetrowanego przez co najmniej jedną studzienkę wtłaczającą i co najmniej jedną studzienkę produkcyjną, charakteryzuje się tym, że

a) wtłacza się wodny roztwór utleniacza do złoża węgla przez studzienkę wtłaczającą, do odzyskania wody ze studzienki produkcyjnej ze zwiększoną wydajnością;

b) wytwarza się metan ze złoża węgla przez studzienkę produkcyjną ze zwiększoną wydajnością

Sposób według wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku na którym: fig. 1 przedstawia schematyczny diagram studzienki penetrującej podziemne złoże węgla z powierzchni, fig. 2 przedstawia schematyczny diagram studzienki penetrującej podziemne złoże węgla z powierzchni, na którym złoże węgla doznało spękania, fig. 3 przedstawia schematyczny diagram studzienki wtłaczającej i studzienki produkcyjnej penetrującej podziemne złoże węgla z powierzchni, fig. 4 przedstawia schematyczny diagram studzienki wtłaczającej i studzienki produkcyjnej penetrującej podziemne złoże węgla z powierzchni,

185 041 na którym złoże węgla doznało spękania od studzienki wtłaczającej, fig. 5 przedstawia schematycznie 5-miejscowy układ studzienek wtłaczających i produkcyjnych.

W opisie figur, zastosowano te same liczby do opisu tych samych lub podobnych składników.

Na fig. 1 pokazano złoża węgla 10 penetrowane z powierzchni 12 przez odwiert 14. Odwiert 14 obejmuje orurowanie 16 umieszczone w odwiercie 14 przy pomocy cementu 18. Alternatywnie, orurowanie 16 może sięgać do lub przez złoże węgla 10 z perforacją w orurowaniu do pokładu węgla pozwalając na komunikację cieczy ze złoża węgla z orurowaniem 16. Odwiert ciągnie się do złoża węgla 10 i obejmuje rurę 20 i wypełnienie 22. Wypełnienie 22 jest umieszczone tam dla zapobiegania przepływowi pomiędzy zewnętrzną średnicą rury 20 i wewnętrzną średnicą orurowania 16. Odwiert 14 obejmuje także sprzęt 24 przystosowany do wprowadzania gazowego lub ciekłego strumienia do złoża węgla 10 lub odzyskiwania gazowego lub ciekłego strumienia ze złoża węgla 10.

Według niniejszego wynalazku, wodny roztwór utleniacza wtłacza się w sposób pokazany przez strzałkę 26 przez rurę 20 do złoża węgla 10 w sposób pokazany przez strzałki 28. Strefy potraktowane pokazano kołami 30. Wodny roztwór utleniacza wtłacza się do złoża węgla 10 przez wybrany okres czasu w celu polepszenia lub stymulacji tworzenia układu szczelin w złożu węgla 10. Wodny roztwór utleniacza wtłacza się przez czas w ilości uważanej za dostateczną do zwiększania przepuszczalności złoża węgla 10 w strefach 30. Po wybranym czasie lub po wtłoczeniu wybranej ilości wodnego roztworu utleniacza, studzienkę zamyka się na okres dłuższy niż 24 godzin. Typowo, studzienka jest zamknięta, aż ciśnienie w odwiercie powróci do ciśnienia złoża i jeszcze przez co najmniej 12 godzin. Okres zamknięcia pozwala na migrację roztworu zawierającego utleniacz złoża węgla 10 w celu utlenienia składników złoża węgla 10 i polepszenia układu szczelin w złożu węgla 10. Po okresie zamknięcia, odbiera się ze złoża węgla 10 wodę z metanem w celu odwodnienia złoża węgla w strefach 30. (Termin „odwodnienie” stosowany tutaj nie odnosi się do całkowitego usuwania wody ze złoża węgla 10, lecz do usuwania dostatecznej ilości wody ze złoża węgla 10 w celu otwarcia przejść w układzie szczelin w złożu węgla 10, aby metan wydostawał się przejściami ze złoża 10).

Roztwór wodny może zawierać utleniacz wybrany z grupy obejmującej nadtlenek wodoru, ozon, tlen i ich kombinacje. Typowo, utleniacz stosuje się w stężeniach mniej niż 10% objętościowych wodnego roztworu utleniacza. Gdy stosuje się nadtlenek wodoru, stężenia najlepiej wynoszą do około 10% objętościowych roztworu z korzystnym stężeniem od 5 do 10.

W postaci wynalazku przedstawionej na fig. 1, użyto pojedynczą studzienkę do wtłaczania wodnego roztworu utleniacza w celu chemicznego polepszenia lub stymulacji układu szczelin złoża w strefach 30 dających uwalnianie wody złożowej i wzrost wydajności wytwarzania metanu ze złoża węgla 10.

Na fig. 2 pokazano podobną postać, jedynie złoże węgla 10 zostało spękane spękaniami 32. Działanie studzienki jest zasadniczo takie samo, jak na fig. 1, jedynie złoża węgla 10 uległo spękaniu wcześniej lub zostało spękane przy pomocy płynu, który może zawierać wodny roztwór utleniacza w czasie co najmniej części operacji tworzenia spękań. Może być pożądane np. zastosowanie konwencjonalnego tworzenia szczelin, jeśli złoże węgla 10 jest dostatecznie nieprzepuszczalne, jako wstępnego sposobu stymulacji, a następnie wodnego roztworu utleniacza jako płynu po utworzeniu spękań. Płyn po utworzeniu spękań polepsza przepuszczalność szczelin w rejonach stykających się ze spękaniami. W takich przypadkach, studzienkę korzystnie zamyka się, jak powiedziano powyżej, a utleniacze wybiera się spośród utleniaczy omówionych powyżej. Spękania powstają w złożu węgla 10 przed wtłaczaniem roztworu utleniacza. Roztwór utleniacza powinien w razie potrzeby zawierać płyn do tworzenia spękań.

Przedstawione na fig. 3, studzienka wtłaczająca 34 i studzienka produkcyjna 36 penetrują złoże węgla 10 z powierzchni 12. Studzienka wtłaczająca 34 jest oddalona od studzienki produkcyjnej 36 na odległość charakterystyczną dla poszczególnego złoża węgla i temu podobnych. Według niniejszego wynalazku, wodnego roztworu utleniacza opisany powyżej wtłacza się do złoża węgla 10 przez studzienkę wtłaczającą 34 w sposób pokazany strzałką 26

185 041 i strzałkami 28 w celu potraktowania stref 30, które mogą rozciągać się od studzienki wtłaczającej 34 ogólnie kołowo, lecz zwykle bardziej w kierunku pobliskiej studzienki lub studzienek produkcyjnych. Studzienka produkcyjna 36 ma odbierać wodę i metan ze złoża węgla 10. Odbieranie wody i metanu przez studzienkę produkcyjną 36 powoduje, że wodny roztwór utleniacza migruje w kierunku studzienki produkcyjnej 36. Korzystnie, wtłaczanie wodnego roztworu utleniacza kontynuuje się, aż do wykrycia zwiększonej ilości wody w studzience produkcyjnej 36 lub wykrycia wtłaczanego „znacznika”, substancji wskazującej na obecność wodnego roztworu utleniacza w studzience produkcyjnej 36. Wzrost ilości wody wytwarzanej z studzienki produkcyjnej 36 jest wskaźnikiem powstania lub polepszenia szczelin w złożu węgla 10 z wynikową zwiększoną przepuszczalnością, dzięki czemu dodatkowe ilości wody uwalniają się ze złoża węgla 10 w sposób pokazany przez strzałki 38 przez studzienkę produkcyjną 36 i linię 40. Strzałki 38 skierowano do studzienki produkcyjnej 36 z obu kierunków, wiedząc, że woda będzie odzyskiwana z niższym natężeniem z nie poddawanych działaniu części złoża węgla 10.

Postać wynalazku przedstawiona na fig. 4 jest podobna do pokazanej na fig. 3, jedynie złoża węgla 10 zostało pocięte spękaniami 32. Spękania 32 z fig. 2 mogą mieć zasadniczo dowolny zasięg. Natomiast w postaci pokazanej na fig. 4, spękania 32 korzystnie nie sięgają dalej, niż połowa drogi do studzienki produkcyjnej 36. Oczywiście, jeśli spękania 32 sięgają do studzienki produkcyjnej 36, trudno będzie zastosować jakąkolwiek siłę napędzającą płyn lub gaz pomiędzy studzienką wtłaczającą 34 i studzienką produkcyjną 36. Wskazane jest, aby spękania nie sięgały dalej niż połowa dystansu pomiędzy otworem wtłaczającym 34 i otworem produkcyjnym 36. Zastosowania wodnego roztworu utleniacza dla spękań 32 jest takie, jak podano powyżej.

Wodny roztwór utleniacza obejmuje roztwór nadtlenku wodoru (H₂O₂), roztwory ozonu (O₃), lub nasycone roztwory wodne tlenu (O2). Z tych substancji, roztwory nadtlenku i ozonu są korzystne, ponieważ łatwo je wytworzyć we względnie dużych ilościach na odwiercie. Spośród nich korzystny jest nadtlenek wodoru i ozon, ponieważ wprowadzają tylko wodór i tlen do złoża węgla 10. Korzystne są stężenia nadtlenku wodoru i ozonu do około 10% objętościowych, chociaż roztwory zawierające mniej niż około 5,0% objętościowych są także korzystne.

Na fig. 5 pokazano 5-miejscowy układ studzienek. Taki układ studzienek jest przydatny w sposobie według niniejszego wynalazku i można go stosować w powtarzalnym wzorze na dużym obszarze. Taki układ jest dobrze znany specjalistom. W układzie pokazanym na fig. 5, wodny roztwór utleniacza wtłacza się przez studzienkę wtłaczającą 34 w celu potraktowania stref 30, dla polepszenia odzysku wody i metanu ze studzienek produkcyjnych 36. Gdy zajdzie przedarcie się wodnego roztworu utleniacza, na co wskazuje wytwarzanie wody i metanu z rosnącym natężeniem ze studzienek produkcyjnych 36, wtłaczanie wodnego roztworu utleniacza zatrzymuje się i studzienkę wtłaczającą 34 można przekształcić w studzienkę produkcyjną. Obszar będzie następnie odwodniony przez pierwotne studzienki produkcyjne i przekształcony przez studzienki wtłaczające. Obszary złoża o polepszonych szczelinach przyspieszą proces odwadniania i polepszą wydajność wytwarzania metanu i ostateczny odzysk metanu.

Sposób według niniejszego wynalazku jest także przydatny jako wstępna obróbka przed wtłaczaniem gazu w celu polepszenia odzysku metanu ze złoża węgla 10. Zastosowanie dwutlenku węgla, samego lub z innymi gazami, do zwiększania produkcji metanu ze złoża węgla jest dobrze znane. Podobnie, zastosowania gazów obojętnych, takich jak azot, argon i tym podobne, w celu usunięcia dodatkowych ilości metanu ze złóż węgla przez podwyższanie ciśnienia w złożu i dzięki temu usuwanie dodatkowego metanu, ponieważ cząstkowe ciśnienie metanu w atmosferze w pokładzie węgla spada, jest dobrze znane specjalistom. Zastosowanie takich sposobów wymaga, aby złoże było przepuszczalne dla przepływu gazu do lub przez złoże, i metan mógł być odzyskany. Sposób według niniejszego wynalazku polepsza przepuszczalność złoża węgla i może być stosowany przed zastosowaniem zabiegów przedmuchiwania gazem lub desorpcji gazem w celu polepszenia odzyskiwania metanu.

Po opisaniu niniejszego wynalazku należy wskazać, że możliwych jest wiele odmian i modyfikacji w zakresie niniejszego wynalazku.

185 041

Fig.2.

185 041

Ο

185 041

Fig.5.

185 041

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zwiększania przepuszczalności metanu w zawierającym wodę podziemnym złożu węgla mającym niską przepuszczalność metanu penetrowanym przez co najmniej jedną studzienkę, znamienny tym, że wtłacza się wodny roztwór utleniacza do złoża węgla i utrzymuje się wodny roztwór utleniacza w złożu węgla przez wybrany okres czasu dla polepszenia lub stymulacji tworzenia szczelin w złożu węgla, następnie odprowadza się metan ze złoża węgla ze zwiększoną wydajnością.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór utleniacza wtłacza się do złoża węgla przez pierwszą studzienkę, pierwszą studzienkę zamyka się na wybrany okres czasu, i następnie, metan odprowadza się z pierwszej studzienki ze zwiększoną wydajnością.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przed wtłaczaniem wodnego roztworu utleniacza powoduje się spękanie złoża węgla połączone ze spękaniami przebiegającym ze studzienki.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się wodny roztwór utleniacza zawierający płyn kruszący wtłaczany w warunkach kruszenia tworzących spękania w złożu węgla.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wodny roztwór utleniacza utrzymuje się w złożu węgla przez co najmniej 24 godziny.
6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dostateczną ilość wody usuwa się ze złoża węgla do chwili otwarcia przejść w szczelinach w złożu węgla.
7. Sposób zwiększania przepuszczalności metanu w zawierającym wodę podziemnym złożu węgla mającym niską przepuszczalność metanu penetrowanym przez co najmniej jedną studzienkę wtłaczającą i co najmniej jedną studzienkę produkcyjną, znamienny tym, że wtłacza się wodny roztwór utleniacza do złoża węgla przez studzienkę wtłaczającą, następnie utrzymuje się wodny roztwór utleniacza w złożu węgla, przez wybrany okres czasu dla stymulacji tworzenia szczelin w złożu węgla, po czym odprowadza się metan ze złoża węgla przez studzienkę produkcyjną ze zwiększoną wydajnością.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że wodny roztwór utleniacza wtłacza się do złoża węgla, do chwili odzyskania wody ze studzienki produkcyjnej ze zwiększoną wydajnością.
9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się roztwór wodny utleniacza zawierający roztwór wodny utleniacza wybrany z grupy obejmującej nadtlenek wodoru, ozon, tlen i ich kombinacje.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że utleniacz wybiera się z grupy obejmującej nadtlenek wodoru i ozon.
11. Sposób według zastrz. 7 albo 8, albo 9, znamienny tym, że wodny roztwór utleniacza zawiera do około 10% objętościowych utleniacza.
12. Sposób według zastrz. 7 albo 8, albo 9, znamienny tym, że wodny roztwór utleniacza zawiera do około 5% objętościowych utleniacza.
13. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że dostateczną ilość wody odzyskuje się przez studzienkę produkcyjną do chwili otwarcia przejść w szczelinach w złożu węgla.
14. Sposób zwiększania wytwarzania metanu z zawierającego wodę podziemnego złoża węgla, penetrowanego przez co najmniej jedną studzienkę wtłaczającą i co najmniej jedną studzienkę produkcyjną, znamienny tym, że wtłacza się wodny roztwór utleniacza do złoża węgla przez studzienkę wtłaczającą, do chwili odzyskania wody ze studzienki produkcyjnej ze zwiększoną wydajnością, po czym odprowadza się metan ze złoża węgla przez studzienkę produkcyjną ze zwiększoną wydajnością.

* * *

185 041