[发明专利]通过快速氧化增强地下煤层甲烷井

说明书

技术领域

本发明一般性涉及煤层甲烷(coalbed methane)生产领域。更具体地，本发明涉及将流体或材料应用于释放游离氧的地下煤层，以在煤层中引起快速氧化反应，从而增强煤层天然气生产的方法。

背景技术

从地下煤层(subsurface coal seams)生产商用天然气目前已有三十年的历史。地下煤层可能含有大量天然气或甲烷(通常称为煤层甲烷或者CBM)，这些天然气或甲烷吸附在煤炭表面上。当煤层中的压力显著下降时，这种气体从煤炭中释放出来并可进行生产。然而，在大多数情况下，煤炭中的低渗透率或者由于在钻井或者完井过程中对煤炭的破坏使得降压(进而煤层甲烷生产)被削弱。

迄今为止，存在两种促进煤层甲烷生产或者绕过被破坏的煤炭以增加气体产量的方法：a)汽蚀作用(cavitation)；或者b)水力压裂。汽蚀作用是一种通过重复注入流体和侵蚀性回流以沿井筒切断并生产煤炭而将其移去的方法，从而通过形成空穴使井筒扩大。不幸地是这种方法仅在数量非常有限的煤层中取得了成功，所述煤层包含具有特殊脆性的煤炭。

另一种方法--水力压裂与多年来在常规油气地层中应用的方法相同。该方法包括通过在高压下将流体高速泵送至地层中来引发煤层裂缝(fractures)。不幸地，由于煤炭的柔软性和天然裂缝(称作割理)的存在，这些引发的水力压裂裂缝并不是非常有效并且与在常规油气地层中应用相类似表现相当不佳。将支撑剂添加至压裂液中，以提高撤去水压后的裂缝传导性；然而过早的支撑剂桥堵已经成为煤层压裂中的一个问题。通常，为成功地进行这些支撑剂处理剂，要求使用高粘性流体。然而，这些高粘性流体经常对临近裂缝的煤炭割理造成二次损坏，而这可能大大地减轻压裂处理的增产作用。

煤层是主要由碳化合物构成的地下岩层，例如具有约(85％C，5％H，5％(O、N、S)，5％M)的典型组成，其中C指的是总的碳含量(不挥发性物质加上挥发性物质)；H指的是总的氢含量；O、N、S指的是氧、氮以及硫的总含量；以及M指的是惰性物质的总含量。煤炭和碳酸盐岩(石灰石和白  云石)通常是油气生产的来源，并且通常是天然断裂的，由此提高了它们的生产潜力。由于低渗透率或钻井和完井期间的损害，煤炭、石灰石和白云石可能具有有限的油气生产力。然而，因为岩石可易溶于成本低廉的酸，例如盐酸，所以可容易地使碳酸盐岩增产或者可绕过它们的损害。石灰石/HCl溶解反应为：

2HCl+CaCO₃<-->CaCl₂+H₂O+CO₂

白云石/HCl溶解反应为：

4HCl+CaMg(CO₃)₂<-->CaCl₂+MgCl₂+2H₂O+2CO₂

可通过增大井筒和消除或绕过损害使这些地层增产，或者可通过用酸性流体进行压裂来增强水力裂缝，由此将沿着裂缝面移动岩石并增强撤去水压后的裂缝渗透率。

虽然已作出一些努力来使用氧化剂用于增产CBM，然而没有在CBM增产中为移去岩石使用由提供氧化剂而增强的燃烧的描述或建议。一直存在持续的并且迄今尚未满足的对于增产CBM的需求。

发明内容

根据本发明，描述了煤层甲烷增产的方法，所述方法减少或克服了现有方法中存在的问题。通过下述方法，本发明方法允许促进含煤地层(例如煤层等)生产更多的煤层甲烷：提供暂时的氧化环境、允许煤炭燃烧和增大水压诱导裂缝或射孔的尺寸。本发明方法包括经由钻井筒将一种或者多种组合物引入到地下煤层中，由此释放和/或生成浓度和数量充足的氧化材料以产生暂时的、局部的氧化环境，从而保证含碳材料的高速氧化。高速氧化反应的作用是通过除去关键区域中的煤炭来改善连通性和从煤层到井筒的流动通道而促进煤层的天然气产生。这可包括除去或者绕过接近井筒的含煤地层(coal-bearing formation)的损害区域，所述损害区域是钻井和完井、环向应力、或者这些原因的组合所造成的。