化學方法促進改善地下煤層的滲透性的製作方法

2023-05-28 18:54:31 1

專利名稱：化學方法促進改善地下煤層的滲透性的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種方法，用於促進地下煤層中煤的內生裂隙的形成，並由此經過化學處理改善存在的煤的內生裂隙對水和氣體的相對滲透性。當煤基與氧化氣體接觸時，煤層內傳導和共邊煤的內生裂隙體系的形成得到改善。高效傳導煤的內生裂隙體系的形成使得煤層的脫水更有效及時，並且增加甲烷滲透性和產量，且增加了最終甲烷的回收率。本發明特別適宜於產量受差的煤的內生裂隙改善限制的煤氣製造領域。煤的內生裂隙體系的形成通過氣蝕也便於井的實現。
在地下煤層中發現大量甲烷氣。
人們試圖使用各種方法來更有效地從煤層中回收甲烷。
最簡單的方法是減壓法，其中鑽孔從表面鑽入煤層，通過減少壓力造成甲烷從煤層脫吸並流入鑽孔且到表面，這樣從鑽孔得到甲烷。由於煤層通常沒有很多孔並且在煤層微孔內通常找不到甲烷而是吸附在煤上，使得該方法效率不高。即使通過該方法可以從煤層製得甲烷，甲烷的製得相當慢。
在一些煤層內，天然滲透性足以移去內部(in situ)水使得甲烷的回收率得以改善。在這樣的煤層內，在煤層成巖作用期間開發煤的內生裂隙體系提供凹槽路徑，通過它水和甲烷移到用於移去的生產井。該煤層的水的移去或「脫水」從凹槽路徑移去水，使得甲烷通過凹槽路徑流動並以大的速度流到生產井。
許多煤層沒有廣泛開發煤的內生裂隙體系或具有沒經完全開發的煤的內生裂隙體系。這些煤層的水和氣的滲透性很低，不能以很大的速度產生水和氣。結果，水填充凹槽，從這樣的煤層以很大速度回收甲烷是很困難或不可能的。這種低滲透性的含水煤層可以是水飽和的或者不完全水飽和的。很顯然，具有較好開發過的煤的內生裂隙體系的煤層在地質史期間可以受到一些類型的分散的氧化流，而具有很少開發過的煤的內生裂隙體系的煤層在地質史內沒有顯示出受到氧化流的跡象。
因此，進行不斷努力，開發出在地質史期間在較好開發過的煤的內生裂隙體系中用於重複條件影響的方法。
根據本發明，從地下煤層通過至少一個井穿入的甲烷回收速度，包括向煤層注入氣態氧化劑；在煤層中讓氣態氧化劑保持選定的時間，以促進煤層中煤的內生裂隙體系的形成或加強，並增加煤層的氣體滲透性；以及從煤層中以提高的速度製得甲烷。
氣態氧化劑可以包括臭氧、氧氣及其組合。
被至少一個注射井和至少一個生產井穿入的地下煤層的甲烷製備速度和氣體滲透性通過以下而增加a)通過注射井向煤層內注入氣態氧化劑；b)煤層內讓氣態氧化劑保持選定時間，以促進煤層中煤的內生裂隙的形成；以及c)通過生產井以增加的速度從煤層製備甲烷。
從煤層通過井生產流體和顆粒煤以在井周圍的煤層內形成洞穴之前，通過向井周圍的煤層注入氣態氧化劑易於實現井穿透煤縫。
參照其優選實施方式並藉助附圖現在詳細描述本發明，其中

圖1為井從表面穿入地下煤層的示意圖；圖2為井從表面穿入地下煤層，其中煤層斷裂的示意圖；圖3為注射井和生產井從表面穿入地下煤層的示意圖；圖4注射井和生產井從表面穿入地下煤層，其中煤層從注射井斷裂的示意圖；圖5為5點注射和生產井型的示意設計圖。
圖的論述中，使用相同號碼自始至終所指相同或相似的部分。
圖1中，顯示了通過井孔14從表面12穿入的煤層10。井孔14包括位於井孔14中的由水泥18澆鑄的鑄殼16。當井孔14被包蓋時，應理解為圖中所示的優選實施方式可以用不被包蓋或部分被包蓋的井所代替。
鑄殼16可以伸入或穿過煤層10，通過鑄殼16在煤縫中打孔，以提供流體與鑄殼16的煤層相通。井孔14延伸到煤層10而且包括管道20和封隔器22。安置封隔器22以防止管道20的外徑和鑄殼16的內徑的流動。井孔14也包括適於向煤層10注入氣態或液體蒸汽，或從煤層回收氣態或液體蒸汽的裝置24。
在本發明實際操作中，按箭頭26所示注入氣態氧化劑，氣態氧化劑通過管道20按箭頭28所示進入煤層10。圈30表示處理區域。氣態氧化劑以選定的時間注入煤層10，並且注入的量足以在煤層10中加強或促進傳導、連續的煤的內生裂隙體系的形成。在選定時間之後或注入選定量的氣態氧化劑之後，該井可以關閉一段時間，該時間可以高達或大於24小時。或者，在注入氣態氧化劑過程中煤層中操作的氧化劑可以經過足夠的時間。
一般地，井關閉直到井孔內壓力回到煤層壓力並且隨後持續達另外12小時。關閉期間使得氧化劑在煤層10內遷移，以氧化煤層10的成分，得以加強煤的內生裂隙體系和增加煤層10的氣體滲透性。在關閉期間，水、甲烷或兩者一起可以從煤層回收，以在區域30內使煤層脫水且製得甲烷。這裡使用的詞「脫水」不是指完全從煤層10中除去水，而是從煤層10中除去足夠的水分，以打開煤層10中煤的內生裂隙體系內的通道，以便可以通過該通道從煤層10製得甲烷。
氣態氧化劑含有選自臭氧、氧氣和其組合的氧化劑。其中，優選臭氧。使用臭氧時其濃度可達氣態氧化劑混合物的100體積百分比。
當使用氧氣時，其濃度適宜高達約氣態氧化劑混合物的50體積百分比，具有濃度達約30體積百分比為優選，具有濃度約23-約35體積百分比是理想的。含有氧氣的氣態氧化劑混合物可以為空氣，但是優選為含有上述濃度氧氣的富含氧氣的空氣。這些氧化劑可以在上面論述範圍內以氣態氧化劑混合物的形式使用。
如所述的氣態氧化劑混合物中使用的理想的氧化劑以避免在井孔或煤縫內燃燒，避免在井孔附近的煤汽化或液化等。為了煤的內生裂隙和煤的內生裂隙體系增加煤層對氣體和液體的滲透性同時避免燃燒的發生，申請人試圖在物理方面改變煤層結構，以促進煤層中煤的內生裂隙和煤的內生裂隙體系的形成。對煤層表面使用氣態氧化劑混合物的申請，可以經過煤層內天然發生的斷面、人工創造的斷面、煤層中其它存在的通道等取得，本申請提供通向煤中礦物組份的細微組織通道、以影響該細微組織組成、結構和細微組織之間的連接，藉此促進煤的內生裂隙和煤的內生裂隙體系的形成，並增加煤的滲透性。這種處理不會造成從煤層中除去煤、或煤組份。通過創造煤的內生裂隙和煤的內生裂隙體系來改變煤結構，以增加煤層內的滲透性來實現這些目的，而沒有從煤層中除去煤，並且沒有煤的汽化或其它物理破壞。
圖1所示的實施方式中，使用單個井，用於注入氣態氧化劑以化學性加強或促進煤的內生裂隙體系的形成，並增加區域30中氣體和液體的滲透性，以便最終增加從煤層10中的甲烷製得速度。這裡使用的詞彙「增加」指的是相對於未經處理的煤層的變化。
圖2中，表示相似的實施方式，只是煤層10通過斷面32破裂。井的操作基本上與圖1所示的相同，只是煤層10預先經破裂，或受流體破裂，在至少部分破裂操作過程中該流體可能包括氣態氧化劑溶液。例如，使用普通破裂法可以得到滿意效果，如果煤層10足以不可穿入，則在氣態氧化劑之後作為初級促進法。氣態氧化劑加強煤的內生裂隙的滲透性並增加經過斷面接觸的區域的滲透性。在這樣例子中，井可以按前面討論的關閉並且氣態氧化劑選自前面所述的那些。在氣態氧化劑注入之前，在煤層10中通常形成斷面。應理解為氣態氧化劑也可以注入煤層上面、下面或斷面區域中。
圖3中，注射井34和生產井36從表面12穿入煤層10。注射井34與生產井36分隔開，其間距根據特定煤層的特徵而定。根據本發明，上述氣態氧化劑通過注射井34按箭頭26注入至煤層10並按箭頭28所示至處理區域30，該區域可以從注射井34按一般圓周方向延伸，但是一般優先向鄰近生產井延伸。
設置生產井36以從煤層10取水、甲烷或兩者。通過生產井36生產流體造成氣態氧化劑朝生產井36遷移。理想地，連續注入氣態氧化劑直到實現滲透性理想的增加，或製得液體容量的增加。滲透性或從生產井36製得的液體容量的增加象徵著煤層10中煤的內生裂隙的形成或加強而造成滲透性增加，以便附加量的流體從用於生產的煤層10按箭頭38所示通過生產井36和管線釋放。箭頭38顯示從兩個方向指向生產井36，說明流體將連續以低速從煤層10的未處理部分回收。
圖4所示實施方式與圖3所示相似，只是煤層10通過斷面32破裂。圖2所示實施方式內的斷面32可以大體上任意延伸。相反，圖4所示實施方式中斷面32的所需延伸不超過生產井36的一半長。很顯然，如果斷面32完全延伸至生產井36，在注射井34和生產井36之間使用任何種類的流體或氣體驅動是很困難的。具有斷面32的氣態氧化劑的使用如前面所述。
圖5中，顯示了5點井布置。這樣的井布置對實施本發明是有用的，並且可以在整個寬廣區域以循環方式使用。這樣的布置對本領域技術人員為已知，僅作簡單論述。圖5所示布置中，通過注射井34注入氣態氧化劑以處理區域30來加強從生產井36中回收流體和甲烷。當以生產井36中以增加的速度得到流體為達到所需煤的內生裂隙形成或滲透性增加時，或者在選定的時間下，可以停止注入氣態氧化劑，注射井34轉變成生產井。然後這個區域將通過最初的生產井和轉變的注射井來生產。加強煤的內生裂隙形成的區域將增加甲烷製得速度和最終的甲烷回收率。
在許多例子中，煤層中的井通過煤縫的「成洞」製得井周圍的洞穴來實現。這種實現技術公開在1995年5月23日出版的Ian D.Palmer和Dan Yee的美國專利U.S.5,417,286，「Method For Enhancing The Recovery of Methane From ASolid Carbonaceous Subterranean Formation」和1992年10月4-7日公開的I.D.Palmer、M.J.Mavor、J.P.Seidle、J.L.Spitler和R.F.Volz的西班牙專利SPE24906，「Openhole Cavity Completions in Coalbed Methane Wells in the San JuanBasin」。因此引入了美國專利U.S.5,417,286的全部以參考。在一些例子中，被井穿入的煤層當從煤層中生產流體時可能不易成洞。在這樣例子中，為開發井周圍煤層中的煤的內生裂隙，可以注入氣態氧化劑以削弱煤層，並便於成洞的引發。
對用於氣體注入處理以加強從煤層10中甲烷的回收率，本發明方法作為預處理也是有益的。使用二氧化碳單獨或者與其它氣體一起，用來增加煤層中甲烷的產量為已知。相似地，使用惰性氣體，如氮氣、氬氣等，以通過增加煤層中壓力並由此除去附加量甲烷來從煤層中除去附加量甲烷，作為降低煤縫中大氣的甲烷部分壓力，對本領域技術人員是已知的。使用這些方法要求煤層對於氣體流入或通過煤層是可滲透的，以便可以回收甲烷。本發明方法改善了煤層的滲透性，可以在使用氣體清掃或氣體脫吸處理之前使用以改善甲烷的回收率。
本發明參照某些優選實施方式作了描述，應注意所論述的這些實施方式中是描述性的而不是限制其本身，並且在本發明範圍內進行許多變化和改進是可能的。本領域技術人員基於上述的描述可以認為許多這樣的變化和改進是顯而易見的和所需要的。
權利要求
1.一種從至少一個井穿入的地下煤層回收甲烷的方法，該方法包括a)向煤層注入氣態氧化劑；b)讓煤層中的至少一部分氣態氧化劑保持選定時間，以促進煤層中煤的內生裂隙的形成；以及c)以增加的速度從煤層中製備甲烷。
2.如權利要求1所述的方法，其中氣態氧化劑通過井注入到煤層；關閉井選定的時間；隨後，以增加的速度從該井中製備甲烷。
3.如權利要求1所述的方法，其中地下煤層被至少一個注射井和至少一個生產井穿入，氣態氧化劑通過注射井注入煤層，而且通過生產井從煤層製得甲烷。
4.一種實現井穿入地下煤層的方法，該方法主要由以下組成a)通過井向煤層注入氣態氧化劑；b)通過井從煤層中產生流體和顆粒煤，由此在井周圍的煤層形成洞穴。
5.如權利要求4所述的方法，其中將井關閉的關閉期間，以使井內壓力增加，隨後將井打開生產期間，以使流體和顆粒煤通過井從煤層流動，從井內製得流體和顆粒煤。
6.如權利要求5所述的方法，其中採用多個關閉期間和生產期間，以形成洞穴。
7.如權利要求4-7任一權利要求所述的方法，其中在注入期間，向煤層注入流體以增加井周圍煤層內的壓力，之後將井打開生產期間，以使流體和顆粒煤從煤層中通過井流動。
8.如權利要求4-7任一權利要求所述的方法，其中氣態氧化劑包括臭氧、氧氣或其組合。
9.如權利要求8所述的方法，其中氣態氧化劑包括約100體積百分比的臭氧，或包括用惰性氣態稀釋劑稀釋的臭氧，以形成氣態氧化劑混合物。
10.如權利要求8所述的方法，其中氣態氧化劑為氧氣，並且氧氣用惰性稀釋劑稀釋以形成含有23-35體積百分比氧氣的氣態氧化劑混合物。
11.如權利要求8所述的方法，其中氣態氧化劑為空氣。
12.如權利要求8所述的方法，其中氣態氧化劑為富含氧氣的空氣。
13.如權利要求12所述的方法，其中富含氧氣的空氣含有至少約30體積百分比氧氣。
14.如權利要求12所述的方法，其中富含氧氣的空氣含有至少約50體積百分比氧氣。
全文摘要
本發明公開了一種通過化學促進煤層中煤的內生裂隙的形成來增加地下煤層甲烷滲透性的方法,以便增加從煤層中生產甲烷的效率。該方法包括向煤層注入氣態氧化劑以促進煤層中煤的內生裂隙的形成;並隨後以增加的速度從煤層製得甲烷。氣態溶液包括臭氧、氧氣和其組合。在井周圍的煤層中形成洞穴之前,通過向井周圍的煤層注入氣態氧化劑來可便於實現井穿入煤層。
文檔編號E21B43/26GK1203308SQ9810875
公開日1998年12月30日 申請日期1998年4月30日 優先權日1997年4月30日
發明者W·C·裡瑟, S·V·布羅斯 申請人:瓦斯塔資源有限公司