Способ создания в угольном пласте техногенной залежи метана

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для воспроизводства отработанных газовых залежей с последующим получением метана из угольного пласта. Техническим результатом является повышение эффективности получения метана из угольного пласта за счет его микробиологического воспроизводства. В способе создания в угольном пласте техногенной залежи метана, включающем бурение скважин, подачу в угольный пласт бактерий, образующих метан, выдерживание до образования метана и извлечение метана, подачу бактерий осуществляют после прекращения извлечения метана в режиме самоистечения и в проработанный участок угольного пласта, полученный нагнетанием рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения с выдержкой ее в пласте с последующим оттеснением из фильтрующих пор и трещин путем закачки углекислого газа, и извлечения метана, отделенный экраном от остального массива, причем последовательно подают кислородоокисляющие и водородообразующие бактерии и выдержку осуществляют без доступа кислорода до образования промышленных концентраций метана. Причем водородообразующие бактерии подают после 90% окисления свободного кислорода в угольном пласте, а в качестве водородообразующих используют бактерии рода Clostridium. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для воспроизводства отработанных газовых залежей с последующим получением метана из угольного пласта.

Известен способ дегазации угольного пласта, включающий вскрытие угольной залежи и циклическое воздействие на нее жидкостью и хладоагентом (авторское свидетельство СССР N 1375839, 1988).

Известен также способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважин, нагнетание жидкости в угольный пласт в режиме гидрорасчленения, подачу и выдержку жидкости в пласте и ее оттеснение из трещин и пор подачей воздуха или инертного газа (авторское свидетельство СССР N 1511435, 1989).

Наиболее близким аналогом является способ создания в грунте, коренной подстилающей породе или в угольном пласте техногенной залежи метана, включающий бурение скважин, нагнетание через них в пласт воды, содержащей бактерии и вещества, обеспечивающие их жизнедеятельность, выдержку до образования метана и извлечение метана (заявка PCT N 79/00201, E 21 B 43/22, 19.04.1979).

Недостатком этих известных способов является низкая эффективность по воспроизводству метана с течением времени.

Задачей изобретения является повышение эффективности получения метана из угольного пласта за счет его микробиологического воспроизводства.

Поставленная задача решается тем, что в способе создания в угольном пласте техногенной залежи метана, включающем бурение скважин, подачу в угольный пласт бактерий, образующих метан, выдерживание до образования метана и извлечение метана, подачу бактерий осуществляют после прекращения извлечения метана в режиме самоистечения и в проработанный участок угольного пласта, полученный нагнетанием рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения с выдержкой ее в пласте с последующим оттеснением из фильтрующих пор и трещин путем закачки углекислого газа и извлечения метана, отделенный экраном от остального массива, причем последовательно подают кислородоокисляющие и водородообразующие бактерии и выдержку осуществляют без доступа кислорода до образования промышленных концентраций метана. Причем водородообразущие бактерии подают после 90% окисления свободного кислорода в угольном пласте, а в качестве водородообразующих используют бактерии рода Clostridium.

На чертеже представлен вариант схемы создания техногенной залежи метана после его отработки из угольного пласта по предложенному способу.

Схема включает угольный пласт 1, скважину 2, затампонированное затрубное пространство 3, перфорацию скважины 4, призабойную полость 5, трещину 6, экран 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Первоначально метаносодержащий угольный пласт 1 вскрывают скважиной 2. Затем последовательно тампонируют затрубное пространство 3, производят перфорацию 4 обсадной колонны (на чертеже не показана) и образуют призабойную полость 5 подачей воды. Затем осуществляют гидрорасчленение пласта 1 гидравлическим воздействием воды, закачиваемой под давлением 10-12 МПа. По мере образования трещин 6 осуществляют инициирование метана, содержащегося в угольном пласте.

Для этого в пласт 1 через скважину 2 подают углекислый газ, который замещает в угле метан и на поверхность практически впоследствии не извлекается. После завершения всех циклов инициирования производят съем метана, который постепенно выходит через скважину 2 на дневную поверхность. Через 5-10 лет дегазации угольного пласта 1 основное количество метана извлекается на поверхность и дебит скважины 2 по метану резко снижается.

После чего проработанный участок угольного пласта 1 экранируют от непроработанного массива экранами 7, а затем в него последовательно подают (совместно с продуктами, обеспечивающими жизнедеятельность) микроорганизмы, окисляющие свободный кислород, а после его окисления - водородообразующие бактерии.

При этом необходимо учитывать известный в природных системах, но до настоящего времени не использовавшийся в технике и технологиях процесс возобновления метана. Так, микробиологические исследования показали, что бактериальное восстановление метана происходит исключительно за счет восстановления углекислого газа водородом. Условия многих шахт (температура 15-20^o и pH 6,4-7,5) способствуют протеканию подобных микробиохимических процессов целенаправленного образования техногенного метана. А так как образование метана протекает в анаэробной среде, то для развития этих процессов необходимо понизить концентрацию кислорода в угольном пласте.

Таким образом, процесс микробиохимического техногенного метанообразования включает следующие стадии развития: окисление свободного кислорода специальными бактериями; микробиологическое образование водорода; образование метана в результате реакции: CO₂ + 4H₂ = CH₄ + 2H₂O (1) В результате сорбции синтезированного газа происходит образование техногенной залежи метана в угольном пласте. После приступают к его добыче через скважину 2.

Примером конкретного выполнения предложенного способа служит следующее.

После вскрытия угольного пласта 1 скважиной 2 и завершения работ по тампонированию затрубного пространства 3, перфорированию 4 обсадной колонны производят гидрорасчленение пласта 1. Давление нагнетания рабочей жидкости (воды) в пласт 1, объем и темп закачки определяют по общепринятой методики. Нагнетание воды производят насосными агрегатами 4АН-700.

После нагнетания расчетного объема рабочей жидкости скважину 2 закрывают на 2-3 месяца. Затем к скважине 2 подключают четыре компрессора КПУ-16/250, которые закачивают углекислый газ в пласт 1 с общим темпом 64 м³/мин, обеспечивающим его нагнетание под давлением 12 МПа. После закачки расчетного объема углекислого газа скважину закрывают на 10-15 суток, а затем ведут извлечение метана из пласта в режиме самоистечения.

Через 5-10 лет дегазации угольного пласта 1 основное количество метана извлекается на поверхность и дебит скважины 2 резко снижается. Тогда проработанный участок угольного пласта 1 отделяют от остального массива экраном 7 (например, инъекцией цементного раствора через скважины - на чертеже не показаны), после чего совместно с веществами, обеспечивающими жизнедеятельность, подают растворы микроорганизмов (из класса аэробов), окисляющих свободный кислород. Затем скважину 2 закрывают и выдерживают до окисления 90% кислорода. После этого в пласт 1 подают растворы микроорганизмов, образующих водород (главные продуценты водорода - хемотрофные бактерии, осуществляющие анаэробное разложение по типу брожения различных органических субстратов, например, представители рода Clostridium, см. "Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе. М.: Наука, 1979, с. 131-132" или Rhodospirillaceae - см. Заварзин Г.А. "Бактерии и состав атмосферы. М.: Наука, 1984, с. 71-72" - или цианобактерии, - там же, с. 116, 118) и вновь закрывают скважину до образования по формуле (I), в результате взаимодействия водорода с углекислым газом, техногенного метана до промышленных концентраций (например, до 10 - 15 м³/т).

В результате происходит образование техногенной залежи метана в угольном пласте 1. После чего вновь приступают к его извлечению через скважину 2.

Положительный эффект предложенного технического решения заключается в повышении эффективности получения метана из угольного пласта за счет его микробиологического воспроизводства путем взаимодействия углекислого газа с водородом.

Предлагаемое изобретение может быть использовано при осуществлении промышленной добычи метана из угольного пласта.

Формула изобретения

1. Способ создания в угольном пласте техногенной залежи метана, включающий бурение скважин, подачу в угольный пласт бактерий, образующих метан, выдерживание до образования метана и извлечение метана, отличающийся тем, что подачу бактерий осуществляют после прекращения извлечения метана в режиме самоистечения и в проработанный участок угольного пласта, полученный нагнетанием рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения с выдержкой ее в пласте с последующим оттеснением из фильтрующих пор и трещин путем закачки углекислого газа, и извлечения метана, отделенный экраном от остального массива, причем последовательно подают кислородоокисляющие и водородобразующие бактерии и выдержку осуществляют без доступа кислорода до образования промышленных концентраций метана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водородобразующие бактерии подают после 90% окисления свободного кислорода в угольном пласте.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве водородобразующих используют бактерии рода Clostridium.

РИСУНКИ

Рисунок 1