Способ извлечения газа из водоносных пластов

[32]
Способ извлечения газа из водоносных пластов. Изобретение относится к способам добычи газа, более конкретно к способам извлечения газа из газонасыщенных водоносных пластов. Способ предусматривает бурение одной или более скважин в район водоносного пласта и понижение в нем давления за счет частичной откачки воды при одновременном воздействии упругими колебаниями с изменением частоты в определенном диапазоне, сопровождаемыми периодическими импульсными воздействиями. Способ обеспечивает увеличение объемов добываемого газа и повышение эффективности его извлечения из водоносных пластов. 15 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ извлечения газа из водоносных пластов, включающий бурение одной или более скважин в район водоносного пласта и понижение в нем давления путем откачки воды, отличающийся тем, что на водоносный пласт воздействуют упругими колебаниями с изменением их частоты от 0,1 до 300 и от 300 до 0,1, сопровождая их импульсными воздействиями.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту воздействия упругими колебаниями изменяют от 1 до 80 и от 80 до 1 Гц, сопровождая импульсным воздействием через 20 - 40 мин.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что воздействие упругими колебаниями сопровождают одиночными импульсами и/или пакетами импульсов, и/или дугами упругих волн.

4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что частоту от 0,1 до 300 и от 300 до 0,1 Гц, преимущественно от 1 до 80 и от 80 до 1 Гц меняют монотонно.

5. Способ по пп. 1-4, отличающийся тем, что частоту изменяют скачкообразно через 10-50 Гц.

6. Способ по пп. 1-3 и 5, отличающийся тем, что скачкообразное изменение частоты сопровождают увеличением амплитуды колебаний.

7. Способ по пп. 1-6, отличающийся тем, что предварительно определяют характерное время протекания процесса выделения газовой фазы, динамику роста и движения газовых пузырьков или диапазон частот релаксации и воздействие ведут в диапазоне частот, соответствующем диапазону частот релаксации.

8. Способ по пп. 1-7, отличающийся тем, что воздействие упругими колебаниями осуществляют с помощью одного или нескольких источников колебаний.

9. Способ по пп. 1-8, отличающийся тем, что генерируемые разными источниками колебания не совпадают по фазе, а, по меньшей мере, два источника колебаний работают в противоположных режимах изменения частоты: один - в режиме ее повышения, а другой - в режиме понижения частоты.

10. Способ по пп. 1-9, отличающийся тем, что один источник колебаний работает в режиме непрерывного изменения частоты, а другой - в режиме скачкообразного изменения частоты.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что снижение давления в водоносном пласте ведут монотонно.

12. Способ по пп. 1 и 11, отличающийся тем, что откачку воды ведут до достижения в пласте давления ниже давления насыщения.

13. Способ по пп. 1, 11 и 12, отличающийся тем, что откачку воды ведут до снижения давления в пласте на 10 %.

14. Способ по пп. 1, 11-13, отличающийся тем, что на начальной стадии понижения давления производят наиболее интенсивное воздействие упругими колебаниями на пласт при создании наиболее высокого темпа отбора воды.

15. Способ по пп. 1-14, отличающийся тем, что воздействие упругими колебаниями на пласт осуществляют периодически.

16. Способ по пп. 1 - 15, отличающийся тем, что перед осуществлением воздействия упругими колебаниями над газонасыщенным водоносным пластом формируют, по крайней мере, одну емкость-накопитель для сбора выделяющегося газа.

[1]
Известно, что извлечение газа ведется из газовых, газоконденсатных месторождений в местах их природного образования. Месторождения эти истощаются, а на образование новых требуется геологическое время. Однако наряду с уже сформировавшимися газовыми залежами значительные запасы газа содержатся в водоносных пластах: в растворенной, диспергированной или выделенной в виде линз формах. Также часто значительные объемы газа в указанных формах содержатся в ранее разрабатываемых месторождениях, добыча газа из которых прекращена из-за поступления воды в скважины.

[2]
Известен способ добычи газа, предусматривающий его транспортировку вместе с пластовой жидкостью на поверхность с последующей его сепарацией [1]. Недостатками его являются: нерентабельность, длительность процесса извлечения, связанные с транспортировкой большого количества жидкости, неполный выход из пластов, трудности и экологические потери, обусловленные необходимостью утилизации высокоминерализованной пластовой жидкости.

[3]
Известен способ увеличения добычи природного газа из водоносного горизонта под пластовым давлением, предусматривающий его извлечение за счет понижения давления в пласте путем частичной откачки пластовой воды [2]. Этому способу присущи те же недостатки, что и предыдущему. Кроме того, он может быть использован фактически только для залежей со значительным пластовым давлением.

[4]
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи, связанной с добычей газа из газонасыщенных водоносных пластов и достижение при этом технического результата, выражающегося в увеличении объемов добычи газа и повышении эффективности извлечения его из водоносных пластов.

[5]
Достигается это следующим образом. В районе газонасыщенного водоносного пласта бурят одну или более скважин. Затем на пласт воздействуют упругими колебаниями, изменяя их частоту от 0,1 до 300 Гц и от 300 до 0,1 Гц, преимущественно от 1 до 80 и от 80 до 1 Гц. Изменение частоты производят или плавно и монотонно, или дискретно через предпочтительно 10-50 Гц. Скачкообразное изменение частоты сопровождают увеличением амплитуды колебаний. Воздействие колебаниями в режиме изменения их частоты дополняют импульсным воздействием, например, в режиме одиночных импульсов и/или пакетов импульсов, а также цугами упругих волн, следующих преимущественно через 20-40 мин.

[6]
Воздействие можно осуществлять с помощью, например, сейсмоисточников или виброисточников колебаний, размещенных на поверхности или в шахтах над водоносным пластом, или в скважинах в районе водоносного пласта. С помощью таких источников колебаний, называемых также вибромодулями, можно воздействовать на водоносный горизонт как в режимах непрерывной генерации колебаний с изменяющейся частотой, так и в импульсных режимах с чередующейся их последовательностью.

[7]
Кроме того, колебания можно генерировать с помощью вибрации колонны труб, возбуждения столба жидкости в скважине, а также другими методами и устройствами.

[8]
Для импульсных воздействий возможно также применение молотов, устанавливаемых на поверхности или в скважинах, взрывных устройств, электроразрядных, описанных, например, в патентах США №4 169 503 от 2 октября 1979 г., и №5 004 050 от 2 апреля 1991 г. (US CI. 166/65 и 166/248) или другие способы и устройства.

[9]
Во всех указанных случаях воздействий будет происходить разгазирование водоносного пласта, и выделяющийся газ будет подниматься наверх по скважинам. Упомянутые выше режимы экспериментально получены как наиболее эффективные для этой цели. Кроме того, например, импульсные воздействия, приводящие к возникновению ударных волн, способствуют не только более интенсивному выделению газа из пластов, но и приводят к растрескиванию пород, увеличению поровых каналов, проницаемости пластов.

[10]
Использование более одного источника колебаний позволяет увеличить как область воздействия по площади и глубине залегания пластов, так и еще более повысить эффективность способа. Это наиболее полно проявляется, если, по крайней мере, два источника одновременно работают в противоположных режимах изменения частоты: один в режиме ее повышения, в то время как другой - в режиме понижения, причем один преимущественно в режиме непрерывного изменения частоты, а другой - дискретного (скачкообразного). Оба источника при этом могут работать с увеличением амплитуды (интенсивности) колебаний при ее монотонном и/или дискретном изменении.

[11]
Кроме того, для повышения эффективности способа и снижения энергозатрат предварительно, например, в лабораторных условиях определяют характерное время протекания процесса, в данном случае, дегазации (или характеристическую частоту процесса). Характеристическая частота процесса, которую можно считать релаксационной частотой, зависит от многих факторов: состава и свойств флюидов, давления, температуры, коллекторских свойств пласта и т.д. Определение ее и воздействие в диапазоне ее изменения позволяет увеличить эффективность воздействия и сузить диапазон частот воздействия, снизить его интенсивность. Кроме того, эта частота может быть искусственно смещена в удобный (рентабельный) диапазон частот путем, например, нагрева формации (ее локальной зоны в которую канализируется энергия воздействия) известными методами.

[12]
Отбор воды из скважины во многих случаях не обязателен, но, тем не менее, повышает эффективность воздействия, а в условиях высоких пластовых давлений - существенно.

[13]
Снижение давления в пласте можно вести монотонно, например, путем отбора воды. С понижением давления повышается выход растворенного в водоносном пласте газа. Наиболее эффективно это происходит, когда воздействие ведут при достижении давления насыщения и дальнейшем понижении давления. Во многих случаях при волновых воздействиях для достижения требуемого результата достаточно снизить давление в пласте на 10 % по отношению к первоначальному давлению.

[14]
Наиболее интенсивно воздействие ведут на начальной стадии понижения давления, при этом задают наиболее высокий темп отбора воды. Это приводит к стремительному разгазированию пласта, созданию в нем газовой шапки и оттеснению воды от газодобывающих скважин.

[15]
Воздействие на водоносный пласт целесообразно вести периодически, что продиктовано снижением затрат на реализацию способа. Периодичность воздействия зависит от многих факторов и может, например, определяться степенью и скоростью отбора газа.

[16]
Прирост газового фактора в результате воздействия сопровождается иомонониями перепада давления (часто - резкими колебаниями перепада) и неравномерностью его выхода из пласта. Также вместе с газом часто захватывается и пластовая жидкость.

[17]
Для повышения эффективности и надежности способа, обеспечения стабильности отбора газа, предотвращения попадания воды в газодобывающие скважины, хранения добытого газа и т.д. над газонасыщенным водоносным пластом известными методами создают емкость-накопитель. Это могут быть взрывные работы, оттаивание многолетнемерзлых пород, вымывание каверн в соляных отложениях, глинах. Возможно…