回收或貯藏方法

2023-05-13 18:24:21 2

專利名稱：回收或貯藏方法
技術領域：
本發明涉及回收巖石中吸收或是被截留於巖石中的氣體和/或液體，或是將氣體和/或液體阻隔或貯藏於巖石中的方法。該方法尤其適合於(但不限於)回收貯藏於一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中的氣體和/或液體。而且，該方法可用於利用同一構造將氣體或液體注入。
背景技術：
在本說明書中，對於提及或討論到的文獻、知識，這種提及或討論並非認可該文獻或知識或其組合在優先權日之前已經可公開獲得、為公眾所知、是公知技術的一部分；或是已被得知將用來解決任何本說明書所討論的問題。儘管以下討論涉及煤層甲烷，本領域技術人員可以理解本發明不限於煤層甲烷， 還可用於其他氣體和/或液體的回收或注射，包括其他碳氫化合物如頁巖油和非常規的碳氫化合物資源。煤層甲烷(Coalbed methane，CBM，亦稱為煤層氣)，是一種從煤層中抽取出來的天然氣體。該術語指固態煤基質中吸收的甲烷。地下煤礦中存在這種氣體已經為人們所熟知，由於其易爆性，它的存在成為嚴重的安全隱患。煤層甲烷區別於通常的砂巖或其他常規氣體貯藏構造，因為甲烷是通過一種被稱為吸附作用的過程儲存於煤層之中。為了將該氣體抽出，向煤層中鑽入帶有鋼套的孔(例如地下100-1500米)。該鑽孔將煤層的一個表面暴露在一個與煤層其他部位天然產生壓力相比而方較低的壓力之下， 使氣體和水由煤層逸出。此外，還可將水由煤層泵出，這樣同樣會使氣體釋放出來。氣體被收集並被送至壓縮機站，然後被送入天然氣管線。從地質學角度來說，水通常會滲入煤層並且水壓將任何存在的煤層甲烷固定。若要開採煤甲烷，首先要將水排出，以降低煤基質的壓力，使自由氣體流入井孔。「採出水」或是利用相反的方式被重新注入到隔離構造中、或是使其匯入河流、或是用來灌溉、或是送入蒸發池。「採出水」通常會含有溶解的固體物質如碳酸氫鈉和氯化鈉。甲烷的解吸附過程符合一條曲線(氣體含量對貯藏構造壓力的曲線)，該曲線被稱為蘭格繆爾等溫線(Langmuir isotherm)。該等溫線可通過煤層中最大氣體含量(無限壓力下)，以及煤層存在一半的氣體時的壓力來分析描述。這些參數(分別被稱為蘭格繆爾體積和蘭格繆爾壓力)就是煤的屬性，並且變化很大。同樣的煤處於不同的狀態下儘管其他煤屬性相似，但可能具有極為不同的蘭格繆爾參數。對煤層貯藏構造進行開採時，已經證實壓力的變化會使煤的多孔性和透氣性發生變化。隨著氣體的解吸，微孔內氣體產生的壓力降低，使微孔收縮並限制了氣體進一步由煤中流過。隨著微孔的收縮，整個基質也會收縮，最終會增大供氣體通過的空間(即割理)，增大氣流。某一煤層是否具有成為煤氣甲烷資源的潛力取決於以下標準割理密度/強度。 割理是指煤塊內部之間形成的接縫，它們提供了煤層的透氣性。具有開採價值的煤氣甲烷要求具有較高的割理密度。煤素質成分也很重要煤素質是相應的沉積巖的微小、均質的巖體。較高的鏡質組分對於煤層甲烷氣抽採是理想的，而惰質組分則對其不利。煤的等級也與煤氣甲烷含量有關已經發現0. 8-1. 5%的鏡質體反射率意味著煤層具有較高的產出率。還必需考慮氣體成分的構成，因為天然氣用具是為熱值大約為每立方英盡 1000BTU(英國熱量單位)的氣體或是接近純甲烷設計的。如果氣體中不可燃氣體例如氮氣或二氧化碳的含量超過了一定的百分比，就必須與具有更高BTU的氣體混合才能達到管道外輸標準的要求。如果煤層氣體的甲烷成分少於92%，就可能無法符合具有商業化燃氣銷售的市場標準，但是如果為50%或更少，可用於發電。目前向煤層中鑽孔以抽採煤氣甲烷的做法在實踐中存在若干問題。最關鍵的問題之一在於煤層通常較軟，自身會塌陷，使鑽孔發生困難。事實上，鑽孔作業本身通常就較為困難，在較軟的煤層中由於塌陷物的阻塞，通常無法鑽孔。因此有必要尋找另一種從氣體和/或液體貯藏構造特別是諸如煤、頁巖或砂等較軟的地質材質中回收氣體和/或液體例如煤層甲烷的方法。

發明內容
根據本發明的第一實施方式，提供一種回收一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中貯藏的氣體和/或液體的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造上生成滲透通道，使來自所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的氣體和/或液體能夠被釋放到所述進入井中；以及(e)通過所述進入井回收所述被釋放的氣體和/或液體。在優選實施方式中，還會另外再鑽一口井，將所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中的水排出。該水井與排水過程可以採用任何本領域技術人員所知曉的方法。本領域技術人員可知，在許多情況下，所述進入井和進入井沿著或毗鄰上部堅實邊界至少一部分的部分通常可在一個操作中完成。然而，在一些氣體和/或液體貯藏構造處於與該部分不同方向的情況下，所述進入井的沿著或毗鄰上部堅實邊界至少一部分的該部分可以作為第二步驟鑽出。本領域技術人員可知，所述進入井的沿著或毗鄰上部堅實邊界至少一部分的部分通常被稱為「水平的」，因為它不是垂直的。本領域技術人員可理解，在本發明中，術語「水平」指井的任何非垂直的部分。在另一優選實施方式中，進入井被襯以或套以合適的材料，例如鋼或玻璃纖維。本領域技術人員可知，存在許多產生滲透通道的方式。例如，滲透通道可以使用穿孔系統、噴射系統或連續壓裂系統產生。產生滲透通道的方法的一個例子是使用如 Halliburton公司的Cobra Frac服務所展示的爆炸物。或者，可以使用高壓噴射水流產生滲透通道。滲透通道的間隔將取決於氣體和/或液體回收後對所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的規劃。例如，如果所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造是一個煤層，排除甲烷後可對煤進行開採，因此滲透層可以是間隔開的，使煤層的頂部完整性得以保持，為採礦作業提供作業通道。使用任何本領域技術人員已知的標準回收方法回收釋放出的氣體和/或液體。本領域技術人員可知，利用本發明的方法可以用於多種氣體和/或液體。較好的是，所述氣體和/或液體是碳氫化合物。更好的是，所述碳氫化合物為甲烷或油。例如，甲烷可由軟煤層或低滲透砂中回收，油可由頁巖層中回收。本發明的優點得以實現是因為所述進入井的沿著或毗鄰上部堅實邊界至少一部分的部分不進入所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造。這與現有技術中直接將井打入一個或多個氣體和/或液體貯藏構造形成對照。根據本發明的第二實施方式，提供一種回收一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中貯藏的氣體和/或液體的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的下部堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的下部堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的下部堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造上生成滲透通道，使來自所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的氣體和/或液體能夠被釋放到所述進入井中；以及(e)通過所述進入井回收所述被釋放的氣體和/或液體。本領域技術人員理解本發明的這一方面適合於氣體和/或液體貯藏構造之上的材質不適於鑽孔而氣體和/或液體貯藏構造之下較適合鑽孔時的情況。根據本發明的第三實施方式，提供一種回收一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中貯藏的氣體和/或液體的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和下部堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和下部堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和下部堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造上生成滲透通道，使來自所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的氣體和/或液體能夠被釋放到所述進入井中；以及(e)通過所述進入井回收所述被釋放的氣體和/或液體。根據本發明的第四實施方式，提供一種回收一個或多個煤層中貯藏的甲烷的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個煤層的上部和/或下部堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個煤層的上部和/或下部堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個煤層的上部和 /或下部堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個煤層中產生滲透通道，使來自所述一個或多個煤層的甲烷能夠被釋放到所述進入井中；以及(e)通過所述進入井回收所述被釋放的氣體和/或液體。通常，甲烷由於水壓的作用藏於煤層中。本領域技術人員可理解，在這種情況下， 上述方法還包括鑽出一水井並排出部分水，使甲烷由煤層中釋放出來。還需要能夠將廢氣和/或廢液例如二氧化碳儲存起來以儘量減少對環境的影響。根據本發明的第五實施方式，提供一種將氣體和/或液體阻隔或儲存於一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和/或堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和/或堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和/或堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造上生成滲透通道，使氣體和/或液體能夠由所述進入井注射到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中；以及(e)將所述的氣體和/或液體注射到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中。本領域技術人員可知，何種條件下適合於將何種氣體和/或液體注射到何種氣體和/或液體貯藏構造中。例如，如果是將二氧化碳阻隔於煤層中，通常是將二氧化碳加壓注射到煤層中。
以下結合附圖詳細說明本發明的各個實施方式/方面。

圖1是展示本發明的方法的示意圖。
具體實施例方式附圖詳細說明所述氣體和/或液體貯藏構成由兩個煤層(1，2)構成，其中煤層⑴位於煤層(2) 之上。煤層(1，2)中含有甲烷。鑽出與兩個煤層(1，2)都連通垂直水井(3)。水井(3)的頂部是水泵裝置(圖中未示出)。進入井(4)鑽入可鑽夾層向下到至少毗鄰上層煤層(1)的上部和/或下部堅實邊界，進入上煤層(1)的深度不超過1米。進入井的鑽探可使用任何可控制的能夠有效測量鑽頭位置並與任何適宜的鑽探泥漿系統聯合使用的鑽探系統進行。沿著或毗鄰所述一個或多個煤層(1)的上部和/或下部堅實邊界的至少一部分鑽出部分(5)，該部分( 還與水井C3)連接。部分( 不進入煤層(1)。較好的是，進入井(4)和部分(5)位於距上層煤層(1)的適宜距離之內，這樣使用來產生滲透通道的系統保持有效並且能夠在有要求時保持頂部完整性。例如，進入井(4)和部分(5)可在煤層(1)的上部和/或下部邊界大約30釐米(1英尺)之內。本領域技術人員可理解，根據煤層的位置，可由一個進入井(4)呈放射狀伸出若干部分(5)。這樣一個甲烷回收系統可用於多個煤層。部分( 在設計上其半徑可長可短，取決於可鑽夾層的屬性和煤層的深度。一個重要的考慮因素是隨鑽測量(Measurement While Drilling, MWD)能力，使鑽頭能夠保持在整個部分(5)的長度方向(例如1公裡) 之上1米以內而不進入煤層(1)。在部分(5)內插入玻璃纖維襯裡(圖中未示)。在煤層(1, 中產生滲透層(6)。當存在一個煤層以上且滲透深度要求大於謝孔槍的能力時，較好的是使用噴射系統。然後通過水井( 排水並且一旦水壓下降，甲烷就會沿滲透通道(6)進入部分(5) 並隨後進入進入井G)，並在進入井(4)頂部的甲烷回收系統(圖中未示)中回收。應該對進入井的氣流嚴密控制，防止滲透通道中出現較高的水位下降，防止鬆散煤向滲透通道移動。本說明書和權利要求書中的用語「包括」並非限制本發明排除任何變化或增加。對本領域技術人員來說，顯然可對本發明進行修飾和改進。這些修飾和改進都在本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種回收一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中貯藏的氣體和/或液體的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造上生成滲透通道，使來自所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的氣體和/或液體能夠被釋放到所述進入井中；以及(e)通過所述進入井回收所述被釋放的氣體和/或液體。
2.一種回收一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中貯藏的氣體和/或液體的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的下部堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的下部堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的下部堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造上生成滲透通道，使來自所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的氣體和/或液體能夠被釋放到所述進入井中；以及(e)通過所述進入井回收所述被釋放的氣體和/或液體。
3.一種回收一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中貯藏的氣體和/或液體的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和下部堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和下部堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和下部堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造上生成滲透通道，使來自所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的氣體和/或液體能夠被釋放到所述進入井中；以及(e)通過所述進入井回收所述被釋放的氣體和/或液體。
4.一種回收一個或多個煤層中貯藏的甲烷的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個煤層的上部和/或下部堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個煤層的上部和/或下部堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個煤層的上部和/或下部堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個煤層中產生滲透通道，使來自所述一個或多個煤層的甲烷能夠被釋放到所述進入井中；以及(e)通過所述進入井回收所述被釋放的氣體和/或液體。
5. 一種將氣體和/或液體阻隔或儲存於一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中的方法，該方法包括以下步驟(a)找到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和/或堅實邊界的位置；(b)鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和/或堅實邊界毗鄰的位置；(c)鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部和/或堅實邊界的至少一部分延伸；(d)從所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造上生成滲透通道，使氣體和/或液體能夠由所述進入井注射到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中；以及(e)將所述的氣體和/或液體注射到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中。
全文摘要
一種回收一個或多個氣體和/或液體貯藏構造中貯藏的氣體和/或液體的方法，該方法包括以下步驟找到所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部堅實邊界的位置；鑽出一進入井，該進入井向下至少延伸到與所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部堅實邊界毗鄰的位置；鑽出所述進入井的一部分，該部分沿著或毗鄰所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的上部堅實邊界的至少一部分；從所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造上生成滲透通道，使來自所述一個或多個氣體和/或液體貯藏構造的氣體和/或液體能夠被釋放到所述進入井中；以及通過所述進入井回收所述被釋放的氣體和/或液體。
文檔編號B65G5/00GK102203378SQ201080002338
公開日2011年9月28日 申請日期2010年2月5日 優先權日2009年2月5日
發明者E·方達斯, R·M·布瑞斯尼漢 申請人:Cft科技(Hk)有限公司