[发明专利]在煤层操作中控制煤粉

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2007年10月31日提交的美国序列号11/931,501的部分连续专利申请和2008年11月25日提交的美国序列号12/277,825的部分连续专利申请，美国序列号12/277,825又是2007年10月31日提交的美国序列号11/931,706的部分连续专利申请。

技术领域

本发明涉及用于固定煤粉不迁移的方法和组合物，且更特别地在一个非限制性实施方案中，涉及用于在从地下煤层中采收甲烷的操作过程中固定地下地层中的煤粉不迁移或抑制其迁移的方法和组合物。

背景技术

煤层甲烷(CBM)或煤层气是从煤层中抽取的天然气的形式。近几十年来，其已经成为重要的能量来源。在一些领域中，其被称作煤层气。这种甲烷气体的取出称作煤层甲烷抽取。

该术语表示将甲烷吸附到该煤的固体基质中。因为其缺乏硫化氢，因此称作“低硫气体”。该气体的存在由于其在地下采煤中的出现而公知，其中其呈现出严重的安全风险。CBM与典型的砂岩、碳酸盐或其它常规气体储层不同，因为甲烷是通过吸附储存在该煤中的。该甲烷接近液态，作为煤(称作基质)中孔内部的内衬。该煤的开口裂缝(也称作裂隙)也可以包含游离气体或能够被水饱和。

因为该甲烷被吸收在该固体煤基质中，因此在对该煤缝减压时可以将其释放出来。这通常包括在该煤缝中钻孔，人工通过液压压裂技术(类似于从地下地层中采收烃中所用的那些)在该煤缝中引入裂缝。液压压裂产生长的由支撑剂支撑的裂缝以释放煤层中的甲烷和水。煤粉(平均粒度通常小于50微米)被甲烷和水携带，从所有方向流向裂缝，然后通过该裂缝到达井眼以在地表处产生。在该甲烷生产过程中，该煤粉将浓缩在近井眼区域附近并将堵塞其中的流道，这导致生产率的快速降低。

如果某方法和/或组合物在其所有形式和实施方案中将会用于帮助将煤粉就地固定或将其稳定，那么将会是所需的，特别是其中在该煤粉存在于流体中(例如悬浮在空气或水中)的情况下。在特别的情况中，如果将地下地层中煤层内的煤粉以降低、抑制或消除其迁移或移动的方式处理，那么将会是所需的。

发明简述

在一种非限制性的形式中，提供了用于固定地下地层中的煤粉的方法，其包括将地下地层中的煤粉与一定量的有效降低煤粉迁移和移动的颗粒添加剂接触。该颗粒添加剂可以具有100nm或更小的平均粒度。此外，该颗粒物添加剂可以是碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属氧化物、碱金属氢氧化物、过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物、后过渡金属氧化物、后过渡金属氢氧化物、压电晶体、热电晶体及其混合物。

在一种非限制性的实施方案中，还提供了用于固定地下煤层中的煤粉的方法。该方法包括从该地下煤层中释放甲烷(如在CBM采收操作中那样)并将该地下煤层中的煤粉与一定量的有效降低煤粉迁移的颗粒添加剂接触。该煤粉存在于包括但不必限制于含水流体、烃流体、醇、二醇及其混合物的流体中。该颗粒添加剂可以是如前所述的。与不存在颗粒添加剂的相同流体相比，降低了煤粉的迁移。

另外在另一非限制性的实施方案中，还提供了包含煤粉的流体。该流体可以包括：可以包括但不必限制于含水流体(例如水和/或盐水)、烃流体、非水流体(例如醇和/或二醇)及其混合物的基础流体。该流体还包含煤粉和如前所述的颗粒添加剂。该颗粒添加剂在该流体内的含量足以抑制该煤粉在流体内移动的能力。

该颗粒添加剂(在本文中也称作纳米尺寸颗粒或纳米颗粒)(例如MgO和/或Mg(OH)₂等)无论其是否带电都似乎将分散的煤粉固定或絮凝。这些颗粒添加剂之前已经证明能固定通常带电的粘土粉。我们相信煤粉通常是不带电的，而粘土粉通常确实带有电荷。至少部分由于其较小的尺寸，纳米颗粒的表面力(例如范德华力和静电力)帮助其将细粉结合、聚集或絮凝在一起成为更大的集合、结合体或聚集体。这种聚集或结合帮助将细粉就地固定并保持或抑制其不移动。在很多情况中，可以通过使用比煤层中的孔和孔喉通道、裂缝和通道更小得多的纳米尺寸颗粒添加剂提高该处理流体的细粉固定能力，由此成为无孔堵塞颗粒，其比煤粉本身对煤层渗透性损害更小。这种较小的尺寸可使该纳米颗粒容易进入煤层，然后将该细粉束缚或固定在其来源或起源处或附近，使得该细粉和纳米颗粒都保持在煤层中而不会移动远去-或者至少将其限制到对该煤层的近井眼区域的损害最小化的位置。