Способ добычи природного газа из гидратов углеводородов при одновременном сохранении углекислого газа в толще пород



Способ добычи природного газа из гидратов углеводородов при одновременном сохранении углекислого газа в толще пород
Способ добычи природного газа из гидратов углеводородов при одновременном сохранении углекислого газа в толще пород
Способ добычи природного газа из гидратов углеводородов при одновременном сохранении углекислого газа в толще пород

 


Владельцы патента RU 2498057:

ЛЕЙБНИЦ-ИНСТИТУТ ФЮР МЕРЕСВИССЕНШАФТЕН (DE)

Изобретение относится к методу добычи метана, накапливаемого в виде газовых гидратов, с одновременным накоплением углекислого газа в геологическом подстилающем грунте. Обеспечивает создание метода извлечения метана из газовых гидратов при темпах добычи, превышающих ранее возможные, при одновременном накоплении углекислого газа в геологических формациях. Сущность изобретения: способ включает следующие этапы: подают углекислый газ в залежи гидратов метана; обеспечивают действие углекислого газа на гидрат метана при выделении метана и накоплении углекислого газа в виде гидратов углекислого газа; удаляют выделяемый метан. При этом углекислый газ подают в виде углекислого газа в сверхкритическом состоянии, находящегося под давлением более 7,4 МПа и хранимого при температуре более 31,48°С. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Данное изобретение относится к методу добычи метана, накапливаемого в виде газовых гидратов, с одновременным накоплением углекислого газа (CO2) в геологическом подстилающем грунте

На морском дне накапливаются огромные объемы природного газа в виде твердого «ледяного» гидрата метана. Данные природные месторождения могут содержать больше запасов энергии и углерода (примерно 3000 Гт С), чем все традиционные месторождения угля, нефти и газа на нашей планете. Таким образом, газовые гидраты играют важную роль в качестве источника природного газа будущего. Наличие запасов гидратов метана было подтверждены почти на всех континентальных шельфах на глубине ниже отметки примерно 400 м. Они стабильны только при высоких давлениях и низких температурах и образуются там, где в осадочные отложения заложено достаточное количество органического углерода, при этом условия давления и температуры допускают связывание метана в гидратах метана. Многие прибрежные государства обладают большими национальными месторождениями (например, Китай, Индия, Япония, Южная Корея, Бразилия, Чили, США, Канада, Норвегия, Россия). Более того, гидраты метана были обнаружены в почве под толщей отложений многолетнемерзлых пород. Данные гидратные отложения известны в основном по Сибири, Канаде и Аляске.

На Фиг.1 представлена диаграмма фазового равновесия метана в морской воде, Гидраты метана стабильны только при высоких давлениях и низких температурах. Граница фаз между гидратом и газом применима для чистого гидрата метана с типом решетки I и морской воды с содержанием солей 35% по весу.

Границы фаз применимы для чистого гидрата метана с типом решетки I. Гидраты метана существуют с различными типами решетки. Тип I является наиболее распространенным и наиболее широко представленным вариантом.

На Фиг.2 представлен кластер гидрата метана с типом решетки I; в данном типе присутствует в среднем одни молекула на 5,7 молекул воды. Молекулы метана представлены большими сферами, тогда как маленькие сферы, соединенные черными линиями, представляют решетку гидрата, состоящую из молекул воды.

В настоящее время, месторождения гидратов метана разрабатываются по всему миру для добычи природного газа. Чтобы извлечь природный газ, сначала необходимо расщепить гидраты в геологическом подстилающем грунге. В ходе данного процесса метан, связанный в решетках воды сетках гидратов, выделяется в виде газа, который можно извлечь с помощью одной или нескольких скважин, используя традиционную технологию. В настоящее время, главным образом применяются следующие подходы:

- давление в залежи понижается;

- температура в залежи повышается;

- добавляются химические вещества для расщепления гидратов.

В патенте США 7,222,673 раскрывается процесс замещения метана в газовых гидратах на углекислый газ (CO2) без нарушения структуры гидрата. В ходе данного процесса гидраты соприкасаются с жидким CO2. Реакция происходит без внешней подачи энергии, так как образующиеся гидраты CO2 более стабильны, чем гидраты природного метана. Дополнительным преимуществом такого вида извлечения природного газа является то, что в ходе этого процесса CO2, вызывающий нагревание Земли в качестве парникового газа, влияющего на изменение климата, может безопасно храниться под землей и, таким образом, не попадать в атмосферу. Недостатком данного метода является низкая скорость реакции замещения при сохранении структуры гидрата, которая обеспечивает лишь очень низкие темпы добычи.

В заявке WO 2005/076904 описывается метод накопления CO2 под морским дном путем ввода газообразного CO2 в залежи гидратов метана. Образуется гидрат CO2, выделяемое тепло приводит к расщеплению гидрата метана и выделению метана. Планируется собирать и использовать выделяемый газ метана. Высокое содержание газообразного CO2 является недостатком при использовании газа метана, выделяемого для образования энергии путем сжигания. Потенциальные темпы добычи также низкие, так как высвобождение метана из гидрата метана возможно только с помощью тепла, выделяемого при образовании гидрата CO2.

Таким образом, цель изобретения заключается в создании метода извлечения гидратов углерода, в частности, метана, из гидратов при темпах добычи, превышающих ранее возможные, и при одновременном накоплении CO2 в геологических формациях.

Цель достигается с помощью способа, охарактеризованного в пункте 1 формулы изобретения.

В зависимых пунктах указаны предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения. Для добычи природного газа и накопления CO2 в подстилающем грунте предлагается вводить CO2 в сверхкритическом состоянии в залежи гидратов. В ходе данного процесса гидраты метана расщепляются под термическим и химическим воздействием с высокой скоростью и в широком диапазоне вокруг нагнетательной скважины, так чтобы можно было достичь высоких темпов добычи природного газа.

На Фиг.3 представлена диаграмма фазового равновесия CO2 в морской воде в зависимости от давления и температуры. Граница фаз между гидратом и жидким CO2 применима для чистого гидрата CO2 с типом решетки I и морской воды с содержанием солей 35% по весу. Критической точкой CO2 является значение 7,4 МПа и 31,48°C. При более высоких значениях температуры и давления CO2 переходит в так называемую сверхкритическую фазу. Особенностью данной фазы является то, что в ней нет резких переходов и энергетических барьеров между газообразным и жидким состоянием; в подобном случае больше нельзя разграничить газовую и жидкую фазы. CO2 в сверхкритическом состоянии отличается от жидкого или газообразного CO2. Он состоит из свободно взаимосвязанных кластеров CO2. Он характеризуется исключительными свойствами, которые особенно благоприятны для добычи природного газа из гидратов.

CO2 в сверхкритическом состоянии легко и быстро вступает в реакцию с гидратами метана, так как гидраты метана расщепляются как под термическим, так и под химическим воздействием. При температурах выше 31,48°C гидраты метана нестабильны и, следовательно, расплавляются посредством CO2 в сверхкритическом состоянии. Термическое расщепление гидрата метана происходит с намного большей скоростью, чем медленный обмен молекулами газа, при этом структура гидрата сохраняется. В то же время, решетки воды вступают в химическую реакцию с кластерами CO2 и расщепляются. Из-за одновременного действия термической и химической энергии выделение природного газа из гидрата метана с применением CO2 в сверхкритическом состоянии происходит быстрее, чем с применением жидкого или газообразного CO2 или теплой воды той же температуры.

Нагнетаемая жидкость CO2 в сверхкритическом состояний обладает низкой вязкостью и высокой подвижностью. Таким образом, тепло может быстро распространяться в подстилающем грунте благодаря быстрому кругообороту потоков маловязкого CO2 в сверхкритическом состоянии в норовом пространстве, так что гидраты метана растапливаются на большой площади вокруг нагнетательной скважины. Ввиду характеристик текучести CO2, в сверх критическом состоянии процесс выделения природного газа из гидрата метана происходит значительно более эффективно, чем при использовании теплой воды той же температуры, так как при той же температуре CO2 в сверхкритическом состоянии обладает значительно более низкой вязкостью и более высокой скоростью распространения, чем теплая вода.

Дополнительным преимуществом предлагаемого метода является тот факт, что вблизи нагнетательной скважины гидрат CO2 не выделяется или выделяется лишь в небольших количествах по причине локального повышения температуры, таким образом, позволяя избежать засорения подводящих трубопроводов и порового пространства.

Более того. в предложенном методе поровое пространство и оставшаяся пластовая вода насыщены CO2, что позволяет избежать обратной реакции, т.е. образования гидрата метана из выделяемого природного газа.

Используя предложенный метод, можно достичь экономически целесообразных темпов добычи природного газа. Таким образом, можно обойтись без остальных методов расщепления гидратов метана, таких как ввод теплой воды, понижение давления или добавление химических веществ.

CO2 в сверхкритическом состоянии остается в подстилающем грунте. Он будет медленно остывать с течением времени и в итоге преобразуется в гидрат CO2.

Согласно настоящему изобретению, сначала растапливается и расщепляется гидрат метана, гидрат CO2 образуется позднее, после того, как была частично или полностью завершена добыча природного газа и из резервуара отведено тепло благодаря теплопроводности.

Данный метод может быть осуществлен в различных вариантах. Например, можно ввести CO2 в сверхкритическом состоянии в залежь с помощью отдельной нагнетательной скважины. Для этого цели необходимо обеспечить теплоизоляцию скважины, чтобы свести к минимуму потери тепла между буровой платформой и залежью. Выделяемый газ метана может быть извлечен через отдельную скважину. Также можно провести нагнетание CO2 и извлечение природного газа через одну и ту же скважину. Более того, можно выполнять горизонтальное бурение или использовать методы гидравлического разрыва пласта для повышения проницаемости гидратосодержащих осадочных слоев.

1. Способ извлечения метана из гидратов метана, включающий следующие этапы:
- подают углекислый газ в залежи гидратов метана;
- обеспечивают действие углекислого газа на гидрат метана при выделении метана и накоплении углекислого газа в виде гидратов углекислого газа;
- удаляют выделяемый метан;
отличающийся тем, что углекислый газ подают в виде углекислого газа в сверхкритическом состоянии, находящегося под давлением более 7,4 МПа и хранимого при температуре более 31,48°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что залежи гидратов природного метана находятся под водой.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что углекислый газ в сверхкритическом состоянии подают в залежи гидратов метана в теплоизолированных трубах.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способу вытеснения нефти водогазовой смесью. Обеспечивает увеличение коэффициента вытеснения нефти за счет повышения доли подвижной нефти и увеличения коэффициента охвата за счет тампонирования высокопроницаемых участков пласта.

Группа изобретений относится к системам и способам добычи нефти и/или газа с использованием смешивающегося их вытеснения из пласта. Обеспечивает повышение эффективности изобретений за счет существенной экономии энергии.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам регулирования разработки нефтяной залежи на завершающей стадии с использованием форсированного режима.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам регулирования разработки нефтяной залежи на последней стадии с использованием форсированного режима, и может быть использовано для увеличения отбора жидкости и добычи нефти.

Группа изобретений относится к системе и способу добычи нефти и/или газа. Обеспечивает повышение эффективности способа и надежности системы за счет использования смешивающегося вытеснения продукции из пласта.

Группа изобретений относится к системам и способам для добычи нефти и/или газа. Обеспечивает повышение эффективности способа и надежности устройства за счет использования растворителя.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. .
Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к взрывным работам в скважине для интенсификации притоков флюида продуктивного пласта в скважину и, в частности к локализации выделенной энергии в призабойной зоне скважины.

Изобретение относится к способам осуществления операций на нефтяном месторождении, связанном с геологическими пластами, в которых имеются пласты-коллекторы. .

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано для повышения биогенного продуцирования метана. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к способам разработки нефтяной залежи с применением газа и/или водогазовой смеси. Обеспечивает повышение эффективности способа за счет снижения финансовых и материальных затрат, увеличения охвата нефтяной залежи и извлечения нефти. Сущность изобретения: способ включает бурение вертикальных и горизонтальных добывающих и нагнетательных скважин в нефтяной залежи, закачку рабочего агента в нагнетательные и отбор нефти из добывающих скважин. Бурят дополнительную горизонтальную скважину с прохождением ее горизонтального ствола в непроницаемом пропластке между залежами нефти и газа. Затем из ее горизонтального ствола бурят разветвления, направленные вверх с выходом в нефтяную залежь и вниз с выходом в газовую залежь. Производят гидравлический разрыв в горизонтальном стволе дополнительной горизонтальной скважины в интервале непроницаемого участка с образованием трещин гидравлического разрыва, связывающих нефтяную и газовую залежи между собой. В процессе разработки залежи нефти в добывающих скважинах нефтяной залежи производят форсированный отбор продукции. При прорыве газа в стволы добывающих скважин производят периодическую закачку вязкой жидкости в дополнительную горизонтальную скважину до прекращения поступления газа в стволы этих добывающих скважин. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для утилизации попутного нефтяного газа путем его закачки в нефтяной пласт вместе с водой системы поддержания пластового давления. Обеспечивает повышение эффективности нагнетания газожидкостной смеси. Сущность изобретения: установка включает центробежный насос для перекачки рабочей жидкости без газа, приемные линии для газа и жидкости, две емкости со всасывающими и нагнетательными клапанами, расположенными в верхней части, линиями отбора и нагнетания жидкости, расположенными в нижних частях и сообщенными с выкидом и приемом насоса через симметрично расположенные высоконапорные и низконапорные краны. Согласно изобретению на входной линии для воды параллельно основному центробежному насосу размещен дополнительный насос, напорная сторона которого сообщена с рабочим соплом жидкостно-газового эжектора, приемная камера которого соединена с газовой линией, а выкид - с верхними частями емкостей. На линии входа жидкости в эжектор последовательно расположены регулирующий клапан и дроссель. Запорный орган регулирующего клапана гидравлически сообщен с выкидом эжектора и входом в дроссель. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к способам разработки нефтяной залежи с применением газа и/или водогазовой смеси. Обеспечивает повышение коэффициента извлечения нефти. Сущность изобретения: способ включает буренке вертикальных и горизонтальных добывающих и нагнетательных скважин в нефтяной залежи, закачку рабочего агента в нагнетательные и отбор продукции из добывающих скважин. Производят бурение дополнительной горизонтальной скважины в газовой залежи, затем из нее бурят разветвления, направленные вверх через непроницаемый пропласток с выходом разветвлений в нефтяную залежь. С устья производят закачку воды в дополнительную горизонтальную скважину с образованием водогазовой смеси в этой скважине. При прорыве газа в стволы добывающих скважин сокращают отбор продукции из этих скважин на 40-50% до восстановления забойного давления в них. После этого возобновляют отбор продукции из этих скважин в прежнем объеме. 1 ил.

Группа изобретений относится к способам и системам добычи и переработки углеводородов из множества подземных коллекторов и, конкретно, к добыче природного газа из обычных коллекторов и коллекторов, содержащих гидраты природного газа. Обеспечивает повышение эффективности добычи. Сущность изобретений: способ добычи углеводородов из множества коллекторов, содержащих углеводороды, включает: добычу первой смеси воды и углеводородов, включающих в себя, по меньшей мере, нефть и/или природный газ, по меньшей мере, из одного обычного коллектора углеводородов и транспортировку первой смеси на пункт сбора, включающий в себя сепаратор воды для переработки первой смеси воды и углеводородов; одновременную добычу второй смеси воды и природного газа, по меньшей мере, из одного коллектора гидратов природного газа и транспортировку второй смеси на пункт сбора для переработки второй смеси воды и природного газа; и переработку первой и второй смеси с использованием пункта сбора, по меньшей мере, для частичного сепаририрования воды и углеводородов из первой и второй смеси. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 12 ил.

Группа изобретений относится к добыче углеводородов из подземных пластов гидратов, содержащих углеводороды. Обеспечивает повышение эффективности изобретений за счет предотвращения снижения объема добычи углеводородов. Сущность изобретений: способ добычи углеводородов из пласта гидрата, содержащего углеводороды, содержит следующие стадии: обеспечение добывающей скважины, сообщенной с добывающим оборудованием и пластом гидрата, содержащим углеводороды и сообщенным со свободным пространством над пластом гидрата и содержащим диссоциированные углеводороды и воду; и б) пропускание продувочного газа через свободное пространство для удаления диссоциировавших углеводородов и воды из пласта гидрата и транспортировки диссоциировавших углеводородов и воды к добывающей скважине. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к методам-способам повышения дебитов добывающих скважин на нефтяных месторождениях. Технический результат направлен на повышение эффективности очистки нефтяной скважины за счет автоматического комплексного репрессионно-депрессионного воздействия на обрабатываемый пласт при обратной промывке скважины. Способ очистки нефтегазовой скважины в зоне продуктивного пласта, включающий размещение гидроимпульсного устройства на колонне труб в зоне продуктивного пласта, с образованием межтрубного пространства. Нагнетание промывочной жидкости при прямой и обратной промывках скважины с круговой циркуляцией промывочной жидкости через насосный агрегат. Гидроимпульсное воздействие и закачка активной жидкости в пласт преобразованием нисходящего потока в полости труб в восходящий пульсирующий поток в межтрубном пространстве. Удаление кольматанта из пласта многократным автоматическим чередованием гидроударного и мгновенного депрессионного воздействия на зону продуктивного пласта. Устройство для очистки нефтегазовой скважины содержит полый корпус с кольцевым выступом и конической поверхностью. Поперечину с осевым каналом, скрепленную с втулкой и взаимодействующую с кольцевым выступом корпуса. Втулку и тарельчатый клапан с осевым каналом, подпружиненные одной пружиной. Толкатель с верхним выступом. Гайку, размещенную на цилиндрической поверхности большого диаметра толкателя с возможностью фиксированного перемещения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной отрасли, к области освоения скважин после окончания бурения при вводе в эксплуатацию. Обеспечивает повышение эффективности применяемых компоновок с устройствами - гидроструйными насосами при освоении скважин с низкопроницаемыми продуктивными пластами при добыче вязкой нефти. Сущность изобретения: компоновка включает хвостовик, пакер, обратный клапан, гидроструйный насос. Согласно изобретению в компоновку включены дополнительно второй гидроструйный насос и генератор импульсов давления, последний из которых установлен в промежутке между гидроструйными насосами и имеет возможность работы под воздействием потока нагнетаемой рабочей жидкости по колонне насосно-компрессорных труб. При этом генератор импульсов давления имеет ступени турбин - статоры с окнами и роторы с заслонками, имеющими возможность периодического перекрытия окон в статорах, которые зафиксированы от поворота друг относительно друга, как и роторы, для резкого изменения скорости потоков через гидроструйные насосы. 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке нефтяной залежи с применением разветвленных горизонтальных скважин. Сущность изобретения: осуществляют бурение вертикальных нагнетательных и добывающих горизонтальных скважин, закачку вытесняющего агента через нагнетательные скважины, отбор продукции через добывающие горизонтальные скважины. Добывающие скважины строят в виде разветвленных горизонтальных скважин, которые бурят выше уровня водонефтяного контакта - ВНК, а вертикальные - на расстоянии не менее 50 м от забоев разветвленных горизонтальных скважин, производят вторичное вскрытие залежи вертикальных скважин выше и ниже соответствующего забоя горизонтальной скважины, спускают в каждую нагнетательную скважину колонну труб с установкой пакера между вскрытиями, закачивают вытесняющий агент через верхнее вскрытие по межтрубному пространству, а через нижнее вскрытие - по колонне труб. Применение предложенного способа позволит повысить нефтеотдачу пласта, темп отбора нефти, увеличить охват пласта воздействием, максимально вовлечь в разработку остаточные запасы нефти. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - работоспособность в залежи с наклонным водонефтяным контактом, снижение процента обводненности добываемой продукции из пласта, исключение прорыва теплоносителя в добывающую скважину с одновременным снижением затрат на исключении строительства дополнительной нагнетательной скважины. В способе разработки залежи высоковязкой нефти, включающем бурение вертикальных нагнетательных скважин и наклонно-горизонтальных добывающих скважин, закачку рабочего агента через нагнетательные скважины и отбор нефти через добывающие скважины, определяют уровень водонефтяного контакта ВНК, добывающую наклонно-горизонтальную от устья к забою скважину бурят с расположением как минимум на 2-3 м выше уровня ВНК, вертикальную нагнетательную скважину бурят с расположением забоя над забоем добывающей скважины выше на 5-8 м. Перфорируют добывающую скважину по всей длине наклонного участка, нагнетательную вертикальную скважину перфорируют в зоне пласта в направлении устья добывающей скважины. Поэтапно по мере прорыва рабочего агента или обводнения продукции выше 95% забой добывающей наклонно-горизонтальной скважины отсекают выше зоны прорыва или обводнения, а зону вскрытия нагнетательной скважины отсекают снизу на 1/3-1/2 часть всей ее длины. При выработке всей вырабатываемой зоны устье добывающей наклонно-горизонтальной скважины переводят под нагнетание рабочего агента. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке нефтяной залежи с различным типом коллектора. Обеспечивает повышение нефтеотдачи и эффективности процесса вытеснения нефти. Сущность изобретения: по способу осуществляют бурение вертикальных нагнетательных и добывающих горизонтальных скважин, закачку вытесняющего агента через нагнетательные скважины, отбор продукции через добывающие горизонтальные скважины. При этом горизонтальную скважину бурят выше уровня водонефтяного контакта - ВНК, а вертикальную - на расстоянии не менее 50 м от забоя горизонтальной скважины. Производят вторичное вскрытие залежи в вертикальной скважине выше и ниже горизонтальной скважины. Вторичное вскрытие в вертикальной скважине выше горизонтального ствола производят с большей плотностью вскрываемых отверстий, чем вскрытие ниже горизонтального ствола для создания более равномерного фронта заводнения. 1 пр., 1 ил.
Наверх