專(zhuān)利名稱(chēng)：用氧化性水溶液進(jìn)行地下碳質(zhì)地層的化學(xué)誘導(dǎo)促進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高由地下碳質(zhì)地層生產(chǎn)甲烷的產(chǎn)率的辦法，該方法通過(guò)用氧化性水溶液化學(xué)刺激地層以提高自地層生產(chǎn)甲烷的產(chǎn)率。本發(fā)明適用于從地層中提高甲烷回收率，該地層由與無(wú)機(jī)材料一起沉積的碳質(zhì)材料組成，如碳質(zhì)頁(yè)巖地層。提高產(chǎn)率是通過(guò)增加含有烴類(lèi)的有機(jī)物料碎片的表面積，誘導(dǎo)在這些碳質(zhì)物料上的裂隙及其它新的表面的形成，從而促進(jìn)輕質(zhì)烴從這些碳質(zhì)地層上解吸這些過(guò)程實(shí)現(xiàn)的。碳質(zhì)地層如頁(yè)巖，包含部分粘土材料。本發(fā)明同樣適用于提高被這些粘土材料吸附的輕質(zhì)烴的回收率。
大量的甲烷氣存在于含有碳質(zhì)物料的地層中，它們包括煤中礦物組分的細(xì)微組織，油母質(zhì)及其它有機(jī)物料，與無(wú)機(jī)物料如沙子，粘土及類(lèi)似的碎屑物料共同存在于地層中。本發(fā)明中這些地層被稱(chēng)之為“碳質(zhì)地層”。許多這樣的碳質(zhì)地層含有大量的甲烷，或其它被吸收的或吸附的輕質(zhì)烴，如甲烷。但是甲烷不易于從這些地層中回收，因?yàn)檫@些含碳質(zhì)物料的滲透性及露出的表面積過(guò)低，甲烷不能從地層中得以充分的釋放。在本發(fā)明中涉及保留在碳質(zhì)物料表面內(nèi)或表面上的甲烷或其它輕質(zhì)烴以及保留在存在于碳質(zhì)地層中粘土礦的表面里或表面上的甲烷或其它輕質(zhì)烴的討論中，可以交換使用術(shù)語(yǔ)“吸收”和“吸附”。
相應(yīng)地，接下來(lái)的努力已經(jīng)指向再現(xiàn)在煤炭地層中形成較完善的裂隙體系的條件的作用以及提高由碳質(zhì)地層生產(chǎn)甲烷的產(chǎn)率。
本發(fā)明提供一種提高被至少一眼井穿透的地下碳質(zhì)地層生產(chǎn)甲烷產(chǎn)率的方法，該方法包括a)在地層中注入含有至少一種氧化劑的氧化性水溶液。該氧化劑選自于過(guò)氧化物，臭氧，氧氣，二氧化氯，次氯酸鹽，水溶性次氯酸金屬鹽，高氯酸鹽，氯酸鹽，過(guò)硫酸鹽，過(guò)碳酸鹽，高錳酸鹽，硝酸鹽以及它們的混合物；b)使氧化性水溶液在地層中保持一設(shè)定的時(shí)間；c)從地層中以增加的產(chǎn)率制備出甲烷。
注射氧化性水溶液到地層中，并讓該水溶液在地層中保留一段設(shè)定的時(shí)間以注射氧化性水溶液到地層中，并讓該水溶液在地層中保留一段設(shè)定的時(shí)間以刺激和促進(jìn)甲烷和其它輕質(zhì)烴從地層的粘礦土組分中解吸出來(lái)，使得甲烷從地層中轉(zhuǎn)移到井壁，從而使甲烷以增加的產(chǎn)率從地層中制備出來(lái)。
一些合適的氧化劑是過(guò)氧化物，臭氧，氧氣，二氧化氯，次氯酸鹽，水溶性次氯酸金屬鹽，高氯酸鹽，氯酸鹽，過(guò)硫酸鹽，過(guò)硼酸鹽，過(guò)碳酸鹽，高錳酸鹽，硝酸鹽以及它們的混合物。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，從穿透至少一個(gè)注入井和一個(gè)產(chǎn)出井的地下碳質(zhì)地層中生產(chǎn)甲烷的產(chǎn)率通過(guò)以下步驟得以提高a)通過(guò)注入井注入含有至少一種氧化劑的氧化性水溶液到地層中，和b)通過(guò)產(chǎn)出井從地層中以增加的產(chǎn)率生產(chǎn)出甲烷。
本發(fā)明對(duì)于增加從與無(wú)機(jī)物料一起沉積的碳質(zhì)地層中甲烷的回收是有效的，也增加了從吸附了甲烷的無(wú)機(jī)物料上及無(wú)機(jī)物料中甲烷的回收。
本發(fā)明將參照優(yōu)選的實(shí)施方案及借助于如下的附圖加以詳細(xì)描述；

圖1一是從表面穿透地下碳質(zhì)地層的的井的示意圖。
圖2是一從表面穿透地下碳質(zhì)地層的井的示意圖，其中的碳質(zhì)地層被破碎。
圖3是一從表面穿透地下碳質(zhì)地層的注入井和產(chǎn)出井的示意圖。
圖4是從表面穿透地下碳質(zhì)地層的注入井和產(chǎn)出井的示意圖，其中碳質(zhì)地層從注入井處被破碎。
圖5是一57孔注入和產(chǎn)出井的示意圖。
在附圖討論過(guò)程中，同樣的數(shù)字在說(shuō)明書(shū)中代表相同或相近的組成部分。
在圖1中顯示碳質(zhì)地層10被一井孔14從表面12穿透。井孔14包括一用水泥18設(shè)置在井孔14壁上的套管16，盡管井孔14顯示為一加套管井孔，在附圖顯示的優(yōu)選實(shí)施方案中應(yīng)理解為有無(wú)套管的井孔均可適用。另外套管16也可延伸至或穿過(guò)有穿孔的碳質(zhì)地層10，通過(guò)碳質(zhì)地層10上的套管可提供碳質(zhì)地層10和井孔14之間的液體傳輸。井孔14延伸至碳質(zhì)地層10中且裝有一管道20和一活塞22。設(shè)置活塞22是用于防止管子20的外徑和套管16內(nèi)徑之間的流動(dòng)。井孔14還包括閥門(mén)24用于注入氣流或液流至碳質(zhì)地層10中或者從碳質(zhì)地層10中回收氣流或液流。
在本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程中，含有至少一種氧化劑的氧化性水溶液按圖示箭頭26方向通過(guò)管道20，再按圖中箭頭28所示方向注射至碳質(zhì)地層10中。處理的區(qū)域如圓圈30所示。氧化性水溶液被注射到碳質(zhì)地層10中一設(shè)定的時(shí)間以增強(qiáng)或促進(jìn)包含在碳質(zhì)地層10中有機(jī)物料中附加表面區(qū)域或裂隙的形成。在以一設(shè)定的時(shí)間和一定的數(shù)量注入氧化性水溶液，其時(shí)間和數(shù)量應(yīng)是以增強(qiáng)存在于區(qū)域30內(nèi)碳質(zhì)地層10中有機(jī)物料解吸其它吸附在有機(jī)物料上或其內(nèi)部的甲烷及輕質(zhì)烴的能力。經(jīng)過(guò)一設(shè)定的時(shí)間或在注射室一設(shè)定量的氧化性水溶液之后，井口關(guān)閉一段時(shí)間，該段時(shí)間多至或超過(guò)24小時(shí)。一般將井口關(guān)閉至井孔中的壓力恢復(fù)至地層壓力并隨后維持至少12小時(shí)。注射氧化性水溶液的過(guò)程相對(duì)于要求的氧化性溶液存在于碳質(zhì)地層中的時(shí)間也許已經(jīng)足夠長(zhǎng)。關(guān)閉這段時(shí)間可以使氧化性溶液進(jìn)入到碳質(zhì)地層中以氧化碳質(zhì)地層10的組分，從而增加存在于碳質(zhì)地層10中有機(jī)物料中的表面積和裂隙。關(guān)閉這段時(shí)間也可以使氧化性溶液進(jìn)入到碳質(zhì)地層10中，從而分離出吸附于存在在碳質(zhì)地層10中粘礦土上的甲烷及其它輕質(zhì)烴。緊隨著關(guān)閉這段時(shí)間之后，水，甲烷或兩者可以從碳質(zhì)地層10中回收，再將區(qū)域30中碳質(zhì)地層10脫水產(chǎn)生甲烷。這里用的術(shù)語(yǔ)“脫水”并不是指從碳質(zhì)地層10中完全脫水，而是從碳質(zhì)地層10中除去足夠的水以打開(kāi)碳質(zhì)地層中的通道，這樣甲烷可以通過(guò)通道從碳質(zhì)地層中出來(lái)。
氧化性水溶液中的氧化劑選自于過(guò)氧化物，臭氧，氧氣，二氧化氯，次氯酸鹽，水溶性次氯酸金屬鹽，高氯酸鹽，氯酸鹽，過(guò)硫酸鹽，過(guò)硼酸鹽，過(guò)碳酸鹽，高錳酸鹽，硝酸鹽及它們的混合物。優(yōu)選的金屬鹽為鈉鹽和鉀鹽。所用氧化劑的最高濃度一般可達(dá)到該氧化劑在氧化性水溶液中溶解度的上限。過(guò)氧化物及臭氧氧化劑的一般含量最高約為氧化性水溶液的10％(重量)，盡管如果需要濃度還可以再高些。這類(lèi)氧化物以前在含烴地層裂解應(yīng)用中作為壓裂液凝膠破乳劑，可以購(gòu)買(mǎi)到。注入氧化性溶液能促進(jìn)在碳質(zhì)地層中附加的游離表面區(qū)域及裂隙的形成，也能促進(jìn)甲烷及其它輕質(zhì)烴從有機(jī)物料及吸附它們的粘礦土表面中釋放出來(lái)。
在如圖1的實(shí)施方案中，單井用于氧化性水溶液的注入以化學(xué)增強(qiáng)和促進(jìn)及存在于碳質(zhì)地層10中有機(jī)物料中附加的自由表面區(qū)域及裂隙的形成，從而促進(jìn)吸附在區(qū)域30粘礦土中烴類(lèi)的釋放，結(jié)果導(dǎo)致地層水份的釋放，從而提高了從碳質(zhì)地層10生產(chǎn)甲烷的產(chǎn)率。本說(shuō)明書(shū)所用的術(shù)語(yǔ)“提高”指的是相對(duì)于未處理過(guò)的碳質(zhì)地層的改變。
相近的實(shí)施方案如圖2所示，除了這里碳質(zhì)地層10被斷裂層32破碎。井的操作基本上類(lèi)同于圖1，除了碳質(zhì)地層10事先被破碎或被含有氧化性水溶液的流體在至少部分破碎操作中所破碎。例如，如果碳質(zhì)地層10難以滲透，希望用一常用的壓裂方法作為一種初始刺激方法，隨后用氧化性水溶液作一后壓裂沖洗。在與斷裂層接觸的整個(gè)區(qū)域中，后壓裂沖洗增加了自由表面和裂隙的形成以及釋放出吸附的甲烷。在這些例子中，按以前的討論希望關(guān)閉井，氧化劑選自于前面討論的相同氧化劑材料。在注入氧化性溶液之前斷裂層在碳質(zhì)地層10中形成。如果需要，氧化性溶液可以含有壓裂液。如果需要，氧化性水溶液可以在高于或低于斷裂梯度(壓力)下注射。
在圖3中，注入井34和產(chǎn)出井36從表面12穿透碳質(zhì)地層10。注入井34與產(chǎn)出井36被分隔開(kāi)，它們之間的間距取決于特定碳質(zhì)地層的特性等。根據(jù)本發(fā)明，上述氧化性水溶液按如圖上箭頭26和28方向被注入到碳質(zhì)地層10中以處理區(qū)域30，該區(qū)域可以從注入井34按一般圓周方向延伸，但通常優(yōu)先朝一鄰近的產(chǎn)出井或產(chǎn)出井群方向延伸。設(shè)置的產(chǎn)出井10用于從碳質(zhì)地層10中提取水和甲烷。通過(guò)產(chǎn)出井36產(chǎn)出水和甲烷使得氧化性水溶液向產(chǎn)出井36流動(dòng)。希望的是，持續(xù)地注入氧化性水溶液直到產(chǎn)出井36能檢測(cè)到水體積增加的或是到滲透性或表面積有一希望能有的增加，或者是產(chǎn)出流體的體積的增加能夠?qū)崿F(xiàn)。滲透性、表面積或從產(chǎn)出井36產(chǎn)出的流體體積的增加表示在碳質(zhì)地層10中滲透性增強(qiáng)，表面積增加或兩者均有改善，同時(shí)伴隨著額外量的流體按如圖示箭頭38方向通過(guò)產(chǎn)出井36和按箭頭40方向從碳質(zhì)地層10中釋放出來(lái)。如圖所示箭頭38從兩個(gè)方向指向產(chǎn)出井36，期望水將從碳質(zhì)地層10未處理的部分以較低的速率得以回收。
如圖4所示的實(shí)施方案與圖3相似，除了碳質(zhì)層10已經(jīng)被裂層32斷裂。在圖2所示實(shí)施方案中的斷裂層32基本上可以任意延伸。對(duì)比之下，在圖4所示的實(shí)施方案中斷裂層32希望延伸不超過(guò)至產(chǎn)出井36距離的一半。明顯地，如果斷裂層32完全延伸至產(chǎn)出井36，在注入井34和產(chǎn)出井36之間將很難使用任何種類(lèi)流體或氣體推進(jìn)。希望的是，斷裂層延伸不超過(guò)注射井34和產(chǎn)出井36之間的距離的一半。供斷裂層32使用的氧化性水溶液前面已討論過(guò)。
圖5顯示一五孔井的排列，多孔井排列，例如五孔井的排列在本發(fā)明的實(shí)施中是有用的，也可以重復(fù)的方式在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)使用。這樣的排列對(duì)那些專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是熟知的，在此僅作一簡(jiǎn)要的討論。在圖5所示的排列中，氧化性水溶液通過(guò)注入井34注入至處理區(qū)域30以增加水和甲烷從產(chǎn)出井36的回收。當(dāng)想要的裂隙地層或滲透性的增加被從產(chǎn)出井36以增加的產(chǎn)率產(chǎn)出的流體證實(shí)時(shí)，氧化性水溶液的注入停止，注入井34轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)出井。通過(guò)原來(lái)的產(chǎn)出井和轉(zhuǎn)換了的注入井產(chǎn)生該區(qū)域。已被處理過(guò)的區(qū)域30將產(chǎn)生額外的甲烷生產(chǎn)率和額外的最終甲烷的回收。
本發(fā)明方法也適用于氣注處理的預(yù)處理，以增加從碳質(zhì)地層10中甲烷的回收。單獨(dú)使用二氧化碳或與其它氣體一起使用以增加碳質(zhì)地層中甲烷的產(chǎn)出是公知的。相近以地，為從煤層中取出額外量的甲烷，使用惰性氣體如氮?dú)?，氬氣等，在煤層氣體中甲烷分壓被降低時(shí)，通過(guò)增加煤層的壓力從煤層中除去附加量的甲烷，這對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的。使用這種方法要求地層可以滲透使得氣體流進(jìn)或流過(guò)地層，以使甲烷可以回收；同樣，也要求在有機(jī)物料中含有甲烷的體積有可以經(jīng)其解吸通過(guò)的自由表面。本發(fā)明的方法增加了有機(jī)物料中自由表面和裂隙的形成，增加了碳質(zhì)地層和滲透率，那里有機(jī)物料較為充足并能形成適合處理的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，本方法可用于氣體凈化或氣體解析處理之前以增加甲烷的回收。
盡管申請(qǐng)人不希望被任何特定的理論所約束，本發(fā)明的方法仍可通過(guò)在氧化性溶液接觸的碳質(zhì)地層區(qū)域中產(chǎn)生自由表面或裂隙體系而起作用。通常本發(fā)明的方法對(duì)于含有大量甲烷的、存在于地層中的煤礦物、油母質(zhì)和其它的無(wú)機(jī)物料可解吸出甲烷的表面積的增加來(lái)說(shuō)是有效的。這表明甲烷可以吸附在這類(lèi)碳質(zhì)地層中的無(wú)機(jī)物料，尤其是粘土中，以及有機(jī)物料中。由有機(jī)和無(wú)機(jī)物料制備出甲烷的產(chǎn)率通過(guò)本發(fā)明的方法均得到提高。
通過(guò)參照特定的優(yōu)選實(shí)施方案描述了本發(fā)明，值得注意的是所討論的實(shí)施方案實(shí)際上只是用作說(shuō)明的而不是用于限定的，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)可以有許多變化和修改。這些變化和修改對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員而言，在前述優(yōu)選實(shí)施方案描述的評(píng)論上應(yīng)是顯而易見(jiàn)的和所希望的。
權(quán)利要求
1.一種提高由至少一口井穿透的地下碳質(zhì)地質(zhì)層生甲烷的產(chǎn)率的方法，該方法包括a)向地層中注入含有至少一種氧化劑的氧化性水溶液，該氧化劑選自過(guò)氧化物，臭氧，氧氣，二氧化氯，次氯酸鹽，水溶性次氯酸金漏鹽，高氯酸鹽，氯酸鹽，過(guò)硫酸鹽，過(guò)碳酸鹽，高錳酸鹽，硝酸鹽以及它們的混合物；b)維持氧化性水溶液在地層中一設(shè)定的時(shí)間；c)由地層中以增加的產(chǎn)率生產(chǎn)出甲烷。
2.一種促進(jìn)甲烷從地下碳質(zhì)地層中粘礦土的表面釋放的方法，該碳質(zhì)也層含有粘礦土并被至少一口井穿透，該方法包括a)向地層中注入含有至少一種氧化劑的氧化性水溶液，該氧化劑選自過(guò)氧化物，臭氧，氧氣，二氧化氯，次氯酸鹽，水溶性次氯酸金屬鹽，高氯酸鹽，氯酸鹽，過(guò)硫酸鹽，過(guò)碳酸鹽，高錳酸鹽硝酸鹽以及它們的混合物；b)維持氧化性水溶液在地層中一設(shè)定的時(shí)間；c)從地層中回收甲烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中水溶液金屬鹽是鈉鹽或鉀鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中氧化性水溶液含有至少一種鹽，該鹽選自鈉和鉀的高氯酸鹽，過(guò)硫酸鹽，過(guò)硼酸鹽，過(guò)碳酸鹽和高錳酸鹽。
5.根據(jù)前面任一權(quán)要求所述的方法，其中氧化性水溶液通過(guò)一口井注入到地層中；將井關(guān)閉一設(shè)定的時(shí)間；此后，從井口以增加的產(chǎn)率生產(chǎn)甲烷。
6.根據(jù)前面任一種權(quán)利要求所述的方法，其中在注入氧化性水溶液之前，碳質(zhì)地層已被從中向外延伸的斷裂層斷裂。
7.根據(jù)前面任一種權(quán)利要求所述的方法，其中氧化性水溶液含有在壓裂條件下注入以斷裂地層的壓裂液。
8.根據(jù)前面任一種權(quán)利要求所述的方法，其中所述的氧化性水溶液在地層中保持至少24小時(shí)。
9.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中氧化劑存在的量最高為該氧化劑在水中的溶解極限。
10.根據(jù)前面任一種權(quán)利要求所述的方法，此方法用于從被至少一注入井和至少一產(chǎn)出井穿透的地下碳質(zhì)地層中生產(chǎn)甲烷，該方法還包括a)通過(guò)注入井注入氧化性水溶液至地層中，b)通過(guò)產(chǎn)出井以增加的產(chǎn)率從地層中生產(chǎn)甲烷。
全文摘要
一種提高從地下碳質(zhì)地層中生產(chǎn)甲烷產(chǎn)量的方法,該方法通過(guò)化學(xué)促進(jìn)地層中有機(jī)成分的附加自由表面積和裂隙的形成,使得無(wú)機(jī)吸附的甲烷從粘土礦中釋放出來(lái),再通過(guò)注入含有至少一種氧化劑的氧化性水溶液至地層中從而提高甲烷從地層中的解吸率,然后從地層中以增加的產(chǎn)率生產(chǎn)甲烷。其中合適的氧化劑包括過(guò)氧化物,臭氧,氧氣,二氧化氯,次氯酸鈉,水溶性次氯酸鹽,高氯酸鹽,氯酸鹽,過(guò)硫酸鹽,過(guò)硼酸鹽,過(guò)碳酸鹽,高錳酸鹽,硝酸鹽和它們的混合物。
文檔編號(hào)E21B43/26GK1213689SQ9812053
公開(kāi)日1999年4月14日 申請(qǐng)日期1998年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月22日
發(fā)明者W·C·里瑟, S·V·布羅斯 申請(qǐng)人:瓦斯塔資源有限公司