Получение биогенного топливного газа в геологических углеводородных залежах - RU2550637C2

Чертежи

Описание

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Для данной заявки испрашивается приоритет по одновременно находящейся на рассмотрении патентной заявке США №12/639483, поданный 16 декабря 2009. Содержание указанной выше заявки во всей его полноте включено в данное описание посредством данной ссылки.

Данная заявка является родственной заявке США №12/129441, поданный 29 мая 2008 и являющейся продолжением по отношению к заявке США №11/343 429, поданный 30 января 2006, являющейся частичным продолжением международной заявки PCT/US 2005/015259 с датой подачи международной заявки 3 мая 2005. Содержание указанных выше заявок во всей их полноте включено в данное описание посредством данной ссылки.

Уровень техники

Присутствие пластовой воды в подземных геологических формациях нефти, угля и других углеродистых материалов при добыче сырья из таких формаций обычно рассматривается как препятствие. Например, при разработке месторождений угля для того, чтобы сделать уголь доступным для горно-шахтного оборудования, часто приходится откачивать пластовую воду из формации в удаленные водоемы. Точно так же пластовая вода должна быть отделена от извлекаемой из подземной залежи сырой нефти и обычно подвергнута утилизации под землей. Извлечение, разделение и утилизация пластовой воды увеличивают стоимость процессов добычи и производят побочные продукты, рассматриваемые как малоценные.

Дальнейшие исследования, однако, показали, что даже извлеченная пластовая вода может поддерживать жизнедеятельность сообществ, присутствующих в пластах микроорганизмов. Наличие этих микроорганизмов в среде пласта было известно из внедренных ранее способов извлечения, таких как микробиологический метод повышения нефтеотдачи пластов (MEOR), при котором микроорганизмы естественным образом вырабатывают поверхностно-активные вещества, такие как гликолипиды, которые помогают извлечению нефти, защемленной в пористых субстратах. Однако в целом в применениях MEOR предполагалось, что микроорганизмы концентрируются в пограничном слое между нефтяной и водной фазами. Считалось, что в своем объеме пластовая вода является относительно незаселенной вследствие недостаточного количества в ней необходимых для микроорганизмов питательных веществ. Более свежие исследования показали, что на самом деле в объеме пластовой воды существуют устойчивые популяции микроорганизмов и могут даже остаться в живых после экстракции из геологической формации при надлежащих условиях.

Открытие активных популяций микроорганизмов в объемах пластовой воды произошло в то время, когда была предположена возможность новых применений для этих микроорганизмов. В течение многих лет топливодобывающие компании наблюдали свидетельства того, что такие материалы, как метан, по-видимому, образуются в пластах биогенным способом в результате деятельности микроорганизмов, метаболизирующих углеродсодержащие субстраты. До недавнего времени эти наблюдения представляли лишь академический интерес, поскольку усилия по промышленной добыче главным образом сосредотачивались на добыче угля, нефти и другого ископаемого топлива. Однако, поскольку легкодоступные запасы природного газа и нефти продолжают истощаться и увеличивается заинтересованность в использовании более экологически безопасных видов топлива, таких как водород и метан, биогенные способы добычи этих топлив начинают привлекать возрастающее внимание.

К сожалению, методы и инфраструктура, которые были развиты за прошедшее столетие в области выработки энергии (например, бурение на нефть и газ, разработка месторождений угля и т.д.), могут не оказаться легко приспосабливаемыми для выработки биогенного топлива в промышленных масштабах. Обычные способы и системы для извлечения пластовой воды из подземных формаций сосредоточены на том, чтобы выводить воду быстро и с наименьшими затратами. Это особенного наглядно в случае добычи метана угольных пластов (СВМ). Способам извлечения воды, сохраняющим живущие в воде микроорганизмы или сберегающим водные ресурсы, значительного внимания не уделялось. Столь же небольшим было развитие способов и систем, предполагающих использование микробиологически активной пластовой воды для увеличения биогенной выработки водорода, метана и других продуктов метаболического расщепления углеродсодержащих пород микроорганизмами. Таким образом, существует потребность в новых способах и системах извлечения, очистки и транспортировки пластовой воды внутри, между и/или с возвратом в геологические формации таким образом, чтобы микробная активность в воде могла быть сохранена и даже увеличена.

Также необходимы новые технологии стимулирования микроорганизмов для выработки большего количества биогенных газов. Природные сообщества потребляющих углеводороды микроорганизмов обычно включают множество различных видов, которые могут задействовать много различных метаболических путей. Если изменить окружающую сообщество среду правильным образом, то может оказаться возможным такое изменение относительной численности различных членов такого сообщества, которое содействовало бы большей выработке горючих газов. Может также оказаться возможным воздействие на предпочтительные метаболические пути членов сообщества так, чтобы поощрять образование в качестве конечных продуктов их метаболизма горючих газов. Таким образом, имеется также потребность в способах, которые могли бы изменять окружающую среду в пласте с тем, чтобы стимулировать сообщество микроорганизмов для выработки больших количеств горючих биогенных газов.

Краткое описание существа изобретения

Описываются способы, применимые для водосодержащих жидкостей, таких как пластовая вода, протекающих через углеродсодержащие материалы в анаэробных геологических формациях. Протекающая жидкость может обеспечивать функции, аналогичные кровеносной системе в живом организме, доставляя питательные вещества и удаляя отходы жизнедеятельности микроорганизмов, находящихся во взаимодействии с движущейся жидкостью. Движущаяся жидкость может также выступать в качестве механизма переноса, который распространяет микроорганизмы к новым областям углеродсодержащего материала, что может увеличить как темпы прироста популяции, так и выработку биогенного газа. Эти способы могут включать выполняемые на регулярной или полурегулярной основе действия по индуцированию потока жидкости в анаэробном пласте для поддержания или увеличения темпов выработки биогенного газа. Жидкость для этих действий по созданию жидкостного потока может обеспечиваться жидкостью, вводимой в пласт из внешнего источника, или же жидкость может уже присутствовать в формации (например, пластовая вода).

Воплощения данного изобретения включают способы увеличения выработки биогенного газа в анаэробной геологической формации, содержащей углеродсодержащий материал. Такие способы могут включать этап обеспечения доступа к анаэробной формации. Они могут также включать увеличение скоростей выработки биогенных газов в анаэробной формации и движения пластовой воды внутри анаэробной формации после увеличения выработки биогенных газов.

Воплощения изобретения также включают способы перераспределения пластовой воды в анаэробной геологической формации, содержащей углеродсодержащий материал. Такие способы могут включать этап размещения коллектора пластовой воды в пределах анаэробной формации. Способы могут, кроме того, включать создание по меньшей мере одного канала между коллектором пластовой воды и по меньшей мере одним участком углеродсодержащего материала, а также транспортировку пластовой воды из коллектора к углеродсодержащему материалу по такому каналу.

Воплощения изобретения, кроме того, включают способы аккумулирования биогенного газа в анаэробной геологической формации для увеличения добычи биогенного газа. Способы могут включать этап удерживания аккумулируемого биогенного газа в анаэробной формации для увеличения давления газа в по меньшей мере части анаэробной формации. Способы могут также включать продвижение пластовой воды через углеродсодержащий материал в анаэробной формации в ответ на увеличение давления газа. Поток пластовой воды через углеродсодержащий материал может, кроме того, увеличивать скорость выработки биогенного газа в анаэробной формации.

Дополнительные воплощения и признаки частично сформулированы в следующем далее описании, а частично будут очевидны специалистам в данной области из изучения описания или практики применения данного изобретения. Признаки и преимущества данного изобретения могут быть реализованы и достигнуты с помощью средств, комбинаций и способов, представленных в описании.

Краткое описание чертежей

Дальнейшее понимание существа и преимуществ настоящего изобретения может быть получено при обращении к остальным частям данного описания и чертежам, на которых для одних и тех же компонентов на разных чертежах используются одни и те же номера позиций. В некоторых случаях номера позиций снабжены подпунктами, которые представлены в виде следующих за дефисом, для того чтобы обозначать один из ряда подобных компонентов. Когда делается обращение к номеру позиции без уточнения имеющегося подпункта, это означает, что обращаются в этом случае ко всему множеству подобных компонентов.

Фиг. 1А-В представляют блок-схемы с отдельными этапами способов увеличения выработки биогенного газа согласно воплощениям изобретения;

Фиг.2 показывает блок-схему с отдельными этапами способов перераспределения пластовой воды согласно воплощениям изобретения в анаэробных геологических формациях;

Фиг.3А и В показывают упрощенные поперечные сечения геологических формаций, содержащих коллекторы пластовой воды согласно воплощениям изобретения; и

Фиг.4 представляет блок-схему с отдельными этапами способов накопления биогенного газа в анаэробной геологической формации для увеличения выработки биогенного газа согласно воплощениям изобретения.

Подробное описание существа изобретения

Существует все больше доказательств того, что циркуляция воды в анаэробной геологической формации увеличивает скорость выработки биогенного газа в пласте. В то время как сама вода может не являться питательным веществом или активирующим агентом для продуцирующих газ микроорганизмов, свойства движущейся воды как транспортной среды для питательных веществ, активирующих агентов и других соединений, а также как транспортной среды для распространения микроорганизмов играют важную роль в увеличении выработки биогенного газа. Движущаяся вода может также помогать в выносе и разбавлении отходов жизнедеятельности и других соединений, способных оказывать ингибирующее действие на рост и скорость обмена веществ микроорганизмов.

Источник движущейся воды может быть внешним по отношению к анаэробному пласту, или же может быть найден внутри пласта. Внешние по отношению к пласту источники могут включать очищенную воду, загружаемую в пласт, и пластовые воды, подаваемые из одной или более отдельных геологических формаций. Источники в пределах пласта могут включать коллекторы пластовой воды в анаэробном пласте, которые имеют ограниченный контакт или не имеют никакого контакта с углеродсодержащим материалом, способным обеспечить питательный субстрат для метаногенных микроорганизмов.

Далее с обращением к Фиг.1А демонстрируются отдельные этапы способов 100 увеличения выработки биогенного газа согласно воплощениям данного изобретения. Способы 100 могут включать этап обеспечения доступа к углеродсодержащему материалу 102 в анаэробной геологической формации. Углеродсодержащий материал может включать среди прочих углеродсодержащих материалов битуминозный уголь, суббитуминозный уголь, антрацит, нефть, углистый сланец, битуминозный сланец, битуминозные песчаники, гудрон, лигнит, кероген, битум и торф. Анаэробная геологическая формация, которая содержит углеродсодержащий материал, может быть заранее исследованной формацией, такой как, среди прочих формаций, месторождение угля, месторождение нефти, залежь природного газа или залежь углистого сланца. Во многих случаях доступ к формации может быть получен через ранее разработанные или пробуренные точки доступа, используемые для добычи углеродсодержащего материала. В случае не разведанных ранее пластов обеспечение доступа может включать выполнение открытых разработок или бурение через поверхностный слой для получения доступа к подстилающему участку, содержащему углеродсодержащий материал.

Геологическая формация может быть подземным анаэробным пластом. Поскольку окружающая погребенные формации среда обычно содержит меньше свободного атмосферного кислорода (например, O₂), чем обнаруживается в тропосферном воздухе, условия в пласте могут быть описаны как анаэробные. Такие анаэробные условия окружающей среды в пласте могут поддерживать микроорганизмы, которые способны жить и расти в атмосфере, содержащей меньше свободного кислорода, чем тропосферный воздух (например, менее около 18 мол.% свободного кислорода). В некоторых случаях микроорганизмы могут функционировать в атмосфере с малым содержанием кислорода, где концентрация O₂ составляет менее около 10 мол.%, или менее около 5 мол.%, или менее около 2 мол.%, или менее около 0,5 мол.%.

После получения доступа к анаэробному пласту могут быть предприняты действия для увеличения выработки биогенных газов 104 в пласте. Эти действия могут включать введение в пласт химических улучшающих добавок или питательных элементов, таких как, среди прочих, соединения, содержащие ацетаты, соединения, содержащие фосфор, экстракт дрожжей, соединения, содержащие водород (например, H₂), и комбинации различных соединений. Эти действия могут также включать введение в пласт сообщества микроорганизмов, таких как сообщество, способное к анаэробному продуцированию биогенного газа (например, к метаногенезу). Эти действия могут, кроме того, включать введение в анаэробный пласт воды.

После выполнения действий по увеличению интенсивности биогенной активности может быть измерена скорость выработки биогенного газа с целью определения, было ли такое действие по увеличению темпов выработки успешным. Например, могут в периодическом режиме (например, ежедневно, еженедельно, ежемесячно и т.д.) замеряться темпы добычи природного газа (например, метана и/или других легких углеводородов) в имеющем доступ к пласту устье скважины. Показателем успешных действий по увеличению выработки биогенного газа является значительное увеличение темпов добычи после упомянутых действий.

После увеличения скорости выработки биогенного газа пластовая вода может быть приведена в движение внутри пласта 106. Движущаяся пластовая вода может поддерживать или дополнительно увеличивать скорость выработки биогенного газа в пласте. Пластовая вода поступает из внешнего по отношению к пласту источника, или же она может поступать из коллектора внутри пласта. Источники пластовой воды вне пласта могут включать пластовую воду, обеспечиваемую от одного или более отдельных пластов (например, транспортировкой между пластами), и/или пластовую воду, извлекаемую и восполняемую из одного и того же пласта (например, внутрипластовой циркуляцией).

Пластовая вода может быть анаэробной пластовой водой. «Анаэробная» пластовая вода отличается наличием небольшого количества или полным отсутствием растворенного кислорода, в целом не превышающим 4 мг/л, предпочтительно менее 2 мг/л, наиболее предпочтительно менее 0,1 мг/л в условиях измерений при 20°С и барометрическом давлении 760 мм рт.ст. В ходе применения настоящего изобретения без заметного ухудшения производительности микроорганизмов могут допускаться более высокие уровни растворенного кислорода, превышающие 4 мг/л, в течение ограниченных периодов времени или в определенных локализациях, таких как поверхностный слой в накопительном или отстойном резервуаре. Концентрация растворенного кислорода может быть измерена известными способами, такими как с помощью предлагаемых на рынке кислородных электродов или известной реакцией Винклера.

Пластовая вода также может быть подвергнута проверке и/или очистке с целью дополнительного увеличения выработки биогенного газа. Например, пластовая вода может быть подвергнута исследованиям для оценки, среди прочих, таких свойств, как уровни содержания питательных веществ для микроорганизмов, рН, соленость, окислительный потенциал (Eh) и концентрация ионов металлов. Для корректировки несбалансированности, дефицита или избытка по одному или нескольким таким свойствам могут вноситься необходимые улучшающие добавки. Также могут вноситься такие улучшающие добавки, которые являются самопроизвольным следствием выполнения испытаний. Очистка пластовой воды может также включать фильтрование и/или обработку с целью снижения концентрации одной или нескольких химических и/или биологических субстанций в пластовой воде.

Фиг.1B показывает отдельные этапы способов 150 увеличения выработки биогенного газа согласно воплощениям изобретения. Способы 150 могут включать этапы обеспечения доступа к углеродсодержащему материалу 152 в анаэробной геологической формации и прохождения пластовой воды через пласт 154. Протекание пластовой воды может включать циркуляцию пластовой воды между коллектором в анаэробном пласте и углеродсодержащим материалом, который также находится в пласте. Циркуляция пластовой воды может включать непрерывное или почти непрерывное перемещение воды между коллектором и углеродсодержащим материалом. В качестве варианта может быть обеспечена циркуляция пластовой воды между коллектором и углеродсодержащим материалом в прерывистом режиме (например, через определенные периоды времени). Например, одна порция воды из коллектора может быть перемещена к углеродсодержащему материалу в течение короткого промежутка времени, который сопровождается более длительным периодом, в течение которого пластовая вода остается в контакте с материалом перед ее возвращением в коллектор. В конце более длительного периода времени пластовая вода может быть повторно направлена к углеродсодержащему материалу.

При своем протекании по и/или через углеродсодержащий материал пластовая вода переносит микроорганизмы, химические улучшающие добавки, питательные вещества и другие материалы через большой объем углеродсодержащего материала. Это увеличивает поверхность соприкосновения (например, площадь поверхности) между углеродсодержащим материалом и мигрирующими микроорганизмами 156. Поскольку микроорганизмы подвергаются воздействию большего количества питательных веществ и активаторов при меньшей скученности с другими микроорганизмами, скорость продуцирования биогенных газов может начать увеличиваться 158. Увеличению выработки биогенного газа может также содействовать удаление продуктов жизнедеятельности и других ингибирующих веществ из среды обитания микроорганизмов. Когда пластовая вода циркулирует через углеродсодержащий материал на регулярной или непрерывной основе, способность циркулирующей воды обеспечивать снабжение питательными веществами, распространять микроорганизмы и удалять отходы может дополнительно увеличивать скорость выработки биогенного газа в пласте.

Фиг.2 показывает отдельные этапы способов 200 перераспределения пластовой воды согласно воплощениям изобретения в анаэробных геологических формациях. Как отмечалось выше, одним источником пластовой воды является коллектор внутри анаэробного пласта. Способы 200 включают этап размещения пластовой воды в таком коллекторе в геологической формации 202. Как далее описано с обращением к Фиг. 3A и 3B, коллектор может быть размещен выше или ниже углеродсодержащего материала в пласте. В качестве варианта коллектор может пересекать углеродсодержащий материал по длине так, чтобы мог существовать верхний участок коллектора выше углеродсодержащего материала и/или более низкий участок коллектора ниже углеродсодержащего материала.

Коллектор пластовой воды может иметь небольшой или никакого межфазового контакта с целевым углеродсодержащим материалом в пласте, что может обеспечивать положительный результат применения потока пластовой воды для увеличения биогенной выработки метана. Способы 200 включают этап обеспечения одного или более каналов между коллектором и углеродсодержащим материалом 204. Канал может быть создан с помощью бурового оборудования, которое пробуривает канал через барьер в формации (например, коренную породу), который препятствует контакту или потоку пластовой воды между коллектором и углеродсодержащим материалом. В качестве варианта барьер может быть разрушен механическим воздействием или посредством взрыва для образования отверстия или трещины, выступающих в качестве канала. Канал может функционировать как трубопровод для транспортировки пластовой воды от коллектора до углеродсодержащего материала 206.

На необязательном этапе частично или полностью опустошенный коллектор может быть снова наполнен посредством подачи в коллектор 208 добавочной воды. Добавленная в коллектор вода может поддерживать транспортировку пластовой воды по и/или через углеродсодержащий материал. Добавленная вода может также дополнительно распространять микроорганизмы, питательные вещества и другие материалы по большему объему углеродсодержащего материала, также обеспечивая возможность дальнейшего проникновения этих материалов в трещины, кливажи и микроканалы углеродсодержащего материала. Эта вода может быть пластовой водой, которая транспортируется из другой части той же самой геологической формации (то есть внутрипластовой транспортировкой) или из другой формации (то есть межпластовой транспортировкой). Вода может также поставляться извне геологической формации, например, из поверхностного водоисточника.

Также предусматриваются способы повторного наполнения каналов в пласте водой. В некоторых случаях каналы находятся в гидравлическом сообщении с коллектором пластовой воды. В других случаях каналы не связаны с коллектором и могут быть образованы (например, пробурены) непосредственно в углеродсодержащем материале в формации. Примеры таких каналов могут, кроме того, включать стволы скважин, которые до этого использовались для добычи из пласта природного газа или другого углеродсодержащего материала. Используемая для наполнения этих каналов вода может быть пластовой водой или водой из другого источника.

Когда коллектор расположен выше углеродсодержащего материала, как показано далее на Фиг.3A, могут быть образованы один или несколько каналов с тем, чтобы дать возможность силе гравитации перемещать пластовую воду из коллектора к нижележащему углеродсодержащему материалу. Можно сказать, что в этом примере коллектор перфорируется, чтобы дать возможность пластовой воде водопадом стекать (или проливаться) на углеродсодержащий материал. Такой пример может также включать транспортировку пластовой воды обратно в коллектор с помощью механического насоса или других перекачивающих устройств так, чтобы вода могла рециркулировать к углеродсодержащему материалу через один или несколько каналов.

В другом примере коллектор может быть расположен ниже углеродсодержащего материала, как представлено далее на Фиг.3B. Канал может быть образован бурением через углеродсодержащий материал и барьер между материалом и нижележащим коллектором. С помощью бурения может быть получен один или несколько каналов в барьере, позволяющих пластовой воде перемещаться по каналу и вступать в контакт с углеродсодержащим материалом. Например, может быть создан ряд каналов, и по меньшей мере один канал или отверстие могут соединяться с источником давления, которое может принуждать пластовую воду перемещаться по другим каналам к углеродсодержащему материалу. В качестве варианта один или более каналов может быть оснащен механическим насосом, предназначенным для транспортировки воды против силы гравитации от коллектора до лежащего выше углеродсодержащего материала.

Если над углеродсодержащим материалом имеется объем свободного пространства, к нижележащему коллектору может быть приложено достаточное избыточное давление для того, чтобы поднимать пластовую воду выше углеродсодержащего материала перед ее разливом по верхней поверхности углеродсодержащего материала. Затем пластовой воде предоставляется возможность возврата вниз в коллектор перед тем, как быть вновь закачанной поверх углеродсодержащего материала.

Способы 200 обеспечивают источник и циркуляцию пластовой воды изнутри пласта, что может иметь преимущества перед снабжением водой из внешних по отношению к пласту источников. В этом случае требуется значительно меньше энергии на транспортировку пластовой воды из коллектора к углеродсодержащему материалу по сравнению с подачей воды извне пласта. Перед достижением пласта внешняя вода может перекачиваться и/или перевозиться на значительные расстояния (например, от десятков до сотен миль) при значительных затратах энергии. Кроме того, подземный коллектор обеспечивает естественное водохранилище для пластовой воды, воспроизведение которого на поверхности может оказаться трудной и дорогостоящей задачей. Например, все более и более строгие требования природоохранного законодательства препятствуют созданию бассейнов для накопления воды или коллекторов на поверхности земли, особенно если такая вода загрязнена углеводородами.

На Фиг.3A в упрощенном виде представлено поперечное сечение участка геологической формации 300, на котором показан коллектор 304 с пластовой водой, размещающийся выше залежи углеродсодержащего материала 308. Относительное расположение коллектора 304 и углеродсодержащего материала 308 делает возможным падение пластовой воды под действием силы гравитации, когда в слое 306, который отделяет коллектор от углеродсодержащего материала, образованы один или несколько каналов. На Фиг.3A показан образованный в слое 306 канал 312b, который обеспечивает путь прохождения пластовой воды из коллектора 304 к углеродсодержащему материалу 308.

Канал 312b может быть получен бурением через слой 306 до достижения поверхности или массива углеродсодержащего материала 308. Такое бурение может осуществляться в виде дальнейшего продолжения ствола скважины 310, который также имеет первый участок канала 312а, продолжающийся от земной поверхности геологической формации до верхней части коллектора 304 пласта.

В показанном на Фиг.3A воплощении представлен единственный канал 312b между коллектором 304 и углеродсодержащим материалом 308. Воплощения могут также включать множество образованных между коллектором 304 и углеродсодержащим материалом 308 каналов (не показаны). Можно сказать, что множество каналов перфорирует коллектор 304 для обеспечения вызываемого силой тяготения падения пластовой воды на углеродсодержащий материал 308.

Фиг.3B в упрощенном виде показывает другое поперечное сечение участка геологической формации 350, содержащей коллектор 360 пластовой воды ниже слоя углеродсодержащего материала 356. Коллектор 360 и углеродсодержащий материал 356 разделены слоем 358, который препятствует контакту нижележащей пластовой воды с располагающимся выше углеродсодержащим материалом. Углеродсодержащий материал 356 погребен под слоем 352, верхняя поверхность которого является земной поверхностью формации 350. Один участок слоя 352 находится в прямом контакте с нижележащим углеродсодержащим материалом 356, в то время как другой участок отделен от углеродсодержащего материала карманом 354.

Показанное на Фиг.3B воплощение имеет два канала 362 и 364, образованных через несколько слоев формации 350, включающей слой углеродсодержащего материала 356 и слой 358, который отделяет коллектор 360 от углеродсодержащего материала. Эти каналы могут использоваться для транспортировки пластовой воды из коллектора 360 к углеродсодержащему материалу 356. Например, в канале 362 с помощью газа или жидкости может нагнетаться давление для создания повышенного давления в находящейся в коллекторе 360 пластовой воде. Это может заставить порцию пластовой воды выталкиваться вверх через канал 366 по меньшей мере до вступления в контакт с углеродсодержащим материалом 356. В некоторых воплощениях пластовая вода может выталкиваться выше верхней поверхности углеродсодержащего материала 356 и начать заполнять карман 354. При перетекании пластовой воды через верхнюю поверхность углеродсодержащего материала 356 она может проникать и просачиваться вниз в материал под действием силы гравитации.

Верхний конец канала 364 может включать узел 366, предназначенный для облегчения транспортировки пластовой воды из коллектора 360 к углеродсодержащему материалу 356. Узел 366 может быть насосом или другим устройством, обеспечивающим создание отрицательного градиента давления вверх по каналу 364, который способствует поднятию пластовой воды по каналу. В качестве варианта узел 366 может быть заглушкой или другим устройством, предназначенным для прекращения потока жидкости из формации 350. Такая заглушка может создать положительный градиент давления по каналу 364, который заставляет пластовую воду из канала радиально растекаться по материалу вмещающей породы, включающей углеродсодержащий материал 356.

Далее с обращение к Фиг.4 описываются способы 400 аккумулирования биогенного газа в анаэробной геологической формации с целью увеличения выработки биогенного газа согласно воплощениям изобретения. Способы 400 могут включать этап удержания накапливающихся биогенных газов в геологической формации 402. Эти аккумулируемые газы могут вырабатываться природными микроорганизмами в формации без помощи и/или со стимулирующими действиями, запускающими или увеличивающими скорость выработки биогенного газа в пласте. Накапливающийся биогенный газ может сам по себе оказывать стимулирующее воздействие на скорость выработки биогенного газа. Например, вырабатываемые посредством метаногенеза газы, такие как метан и водород, могут изменять состав композиции газов в пласте в сторону более анаэробного, что может способствовать большей активности анаэробных микроорганизмов, такой как метаногенез.

Удерживаемые в пласте накапливающиеся биогенные газы также могут увеличивать общее давление газов в подземной формации. Повышенное газовое давление может, в свою очередь, способствовать продвижению пластовой воды через углеродсодержащий материал 404. Движение пластовой воды через углеродсодержащий материал может оказывать стимулирующее воздействие на выработку биогенного газа (например, метаногенез), что может дополнительно увеличивать скорость продуцирования биогенного газа. Как отмечено выше, движущаяся пластовая вода может переносить микроорганизмы, питательные вещества, химические добавки и другие материалы по более широкому массиву углеродсодержащих материалов. Распространение микроорганизмов может увеличивать контакт между микроорганизмами и углеродсодержащим материалом, что может увеличивать их темпы роста и/или скорость выработки биогенного газа. Движущаяся и/или циркулирующая пластовая вода может также облегчить удаление продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, токсинов и ингибиторов метаногенеза из среды обитания микроорганизмов.

Способность повышенного газового давления продвигать пластовую воду через углеродсодержащий материал может зависеть от природы углеродсодержащего материала, а также от состава пласта. Когда углеродсодержащий материал является относительно пористым твердым веществом (например, бурым углем), пластовая вода может легче проникать в материал. Когда углеродсодержащий материал является более твердым (например, антрацитом), проникновение пластовой воды через такой материал может быть более трудным, но, тем не менее, могут обнаруживаться трещины, щели, кливажи и т.п., через которые она может проходить по материалу. В некоторых случаях углеродсодержащий материал может оказаться настолько твердым и не имеющим пор, что пластовая вода сможет лишь обтекать выступающие поверхности материала. Для целей настоящей заявки продвижение пластовой воды через углеродсодержащий материал может включать проникновение через пористый материал, проталкивание воды в трещины, щели, кливажи и т.п. в материале и обтекание или растекание воды по выступающей поверхности материала. Кроме того, продвижение пластовой воды через углеродсодержащий материал не требует, чтобы вода полностью проталкивалась через материал. Продвижение пластовой воды в материал или распространение ее по поверхности материала могут также рассматриваться в качестве примеров движения пластовой воды через материал.

В некоторых воплощениях способов 400 по меньшей мере одна порция биогенных газов может быть извлечена из пласта 406 после периода удержания. Например, эти газы могут извлекаться в устье скважины, соединенном по текучей среде с трубопроводом природного газа. Извлечение биогенных газов может вызвать изменения (например, уменьшение) давления газов в пласте. Уменьшение давления газов в пласте может быть достаточно большим для того, чтобы привести к изменениям потока пластовой воды через углеродсодержащий материал 408. В некоторых случаях уменьшение давления может полностью изменить направление потока пластовой воды.

После извлечения биогенных газов из пласта может быть обеспечена возможность нового накопления биогенного газа в пласте. Удерживаемые в пласте накапливающиеся газы могут привести к тому, что давление газов в пласте вновь изменится (например, увеличится). Газы могут удерживаться до тех пор, пока давление газов не достигает порогового значения, возвращающего к давлению в пласте до предыдущего выпуска биогенных газов. Увеличение газового давления может вновь изменить поток пластовой воды и в некоторых случаях может полностью изменить направление потока обратно к первоначальному направлению, которое присутствовало до момента извлечения биогенных газов. В некоторых воплощениях извлечение и повторное накопление биогенных газов могут выполняться много раз. В результате могут происходить неоднократные изменения газового давления в пласте, следствием которых могут стать соответствующие изменения направления и/или скорости потока пластовой воды через углеродсодержащий материал. В некоторых случаях извлечение и повторное накопление биогенных газов могут привести к циклическим и, возможно, непрерывным изменениям потока пластовой воды, создающим циркуляцию воды в углеродсодержащем материале, которая может увеличить выработку биогенного газа.

Специалистам в данной области понятно, что на основе нескольких описанных воплощений, не отступая от духа изобретения, могут быть применены различные модификации, эквиваленты и варианты конструкций. Кроме того, многие известные способы и элементы не были упомянуты в описании для того, чтобы избежать излишнего загромождения изобретения. Соответственно, вышеупомянутое описание не должно восприниматься как ограничивающее объем изобретения.

В случаях, когда обеспечивается некоторый диапазон величин, следует понимать, что каждая промежуточная величина между верхней и нижней границами такого диапазона также раскрывается определенным образом с точностью до десятой доли величины нижнего предела, если контекст явно не подразумевает иного. Каждый более узкий диапазон между любой установленной величиной или промежуточной величиной в установленном диапазоне и любой другой установленной или промежуточной величиной в таком установленном диапазоне также является охватываемым изобретением. Верхние и нижние пределы этих более узких диапазонов могут быть независимо включены или исключены из такого диапазона, и каждый диапазон, в котором любая, ни одна или обе предельные величины являются включенными в меньшие диапазоны, также охватывается изобретением, за исключением каких-либо специально исключенных предельных величин в установленном диапазоне. Когда установленный диапазон включает один или оба из этих пределов, диапазоны, исключающие любой или оба из этих включенных пределов, также включаются.

Для целей настоящего изобретения и в прилагаемых пунктах формулы изобретения единственное число включает также и указание на множественное число, если из контекста явным образом не следует иное. Таким образом, например, ссылка на «способ» включает и множество таких способов, а ссылка на «скважину» включает и ссылку на одну или более скважин или их эквивалентов, известных специалистам в данной области, и т.д.

Кроме того, слова «содержат», «содержащий», «включают», «включающий» и «включает» при их применении в данном описании и в следующей далее формуле изобретения предназначаются для определения наличия установленных признаков, единых целых, компонентов или этапов, но они не исключают наличие или добавление одного или более других признаков, единых целых, компонентов, этапов, действий или групп.

Реферат

Группа изобретений относится к выработке и аккумулированию биогенного газа в анаэробной геологической формации, содержащей углеродсодержащий материал. Технический результат - повышение эффективности добычи биогенного газа. По способу увеличения выработки биогенного газа в анаэробной геологической формации с углеродсодержащим материалом обеспечивают доступ к данной анаэробной формации. Увеличивают скорость выработки биогенных газов в данной анаэробной формации, например, путем удерживания накапливаемых биогенных газов и удерживания их в анаэробной формации. Обеспечивают протекание пластовой воды внутри анаэробной формации после увеличения выработки биогенных газов. Протекание пластовой воды включает циркуляцию пластовой воды между коллектором в анаэробной формации и углеродсодержащим материалом и обратно в коллектор. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула