Способ извлечения метана из угольного пласта

Изобретение относится к геотехнологическим способам добычи полезных ископаемых, в частности к извлечению метана из угольных пластов. Техническим результатом изобретения является снижение стоимости используемых реагентов за счет использования отходов нефтеперерабатывающих производств, упрощение отделения метана от сорбирующего вещества, повышение извлечения метана из угольного пласта, снижение техногенной нагрузки на окружающую среду за счет создания замкнутой циркуляционной системы. Для этого осуществляют бурение направленных скважин с поверхности, отбор свободного метана, нагнетание в пласт вещества с большей, чем у метана сорбционной емкостью с последующим извлечением из него метана. Предварительно создают замкнутую циркуляционную систему, образованную нагнетательной и добычной скважинами направленного бурения с перфорированными по длине горизонтальными стволами, фильтрационными каналами, образованными направленным радиальным гидроразрывом пласта. Причем горизонтальный ствол нагнетательной скважины расположен выше горизонтального ствола добычной скважины. Затем в угольный пласт закачивают широкую фракцию легких углеводородов, отбор которой с сорбированным метаном осуществляют по добычной скважине. Далее по наземному трубопроводу добычной скважины вещество, насыщенное метаном, подают на станцию сепарации для отделения метана от широкой фракции легких углеводородов. После разделения газ направляют потребителю, а широкую фракцию легких углеводов направляют через нагнетательную скважину в угольный пласт. При этом в качестве сорбирующего вещества используют соляровый дистиллят или керосин. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к геотехнологическим способам добычи полезных ископаемых, в частности к извлечению метана из угольных пластов.

Известен способ добычи угольного метана из неразгруженных пластов (патент РФ №2211323, МПК Е 21 В 43/26). Сущность изобретения заключается в бурении добычных скважин, создании зоны добычи угольного метана инициирующими скважинами с формированием полостей и трещин гидроразрыва путем нагнетания жидкости под давлением в породы почвы пласта, присоединении инициирующей скважины, полостей и трещин гидроразрыва, составляющих гидродинамическую систему, к пульсирующим гидродинамическим источникам и вибровоздействии путем нагнетания в соответствующую гидродинамическую систему рабочей жидкости в пульсирующем режиме. Добычные скважины бурят вертикально за контуром зоны добычи угольного метана и вскрывают эту зону горизонтальными участками добычных скважин. Полости создают в инициирующих скважинах, а формирование трещин гидроразрыва осуществляют нагнетанием в полости жидкости под давлением на расстоянии (0,5-1)m, где m - мощность пласта, соответственно выше кровли и ниже почвы пласта. Гидродинамические системы герметизируют независимо друг от друга, причем вибровоздействие осуществляют с совпадением по величине амплитуды, частоты и фазы вибровоздействия в гидродинамических системах. Недостатком данного способа является низкая скорость газоотдачи угольного пласта, ограниченная приемистостью горизонтального ствола скважины.

Известен способ извлечения метана из угольного пласта, принятый за прототип (патент РФ №2121062, МПК E 21 F 7/00). Способ включает вскрытие пласта скважиной, обсадку ее трубами, тампонаж затрубного пространства, перфорацию обсадной колонны и производство гидрорасчленения с формированием системы трещин. Далее обеспечивают режим самоистечения метана из пласта и осуществляют его извлечение. После прекращения самоистечения метана в угольный пласт закачивают вещество с большей, чем у метана, сорбционной емкостью, например углекислый газ, в объеме, определяемом из математического выражения, учитывающего длину раскрытых при гидрорасчленении трещин, мощность пласта, фильтрующую пористость пласта, температуру закачиваемого вещества, давление последнего и начальную температуру пласта, выдерживают это вещество в пласте до прекращения процесса десорбции метана из угля, после чего метан выводят через одну из скважин. Недостатком данного способа является высокая стоимость используемых реагентов и сложность отделения на поверхности метана от углекислого газа.

Техническим результатом изобретения является снижение стоимости используемых реагентов за счет использования отходов нефтеперерабатывающих производств и упрощение отделения метана от сорбирующего вещества.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения метана из угольного пласта, включающем бурение направленных скважин с поверхности, отбор свободного метана, нагнетание в пласт вещества с большей, чем у метана, сорбционной емкостью, с последующим извлечением из него метана, согласно изобретению создают замкнутую циркуляционную систему, образованную нагнетательной и добычной скважинами направленного бурения с перфорированными по длине горизонтальными стволами, фильтрационными каналами, образованными направленным радиальным гидроразрывом пласта, причем горизонтальный ствол нагнетательной скважины расположен выше горизонтального ствола добычной скважины, затем в угольный пласт закачивают широкую фракцию легких углеводородов, отбор которой с сорбированным метаном осуществляют по добычной скважине, далее по наземному трубопроводу добычной скважины на станцию сепарации для отделения метана от широкой фракции легких углеводородов, которую направляют через нагнетательную скважину в угольный пласт.

Способ характеризуется также тем, что в качестве сорбирующего вещества используют соляровый дистиллят или керосин.

Применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволит снизить стоимость используемых реагентов и упростить разделение метана и сорбирующего вещества.

Способ извлечения метана из угольного пласта поясняется чертежом, где

1 - угольный пласт;

2 - нагнетательная скважина;

3 - добычная скважина;

4 - фильтрационные каналы;

5 - наземный трубопровод добычной скважины;

6 - наземный трубопровод нагнетательной скважины;

7 - станция сепарации;

8 - насосная станция;

9 - трубопровод для добытого газа.

Большинство углей являются естественными сорбентами. Газ в угольных пластах существует как в свободном, так и в связном состояниях, которые находятся в постоянном динамическом равновесии между собой. На больших глубинах основная масса газа, содержащаяся в угле, находится в сорбированном состоянии. При медленном разрушении угля даже при высоком давлении газ остается запертым в порах угля и его энергия расходуется на процесс медленной фильтрации. Поэтому газодинамические свойства пласта зависят от степени его нарушенности. Закономерности и особенности проявления газодинамики показывают, что механизм формирования газового коллектора в угольном пласте возможен на участках геологических нарушений техногенными процессами формирования зоны разгрузки и кинетики десорбции метана.

Способ извлечения метана из угольного пласта 1 осуществляется следующим образом. Угольный пласт 1 вскрывают скважинами направленного бурения - нагнетательной 2 и добычной 3. Горизонтальные стволы скважин 2 и 3 перфорируют по длине. Направленным радиальным гидроразрывом жидкостью на основе широкой фракции легких углеводородов создают фильтрационные каналы 4 и отбирают по добычной скважине 3 свободный газ. Затем в угольный пласт 1 с помощью насосной станции 8 через наземный трубопровод 6 нагнетательной скважины подают по нагнетательной скважине 2 вещество с большей, чем у метана, сорбционной способностью - широкую фракцию легких жидких углеводородов, например соляровый дистиллят или керосин. Проходя по естественным трещинам и порам угольного пласта 1, а в основном по созданным фильтрационным каналам 4, широкая фракция легких углеводородов будет сорбировать метан из угля. При формировании газовых коллекторов на глубинах до 2000 м кинетика десорбции метана позволяет растворять в одной части широкой фракции легких углеводородов до 1000 частей метана. Десорбционные свойства обусловлены гидрофобизацией поверхности угля и способствуют разрушению химических связей молекул углерода с молекулами метана. Вещество, насыщенное метаном, вытесняют по добычной скважине 4, далее по наземному трубопроводу 5 добычной скважины подают на станцию 7 сепарации, в которой метан отделяют от широкой фракции легких углеводородов. Затем газ по трубопроводу 9 для добытого газа отправляют потребителю, широкую фракцию легких углеводородов подают в угольный пласт 1 для насыщения. По мере отработки запасов метана в угольном пласте 1 в работу включаются скважины, расположенные радиально относительно нагнетательной скважины. Для снижения стоимости добываемого газа путем снижения объемов бурения дополнительных скважин возможно использование пучка радиально направленных горизонтальных стволов из одной вертикальной нагнетательной скважины. Рекомендуется располагать горизонтальные стволы нагнетательных скважин 2 ниже горизонтальных стволов добычных скважин 3 для обеспечения наиболее эффективной фильтрации реарентов и сорбции метана.

Применение данного способа извлечения метана из угольного пласта обеспечивает следующие преимущества:

- снижение стоимости используемых реагентов за счет использования отходов нефтеперерабатывающих производств;

- упрощение отделения метана от сорбирующего вещества;

- повышение извлечения метана из угольного пласта;

- снижение техногенной нагрузки на окружающую среду за счет создания замкнутой циркуляционной системы.

1. Способ извлечения метана из угольного пласта, включающий бурение направленных скважин с поверхности, отбор свободного метана, нагнетание в пласт вещества с большей, чем у метана сорбционной емкостью, c последующим извлечением из него метана, отличающийся тем, что создают замкнутую циркуляционную систему, образованную нагнетательной и добычной скважинами направленного бурения с перфорированными по длине горизонтальными стволами, фильтрационными каналами, образованными направленным радиальным гидроразрывом пласта, причем горизонтальный ствол нагнетательной скважины расположен выше горизонтального ствола добычной скважины, затем в угольный пласт закачивают широкую фракцию легких углеводородов, отбор которой с сорбированным метаном осуществляют по добычной скважине, далее по наземному трубопроводу добычной скважины на станцию сепарации для отделения метана от широкой фракции легких углеводородов, которую направляют через нагнетательную скважину в угольный пласт.

2. Способ извлечения метана из угольного пласта по п.1, отличающийся тем, что в угольный пласт закачивают соляровый дистиллят.

3. Способ извлечения метана из угольного пласта по п.1, отличающийся тем, что в угольный пласт закачивают керосин.