CN1032079C - 将天然气供给用户的方法 - Google Patents

Abstract

一种将天然气供给用户的方法，这种方法的特点是在开发中的含饱和气水层的上面建造一个储存库，用靠给正在开发的地层周期性地施加外部作用而产生的天然气充入如此建造的储存库，然后将天然气输送给用户，可通过产生弹性振动，提供压差、升温，电磁振荡或者联合使用这些要求来施加外部作用，如果本发明的方法用于地震活跃区或者易受到弹性振动的区域，效果会明显提高。

Description

将天然气供给用户的方法

本发明涉及一种将天然气供给用户的方法，特别是涉及在紧靠天然气用户建造贮藏库，用从含饱和气的水层吸出的天然气将其充满，随后从井中回收天然气，将其供给天然气用户的方法。

本发明可以方便地用于创造一个准备使用的天然气层，并用简单可靠的方式将其中的天然气取出供给天然气用户。

通常，天然气是在长期(地质术语)自然形成的地层的区域内的天然气、天然气凝结物和石油——天然气——凝结物中生产出来的，而天然气用户(例如工业企业，市政机关等)是用下述方式获得的：从天然气凝结物中生产天然气——就地加工——将天然气输送到天然气消费区，在那儿建造贮藏库并灌满天然气使之变成天然气源随时供给用户。

为了解决上述问题，在已有技术中通常是在靠近消费区建造一个地下储罐，例如Trebin F.A.，Makogon Yu.F.和BasnievK.S.著的天然气生产一书(Nedra出版社，莫斯科，1976年，P368)描述的就是这种技术。在已知技术中，这种技术是在勘探自然形成的天然气凝结物并根据裂缝的压力降估计天然气的储量时，使用自然地质过程而产生的地下储油构造储油层。例如，苏联发明证书1,032,171号(1983年7月30日公布)提出了一种方法，用这种方法，利用一层天然气凝结物上面的储油构造，根据天然气流过储油构造通道在储油构造中的裂缝处的压力降来估计天然气的储量，但不能尽可能的回收这一范围的天然气。

苏联发明证书442287号(1974年11月21日公布)提供了另一种方法，这种方法是使天然气——水合物凝结物承受电磁发射器或插入气井的磁致伸缩钻头产生的振动作用，使游离天然气从中逸出。

在已知技术中(参照苏联发明证书859,606号，1981年10月5日公布)，还知道一种控制油井的方法，利用这种方法将一个声振源沉入油井内使天然气从油井液柱内逸出，然后将油井控制在天然气上升的工作模式。

还有一种生产天然气的已知方法，这种方法是以靠流至地面上的地下岩层(薄层)的液体来输送天然气的，然后从液体中分离出天然气(参照石油生产一书，NEDRA出版社，莫斯科，1974，P511—512)。

美国专利4040487号(1974年8月9日公布)和4116276号(1978年11月26日公布)提出一种从水层含水和天然气的地层中用抽送水的方法来提高天然气的产量的方法。

已知技术中还知道一种利用振动和声音作用从碳氢化合物天然凝结物中回收碳氢化合物的方法(参照美国专利8952800号，1976年4月27日公布；4060128号，1977年11月29日公布；4114689号，1978年9月19日公布；4417621号，1983年11月29日)，并伴生热效应(参照例如美国专利4049053号，1977年9月20日)或者使用电磁场效应(参照美国专利4084638号，1970年4月18日；1161978号，1979年8月21日公布；4638863号，1986年7月25日公布和4705108号，1987年11月10日公布)。

但是，上述引证的专利没有为天然气从含气水层中逸出，形成储藏库，开发新的天然气田等采取措施。

已知方法中的主要缺点如下：

——在靠近天然气用户的地方使用地下储存天然气的储藏罐，用最初抽出的天然气灌满，这种天然气通常是从离天然气用户相当远的天然气产区事先运输过来的，这种将天然气供给天然气用户的系统涉及管道干线，泵站等，并大量消耗资金，材料和动力等。

——将地层的含饱和气的水抽送到地面然后分离出天然气实际上是不利的，因为这涉及移送大量的液体，并由于地层水的高矿化作用带来了许多麻烦。

——用长期(至少一年)不变的抽出水减少水层的压力的办法，从水层抽出天然气具有上文所述的一些缺点(每天需从每口井中抽出15至25×10桶的水)，缓慢地收集天然气，且从地层收回的天然气不完全。

已知技术水平的其余引文的特点是与正在开发之中的自然碳氢化合物沉积物连系在一起的。

在那当中，因长期逐渐抽出的碳氢化合物正在开发之中，而新发现的碳氢化合物通常离工业区和使用天然气的其它区域相当远，将天然气运给它们要花费劳动和金钱。至于在地球深处由于自然过程出现的新的沉积物层认为是在地层时代形成的。

在这方面，从其它天然气源生产回收天然气所遇到的问题变得越来越尖锐，实际上，从含气水层生产天然气的问题，在本发明问世之前，从这种地层中直接收集天然气被认为是不可能的，至少没有工业前途。这种地层在自然界中相当普遍并且经常在靠近使用天然气的地区发现。这种地层往往连接在一起形成面积相当可观达几千平方公里的地下矿区甚至还可能更大。利用它们收集天然气，特别是在天然气和石油——天然气——凝结沉积物的那些地方是没有过的，但有可能可观地提高天然气生产的吨数，促进了将天然气供给用户的问题的解决。

在本发明问世之前，由于上述已知方法要投入过多的劳力且效益很差，从水层中以商业规模生产天然气没有给予应有的注意。

本发明目的是解决上述问题。

本发明的目的是提供一种将从含饱和气水层中提取的天然气供给用户，提高从天然气储量抽取天然气的产量，减少与运输天然气有关的费用，并且使用在这个或那个区域存在的天然或人造弹性振动源，以降低这种地层中生产天然气的动力消耗。

上述目的是通过下述方式完成的：在含饱和气水层的上面建造储藏库，并且使含饱和气水层受到不同效果的周期作用而分离出来的天然气灌满。已经证实正确的结合使用这种因素可以有效且可靠地从含饱和气水层抽取天然气并将其储存在如此建造的储藏库内，以便向天然气用户稳定供给天然气。

向含饱和气水层周期地施加作用可通过在上述地层内产生弹性振动的方式来实现，例如可用爆炸和/或借助于声源，振动或地震波诱发弹性振动。

这种作用也可通过升温，例如向水层(特别是通过注入井)注入热蒸汽或者消耗，例如通过天然气抽吸井，沉入地层内的，电热器产生的热量。当发现天然气是以天然气水合物的形式存在时，最好采用热效应。

施加在含饱和气水层上的作用也可借助于电磁场，例如用放电器放电或沉入水层并通入恒定(如调频)电压的电极产生的电磁场。

弹性振动和电流效应不仅在流体中发生，而且还将其作用施加在集油特性的地质层上。例如，由于使水/天然气——饱和地质层受到电脉冲，就产生了热，电磁和物理——化学效应(例如电流脉冲激发电解现象、电渗作用等)，以及弹性击波，冲击波首先使集油层破裂，加速逸出的天然气流向气井，从岩层中更完全的收集天然气。

由于使含饱和气的水层受到间断的弹性振动作用，可使天然气逸出的速度明显上升，促使并加速天然气向储藏库流动，以靠振动还可控制天然气流动的状态。使用频率为0.1至60Hz的低频振动，以靠设置在露出地面上的单独的地震源，可同时给几个存在于面积相当大的地区里埋藏相当深的含饱和气的水层施加作用。使用这种振动还能保证最大可能的天然气产量。

例如使用从水层局部排出水的办法形成压差也能实现给含饱和气的水层施加周期性的向外排气作用。

用不同组合同时使用上述各个要素，并根据具体的工作条件使用产生这种作用的不同能源也可向含饱和气的水层施加周期性的作用。用这种组合要素施加到目标上的作用机理和程度不是仅仅由每个要素的机理的总和来确定的，而是由这种组合产生的定性和定量的新的要素决定的。使用组合要素提高了本发明方法的效益。例如，如果弹性作用与减压作用相结合，排气效果变得更显著，比单独使用上述要素中的一个更快。

除上述要素之外，也可使用一些其它已知要素引导天然气从含饱和气的水层中逸出。

具体参数的总和，即描述含饱和气的水层的通用条件(包括压力、温度、比容)，它的成分，流体和岩层的物理化学性能(包括松弛性能)，施加各种要素时的变化、岩石的集油和其它特性，地层的共振特性，储藏库的灌注速度和程度，为满足用户需要而取定天然气的速度及其它因素的总和决定了这些作用的周期性。

当含泡和气的水层受到上述要素的作用时，天然气开始从中逸出，并以各种不同的形式逸出：以溶解状态，以自由状态，如天然气泡，如天然气的水合物等。但是，从这种地层中逸出的天然气是不均匀的，是与它们的地质构造和天然气饱和程度相联系的。此外，天然气逸出的不均匀性不能用控制向外排出活动的同期性加以控制。正由于这种不均匀性，使得没有可能用逸出的天然气直接供给天然气用户，甚至对最现代的经济有效的输送天然气的方式来说也因天然气压力突然降低升高，流速的急剧变化没有可能，因而，必须组合使用上述要素。

按照本发明，除需要给含饱和气水层施加周期性地向外排气作用之外，与其相联系的在这一地层上至少要建造一个储藏库。这里使用的术语“储藏库”系指能收集逸出天然气的一定容积，例如地下空间和空穴，也指任何具有比包围含饱和气的水层的地质壳大的多的孔结构和透气性的空隙容积。

术语“建造”根据具体地质条件可指各种各样的作业，可以是探测结构的出现，保证在靠近结构出现区域钻探并密封钻孔，以及例如用爆炸，多年永冻层岩石解冻，洗净盐沉积物，粘土等中的空洞，以及用已知的方法对侧壁，其中也包括对岩石的顶部进行密封。在不同的含饱和气的水层上面可以建造几个储藏库，而且可以使这些储藏库彼此流体连通。

在周期性地给含饱和气的水层施加作用和天然气从中逸出的过程中，这样建造的储藏库通常是被充满的。本发明的方法也不排除将从水层逸出的天然气引向碳气化合物层的上面重新灌满。

事实上，当灌入天然气并使储藏库充满时会产生新的天然气凝结物或气藏地层。

在这个时候，由于形成天然气凝结物的地质过程是不重要的，所以从原始的含饱和气的水层逸出天然气的不均匀性也变得不重要，因而这样形成的气藏可直接用作供给天然气的充足稳定的气源。

由于本发明的方法，可使范围相当大的含饱和气的水层用于工业生产天然气，并有可能以一定的灵活性在这种地层的上面选择特定的建造储藏库的区域，并相应的选择给这些地层周期性地施加排气作用的区域。选择靠近天然气用户的区域自然被认为是比较合理的方案，因为这能节省天然气的运输。

更可能作这样的选择：在天然或人造弹性振动源的地方，在含饱和气的水层的上面建造一个储藏库，更准确地说，可以选择地震活跃区或者靠近运行的水电站，铁路，军事试验场，进行爆破的采石场，工业企业等地区。在所有这些场合，在这一地区逸出的天然气充满了储藏库，地下含饱和气的水层受到上述能源产生的弹性振动作用，因而对上述人工作用的需要减少了，从而降低了生产天然气的动力消耗。

本发明的方法具有下列优点：使那些至今被认为是无用的无法收回的大量气体的工业应用带来了转机；形成天然气层，包括最靠近天然气用户的天然气层；以最佳的方式解决了天然气贮存问题；将天然气用户和天然气产地结合成一体组成共同的自动控制系统；对天然气生产和供应过程进行更有效地控制；减少了服务人员的数量；还由于缩短了天然气和装备输送的距离、省去了建造主输送管线、泵站、贮气工厂等等而减少了材料、资金，动力及其它消耗。本发明方法因为不需要远距离输送天然气，所以对外界非常安全。本发明方法还包括其他一些可以从上文得出的，本技术领域专业人员显而易见的优点。

图1是本发明方法一个实施例的示意图，其中，通过气井给沉入地层的局部源含饱和气的水层施加向外排气作用。

图2是本发明方法的另一个实施例，其中含饱和气的水层受到施加向外排气作用的不同能源的联合作用。

图3表示本发明方法的又一实施例，其中在靠近自然或人工振源的地方在含饱和气的水层的上面建造了一个储藏库。

在某一个操作方便或出于其它一些考虑而选定的区域内，在含饱和气的水层1的上面至少沉入一口井2(图1)。为了能够收集逸出的煤气，在地层上面要从事制造人造空腔——即贮藏库3的工作，同时要设置通过气井2的穿孔部分4从贮藏库中连续取走天然气的装置。

随后，含饱和气的水层受到外部作用，按照本发明的一个实施例，含饱和气的水层要受到放电器产生的放电作用，这种放电器示意地表示作起局部排气作用的能源5，炸药也可以构成起局部排气作用的能源。按照本发明的另一个实施例，地层要受到埋入图2所示的专用的轴向钻孔内的电极6产生的电磁场的作用。也可以借助于露出地面的弹性振动源7施加外部作用。在所有这些实施例中，都是以靠压差，例如通过井2取部分水，降低水层的压力来提高外部作用的效果。

如上文所述，外部作用可以结合起来，如图2所示。

但是，如图3所示，当在天然的或者人工弹性振动源的空穴中形成了一个贮藏库时，为专门排气而需要额外施加的作用可能变的相当低，这是因为作用在含饱和气的水层上的弹性地震波促使并显著增强了气体逸出过程。

在上述施加额外排气作用的全部可提供选择的实施例中，含饱和气的水层中所含的天然气开始逸出，因为天然气的比重低于水的比重，气体上升积聚在贮藏库中，并可通过气井的井孔部分从中抽出。

为实现本发明的方法，埋入一口深1200米的气井2，使之到达含饱和气的水层，特征参数如下：

——埋藏深度              1000——1500米

——水层含气的容量        500米

—被溶解的天然气的比容    1.5—2米³/米³

——被溶解天然气的成分包括：

                   CH₄     95—98％

                   C₂H₆—C₅H₁₂     0.5—0.3％

——地层(矿层)压力        10—15MPa

——地层温度              20℃

——水的密度              1.011

在粘上层和砂质层之间的分界处有一条裂缝需要密封，可用灌浆完成，用公知的方法造一个贮藏库，用缆绳通过气井将一个振动源5沉入水层1，接着，使用图1所示的方法，使该水层承受振动/波动作用，在弹性振动通过水层的路线内，被溶解在其中的天然气开始逸出。由于和水相比天然气的比重较小，所以天然气上升至地面，通过井取走天然气的工况是可控制的。

下面让我们在地震活动区检查一下本发明方法的一个实施例，在该活动区出现在侏罗纪地层高度上的含饱和气的水层的特征参数如下：由于矿化作用而产生的氯化钙式的水为91—147克/升。水含碘1—12毫克/升，含溴294—426毫克/升。该水层水的特点是天然气饱和程度非常高(2,581—3,172n.cm³/升)。水溶的天然气最主要是甲烷，其浓度达83—95％，重烃类的浓度不超过0.5％，天然气还含氮(10％)和酸的成分(最高达0.5％)，溶解天然气的整个压力达21—51MPa。

为实现本发明方法的这一具体的实施例，需钻一个深约3000米的井眼，用上述方法制作一个贮藏库，以将由于地震作用而逸出的天然气积聚在贮藏库内，当沉积和形成气/水分界面的周期满时，就可开始取出天然气。从贮藏库取天然气的速度取决于天然气/水接触波阵面的上升(GWC)，其值由GWC的位置决定。从贮藏库的顶部取出天然气，而其GWC位置表示的底部用地球物理方法来控制。如果感觉不到长时间的地震现象，可用上述方法施加额外的排气作用。

因此，本发明的方法可同时解决采收，收集和贮存问题，并且全都在最靠近天然气用户的地方进行。

Claims (7)

1.一种将天然气供给用户的方法，包括下列步骤：建造一个储存库，用天然气将其充满并将天然气输送给用户，其特征在于所述的储存库建造在含饱和气水层的上面，用靠给所述含饱和气水层周期性地施加外部作用而产生的天然气灌满如此建造的储存库，并且建造在靠近天然气用户的区域，还能节省天然气的运输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于作用在含饱和气水层的周期性的外部作用是靠弹性振动施加的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于位于含饱和气水层上面的所述储存库建造在可获得自然或人工弹性振动源的地区。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于作用在含饱和气水层上的所述的外部周期作用是靠提供压差来实现的。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于作用在含饱和气水层上的所述的外部周期作用是靠升温来实现的。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于作用在含饱和气水层上所述的外部周期作用是借助于电磁场来施加的。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在含饱和气水层上所述的外部周期作用是由两个或两个以上的所述施加作用要素，如产生弹性振动，提供压差，升温和施加电磁场联合施加的。

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