專利名稱：化學(xué)方法促進改善地下煤層的滲透性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，用于促進地下煤層中煤的內(nèi)生裂隙的形成，并由此經(jīng)過化學(xué)處理改善存在的煤的內(nèi)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(nèi)傳導(dǎo)和共邊煤的內(nèi)生裂隙體系的形成得到改善。高效傳導(dǎo)煤的內(nèi)生裂隙體系的形成使得煤層的脫水更有效及時，并且增加甲烷滲透性和產(chǎn)量，且增加了最終甲烷的回收率。本發(fā)明特別適宜于產(chǎn)量受差的煤的內(nèi)生裂隙改善限制的煤氣制造領(lǐng)域。煤的內(nèi)生裂隙體系的形成通過氣蝕也便于井的實現(xiàn)。
在地下煤層中發(fā)現(xiàn)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，其中鉆孔從表面鉆入煤層，通過減少壓力造成甲烷從煤層脫吸并流入鉆孔且到表面，這樣從鉆孔得到甲烷。由于煤層通常沒有很多孔并且在煤層微孔內(nèi)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制得甲烷，甲烷的制得相當慢。
在一些煤層內(nèi)，天然滲透性足以移去內(nèi)部(in situ)水使得甲烷的回收率得以改善。在這樣的煤層內(nèi)，在煤層成巖作用期間開發(fā)煤的內(nèi)生裂隙體系提供凹槽路徑，通過它水和甲烷移到用于移去的生產(chǎn)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并以大的速度流到生產(chǎn)井。
許多煤層沒有廣泛開發(fā)煤的內(nèi)生裂隙體系或具有沒經(jīng)完全開發(fā)的煤的內(nèi)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(chǎn)生水和氣。結(jié)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(fā)過的煤的內(nèi)生裂隙體系的煤層在地質(zhì)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(fā)過的煤的內(nèi)生裂隙體系的煤層在地質(zhì)史內(nèi)沒有顯示出受到氧化流的跡象。
因此，進行不斷努力，開發(fā)出在地質(zhì)史期間在較好開發(fā)過的煤的內(nèi)生裂隙體系中用于重復(fù)條件影響的方法。
根據(jù)本發(fā)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(tài)氧化劑；在煤層中讓氣態(tài)氧化劑保持選定的時間，以促進煤層中煤的內(nèi)生裂隙體系的形成或加強，并增加煤層的氣體滲透性；以及從煤層中以提高的速度制得甲烷。
氣態(tài)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(chǎn)井穿入的地下煤層的甲烷制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(nèi)注入氣態(tài)氧化劑；b)煤層內(nèi)讓氣態(tài)氧化劑保持選定時間，以促進煤層中煤的內(nèi)生裂隙的形成；以及c)通過生產(chǎn)井以增加的速度從煤層制備甲烷。
從煤層通過井生產(chǎn)流體和顆粒煤以在井周圍的煤層內(nèi)形成洞穴之前，通過向井周圍的煤層注入氣態(tài)氧化劑易于實現(xiàn)井穿透煤縫。
參照其優(yōu)選實施方式并借助附圖現(xiàn)在詳細描述本發(fā)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(chǎn)井從表面穿入地下煤層的示意圖；圖4注射井和生產(chǎn)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(chǎn)井型的示意設(shè)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包括位于井孔14中的由水泥18澆鑄的鑄殼16。當井孔14被包蓋時，應(yīng)理解為圖中所示的優(yōu)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(nèi)徑的流動。井孔14也包括適于向煤層10注入氣態(tài)或液體蒸汽，或從煤層回收氣態(tài)或液體蒸汽的裝置24。
在本發(fā)明實際操作中，按箭頭26所示注入氣態(tài)氧化劑，氣態(tài)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(qū)域。氣態(tài)氧化劑以選定的時間注入煤層10，并且注入的量足以在煤層10中加強或促進傳導(dǎo)、連續(xù)的煤的內(nèi)生裂隙體系的形成。在選定時間之后或注入選定量的氣態(tài)氧化劑之后，該井可以關(guān)閉一段時間，該時間可以高達或大于24小時?；蛘?，在注入氣態(tài)氧化劑過程中煤層中操作的氧化劑可以經(jīng)過足夠的時間。
一般地，井關(guān)閉直到井孔內(nèi)壓力回到煤層壓力并且隨后持續(xù)達另外12小時。關(guān)閉期間使得氧化劑在煤層10內(nèi)遷移，以氧化煤層10的成分，得以加強煤的內(nèi)生裂隙體系和增加煤層10的氣體滲透性。在關(guān)閉期間，水、甲烷或兩者一起可以從煤層回收，以在區(qū)域30內(nèi)使煤層脫水且制得甲烷。這里使用的詞“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(nèi)生裂隙體系內(nèi)的通道，以便可以通過該通道從煤層10制得甲烷。
氣態(tài)氧化劑含有選自臭氧、氧氣和其組合的氧化劑。其中，優(yōu)選臭氧。使用臭氧時其濃度可達氣態(tài)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(tài)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(yōu)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(tài)氧化劑混合物可以為空氣，但是優(yōu)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范圍內(nèi)以氣態(tài)氧化劑混合物的形式使用。
如所述的氣態(tài)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(nèi)燃燒，避免在井孔附近的煤汽化或液化等。為了煤的內(nèi)生裂隙和煤的內(nèi)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(fā)生，申請人試圖在物理方面改變煤層結(jié)構(gòu)，以促進煤層中煤的內(nèi)生裂隙和煤的內(nèi)生裂隙體系的形成。對煤層表面使用氣態(tài)氧化劑混合物的申請，可以經(jīng)過煤層內(nèi)天然發(fā)生的斷面、人工創(chuàng)造的斷面、煤層中其它存在的通道等取得，本申請?zhí)峁┩ㄏ蛎褐械V物組份的細微組織通道、以影響該細微組織組成、結(jié)構(gòu)和細微組織之間的連接，借此促進煤的內(nèi)生裂隙和煤的內(nèi)生裂隙體系的形成，并增加煤的滲透性。這種處理不會造成從煤層中除去煤、或煤組份。通過創(chuàng)造煤的內(nèi)生裂隙和煤的內(nèi)生裂隙體系來改變煤結(jié)構(gòu)，以增加煤層內(nèi)的滲透性來實現(xiàn)這些目的，而沒有從煤層中除去煤，并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，用于注入氣態(tài)氧化劑以化學(xué)性加強或促進煤的內(nèi)生裂隙體系的形成，并增加區(qū)域30中氣體和液體的滲透性，以便最終增加從煤層10中的甲烷制得速度。這里使用的詞匯“增加”指的是相對于未經(jīng)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(yù)先經(jīng)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(tài)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(tài)氧化劑之后作為初級促進法。氣態(tài)氧化劑加強煤的內(nèi)生裂隙的滲透性并增加經(jīng)過斷面接觸的區(qū)域的滲透性。在這樣例子中，井可以按前面討論的關(guān)閉并且氣態(tài)氧化劑選自前面所述的那些。在氣態(tài)氧化劑注入之前，在煤層10中通常形成斷面。應(yīng)理解為氣態(tài)氧化劑也可以注入煤層上面、下面或斷面區(qū)域中。
圖3中，注射井34和生產(chǎn)井36從表面12穿入煤層10。注射井34與生產(chǎn)井36分隔開，其間距根據(jù)特定煤層的特征而定。根據(jù)本發(fā)明，上述氣態(tài)氧化劑通過注射井34按箭頭26注入至煤層10并按箭頭28所示至處理區(qū)域30，該區(qū)域可以從注射井34按一般圓周方向延伸，但是一般優(yōu)先向鄰近生產(chǎn)井延伸。
設(shè)置生產(chǎn)井36以從煤層10取水、甲烷或兩者。通過生產(chǎn)井36生產(chǎn)流體造成氣態(tài)氧化劑朝生產(chǎn)井36遷移。理想地，連續(xù)注入氣態(tài)氧化劑直到實現(xiàn)滲透性理想的增加，或制得液體容量的增加。滲透性或從生產(chǎn)井36制得的液體容量的增加象征著煤層10中煤的內(nèi)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于生產(chǎn)的煤層10按箭頭38所示通過生產(chǎn)井36和管線釋放。箭頭38顯示從兩個方向指向生產(chǎn)井36，說明流體將連續(xù)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(nèi)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(chǎn)井36的一半長。很顯然，如果斷面32完全延伸至生產(chǎn)井36，在注射井34和生產(chǎn)井36之間使用任何種類的流體或氣體驅(qū)動是很困難的。具有斷面32的氣態(tài)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(fā)明是有用的，并且可以在整個寬廣區(qū)域以循環(huán)方式使用。這樣的布置對本領(lǐng)域技術(shù)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(tài)氧化劑以處理區(qū)域30來加強從生產(chǎn)井36中回收流體和甲烷。當以生產(chǎn)井36中以增加的速度得到流體為達到所需煤的內(nèi)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(tài)氧化劑，注射井34轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)井。然后這個區(qū)域?qū)⑼ㄟ^最初的生產(chǎn)井和轉(zhuǎn)變的注射井來生產(chǎn)。加強煤的內(nèi)生裂隙形成的區(qū)域?qū)⒃黾蛹淄橹频盟俣群妥罱K的甲烷回收率。
在許多例子中，煤層中的井通過煤縫的“成洞”制得井周圍的洞穴來實現(xiàn)。這種實現(xiàn)技術(shù)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(chǎn)流體時可能不易成洞。在這樣例子中，為開發(fā)井周圍煤層中的煤的內(nèi)生裂隙，可以注入氣態(tài)氧化劑以削弱煤層，并便于成洞的引發(fā)。
對用于氣體注入處理以加強從煤層10中甲烷的回收率，本發(fā)明方法作為預(yù)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(chǎn)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并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(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。使用這些方法要求煤層對于氣體流入或通過煤層是可滲透的，以便可以回收甲烷。本發(fā)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(fā)明參照某些優(yōu)選實施方式作了描述，應(yīng)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，并且在本發(fā)明范圍內(nèi)進行許多變化和改進是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于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(quán)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(tài)氧化劑；b)讓煤層中的至少一部分氣態(tài)氧化劑保持選定時間，以促進煤層中煤的內(nèi)生裂隙的形成；以及c)以增加的速度從煤層中制備甲烷。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中氣態(tài)氧化劑通過井注入到煤層；關(guān)閉井選定的時間；隨后，以增加的速度從該井中制備甲烷。
3.如權(quán)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(chǎn)井穿入，氣態(tài)氧化劑通過注射井注入煤層，而且通過生產(chǎn)井從煤層制得甲烷。
4.一種實現(xiàn)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(tài)氧化劑；b)通過井從煤層中產(chǎn)生流體和顆粒煤，由此在井周圍的煤層形成洞穴。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中將井關(guān)閉的關(guān)閉期間，以使井內(nèi)壓力增加，隨后將井打開生產(chǎn)期間，以使流體和顆粒煤通過井從煤層流動，從井內(nèi)制得流體和顆粒煤。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中采用多個關(guān)閉期間和生產(chǎn)期間，以形成洞穴。
7.如權(quán)利要求4-7任一權(quán)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(nèi)的壓力，之后將井打開生產(chǎn)期間，以使流體和顆粒煤從煤層中通過井流動。
8.如權(quán)利要求4-7任一權(quán)利要求所述的方法，其中氣態(tài)氧化劑包括臭氧、氧氣或其組合。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中氣態(tài)氧化劑包括約100體積百分比的臭氧，或包括用惰性氣態(tài)稀釋劑稀釋的臭氧，以形成氣態(tài)氧化劑混合物。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中氣態(tài)氧化劑為氧氣，并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(tài)氧化劑混合物。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中氣態(tài)氧化劑為空氣。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中氣態(tài)氧化劑為富含氧氣的空氣。
13.如權(quán)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(quán)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(fā)明公開了一種通過化學(xué)促進煤層中煤的內(nèi)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(chǎn)甲烷的效率。該方法包括向煤層注入氣態(tài)氧化劑以促進煤層中煤的內(nèi)生裂隙的形成;并隨后以增加的速度從煤層制得甲烷。氣態(tài)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(tài)氧化劑來可便于實現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日1997年4月30日
發(fā)明者W·C·里瑟, S·V·布羅斯 申請人:瓦斯塔資源有限公司