WO2011034515A1 - Способ комплексной разработки газогидратных месторождений - Google Patents

Способ комплексной разработки газогидратных месторождений Download PDF

Info

Publication number
WO2011034515A1
WO2011034515A1 PCT/UA2010/000059 UA2010000059W WO2011034515A1 WO 2011034515 A1 WO2011034515 A1 WO 2011034515A1 UA 2010000059 W UA2010000059 W UA 2010000059W WO 2011034515 A1 WO2011034515 A1 WO 2011034515A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
source
thermal energy
container
radiation
Prior art date
Application number
PCT/UA2010/000059
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Иван Петрович ТУРИВНЕНКО
Сергей Иванович ТУРИВНЕНКО
Наталия Ивановна ЛЕУСЕНКО
Original Assignee
Turivnenko Ivan Petrovich
Turivnenko Sergey Ivanovich
Leusenko Nataliya Ivanovna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Turivnenko Ivan Petrovich, Turivnenko Sergey Ivanovich, Leusenko Nataliya Ivanovna filed Critical Turivnenko Ivan Petrovich
Publication of WO2011034515A1 publication Critical patent/WO2011034515A1/ru

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2403Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection by means of nuclear energy
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0099Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00 specially adapted for drilling for or production of natural hydrate or clathrate gas reservoirs; Drilling through or monitoring of formations containing gas hydrates or clathrates

Definitions

  • the invention relates to the field of development of gas hydrate deposits.
  • the method can be used in the mining industry of natural gas, fresh water and steam for further use, for example, in the power system.
  • the interest of science in this problem has been observed for a long time, however, recently, due to the depletion of available energy sources and the energy intensity of their developments, which is constantly increasing, a number of attempts have been made to solve it.
  • the method includes drilling a reservoir crossing hot water strata with a well with a system of closed horizontal lateral sections, forming a thermal field in one of the strata and taking hydrocarbons from the second stratum. During operation, continuous forced circulation through the formed closed channels of hot water from the lower layer and chilled water from the upper layer and the selection of hydrocarbons from the upper layer are maintained.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The well-known "Method for the thermal development of gas hydrates" (RF Patent N ° 2306410), in which a natural or artificially formed hydrocarbon reservoir, which lies below gas hydrates, is mandatory.
  • the method includes drilling a reservoir intersecting the formations of at least one multilateral well borehole with horizontal shafts. Heat flow is formed in the underlying underlying formation.
  • a multi-hole borehole is drilled, a horizontal wellbore having a horizontal section located in the underlying formation, with perforation holes in its initial section and at least one rising section with multi-barrel perforated horizontal branches located in the gas hydrate formation.
  • the heat flow is generated by initiating in-situ combustion and maintaining the combustion front in the oil or gas underlying formation (natural or artificially created), by supplying an oxidizing agent through the annulus between the tubing, as well as the production string and perforations on the initial section of the horizontal section.
  • the length of the section is selected from the conditions for ensuring the warming of the gas-water mixture formed due to the decomposition of gas hydrates at a temperature that prevents re-hydration during its movement from the roof of the underlying formation to the mouth of the borehole.
  • the selection of natural gas with water is carried out through multi-hole perforated horizontal holes and production casing.
  • the method is not only complicated, but also limited in use for other reasons: for conducting development, a gas hydrate deposit is selected only with oil and gas fringing and unprofitable reserves.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the absence of an oil or gas shell under the sole of the gas hydrate reservoir in the aquifer, it is necessary to form an artificial oil and gas border.
  • the disadvantages include the method of forming a thermal field by the in-situ combustion method, which is carried out using a downhole fuel burner, electric heater, or chemical reagents.
  • the combustion process requires a constant supply of oxidizing agent (a mixture that contains oxygen).
  • oxidizing agent a mixture that contains oxygen
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the source of thermal energy is water, but it is not known for how long it keeps the temperature up to 100 ° C (since above it is not water, but steam).
  • thermodynamic parameters of the process of hydrate decomposition in a gas hydrate deposit dictate the need to create fundamentally new highly effective development methods, both on the mainland and in the oceans.
  • thermodynamic parameters in the bedding zone including a stable phase transition temperature in space and time.
  • the method of the prototype which includes drilling a reservoir consisting of at least two layers, isolated from one another and from adjacent rocks by impermeable bridges, at least two wells with at least one horizontal section. One of them is injection, and the other is mining.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The coolant is pumped through an injection well.
  • the selection of hydrocarbons from one reservoir is carried out through the production well, while liquid radioactive waste (LRW) is used as a coolant, which is pumped under the impermeable bottom of the field and create their underground storage under the bottom of the gas hydrate formation.
  • LRW liquid radioactive waste
  • Drilling an injection well is performed with the number of horizontal sections corresponding to the number of drilled formations. The upper ones are laid in productive formations, and the perforated lower section, and liquid radioactive waste is pumped, which consists of at least two ray-shaped sections - in a non-productive stratum. In them, production wells are drilled with the number of horizontal sections less than or equal to the number of horizontal sections of the injection well.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) columns in the interval from the roof and / or the sole of the impermeable bridge over the non-productive formation with cementing of the upper and lower sections of the well;
  • the main disadvantage of this method is the implementation of a source of thermal energy, namely, in the form of a whole system of drilled radial sections that diverge in different directions in a non-productive formation intended for injection and preservation of liquid radioactive waste. It gives rise to a number of the following disadvantages:
  • Methane hydrate for example, can exist in a very wide temperature range from absolute zero to + 55 ° C. (Makogon Yu.F. Features of the exploitation of natural gas deposits in the permafrost zone. M. TsNTI Mingazprom, 1966. S. 1-21).
  • one of the defining points should also be the volume of the deposit.
  • an important parameter is the duration of the source. Therefore, the temperature that is created by the source of thermal energy should be oriented to the thermophysical properties of the gas hydrate deposit, which is not provided for by any of the known methods.
  • the basis of the invention is the task of improving the method of developing gas hydrate deposits by thermal exposure to them in places of natural occurrence in direct contact with a source of thermal energy, which is formed in the process of accumulation of radiation energy from a nuclear source and its transformation into thermal energy in a hermetically sealed volume, and is sufficient to provide a specific temperature range for the phase transition to gas, water or superheated steam for the entire calculated period of operation I am a nuclear source.
  • a source of thermal energy which is formed in the process of accumulation of radiation energy from a nuclear source and its transformation into thermal energy in a hermetically sealed volume, and is sufficient to provide a specific temperature range for the phase transition to gas, water or superheated steam for the entire calculated period of operation I am a nuclear source.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 1 15, fig. 14-3. The scheme of radiation heat transfer in a closed system of two bodies).
  • any source of nuclear radiation is placed in a closed container, which is deployed along a channel to a zone of direct contact with a gas hydrate deposit, the container being made of a material impervious to radiation and refractory that exceeds the entire temperature spectrum sufficient for any stage of the phase transition (gas, water, superheated steam) of the developed deposit, and the criterion for determining the balance of absorbed by the thermal energy deposit, select the level of specific radioactivity of the used source of nuclear radiation, while for phase transformations of gas hydrates in p Natural gas and water use nuclear radiation sources with a specific radioactivity level of> or ⁇
  • the proposed solution has the following advantages over the known and allows you to get a new technical result, which is in a causal relationship with new significant features;
  • the radiation of any used nuclear source accumulating in a closed container, initiates the process of self-absorption with the release of heat in the middle of the container and its subsequent heat removal, while the temperature range acting on the deposit and the heat transfer time can be calculated in advance based on the data on the degree of specific radioactivity incorporated source, its mass and its half-life using methods known in nuclear energy and with
  • a geological exploration well is drilled at the selected site and a layer-by-layer characteristic of the subsoil is obtained for the entire depth of the well, a log diagram is built, the development object and its dimensions are determined. There may be other well-known operations related to specific features of the field or its location. Drill the transport and installation channel 1 in the development zone, mount gas
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) transport system 2-3, a water lifting station 4-12, a steam removal unit 5-9, an emergency absorption system for emissions from the subsoil, an emergency blocking device for the face 7.
  • a container 13 is lowered into the transport channel, the transport protection is removed from it and the source is activated nuclear radiation.
  • the source of nuclear radiation can be, for example, fuel that has been removed from the fuel elements and intended for subsequent disposal or another other source. These elements are characterized by specific radioactivity of various levels, which are determined by specialists during the dismantling of TVELs. Based on these data, the temperature on the wall of the container 13 is calculated. For phase transformations of gas hydrates into gas and water, use sources of nuclear radiation with a specific radioactivity>
  • ⁇ 1Ci / m (3.7 ⁇ 10 Bq) (depending on the properties and mass of the used radioactive element), based on ensuring a stable temperature, on the walls of the container up to 100 ° C, and nuclear sources are used for phase transformations of gas hydrates to superheated steam radiation with a radioactivity> or ⁇ 1000 Ci / m 3 (3.7 ⁇ 10 13 Bq), based on ensuring a stable temperature on the container walls of 900 ° C or more. In the latter case, the container is first decontaminated, and then superheated steam is fed to the mountain.
  • the voids that formed during operation of the container at a temperature of about 100 ° C are used as natural storage of gas and water in a hot reserve at a stable temperature of about 100 ° C.
  • the thermal action of the source of nuclear radiation occurs in the following sequence: the formation is heated until the phase transition and the appearance of the moving boundary, at this time the substance is converted on the geometric surface of the phase boundary, volume zones of gas hydrate components are formed already in another
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) state of aggregation (gas, water, superheated steam). In this case, gas is released and accumulated in the gas vapor formation zone 10, and water accumulates in the water intake zone 14.
  • the obtained components are fed to the mountain via a 4.12 water lifting station and a 2.3 gas transmission system.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) an innovative approach to the use of new autonomous sources of thermal energy in the bowels, but also gives quite specific starting points necessary for implementing the method of integrated development of gas hydrate deposits.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области разработки газогидратных месторождений и может быть использовано в добывающей промышленности природного газа, пресной воды или перегретого пара. Источник теплового воздействия выполняют в виде закрытого контейнера, в котором размещают радиоактивные элементы. Излучение радиоактивных элементов, аккумулируясь, инициирует процесс самопоглощения с выделением тепловой энергии. Критерием определения баланса выделяемой и поглощаемой залежью тепловой энергии является уровень удельной радиоактивности использованного источника ядерного излучения. Для агрегатных преобразований газогидратов на природный газ и воду используют источники ядерных излучений с удельной радиоактивностью ≥ или ≤ 1 Ки/м3 (3,7 • 1010 Бк), что обеспечивает температуру на стенках контейнера до 100°C. Для фазовых преобразований газогидратов в перегретый пар используют источники ядерных излучений с удельным уровнем радиоактивности ≥ или ≤ 1000 Ки/м3 (3,7 ⋅ 1013 Бк), что обеспечивает стабильную температуру на стенках контейнера до 900°C и более.

Description

СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ РАЗРАБОТКИ ГАЗОГИДРАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Изобретение относится к области разработки газогидратных месторождений. Способ может быть использован в добывающей промышленности природного газа, пресной воды и пара для дальнейшего употребления, например, в теплоэнергетике. Интерес науки к этой проблеме наблюдается давно, тем не менее, в последнее время в связи истощением доступных источников энергии и энергоемкостью их разработок, которая беспрерывно повышается, сделан целый ряд попыток ее решений. Известно, что на Земле около половины углерода, связанного во всяческих органических и неорганических соединениях, находится в виде газогидратов. Поэтому газогидраты рассматриваются как важнейший потенциальный источник углеводородного сырья для энергетики и химической переработки. Гигантские запасы газогидратов делают их перспективным источником углеводородов XXI столетия, которое со временем может заменить нефть и газ. Поэтому в Японии, США, Канаде, России и других странах, которые владеют огромными ресурсами газогидратов, активизировался поиск инженерных решений добычи углеводородов из газогидратов. Сложность и непривычность этой проблемы в том, что газогидраты - это чаще всего твердый материал, который невольно газифицируется при снижении давления или повышении температуры. Но снижение давления без подведения тепла приводит к эндотермическому охлаждению, контактная поверхность покрывается коркой льда, который ограничивает образование газа. Таким образом, возникла главная проблема: подвести тепло в грунт через буровую скважину на большую глубину или создать автономный и долговечный источник тепла непосредственно в зоне залегания газогидратов.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) .
2
Способы решения этой проблемы были детально рассмотрены в монографии [E.D.Sloan, Clathrate Hydrate of Natyral Gases, N.Y., Varsell Dekker, 1990]. Предлагалось: введение в пробуренную скважину горячей воды или растворов, которые адсорбируют газ из газогидратов или инициируют разложение газогидратов (растворы неорганических солей); снижение парциального давления, в том числе путем продувки горячим воздухом; создание потока пламени; микроволновое действие или использование ядерных отходов. Каждому из этих предложений можно противопоставить аргументированное возражение: использование растворов солей усложняется проблемой коррозии труб и оборудования, введение воздуха связано с возможностью образования взрывоопасных смесей. Усложняется проблема дальнейшего разделения газов. Создание потока пламени тесно связано с введением кислорода и проблемой разделения газообразных продуктов, микроволновое действие также требует теплоподвода. Идея захоронения ядерных отходов, которые способны к саморазогреву, при бесспорном преимуществе, не нашла конкретного инженерного решения. Не сформулировано, что авторы имеют в виду, используя понятие «саморазогрев». ,
Систематизируя достижение мировой науки, русские ученые считают основным методом отбора газа из газогидратов - переведение их непосредственно в месте залегания в свободное состояние с дальнейшим добыванием традиционными способами. Они также выделяют четыре способа действия на газогидратный пласт, что приведёт к его разложению: снижение давления пласта ниже равновесного, повышение температуры пласта; закачка в пласт ингибиторов, содействующих разложению газогидратов, действие активными высокочастотными полями. Тем не менее, преимущество' отдается тепловой обработке пласта. (Баснеев К. С, Кульчицкий В.В.. Щебетов А.В., Нифантов А.В. Способы разработки
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) газогидратных месторождений. Журнал. Газовая промишленность. 2006. N° 7, стр.22.)
Эта концепция привела к появлению целого ряда публикаций в научной и патентной литературе, где представлены описания разных способов теплового воздействия на газогидратные залежи с целью добывания метана. Но центральным объектом научного поиска был и остается источник тепловой энергии, которая используется для воздействия на залежи газогидратов и обеспечения возможности его максимальной теплоотдачи.
Так, известен «Способ разработки газогидратных месторождений» с нижележащим пластом горячей воды. (Патент РФ Ν«2231635). Способ включает разбуривание залежи, пересекающей пласты горячей воды, скважиной с системой замкнутых горизонтальных боковых секций, формирование теплового поля в одном из пластов и отбор углеводородов из второго пласта. В процессе эксплуатации поддерживается беспрерывная принудительная циркуляция по образованным замкнутым каналам горячей воды с нижнего пласта и охлажденной воды с верхнего и отбор углеводородов из верхнего пласта.
Реализация этого способа ограничивается геологическими условиями - обязательным наличием под газогидратной залежью термальных вод (источник тепловой энергии) и значительными затратами на создание буровых скважин сложной пространственной конфигурации. Вызывает сомнение тот факт, что температуры термальной воды будет достаточно для изменения физического состояния газогидратной залежи настолько, чтобы осуществить фазовый переход компонентов газогидрата. Таким образом, процесс не прогнозируется ни по температурным параметрам, ни по времени действия.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Известный «Способ термической разработки газовых гидратов» (Патент РФ N° 2306410), в котором обязательным является природный или искусственно сформированный углеводородный пласт, который пролегает ниже газогидратов. Способ включает разбуривание залежи, пересекающей пласты, по крайней мере, одной многозабойной, буровой скважиной с горизонтальными стволами. Тепловой поток формируют в подстилающем нижележащем пласте. Проводят бурение многозабойной буровой скважины, горизонтальный ствол, которой имеет расположенную в нижележащем пласте, горизонтальную секцию с перфорационными отверстиями на ее начальном участке и, по крайней мере, один восстающий участок с многоствольными перфорированными горизонтальными ответвлениями, расположенными в газогидратном пласте. Формирование теплового потока осуществляют с помощью инициирования внутрипластового горения и поддержания фронта горения в нефтяном или газовом нижележащем пласте (естественном или искусственно созданном), путем подачи окислителя через затрубное пространство между насосно-компрессорной трубой (НКТ), а также эксплуатационной колонной и перфорационными отверстиями на начальном участке горизонтальной секции.
Длину секции выбирают из условий обеспечения прогревания газоводяной смеси, образованной вследствие разложения газогидратов при температуре, которая предотвращает повторное гидратообразование в процессе ее движения от кровли нижележащего пласта к устью буровой скважины. При этом отбор природного газа с водой осуществляют через многоствольные перфорированные горизонтальные отверстия и эксплуатационную колонну.
Способ не только сложный, но и ограничен в употреблении по другим причинам: для ведения разработки выбирают газогидратную залежь лишь с нефтяным и газовым окаймлением и нерентабельными запасами. При
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) отсутствии нефтяной или газовой оболочки под подошвой газогидратной залежи в водоносном коллекторе необходимо формировать искусственное нефтяное и газовое окаймление.
К недостаткам нужно отнести и сам способ формирования теплового поля методом внутрипластового горения, которое осуществляют с помощью забойной топливной горелки, электрического нагревателя или химических реагентов. Кроме того, процесс горения требует постоянной подачи окислителя (смесь, которая содержит кислород). Как было сказано выше, использование растворов солей усложняется проблемой коррозии труб и оборудования, введение топливной горелки или электрического нагревателя связано с возможностью образования взрывоопасных ситуаций. Не описано, каким образом обеспечивается стабильность необходимой тепловой энергии и возможность ее прогнозирования в том диапазоне температур, который обеспечивал бы условия фазового перехода залежи газогидратов.
Описанный способ, как и все другие, в которых применяется процесс внутрипластового горения, малоэффективен из-за непроницаемости газогидратной залежи и, соответственно, различных механизмов протекания физических процессов, которые происходят под действием неопределенной по величине тепловой энергии. Поэтому невозможно прогнозировать достаточно ли тепловой энергии, полученной при внутрипластовом горении, для изменения агрегатного состояния залежи. Эти недостатки являются следствием использования источников тепловой энергии, которые не имеют характеристик конкретных параметров на протяжении заданного времени.
Известен способ разработки нефтяных месторождений (Патент РФ N2 2133335), в котором рекомендовано использовать ядерный теплогенератор, вырабатывающий высокотемпературную воду для перемещения ее по пласту в направлении добывающей буровой скважины. Предлагается промежуточный
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) источник тепловой энергии - вода, но не известно на какое время она сохраняет температуру до 100°С, (так как выше - это уже не вода, а пар).
Таким образом, неэффективность традиционных методов тепловой обработки газогидратов вызвало настойчивую необходимость поиска принципиально новых решений и, особенно, главной составляющей этих технологий - мощного источника тепловой энергии, способного обеспечить в зоне залегания пласта стабильную температуру фазового перехода разрабатываемого объекта. В процессе решения этой задач было предложено влиять на продуктивный пласт залежи газогидрата высокочастотным электромагнитным (ВЧЭМ) полем. Авторы доказывают, что при взаимодействии ВЧЭМ поля с гидронасыщенной средой, в нем одновременно возникают, распределенные по объему источники тепла, которые разогревают пласт до температуры фазового перехода. Предлагается в забое буровой скважины против продуктивного пласта поместить генератор ВЧЭМ волн. (Насыров Н.М., Низаева И.Г., Саяхов Ф. П. «Математическое моделирование тепломассопереноса в газогидратных залежах в высокочастотном магнитном поле.» Прикладная, механика и техническая физика.» 1997. ,Т.З 8 N° 6 стр. 93-104) Описанный способ не доведен до стадии промышленного применения, из-за того, что:
- существует полная зависимость источника тепловой энергии в виде генератора ВЧЭМ поля высокой частоты (ВЧ) от наличия источника электрической энергии, присутствие которого обязательно;
- под влиянием ЭМ поля ВЧ, возникшие в залежи источники тепла, начнут действовать практически одновременно. Это приведет к быстрой фазовой трансформации водно-газовой смеси и образованию газового пузыря, объем которого во много раз может превышать первичный объем газогидратного пласта. Не контролируемое
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) высвобождение большого количества газа может привести к катострофическим последствиям.
В этой работе была сделана попытка создания источника тепловой энергии, который не требует сложных наземных сооружений и упрощения процесса теплового действия на залежи газогидратных месторождений с целью изменения их агрегатного состояния. Однако этот способ не обеспечивает промышленной добычи газа из газогидратов.
Как видно, некоторые решения этой проблемы намечены. Тем не менее, термодинамические параметры процесса разложения гидратов в газогидратной залежи, а также требования к охране окружающей среды диктуют необходимость создания принципиально новых высокоэффективных методов разработки, как на материке, так и в акватории Мирового океана.
И снова главной составляющей этих новых методов является мощный источник тепловой энергии, способный обеспечить в зоне залегания пласта необходимые термодинамические параметры, в том числе стабильную температуру фазового перехода в пространстве и во времени.
В этом смысле привлекательной была идея использовать радиоактивные отходы, в частности, потенциальных запас тепла в них.
Известный способ разработки углеводородов (Патент РФ N° 2211319) По общему признаку - использование источника радиоактивного излучения для получения тепловой энергии благодаря размещению их в ограниченном объеме - он принят авторами в качестве прототипа.
Согласно способу по прототипу, который включает разбуривание залежи, состоящей, по меньшей мере, из двух пластов, изолированных один от другого и от смежных горных пород непроницаемыми перемычками, по меньшей мере, двумя скважинами с, по крайней мере, одной горизонтальной секцией. Одна из них является нагнетательной, а другая - добывающей.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Закачку теплоносителя производят через нагнетательную скважину. Отбор углеводородов из одного продуктивного пласта осуществляют через добывающую скважину, при этом в качестве теплоносителя используют жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), которые закачивают под непроницаемую подошву месторождения и под подошвой газогидратного пласта создают их подземное хранилище. Бурение нагнетательной скважины выполняют с числом горизонтальных секций, соответствующих числу разбуриваемых пластов. Верхние из них прокладывают в продуктивных пластах, а перфорированную нижнюю секцию, и осуществляют закачку жидких радиоактивных отходов, состоящую, по крайней мере, из двух лучеобразных участков - в непродуктивном пласте. В них бурение добывающей скважины производят с числом горизонтальных секций, меньшим или равным числу горизонтальных секций нагнетательной скважины. Их выбирают исходя из условия минимально возможного удаления друг от друга. После окончания закачки жидких радиоактивных отходов в зоне непроницаемой перемычки на участке перехода нагнетательной скважины из продуктивного пласта в непродуктивный устанавливают изолирующий мост. Затем осуществляют герметичную изоляцию нижней секции нагнетательной скважины от ее вышележащей секции.
При реализации способа целесообразно:
- через нагнетательную буровую скважину перед закачкой жидких радиоактивных отходов осуществлять закачку в непродуктивный пласт реагента с низкой теплопроводностью и удельным весом, превышающим удельный вес жидких радиоактивных отходов, с образованием термоизолирующего окаймления;
- герметичную изоляцию нижней секции нагнетательной скважины от ее выше размещенных секций осуществлять путем удаления участка обсадной
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) колонны в интервале от кровли и/или подошвы непроницаемой перемычки над непродуктивным пластом с цементированием выше- и нижележащего участков скважины;
- после удаления участка обсадной колонны осуществляют закачку в смежные продуктивный и непродуктивный пласты смеси глинистого раствора с бетонитовими гранулами под давлением, которое обеспечивает герметичную смычку горных пород для предотвращения техногенных последствий разработки.
В преобладающих вариантах реализации способа предлагается: после установки изолирующего моста удлинить бурением верхнюю горизонтальную секцию нагнетательной скважины на величину, которая равняется длине минимально удаленного лучеобразного участка и после перфорации производить закачку дополнительного теплового агента, например, перегретого пара.
Главный недостаток способа состоит в выполнении источника тепловой энергии, а именно, в виде целой системы пробуренных лучеобразных участков, которые расходятся в разные стороны в непродуктивном пласте, предназначенном для закачки и консервации жидких радиоактивных отходов. Он порождает ряд следующих недостатков:
- необходимость в создании сложной системы подземных скважин и системы герметизации для предотвращения техногенных последствий;
- повышенные экологические риски в процессе разработки залежи;
- необходимость предусмотреть систему интенсивного теплообмена между ЖРО и газогидратной залежью, поскольку естественный теплообмен через непроницаемую подошву происходит очень медленно и с очевидными большими тепловыми потерями;
- источник тепловой энергии не сориентирован на теплофизические характеристики разрабатываемой залежи, поскольку невозможно рассчитать
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) и прогнозировать как время, так и величину теплоотдачи, сопутствующей процессу распада жидких радиоактивных отходов, которые не имеют стабильных характеристик.
- не обеспечивается достаточный запас тепла в теплоносителе для разогрева пласта до температуры фазового перехода, поэтому предусмотрена дополнительная закачка нерадиоактивного теплового агента, например, перегретого пара. Очевидно, что при таких условиях изоляции эффективное использование теплового потенциала ЖРО не возможно, также не возможно определить насколько использован тепловой потенциал ЖРО и какое количество пара необходимо закачать в скважину. Кроме того, реализация указанного способа связана с необходимостью обеспечения безопасной транспортировки и закачки жидких радиоактивных отходов, герметизации их подземного хранилища.
- и, что очень важно: процесс ведут без учета характера теплообмена. Отсутствует критерий оценки баланса выделяемой и поглощаемой залежью тепловой энергии, который обеспечивает плавность и безопасность фазового перехода газогидратов.
При реализации известного по прототипу способа необходимо создавать сложные подземные и наземные сооружения для технологического и технического обслуживания самих жидких радиоактивных отходов и средств их дислокации и эксплуатации. Диапазон температур, который обеспечивается этим источником тепловой энергии и продолжительность его действия в этом диапазоне на залежи газогидратов не регламентированы и не определены никакими показателями. Кроме того, само понятие «жидкие радиоактивные отходы» неоднозначно и не имеет стабильных физических характеристик. При их использовании для реализации способа нужны предварительные исследования самих ЖРО.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Поэтому трудно прогнозировать результат с какой-либо мерой достоверности. Период полураспада и время теплоотдачи ЖРО предусмотреть также трудно, поскольку они имеют различное происхождение и предназначены для захоронения.
Таким образом, все известные методы не дают представления о конкретном диапазоне и стабильности во времени температур теплоносителя при его доставке в зону действия. А на практике это имеет большое значение. Гидрат метана, например, может существовать в очень широком диапазоне температур от абсолютного нуля до + 55°С. (Макогон Ю.Ф. Особенности эксплуатации месторождений природных газов в зоне вечной мерзлоты. М.ЦНТИ Мингазпрома,1966. с. 1-21). В выборе параметров теплового действия одним из определяющих моментов также должен быть объем залежи. Кроме температуры важным параметром является время действия источника. Поэтому температура, которая создается источником тепловой энергии, должна быть сориентирована на теплофизические свойства залежи газогидратов, что не предусмотрено ни одним из известных способов.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа разработки залежей газогидратов, путем теплового воздействия на них в местах природного залегания при непосредственном контакте с источником тепловой энергии, которая образуется в процессе аккумуляции энергии излучения ядерного источника и превращения ее в тепловую энергию в условиях герметически закрытого объема, и является достаточной для обеспечения конкретного диапазона температур фазового перехода в газ, воду или перегретый пар на весь расчетный период действия ядерного источника. ( СЛ. Белинский, Ю.М. Липов «Энергетические установки электростанций» «Энергия» М.1974,глава Н.Теплообмен излучений, с. 108-
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 1 15, рис. 14-3. Схема радиационного теплообмена в замкнутой системе двух тел).
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе разработки газогидратов, включющем предварительную оценку месторождения, бурение транспортных каналов в полезный подземный пласта, монтаж продуктоотводящих, транспортных систем и систем безопасности, действие на газогидраты в зоне их естественного залегания тепловой энергией, полученной от источника ядерного излучения, в условиях ограниченного объема, согласно изобретению любой источник ядерного излучения закладывают в закрытый контейнер, который дислоцируют по транспортному каналу в зону прямого контакта с газогидратной залежью, причем контейнер выполняют из материала непроницаемого для радиационного излучения и по тугоплавкости превосходящего весь спектр температур, достаточных для любой стадии фазового перехода (газ, вода, перегретый пар) разрабатываемой залежи, причем критерием определения баланса выделяемой и поглощаемой залежью тепловой энергии, выбирают уровень удельной радиоактивности, использованного источника ядерного излучения, при этом для фазовых преобразований газогидратов в природный газ и воду используют источники ядерных излучений с уровнем удельной радиоактивности > или <
1 KH/Mj(3,7 « Ю 'ЧБК), исходя из обеспечения стабильной температуры на стенках контейнера до 100°С а для фазовых преобразований газогидратов в перегретый пар используют источники ядерных излучений с уровнем удельной радиоактивности > или < 1000 Ки/м (3,7 «10 Бк), с учетом обеспечения стабильной температуры на стенках контейнера до 900°С и более на весь период полураспада использованной массы радиоактивного элемента.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) На рис. представленная схема добычи компонентов газогидратной залежи, где:
1- транспортно-монтажный канал;
2, 3 - газотранспортная система;
4, 12 - станция подъема воды;
5,9 -пароотводный энергоблок;
6 - система аварийного поглощения выбросов компонентов из недр;
7 - устройство экстренного блокирования забоя;
10 - зона газопарообразования;
11 - газогидратная залежь;
13 - специальный защитный контейнер с источником ядерных излучений;
14 - зона водозабора;
Предложенное решение имеет следующие преимущества над известными и позволяет получить новый технический результат, который находится в причинно-следственной связи с новыми существенными признаками;
- устранен промежуточный вторичный источник тепловой энергии и связанные с этим энергозатраты, поскольку тепловое действие на пласт начинается с момента прямого контакта объекта разработки с контейнером, который является первичным источником тепловой энергии;
- излучения любого использованного ядерного источника, аккумулируясь в закрытом контейнере, инициирует процесс самопоглощения с выделением тепла в середине контейнера и последующим его теплоотводом, при этом диапазон температур, действующих на залежь, и время теплоотдачи могут быть заранее просчитаны на основе данных о степени удельной радиоактивности заложенного источника, его массе и периода его полураспада с помощью известных в атомной энергетике методов и с
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) учетом условий его залегания и энергетических характеристик добываемого продукта;
- приведение в соответствие характеристик теплофизических свойств газогидратной залежи и потенциальных энергетических возможностей источника тепловой энергии дает возможность создать баланс тепловой энергии, между выделяемой источником и поглощаемой залежью. Поэтому вместо искусственно создаваемой системы охлаждения эту роль выполняют компоненты самой залежи газогидрата в процессе разложения. Этим гарантируется безопасность процесса фазового перехода объекта разработки;
- устранена необходимость в наземных и подземных сооружениях для создания источника тепловой энергии и его обслуживания;
- исключены экологические риски, связанные со свободным перемещением жидких радиоактивных отходов по пробуренным для этого подземным каналам;
весь процесс происходит без доступа кислорода и другого окислителя;
- значительно расширен температурный диапазон источника тепловой энергии, причем настолько, что обеспечивает любую степень агрегатного превращения газогидрата (газ, вода и перегретый пар).
Пример реализации способа:
Выполняют выбор и геологическую оценку месторождения. На выбранном участке бурят геологоразведочную скважину и получают послойную характеристику недр на всю глубину скважины, строят каротажную диаграмму, определяют объект разработки и его размеры. Могут быть и другие общеизвестные операции, связанные с конкретными особенностями месторождения или его местонахождения. Бурят транспортно-монтажний канал 1 в зону разработки, монтируют газо-
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) транспортную систему 2-3, станцию подъёма воды 4-12, пароотводной энергоблок 5-9, систему аварийного поглощения выбросов из недр, устройство экстренного блокирования забоя 7. По транспортному каналу опускают контейнер 13, снимают с него транспортную защиту и этим приводят в действие источник ядерных излучений. Источником ядерного излучения может быть, например, топливо, которое изъято из ТВЕлов и предназначенное для последующего захоронения или иной другой источник. Эти элементы характеризуются удельной радиоактивностью различных уровней, которые определяются специалистами при демонтаже ТВЕлов. С учетом этих данных рассчитывают температуру на стенке контейнера 13. Для фазовых превращений газогидратов в газ и воду используют источники ядерных излучений с удельной радиоактивностью >
3 10
или < 1Ки/м (3,7· 10 Бк) (в зависимости от свойств и массы использованного радиоактивного элемента), исходя из обеспечения стабильной температуры, на стенках контейнера до 100 °С, а для фазовых превращений газогидратов в перегретый пар используют источники ядерных излучений с радиоактивностью > или < 1000 Ки/м3(3,7 ·1013 Бк), исходя из обеспечения стабильной температуры на стенках контейнера 900°С и более. В последнем случае сначала проводят дегазацию зоны действия контейнера, а потом на-гора подают перегретый пар. Пустоты, которые образовались во время работы контейнера при температуре около 100°С, используют как естественные хранилища газа и воды в горячем резерве при стабильной температуре около 100° С.
Процесс теплового действия источника ядерных излучений происходит в такой последовательности: нагревают пласт до начала фазового перехода и появления подвижной границы, в это время происходит преобразование вещества на геометрической поверхности границы раздела фаз, формируются объемные зоны газогидратных компонентов уже в другом
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) агрегатном состоянии (газ, вода, перегретый пар). При этом происходит выделение и накопление газа в зоне газопарообразования 10, а в зоне водозабора 14 накапливается вода.
Из этих зон полученные компоненты с помощью станции подъема воды 4,12 и газотранспортной системы 2,3 подают на-гора.
При необходимости используют системы аварийного поглощения выбросов компонентов из недр 6 и систему экстренного блокирования забоя 7. Дальнейшая транспортировка компонентов происходит с использованием известных конструкций, в том числе и по прототипу.
Следствием реализованного технического результата является очевидная возможность получить важный экономический эффект не только при добыче газа и пресной воды, а и за счет полезного использования топлива ТВСлов, которые в настоящее время вывозят за границу для демонтажа и возвращают радиоактивные каркасы для захоронения.
Авторами изучен достаточно большой объем как технической, так и патентной информации, но решение с признаками, которые характеризуют заявленное, не найдено. Это разрешает сделать вывод о его новизне.
Решение есть технически завершенным и промышленно применимым. Для специалистов в атомной энергетике не является проблемой наполнение контейнера источниками ядерных излучений любого уровня удельной радиоактивности, захоронение которых всегда является проблемой. Расчет теплоотдачи возможен также по известным методикам.
Сопоставительный анализ формулы изобретения с формулами известных патентных источников показал, что заявляемое решение, имеет «существенные отличия», не является очевидным и соответствует критерию «изобретательский уровень»
Базируясь на научных исследованиях в области газодобычи и разработки газогидратов, заявляемое решение, не только предлагает
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) инновационный подход к употреблению новых автономных источников тепловой энергии в недрах, но и дает довольно конкретные отправные точки, необходимые для реализации способа комплексной разработки газогидратных залежей.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

Формула изобретения
Способ комплексной разработки газогидратних месторождений, включающий предварительную геологическую оценку месторождения, бурение транспортных каналов в полезный подземный пласта, монтаж продуктоотводящих и транспортных систем, систем безопасности, действие на газогидраты в зоне их естественного залегания тепловой энергией, полученной от источника ядерного излучения, в условиях ограниченного объема, отличающийся тем, что источник ядерного излучения закладывают в закрытый контейнер, который дислоцируют по транспортному каналу в зону прямого контакта с газогидратной залежью, причем контейнер выполняют из материала непроницаемого для радиационного излучения и по тугоплавкости превосходящего весь спектр температур, достаточных для любой стадии фазового перехода разрабатываемой залежи, причем критерием определения баланса выделяемой контейнером и поглощаемой залежью тепловой энергии, выбирают уровень удельный радиоактивности, использованнго источника ядерного излучения, при этом для фазовых преобразований газогидратов в газ и воду используют источники ядерных излучений с уровнем удельной радиоактивности > или < 1 Ки/м3(3,7 •10 Бк), исходя из обеспечения стабильной температуры на стенках контейнера до 100°С, а для фазовых преобразований газогидратов в перегретый пар используют источники ядерных излучений с уровнем удельной радиоактивности > или < 1000 Ки/м3(3,7 ·1013 Бк), с учетом обеспечения стабильной температуры на стенках контейнера до 900°С и более с учетом периода полураспада использованной массы радиоактивного элемента.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/UA2010/000059 2009-09-18 2010-09-06 Способ комплексной разработки газогидратных месторождений WO2011034515A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200909583 2009-09-18
UAA200909583A UA98953C2 (ru) 2009-09-18 2009-09-18 Способ комплексной разработки газогидратов туривненко и.п.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011034515A1 true WO2011034515A1 (ru) 2011-03-24

Family

ID=43758905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2010/000059 WO2011034515A1 (ru) 2009-09-18 2010-09-06 Способ комплексной разработки газогидратных месторождений

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA98953C2 (ru)
WO (1) WO2011034515A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114776271A (zh) * 2022-05-12 2022-07-22 中国科学院地质与地球物理研究所 一种防治井周二次水合物的磁流体增强电磁加热装置和方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3659649A (en) * 1968-05-27 1972-05-02 Atlantic Richfield Co Method of stimulating oil or gas reservoirs by a subsurface nuclear explosion
RU2026999C1 (ru) * 1991-03-05 1995-01-20 Черней Эдуард Иванович Газогидратный комплекс
RU2211319C1 (ru) * 2002-03-21 2003-08-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный центр газонефтяных технологий" Способ разработки месторождений углеводородов

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3659649A (en) * 1968-05-27 1972-05-02 Atlantic Richfield Co Method of stimulating oil or gas reservoirs by a subsurface nuclear explosion
RU2026999C1 (ru) * 1991-03-05 1995-01-20 Черней Эдуард Иванович Газогидратный комплекс
RU2211319C1 (ru) * 2002-03-21 2003-08-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный центр газонефтяных технологий" Способ разработки месторождений углеводородов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114776271A (zh) * 2022-05-12 2022-07-22 中国科学院地质与地球物理研究所 一种防治井周二次水合物的磁流体增强电磁加热装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
UA98953C2 (ru) 2012-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hofmann et al. Hot water generation for oil sands processing from enhanced geothermal systems: Process simulation for different hydraulic fracturing scenarios
CA1288043C (en) Conductively heating a subterranean oil shale to create permeabilityand subsequently produce oil
CA2760967C (en) In situ method and system for extraction of oil from shale
US3739851A (en) Method of producing oil from an oil shale formation
RU2263774C2 (ru) Способ получения углеводородов из богатой органическими соединениями породы
US3759328A (en) Laterally expanding oil shale permeabilization
CA2463110C (en) In situ recovery from a hydrocarbon containing formation using barriers
RU2306410C1 (ru) Способ термической разработки месторождений газовых гидратов
CN103790563B (zh) 一种油页岩原位局部化学法提取页岩油气的方法
US3765477A (en) Geothermal-nuclear energy release and recovery system
EA012901B1 (ru) Низкотемпературные барьеры для использования с внутрипластовыми процессами
AU2001250938A1 (en) Method for production of hydrocarbons from organic-rich rock
BRPI0707522A2 (pt) método e sistema para extração de hidrocarbonetos de xisto betuminosos
CN101027480A (zh) 开发和生产深部地热储集层的方法
US3938592A (en) Rock-exploitation method based on thermodynamic cycles utilizing in-situ energy source
Aqui et al. Permeability enhancement of conventional geothermal wells
Derbin et al. Soviet experience of underground coal gasification focusing on surface subsidence
Chen et al. Developing offshore natural gas hydrate from existing oil & gas platform based on a novel multilateral wells system: Depressurization combined with thermal flooding by utilizing geothermal heat from existing oil & gas wellbore
RU2305176C2 (ru) Внутрипластовая добыча из содержащего углеводороды пласта с использованием барьеров
WO2012023881A1 (ru) Способ получения энергии из петротермальных источников и устройство для его осуществления
Ameli et al. Thermal recovery processes
WO2011034515A1 (ru) Способ комплексной разработки газогидратных месторождений
RU2230899C2 (ru) Способ разработки газогидратных залежей
US11732929B2 (en) Optimized CO2 sequestration and enhanced geothermal system
Seifi Simulation and modeling of underground coal gasification using porous medium approach

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10817529

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10817529

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1