Способ добычи природного газа из газогидратов и устройство для его осуществления


 


Владельцы патента RU 2550164:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук (ИБХФ РАН) (RU)

Группа изобретений относится к области газодобычи и конкретно к выделению и сбору природного газа из залежей газогидратов, локализованных в придонных участках океанического шельфа и в зоне вечной мерзлоты. Технический результат - повышение эффективности извлечения газа за счет снижения энергетических, материальных и финансовых затрат на осуществление технологического процесса и минимизации потерь товарного продукта. По способу осуществляют доставку окислителя и топлива в газогенератор. Сжигают топливо в газогенераторе с получением потока содержащих диоксид углерода горячих газов, воздействующих на газогидрат с получением вытесненного газа. Осуществляют сбор вытесненного газа на поверхности. При этом газогидрат диспергируют. Для получения потока содержащих диоксид углерода горячих газов используют систему газогенераторв. Эта система включает как минимум одну пару газогенераторов, ориентированных антисимметрично относительно друг друга так, что истекающие из них в противоположных направлениях потоки горячих газов, воздействующих на газогидрат, одновременно приводят во вращательное движение турбину с установленными на общем с ней валу устройством для диспергирования газогидрата. Имеется вентиляторное лопаточное устройство. Его вращение обеспечивает направленный транспорт снизу вверх вытесненного газа и неразложившегося диспергированного газогидрата. Их подвергаются в процессе транспорта разложению с образованием дополнительного количества вытесненного газа. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области газодобычи, конкретно к технологиям выделения и сбора природного газа из залежей газогидратов, и может быть использовано для получения метана из залежей метангидратов, локализованных в придонных участках океанического шельфа и в зоне вечной мерзлоты.

Газогидраты представляют собой супрамолекулярные соединения легких углеводородов, преимущественно метана, с водой в форме клатратов и существуют при высоких давлениях и относительно низких температурах. При нормальных температурах и давлении газогидраты разлагаются, выделяя метан и чистую воду.

В дальнейшем по тексту термины «газогидрат» и «метангидрат» будут использоваться в качестве синонимов. Также в качестве синонимов будут использованы термины «газ», «метан» и «природный газ».

В силу геологических и климатических условий газогидраты образуют природные залежи на дне морей, океанов, в районах вечной мерзлоты. По экспертным оценкам геологически идентифицированные запасы природного газа в форме газогидратов значительно превышают разведанные запасы газа, нефти и угля вместе взятые.

Большинство известных к настоящему времени изобретений в области разработки газогидратных месторождений в той или иной форме используют несколько общих подходов, основанных на физико-химических свойствах газогидратов, и включают различные комбинации механического, теплового и химического воздействия на природный пласт.

Описаны способы разложения газогидратов путем прогрева пласта с использованием геотермальной энергии глубинных водоносных пластов [JP 2007120257 А, опубл. 17.05.2007, RU 2463447 С2, опубл. 10.10.2012] путем закачивания с поверхности в пласт под давлением сжатого воздуха или азота вместе с водой [RU 2000128649 А, опубл. 20.10.2002] или с рассолом [WO 2012075569 А1, опубл. 14.06.2012]. Общий недостаток этих способов состоит в том, что вводимая с поверхности или из глубинных слоев тепловая и механическая энергия в значительной мере рассеивается, лишь частично воздействуя на продуктивный слой, следствием чего является относительно невысокая производительность при высоких затратах на создание инфраструктуры, подготовку реагентов и бурение системы скважин. Невысокая энергоемкость сжатых газов требует повышения их расхода и, как следствие, получение сильно разбавленного метана.

Описано применение физических методов разогрева породы газогидрата: в заявках [WO 2007136485 А2, опубл. 29.11.2007, JP 2004108132 А, опубл. 08.04.2004, JP 2009046882 А, опубл. 05.03.2009] для теплового разложения газогидрата используют лазерное излучение, а в описании к патенту [US 7322409 А1, опубл. 29.01.2008] описано термическое разложение метангидрата под действием тепла, выделяемого при электрических разрядах. Описано разложение метангидрата под действием электромагнитного излучения [UA 8548 U, опубл. 15.08.2005]. Высокие энергозатраты, связанные с реализацией этих технологий, делают маловероятным их использование в реальных промышленных условиях.

В настоящее время наиболее распространен подход, основанный на вытеснении углеводорода из газогидрата диоксидом углерода, образующим при существующих в глубинных слоях термобарических условиях более устойчивые, чем метангидраты, комплексы с водой. Для достижения более высокой эффективности извлечения газа воздействие на пласт газогидрата диоксидом углерода сочетают с нагревом газоносного пласта. Известен способ добычи метана из природного газогидрата [US 7988750 В2, опубл. 02.08.2011], согласно которому газоносный пласт обрабатывают смесью азота и диоксида углерода в заявленном интервале количественных соотношений, температуры и давления. Описан способ получения свободного газа из газогидратов [RU 2370642 С2, опубл. 20.10.2009], согласно которому через подземные каналы, которые часто находятся вблизи природных залежей газогидратов, в пласт подают жидкий диоксид углерода или закись азота или смесь диоксида углерода с закисью азота, азотом, гелием, неоном. Невысокая энергоемкость рабочих смесей диоксида углерода с другими газами и рассредоточенный характер их воздействия на продуктивный пласт требуют значительного повышения давления и увеличения продолжительности процесса, что представляется непрактичным и экономически нецелесообразным.

Использование природных каналов для доставки реагентов в пласт затрудняет регулирование и контроль процесса и оставляет возможность неконтролируемого выделения метана с поверхности большой площади. Согласно RU 2011126008 А, опубл. 27.12.2012, метан вытесняют из подводных залежей газогидрата под действием подаваемого по теплоизолированным трубам углекислого газа, находящегося в сверхкритическом состоянии. Способ требует создания сложной инфраструктуры для подготовки и закачки в пласт реагентов. Преимущества, связанные с интенсификацией добычи метана за счет повышения энергоемкости вводимого в пласт рабочего тела, в значительной мере нивелируется необходимостью применения специальных теплоизолированных трубопроводов.

В серии американских патентов [US 6973968 В2, опубл. 13.12.2005, US 7343971 В2, опубл. 18.03.2008, US 7513306 В2, опубл. 07.04.2009] описан способ получения природного газа in situ путем введения в пласт нагретой жидкости, содержащей продукты сгорания топлива в среде окислителя, которые образуются в реакторе, размещенном в горизонтальном участке рабочей скважины, ниже уровня пласта газогидрата. Воздействие на газоносный пласт обусловлено двумя факторами: нагреванием за счет тепла продуктов сгорания топлива в реакторе и вытеснением метана из гидрата углекислым газом, образующимся при сгорании топлива. Система включает две скважины: рабочую скважину, предназначенную для введения в пласт реагентов, и продуктовую скважину, имеющую горизонтальный участок, в котором размещен реактор, предназначенную для сбора образовавшегося метана. В качестве реактора использован каталитический реактор, описанный ранее в US 6394791 В2, опубл. 28.05.2002. Важным преимуществом способа является приближение источника образования энергоносителя к природному пласту газогидрата, что обеспечивает более целенаправленное концентрированное воздействие на сырьевой материал. Однако описанная система раздельных скважин не только удорожает процесс, но и оставляет возможность рассеивания образовавшегося газа в окружающей среде, что неизбежно ведет к потерям, снижению эффективности процесса и негативным экологическим последствиям.

Таким образом, несмотря на большое число описанных на сегодняшний день способов добычи природного газа из газогидратов, большинство из них имеет недостатки и ограничения, не позволяющие выйти на технологии крупномасштабного использования. Главные ограничения связаны со значительным энергопотреблением, соизмеримым с энергосодержанием добываемого метана, с необходимостью создания сложной инфраструктуры для подготовки реагентов на поверхности, с необходимостью бурения и обслуживания системы глубоких скважин, предназначенных для транспортировки в пласт реагентов и вывода на поверхность товарного продукта, а также с неконтролируемыми потерями, связанными с возможностью рассеивания образовавшегося газа в окружающей среде.

В качестве прототипа заявляемой группы изобретений выбраны способ и устройство для добычи метана из подводных залежей метангидратов, защищенные патентом США [US 7963328 В2, опубл. 21.06.2011].

Способ включает комбинацию теплового и химического воздействия на газоносный пласт, реализуемую через следующие стадии: доставка окислителя и метана в реактор, размещенный вблизи уровня залегания пласта, сжигание метана и введение образовавшегося потока содержащих СО2 горячих газов в пласт метангидрата с получением вытесненного метана, отведение части вытесненного метана в реактор и сбор оставшейся части вытесненного метана. Первоначальную порцию метана, инициирующую процесс образования потока содержащих СО2 горячих газов, получают путем подачи в пласт теплоносителя (СО2, кислород, водяной пар или их смесь), нагреваемого с помощью электронагрева.

Устройство для осуществления способа представляет собой вертикально ориентированную конструкцию, нижний открытый конец которой контактирует с пластом метангидрата, а открытый верхний надводный конец служит для вывода на поверхность добытого газа и подачи реагентов в газогенератор, размещенный внутри конструкции вблизи уровня залегания пласта. В качестве газогенератора используют обычный или каталитический реактор, снабженный устройством для поджига, инициирующим процесс горения, и имеющий входы для окислителя и метана и выход для продуктов сгорания непосредственно в пласт метангидрата, при этом может быть использован как один, так и несколько реакторов. Трубопроводы для подачи реагентов и вывода образовавшегося метана расположены коаксиально. Как и предыдущий аналог, прототип характеризуется важным преимуществом перед большинством известных разработок, а именно размещение реактора вблизи продуктивного пласта обеспечивает целенаправленное концентрированное воздействие на сырьевой материал горячего газового потока, обладающего высоким энергетическим потенциалом. Эксплуатационным недостатком описанного процесса и исполнительной системы является возможность частичного неконтролируемого рассеивания выделившегося метана в окружающую среду. Горение топлива в непосредственной близости от пласта приводит к локальному повышению давления, рассеиванию тепла и прогреву газогидрата вне зоны горения. В этих условиях выделившийся горячий СО2 способен вытеснять метан из газогидрата в областях, отдаленных от зоны горения и системы сбора метана. Это может приводить к значительным материальным и энергетическим потерям, а также к экологическим проблемам, связанным с выделением неколлектированного метана на большой поверхности.

Задачей настоящего изобретения является создание способа добычи природного газа из газогидратов и устройства для его осуществления, которые позволят повысить эффективность извлечения газа за счет снижения энергетических, материальных и финансовых затрат на осуществление технологического процесса и минимизации потерь товарного продукта.

Поставленная задача решается предлагаемым способом добычи природного газа из газогидрата, реализуемым в заявляемом устройстве, включающим доставку окислителя и топлива в газогенератор, сжигание топлива в газогенераторе с получением потока содержащих диоксид углерода горячих газов, воздействующих на газогидрат с получением вытесненного газа, и сбор вытесненного газа на поверхности, отличающийся тем, что газогидрат диспергируют, а для получения потока содержащих диоксид углерода горячих газов используют систему газогенераторов, включающую как минимум одну пару газогенераторов, ориентированных антисимметрично друг относительно друг друга так, что истекающие из них в противоположных направлениях потоки горячих газов, воздействующих на газогидрат, одновременно приводят во вращательное движение турбину с установленными на общем с ней валу устройством для диспергирования газогидрата и вентиляторным лопаточным устройством, вращение которого обеспечивает направленный транспорт снизу вверх вытесненного газа и неразложившегося диспергированного газогидрата, который подвергается в процессе транспорта разложению с образованием дополнительного количества вытесненного газа.

Поставленная задача решена также предлагаемым устройством для реализации заявленного способа, включающим вертикально ориентированную конструкцию, нижний открытый конец которой контактирует с пластом газогидрата, а верхний открытый конец служит для вывода на поверхность добытого газа и подачи электроэнергии и реагентов в газогенератор, размещенный внутри конструкции и имеющий входы для окислителя и топлива и выход для образующегося в нем потока содержащих диоксид углерода горячих газов, отличающимся тем, что внутри конструкции дополнительно размещены турбина и установленные на общем с ней валу устройство для диспергирования газогидрата и вентиляторное лопаточное устройство, а для получения потока содержащих диоксид углерода горячих газов используют систему газогенераторов, включающую как минимум одну пару газогенераторов, размещенных антисимметрично относительно друг друга так, что истекающие из них в противоположных направлениях потоки горячих газов приводят во вращательное движение упомянутые турбину, устройство для диспергирования газогидрата и вентиляторное лопаточное устройство.

Заявляемые способ и устройство могут быть использованы для добычи газа из залежей газогидратов, локализованных как на суше - в зоне вечной мерзлоты, так и в придонных участках океанического шельфа. В зависимости от условий добычи устройство может представлять собой различные модификации, не выходящие за рамки заявляемого технического решения.

На Фиг.1 схематически показан вариант заявляемого устройства, адаптированный для добычи газа из глубоководных залежей газогидратов.

Устройство представляет собой вертикально ориентированную конструкцию 1, преимущественно цилиндрической формы, выполняющую функцию транспортной магистрали для подачи с поверхности в исполнительную систему устройства электроэнергии (кабель 2) и необходимых реагентов (колтюбинги 3 и 4) и выведения на поверхность товарного продукта. Колтюбинги могут содержать набор гибких трубопроводов для доставки при необходимости различных окислителей и различных видов топлива. В зависимости от конкретных условий месторождения и от реализуемой производительности процесса газодобычи поперечные размеры конструкции могут варьироваться в широком диапазоне от десятков сантиметров до нескольких метров. В варианте устройства, предназначенном для разработки глубоководных залежей, схема которого показана на Фиг.1, нижний открытый конец конструкции 1 выполнен в форме донного купола 5, широкий конец которого контактирует с пластом газогидрата, а узкий открытый конец (вершина купола) соединен с цилиндрической частью конструкции 1 с помощью переходного устройства 6 типа сильфона, сообщающего всей конструкции гибкость и относительную подвижность. Стенки донного купола могут быть выполнены глухими, как показано на Фиг.1, или перфорированными для интенсификации поступления образовавшегося газа и измельченной породы в рабочий объем устройства, ограниченный донным куполом и цилиндрической частью конструкции. Механическая прочность и устойчивость конструкции может быть обеспечена силовым каркасом, представленным верхним и нижним поясами 7, на которых с помощью штанг 8 (показаны пунктиром) закреплены подшипниковые опоры 9. Вся конструкция выполнена из легкого прочного коррозионно-стойкого материала, например из листовой нержавеющей стали, пластикового или композиционного материала. Гибкость в совокупности с легкостью обеспечивают мобильность и компактность конструкции. Внутри донного купола размещена исполнительная система устройства, содержащая систему газогенераторов, включающую как минимум одну пару газогенераторов 10, установленных антисимметрично относительно друг друга на верхнем силовом поясе 7, турбину 11, закрепленную на подшипниковых опорах 9, а также смонтированные на общем с турбиной валу 12 вентиляторное лопаточное устройство 13 и диспергирующее устройство, включающее погруженный в пласт центральный бур 14, а также возможно, но необязательно, ножи 15, закрепленные на нижнем поясе 7 силового каркаса, перфорированный диск 16, ориентированный перпендикулярно оси турбины и снабженный измельчительными приспособлениями (не показаны), в качестве которых могут быть использованы, например, закрепленные на диске ножи или грубый абразивный материал. При необходимости количество измельчающих перфорированных дисков может быть увеличено с соответствующим уменьшением размера отверстий в них по мере отдаления диска от уровня пласта газогидрата.

Вентиляторное лопаточное устройство 13 содержит известные в технике профилированные обтекаемые элементы, выполненные из высокопрочной легированной стали. При вращении вентиляторного лопаточного устройства на входе создается всасывающий эффект, а на выходе - перепад давлений, которые в сочетании с системой газлифта обеспечивают направленный к поверхности транспорт газа и измельченной породы, не успевшей полностью разложиться в результате первоначального термохимического воздействия на пласт газогидрата потоков горячих газов, образующихся в газогенераторах при сгорании топлива.

Для увеличения производительности процесса в устройстве может быть размещено несколько пар ориентированных антисимметрично относительно друг друга газогенераторов.

В тех случаях когда использование донного купола затруднительно или невозможно (например, при разработке залежей, локализованных на суше), используют вертикальную конструкцию 1 одинакового сечения по всей длине, площадь которого достаточна для размещения описанной исполнительной системы.

В качестве газогенераторов могут быть использованы различные известные в технике типы газогенераторов, в которых могут быть использованы различные виды топлив и окислителей. Варьирование качественного состава и количественных соотношений поступающих в газогенератор топлив и окислителей позволяет управлять процессом горения и температурно-скоростными характеристиками истекающих из газогенераторов газовых потоков, оптимизируя их в соответствии с конкретными условиями газодобычи.

В качестве газогенераторов могут быть использованы предложенные ранее устройства для реализации струйных технологий обезвреживания супертоксикантов [RU 2005519 С1, опубл. 15.01.1994, и RU 2240850 С1, опубл. 27.11.2004]. Эти устройства (jet-газогенераторы) содержат камеру смешения и реакционную камеру, выполненную в форме камеры сгорания ракетного двигателя, в которой происходит устойчивое горение топлива в кислородной среде. Дополнительные возможности повышения стабильности процесса газодобычи и повышения его эффективности могут быть обеспечены особенностями конструкции и подбором специальных режимов работы jet-газогенераторов. В частности, геометрические размеры проточной части и соотношение потоков реагентов могут быть подобраны так, что образовавшийся при горении высокотемпературный поток горячих газов разгоняется до скорости, близкой к скорости звука, обеспечивая трансзвуковое течение. В условиях газодобычи на больших глубинах, где в зависимости от изменений донного рельефа и глубины залегания породы давление колеблется в широком диапазоне, наличие трансзвукового течения может иметь принципиально важное значение, поскольку при трансзвуковых скоростях газовый поток становится независимым от колебаний внешних условий, что позволяет обеспечить стабильную работу устройства независимо от изменения рельефа и глубины залегания газоносного пласта.

Сущность заявляемого способа получения природного газа из газогидратов раскрыта в приведенном ниже описании работы заявляемого устройства.

Для инициирования процесса по колтюбингам 3 и 4 с поверхности в камеры смешения каждого из газогенераторов 10 подают окислитель и топливо. Воспламенение топливной смеси осуществляют дистанционно с использованием электрического кабеля 2 или с применением химического зажигания. Под воздействием образующихся потоков горячих продуктов горения, состоящих в основном из диоксида углерода и паров воды, начинается процесс термохимического разложения газогидрата и вытесненный газ начинает заполнять рабочий объем устройства. В дальнейшем подача топлива с поверхности может быть прекращена, а в качестве топлива после дозирования и фильтрации может быть использована часть газа из окружающего газогенераторы пространства. В этом случае начавшийся процесс разрушения газогидрата в дальнейшем является самоподдерживающимся за счет поступления в реакционные камеры газогенераторов новых порций образовавшегося in situ газа.

Как отмечалось выше, в газогенераторах могут быть использованы различные виды топлив и окислителей в различных количественных соотношениях, что позволяет управлять процессом горения и температурно-скоростными характеристиками истекающего из газогенератора газового потока, оптимизируя их в соответствии с конкретными условиями газодобычи. В качестве окислителя в них можно использовать любой богатый кислородом и пригодный для транспортировки по трубопроводу на большую глубину продукт, например технический кислород, аммиачную селитру, пероксид водорода, атмосферный воздух. В качестве топлива может быть использовано любое углеводородное топливо, в частности керосин, солярка, метанол, этанол, природный газ и др.

Измельчение породы повышает эффективность ее термохимической обработки. Известны различные технические подходы к обеспечению процесса измельчения газогидратов. В полезной модели [UA 8548 U, опубл. 15.08.2005] описано разложение метангидрата под действием электромагнитного излучения в сочетании с акустической вибрацией. В документе UA 14924 U, опубл. 15.06.2006 описан способ добычи метана воздействием на пласт метангидрата пульсирующей струей водяного пара, содержащего поверхностно-активные вещества. Согласно WO 2004009958 А1, опубл. 29.01.2004, для разрушения и измельчения породы подводного пласта метангидрата использовано устройство, приводимое в движение от лазерного осциллятора, размещенного на суше или на плавучей платформе.

В отличие от этих и других энергозатратных и сложно реализуемых на практике способов в настоящем изобретении работа измельчающего устройства обеспечена энергией противоположно направленных потоков горячего газа, приводящих во вращательное движение турбину, на оси которой смонтировано диспергирующее устройство.

От турбины вращательный момент также передается на вентиляторное лопаточное устройство, создающее всасывающий эффект, под действием которого образовавшийся газ втягивается в транспортную магистраль, что препятствует его рассеиванию вне зоны образования и способствует максимально полному коллектированию и доставке газа на поверхность. Вместе с газом в устройство засасывается и часть породы газогидрата, не успевшая разложиться при первоначальном термохимическом воздействии. В зоне пониженного гидростатического давления и повышенных температур происходит самопроизвольный распад газогидратных кластеров с выделением дополнительных порций газа, при этом система газлифта поднимает суспензию кристаллов газогидрата к поверхности с попутным уменьшением давления и разложением газогидрата.

Для интенсификации этих процессов диспергирующее устройство может быть оборудовано дополнительными приспособлениями, включающими, кроме центрального бура, ножи и один или несколько перфорированных дисков, оборудованных дополнительными измельчающими средствами. По мере продвижения породы вверх через систему перфорированных дисков происходит эффективное измельчение твердого газогидрата, способствующее повышению эффективности его дальнейшего разрушения.

Повышение энергоэффективности достигается за счет того, что работа диспергирующего устройства и вентиляторного лопаточного устройства не требует дополнительных энергозатрат, т.к. обеспечивается энергией создаваемых в газогенераторах разнонаправленных потоков горячего газа, вращающих лопатки турбины. Это достигается тем, что исполнительная система содержит как минимум одну пару ориентированных антисимметрично относительно друг друга газогенераторов, каждый из которых генерирует поток горячих газов, истекающий в направлении, противоположном направлению потока, истекающего из парного газогенератора. В результате противоположно направленные потоки горячих газов сообщают импульс вращательного движения турбине 11, а от нее - закрепленному на общем с ней валу 12 (соосно) лопаточному вентиляторному устройству 13 и диспергирующему устройству.

Для повышения производительности процесса и интенсификации работы измельчительного и вентиляторного лопаточного устройств исполнительная система может включать несколько пар газогенераторов.

Формирующиеся в газогенераторах высокотемпературные газовые потоки характеризуются высокой энергоемкостью, на порядки превосходящей энергоемкость сжатого атмосферного воздуха или нагретой воды, и обеспечивают высокие скорости вращения ротора и высокую интенсивность термохимического и механического воздействия на породу газогидрата.

Дополнительные возможности для интенсификации и улучшения экономических показателей процесса дает использование в качестве газогенераторов упомянутых выше jet-газогенераторов, обеспечивающих возможность создания трансзвуковых потоков горячего газа. Воспламенение топлива в присутствии окислителя приводит к образованию т.н. «дежурного факела», непрерывное горение которого обеспечивает генерирование стабильного высокотемпературного газового потока, непосредственно воздействующего на породу газогидрата и инициирующего процесс его термохимического разложения. Количественное соотношение окислителя и топлива регулируют таким образом, чтобы температура образовавшегося газового потока находилась в интервале от 900°С, что соответствует нижнему температурному уровню устойчивого горения, до 1400°С - уровень, определяющий предел термостойкости конструкции.

Важно отметить, что в устройствах, описанных в аналогах и прототипе, использованы реакторы, работа которых чувствительна к внешним условиям, в частности к колебаниям давления, связанным с изменениями донного рельефа или с погружением на большие глубины при выработке породы. Вследствие этого при изменении условий газодобычи требуются процедуры извлечения реактора на поверхность, его замены или, при возможности, инженерной адаптации с последующей повторной установкой. Использование jet-газогенераторов, в которых возможно создание трансзвуковых потоков горячих газов, позволяет исключить дополнительные эксплуатационные расходы, связанные с заменой или технической адаптацией конструкции реактора к изменившимся внешним условиям. Использование jet-газогенераторов обеспечивает стабильный процесс газодобычи на любых глубинах и значительную экономию времени, финансовых и материальных ресурсов.

Важным преимуществом заявляемого способа является то, что процесс протекает в основном в локализованном объеме устройства вблизи уровня породы газогидрата, что позволяет осуществлять непосредственное целенаправленное воздействие на газогидрат и минимизировать энергетические потери. Способ позволяет предотвратить или уменьшить рассеивание выделившегося газа в окружающее пространство за счет всасывающего эффекта, обеспеченного работой вентиляторного лопаточного устройства.

Таким образом, заявляемые способ и устройство обеспечивают одновременное протекание комплекса механических, термохимических, физических и гидродинамических процессов, каждый из которых и все вместе в совокупности обеспечивают повышение эффективности извлечения газа из природных залежей газогидратов.

1. Способ добычи природного газа из газогидрата, включающий доставку окислителя и топлива в газогенератор, сжигание топлива в газогенераторе с получением потока содержащих диоксид углерода горячих газов, воздействующих на газогидрат с получением вытесненного газа, и сбор вытесненного газа на поверхности, отличающийся тем, что газогидрат диспергируют, а для получения потока содержащих диоксид углерода горячих газов используют систему газогенераторов, включающую как минимум одну пару газогенераторов, ориентированных антисимметрично относительно друг друга так, что истекающие из них в противоположных направлениях потоки горячих газов, воздействующих на газогидрат, одновременно приводят во вращательное движение турбину с установленными на общем с ней валу устройством для диспергирования газогидрата и вентиляторным лопаточным устройством, вращение которого обеспечивает направленный транспорт снизу вверх вытесненного газа и неразложившегося диспергированного газогидрата, которые подвергают в процессе транспорта разложению с образованием дополнительного количества вытесненного газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют продукты, выбранные из группы: технический кислород, аммиачная селитра, пероксид водорода, атмосферный воздух.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве топлива используют продукты, выбранные из группы: метан, природный газ, керосин, солярка, метанол, этанол.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в газогенераторах формируют трансзвуковые потоки горячих газов.

5. Устройство для добычи природного газа из газогидрата, представляющее собой вертикально ориентированную конструкцию, нижний открытый конец которой контактирует с пластом газогидрата, а верхний открытый конец служит для вывода на поверхность добытого газа и подачи электроэнергии и реагентов в газогенератор, размещенный внутри конструкции и имеющий входы для окислителя и топлива и выход для образующегося в нем потока содержащего диоксид углерода горячего газа, отличающееся тем, что внутри конструкции дополнительно размещены турбина и установленные на общем с ней валу устройство для диспергирования газогидрата и вентиляторное лопаточное устройство, а для получения потока содержащего диоксид углерода горячего газа используют систему газогенераторов, включающую как минимум одну пару газогенераторов, размещенных антисимметрично относительно друг друга так, что истекающие из них в противоположных направлениях потоки горячих газов приводят во вращательное движение упомянутые турбину, устройство для диспергирования газогидрата и вентиляторное лопаточное устройство.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что вертикально ориентированная конструкция выполнена цилиндрической.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что нижний открытый конец конструкции, контактирующий с пластом газогидрата, представляет собой широкий открытый конец донного купола, верхний узкий открытый конец которого соединен с цилиндрической частью конструкции с помощью гибкого переходного устройства.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что турбина и установленные на общем с ней валу устройство для диспергирования газогидрата и вентиляторное лопаточное устройство размещены в пространстве донного купола.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что система газогенераторов содержит более чем одну пару газогенераторов, в каждой из которых газогенераторы ориентированы антисимметрично относительно друг друга.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что газогенераторы выполнены с возможностью формирования трансзвуковых потоков горячих газов.

11. Устройство по п.5, отличающееся тем, что устройство для диспергирования газогидрата содержит центральный бур.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что устройство для диспергирования газогидрата содержит дополнительные измельчительные приспособления, включающие ножи, один или несколько перфорированных снабженных измельчительными средствами дисков, ориентированных перпендикулярно вертикальной оси устройства.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована для добычи нефти и газа при разработке сланцевых нефтегазоносных залежей.

Изобретение относится к области добычи нефти и, в частности, к стимулированию ее добычи. Технический результат - повышение эффективности добычи нефти на выработанных месторождениях с повышением безопасности добычи.

Настоящее изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к добыче нефти из подземных нефтяных месторождений. Технический результат - повышение эффективности добычи нефти за счет выравнивания приемистости подземных неоднородных формирований со значительными температурными градиентами.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к термическим способам добычи высоковязкой нефти или битума. Способ разработки месторождения нефти или битума с регулированием отбора продукции скважины включает строительство верхней нагнетательной скважины и нижней добывающей скважины с горизонтальными участками, расположенными друг над другом, закачку теплоносителя через горизонтальную нагнетательную скважину с прогревом пласта созданием паровой камеры и отбор продукции через горизонтальную добывающую скважину.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке месторождения нефти, обладающей аномально высокой вязкостью. Технический результат - повышение коэффициента извлечения пластовой нефти на 7-9%, равномерный прогрев пласта по высоте.

Изобретение относится к области добычи газа, нефти и выщелачиванию микроэлементов из сланцевых месторождений и может быть использовано для разработки сланцевых месторождений, максимально приближенных к развитым инфраструктурам мегаполисов.

Группа изобретений относиться к добыче вязких углеводородов из подземного коллектора. Технический результат - повышение нормы отбора нефти, повышение качества нефти, возможность эксплуатировать недоступные напрямую с поверхности коллекторы при умеренной стоимости способа разработки.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при разработке нефтяной залежи с подстилающей или краевой водой предпочтительно на начальной стадии разработки нефтяной залежи.
Изобретение относится к области разработки нефтяной залежи с газовой шапкой, предпочтительно на начальной стадии разработки нефтяной залежи. Изобретение применимо на месторождениях с низкой пластовой температурой.

Группа изобретений относится к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов. Способ нагрева подземного пласта характеризуется тем, что вводят расплавленную соль в первый канал нагревателя типа «труба в трубе» в первом месте.

(57) Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - оптимизация работы горизонтальной скважины, снижение энергетических затрат на ее эксплуатацию, увеличение ширины полезной зоны охвата влияния добывающей горизонтальной скважины, снижение доли газов в составе добываемой продукции, увеличение выработанности запасов нефтеносной залежи. Способ разработки нефтяной залежи системой горизонтальной и вертикальной скважин с использованием термического воздействия включает бурение и обустройство горизонтальной и вертикальной скважин таким образом, что забой вертикальной скважины располагают над забоем горизонтальной скважины на расчетном расстоянии по вертикали от 3 до 7 м, создание области прогрева за счет закачки в скважины горюче-окислительной смеси ГОС и инициатора горения ИГ для розжига и прогрева межскважинной зоны до 100-200°С в зависимости от типа ГОС и ИГ и установления гидродинамической связи между скважинами, перевод горизонтальной скважины под добычу жидкости насосом с продолжением подачи ГОС и ИГ в вертикальную скважину для поддержания горения и разогрева залежи до температуры 250-350°C - самостоятельного горения ГОС, после чего подачу ИГ прекращают и продолжают закачку ГОС для поддержания и продвижения горения вдоль ствола горизонтальной скважины. Горизонтальную скважину при строительстве оборудуют фильтром с несколькими зонами по длине горизонтального участка. Перед спуском насоса в горизонтальную скважину спускают хвостовик, оснащенный внутри термопарами для контроля температуры внутри скважины напротив зон фильтра и выполненный с возможностью при повороте последовательного открытия только одной из зон и закрытия зон фильтра от забоя к устью. Зона, прилегающая к забою, первоначально открыта. После инициации горения при снижении в этой зоне температуры с максимальной, достигаемой в процессе горения в условиях залежи, до 85-95°C отбор продукции насосом прекращают, хвостовик с устья поворачивают на заданный угол, обеспечивающий закрытие забойной зоны и открытие следующей, используемой для дальнейшего отбора продукции насосом. После изменения в ней температуры с максимальной, достигаемой в процессе горения в условиях залежи, до 85-95°C эту зону поворотом хвостовика перекрывают, открывая следующую от забоя зону, и так аналогично последовательно открывая и закрывая зоны до последней зоны от забоя фильтра. 1 пр., 3 табл., 8 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области разработки залежи высоковязкой нефти или битума. Технический результат - увеличение охвата пласта воздействием, увеличение уровня добычи высоковязкой нефти и битума с одновременным снижением материальных затрат и энергозатрат. Способ разработки залежи высоковязкой нефти или битума включает строительство двух горизонтальных скважин, расположенных одна над другой, закачку пара в пласт, прогрев пласта с созданием паровой камеры, закачку пара и углеводородного растворителя в нагнетательную горизонтальную скважину и отбор продукции из добывающей горизонтальной скважины. В качестве углеводородного растворителя применяют попутный газ. Закачку пара и попутного газа ведут циклически и последовательно. Пар закачивают в пласт до увеличения вязкости отбираемой продукции в 3-5 раз по сравнению с начальной вязкостью в начале цикла, начинают закачивать попутный газ с отбором продукции до снижения температуры отбираемой продукции на 10-25%, после чего циклы закачки пара и попутного газа с отбором продукции повторяют. 1 пр., 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к способам для добычи высоковязкой нефти. Способ освоения и эксплуатации скважины с высоковязкой нефтью включает спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) со скважинным насосом с силовым кабелем и капиллярной трубки, спущенной в скважину параллельно с силовым кабелем и закрепленной на наружной поверхности НКТ клямсами. Добывают нефть или нефтесодержащую пластовую жидкость. Подают химический реагент в скважину из емкости насосом-дозатором через капиллярную трубку. Вводят силовой кабель в скважину через герметичный кабельный ввод. Осуществляют защиту силового кабеля и капиллярной трубки от прямого контакта с внутренней поверхностью скважины протекторами. При этом на устье скважины НКТ снизу вверх оснащают электронагревателем с удлинителем, скважинным насосом с силовым кабелем и муфтой с радиальным отверстием, к которому присоединена капиллярная трубка. Удлинитель электронагревателя соединяют с силовым кабелем скважинного насоса. Спускают НКТ в скважину так, чтобы ее башмак размещался не менее чем на 2 м ниже подошвы пласта с высоковязкой нефтью, а электронагреватель находился напротив интервала перфорации пласта с высоковязкой нефтью. При этом силовой кабель на устье скважины соединяют со станциями управления скважинного насоса и электронагревателя и вводят в скважину через герметичный кабельный ввод. Капиллярную трубку вводят в скважину через герметичный боковой отвод фонтанной арматуры скважины. Запускают в работу электронагреватель и производят технологическую выдержку в течение 8 ч для прогревания призабойной зоны пласта в интервале перфорации и разогревания высоковязкой нефти на приеме скважинного насоса. По окончании времени технологической выдержки одновременно запускают в работу скважинный насос и насос-дозатор, подающий разжижитель высоковязкой нефти по капиллярной трубке через радиальное отверстие в муфте во внутреннее пространство НКТ выше скважинного насоса. Техническим результатом является повышение производительности скважины, снижение нагрузки на скважинный насос. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при эксплуатации скважины, добывающей вязкую нефтяную эмульсию. Технический результат - повышение эффективности добычи вязкой нефтяной эмульсии. По способу скважину оборудуют колонной насосно-компрессорных труб со штанговым глубинным насосом. Упомянутая колонна имеет также хвостовик с фильтром, нагревательный кабель на наружной поверхности от устья до штангового глубинного насоса, капиллярный скважинный трубопровод от устья до глубины ниже штангового глубинного насоса с входом во внутреннюю полость хвостовика. При эксплуатации скважины одновременно отбирают пластовую продукцию по колонне насосно-компрессорных труб посредством штангового глубинного насоса. По нагревательному кабелю пропускают электрический ток. По капиллярному скважинному трубопроводу прокачивают смесь растворителя асфальтеносмолопарафиновых отложений «Интат» и деэмульгатора «Рекод». Соотношение деэмульгатора и растворителя принимают (1:18)-(1:22). В качестве нагревательного кабеля используют кабель с максимальной температурой нагрева до 105°C и максимальной мощностью до 60 кВт·ч. 1 пр., 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке месторождения нефти, обладающей аномально высокой вязкостью. Технический результат заключается в создании способа разработки высоковязкой нефти, позволяющий повысить коэффициент извлечения пластовой нефти до 65% за счет равномерного прогрева нефтяного пласта по высоте при минимальных теплопотерях на добычу нефти. При осуществлении термошахтного способа разработки высоковязкой нефти, включающего закачку пара в нефтяной пласт и отбор нефти через добывающие скважины, согласно изобретению, отработку нижнего слоя нефтяного пласта ведут несколькими горизонтальными скважинами, пробуренными из буровой галереи нефтяного пласта, закачку пара в нижний слой пласта осуществляют через подземную систему пароснабжения, при этом отработку горизонтальных скважин ведут в пароциклическом режиме, а подключение подземной системы пароснабжения последующих горизонтальных скважин осуществляют после отработки предыдущих и перевода части горизонтальных скважин в добычной режим. 3 ил.

Группа изобретений относится к области интенсификации углеводородов из подземного пласта. Технический результат - повышение эффективности способа. По способу осуществляют установку первого устройства в первую горизонтальную скважину. Нагнетают первую текучую среду в первую горизонтальную скважину через первое устройство. Осуществляют добычу углеводородов из второй горизонтальной скважины, расположенной под первой скважиной. Нагнетают вторую текучую среду в третью скважину, смещенную вбок от каждой из скважин, первой и второй, для вытеснения текучих сред в коллекторе ко второй скважине. При этом продолжают добычу углеводородов из второй скважины. Устанавливают гидравлическую связь между первой, второй и третьей скважинами. Увеличивают давление в первой скважине с использованием второй текучей среды, нагнетаемой в третью скважину. Закрывают первую скважину, когда давление в ней увеличивается второй текучей средой до давления, достаточного для вытеснения углеводородов из второй скважины при их добыче. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 10 ил.

Группа изобретений относится к подводной добыче газовых гидратов и их доставке потребителю. Технический результат - повышение эффективности добычи и транспортировки газовых гидратов за счет снижения энергетических, капитальных и текущих затрат. Способ включает получение газовых гидратов, их перемещение потребителю, разложение газовых гидратов с получением газа. Процесс получения газовых гидратов осуществляют при термодинамических параметрах, соответствующих образованию газовых гидратов. Перевозку газовых гидратов осуществляют в герметичных, теплоизолированных грузовых помещениях транспортного средства при термодинамических параметрах, исключающих разложение газовых гидратов. Разложение газовых гидратов с отбором газа, по завершении его перевозки, осуществляют снижением давления в грузовом помещении транспортного средства до атмосферного. Процесс получения газовых гидратов и их хранение в процессе перевозки осуществляют при температуре -0,2°C и давлении 1 МПа. При этом, газовые гидраты отбирают в гидратном состоянии в виде брикетов посредством n-контейнеров, поочередно спускаемых на подводный пласт газовых гидратов с подводного транспортного средства. Подводный пласт газовых гидратов разогревают посредством нагревательных элементов, размещенных в ребрах n-контейнеров. Заглубляют поочередно каждый из n-контейнеров в подводный пласт газовых гидратов на глубину, превышающую в два раза высоту контейнера. После заполнения самонавалом каждого из n-контейнеров газовыми гидратами выполняют их подъем в грузовое помещение транспортного средства. Транспортное средство выполнено в виде подводной лодки. При разогреве подводного пласта газовых гидратов разогревают участок - только участок пласта газовых гидратов под контейнером. Газовые гидраты, которыми заполняют контейнеры, представляют собой брикеты природного метастабильного минерала в их гидратном - твердом состоянии. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к получению приповерхностных скоплений твердых газовых гидратов донных отложений. Технический результат - снижение материальных и эксплуатационных затрат, а также снижение экологической нагрузки на территорию добычи газовых гидратов. По способу осуществляют постепенное растворение верхнего слоя скоплений газовых гидратов путем нагрева скоплений газовых гидратов в донных отложениях водоема до температуры 50-60oС. Это осуществляют посредством нагревательного элемента, выполненного в виде режущей кромки, размещенной по диаметру грузового контейнера, спускаемого с плавательного средства. Плавательное средство выполнено в виде самоходного подводного аппарата с выдвижным гусеничным трактом в виде контейнера с режущей кромкой в нижней части, соединенной с нагревательными элементами внутри контейнера. Обеспечивают устойчивость самоходного подводного аппарата относительно дна водоема. Выполняют вращение контейнера и подачу электрического тока на нагревательные элементы. Разогревают газогидратный пласт до 50-60oС. Выполняют спуск контейнера с вращением в газогидратный пласт с обеспечением точечной добычи гидратов из упомянутого пласта в их твердом виде. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - повышение эффективности теплового воздействия на залежь при малых постоянных и переменных толщинах нефтяного пласта. Способ разработки залежи высоковязкой нефти горизонтальными скважинами включает бурение пары горизонтальных скважин нагнетательной и добывающей по толщине нефтяного пласта, при этом добывающую скважину располагают ниже уровня нагнетательной скважины и осуществляют закачку пара в нагнетательную скважину и отбор нефти из добывающей скважины, устанавливают наличие подошвенных вод и при их наличии определяют минимальную высоту траектории добывающей скважины над водонефтяным контактом, определяют оптимальное расстояние между добывающей и нагнетательной скважинами, минимальное расстояние от нагнетательной скважины до кровли пласта, а также оптимальную толщину нефтяного пласта, обеспечивающую параллельное расположение нагнетательной и добывающей скважин в одной вертикальной плоскости, и при уменьшении толщины нефтяного пласта меньше оптимальной изменяют траекторию бурения нагнетательной скважины в пространстве нефтяного пласта относительно добывающей путем уменьшения расстояния между скважинами по вертикали и отклоняют нагнетательную скважину от добывающей по горизонтали с учетом анизотропии пласта при сохранении градиента проницаемости между нагнетательной и добывающей скважинами. 2 табл., 1 пр., 3 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - возможность постоянного контроля за изменением вязкости добываемой продукции, возможность регулирования процесса закачки, равномерный прогрев пласта, увеличение уровня добычи высоковязкой нефти и битума с одновременным снижением материальных затрат и энергозатрат. В способе разработки залежи высоковязкой нефти или битума, включающем строительство верхней нагнетательной скважины и нижней добывающей скважины с горизонтальными участками, расположенными друг над другом, которые оборудуют фильтрами, причем в нагнетательную скважину спускают колонны труб по типу «труба в трубе» с изолированными друг от друга внутренними пространствами с помощью пакеров, а выходные отверстия колонн труб размещены в фильтре и разнесены по длине горизонтального участка, разбивая его на зоны прогрева, закачку теплоносителя через горизонтальную нагнетательную скважину с прогревом пласта, созданием паровой камеры и отбором продукции через горизонтальную добывающую скважину, при котором снимают термограммы паровой камеры, анализируют состояние ее прогрева на равномерность прогрева и наличие температурных пиков и с учетом полученных термограмм осуществляют равномерный прогрев паровой камеры, изменяя зоны прогрева подачей необходимого количества теплоносителя в соответствующую колонну труб для исключения прорыва теплоносителя в добывающую скважину через более прогретую зону, при строительстве нагнетательной скважины с горизонтальным участком для более равномерного прогрева пласта фильтры и колонны труб выполняют с увеличением суммарной площади сечения отверстий от начала горизонтального участка в пласте к забою. При эксплуатации после увеличения вязкости отбираемой продукции в 3-5 раз прекращают закачку теплоносителя в нагнетательную скважину и закачивают газообразный углеводородный растворитель через соответствующую колонну труб в зону прогрева с наименьшей температурой до снижения температуры отбираемой продукции на 10-25%. После чего циклы закачки пара в соответствующие зоны прогрева и газообразного углеводородного растворителя с отбором продукции повторяют. 1 ил.
Наверх