[发明专利]减少生产的含甲烷气体中惰性解析甲烷气体量的方法

说明书

本发明一般涉及减少在含甲烷的气体混合物中存在的惰性气体浓度的方法。更具体地说，本发明涉及减少通过将惰性气体注入象煤层这样的气体混合物中存在的惰性解吸甲烷气体的浓度的方法。

人们认为甲烷是由使有机物质转化成象煤和页岩这样的固体碳质地下物质的各种热过程和生物过程产生的。当以这种方式生产甲烷时，碳质固体和甲烷分子之间的相互吸引，常常使大量甲烷仍然与水和少量其它气体一起，被截留在该碳质固体中，所述其它气体可以包括氮气、二氧化碳、各种轻质烃、氩和氧。当截留的固体是煤时，可以从煤中得到的含甲烷的气体混合物，一般至少含约95％(体积)甲烷并且被称做‘煤层甲烷’。全世界煤层甲烷的储量是巨大的。

煤层甲烷已经成为天然气组成中的甲烷的重要来源。通常，通过在有生成煤层的一层或多层含甲烷煤层的地下煤层中钻井来回收煤层甲烷。周围的煤层压力(‘储藏压力’)和井筒之间的压差提供使煤层甲烷流进井筒的驱动力。遗憾地是，这个压力减少也减少了使甲烷流进井筒所需的驱动力。从而，随着时间的推移，煤层压力消耗使效率变小，一般认为只能够回收其中所含甲烷的约35-50％。

在Puri等人的U.S.P 5,014,785中公开了一种生产煤层甲烷的改进方法。在这个方法中，解吸甲烷的气体例如惰性气体通过注入井注入象煤层这样的固体碳质地下层中。同时，从生产井中回收含甲烷气体。解吸气，优选的是氮气，减少煤层压力的消耗，认为其通过减少该层中甲烷的分压而使甲烷从煤层中解吸出来。近来的试验证明，这个方法使煤层甲烷的生产率增加，认为可回收的甲烷的总量可高达80％以上。

正如由此处所包括的实施例所证明的那样，长期将惰性气体注入地层，可导致生产的含甲烷气体中，惰性气体的体积百分数一般随时间而增加。这样的结果是不希望的，因为在生产的含甲烷混合物可送入天然气管道以前或以其它方式被利用之前，可能需要减少在该混合物中注入的惰性气体的浓度。

所需要的是从固体碳质地下层中回收甲烷的改进的方法，该方法提供含尽可能少的注入的惰性气体的含甲烷气体，以减少与从生产的含甲烷气体混合物中除去注入的气体有关的成本。

所描述的本发明的各方面都利用了我们的发现，即通过将惰性解吸甲烷气体注入固体碳质地下层中所生产的含甲烷气体中存在气体的百分数，可以通过暂时停止注入惰性气体或通过减少惰性气体注入速率而减少(以体积百分数计)。

生产的含甲烷混合物的惰性气体具有重大的经济意义。生产的气体混合物中惰性气体的存在减少甲烷含量，从而减少给定体积的生产的气体混合物的燃料价值。另外，在某些情况下，将需要减少生产的气体混合物中惰性气体的量，以便该混合物可以用于化学过程或送到天然气管道。暂时停止惰性气体注入，以减少生产的含甲烷气体混合物中存在的惰性气体的体积百分数，从而可通过减少从生产的混合物中除去惰性气体的需要，来减少操作费用。

人们认为，在一些情况下，通过减少惰性气体注入该地层中的速率，可以简单地得到类似于通过停止惰性解吸甲烷气体注入所得到的有利作用。通过交错停止或减少注入多口井中的惰性气体可以得到另外的好处，以致来自这些井的产物可以混合，以得到含惰性气体的平均体积百分数低于用其它方式从在其中注入流量的变化不随时间交错的井中得到的混合物。

本发明的第一方面涉及减少在由固体碳质地下层生产的含甲烷气体混合物中存在的惰性解吸甲烷气体的量的方法，该方法包括把惰性解吸甲烷气体注入地下层的步骤；停止注入解吸甲烷；在至少部分注入步骤期间，由该层回收第一部分含甲烷气体混合物，所说的混合物的解吸甲烷气体的体积百分数为Y％；在完成停止步骤之后，由该层回收第二部分含甲烷气体混合物，所说的第二部分气体的解吸甲烷气体的体积百分数小于Y％。

此处所用的术语“固体碳质地下层”指的是任何含有与显著量的固体有机物质结合的甲烷的地下地质层。固体碳质地下层包括煤层和页岩层，但是不限于此。

此处所用的术语“解吸甲烷惰性气体”指的是任何含有大于50％(体积)的相对惰性气体的气体或气体混合物。相对惰性气体是这样一种气体，即促使甲烷从固体碳质地下层脱附而没有很强的吸附到该层中存在的固体有机物质上或者另外与固体有机物质有任何显著程度的化学反应的气体。有关的惰性气体的例子包括氮气、氩气、氦等以及这些气体的混合物。二氧化碳不认为是相对惰性气体的强吸附气体的例子。