監(jiān)測非常規(guī)烴勘探和開采位點(diǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及回收非常規(guī)姪的領(lǐng)域，并且更具體地設(shè)及監(jiān)測非常規(guī)姪勘探和開采位 點(diǎn)的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 非常規(guī)（液體或氣體）姪類是除了常規(guī)鉆探手段W外需要增產(chǎn)措施來提取的資 源，該與除了水和/或氣體注射W外不需要特定處理來增加油回收產(chǎn)量的常規(guī)姪類提取相 反（增強(qiáng)的油回收EOR)。非常規(guī)姪類因此屬于不同類型的資源，其中：
[0003] -頁巖油是一種由于深埋而陷在母巖中的油，
[0004] -致密油是一種已經(jīng)從母巖中移出，但位于滲透性非常低的油藏中的油，
[0005] -致密氣是與前述的油相似在低滲透性氣藏中累積的氣體。其通常是在頁巖氣和 常規(guī)氣之間的中間層中的甲燒，
[0006] -在富含吸附的甲燒的煤層中發(fā)現(xiàn)的煤層氣（CBM)，在采礦業(yè)中稱為沼氣。當(dāng)巖石 中的天然裂縫能釋放足量的甲燒W產(chǎn)生顯著的流速時(shí)，其通過簡單的垂直孔產(chǎn)生。在相反 的情況中，需要通過水力壓裂來刺激巖石，
[0007] -煤礦瓦斯（CMM)是與前述氣體性質(zhì)相同的氣體，其通過簡單地向老的非水淹的 礦中累送來回收，尤其是在法國的北部-加來海峽采礦盆地的老煤層中，
[000引-油頁巖和油砂是在母巖內(nèi)還沒有停留足夠長的時(shí)間W轉(zhuǎn)化為姪類的有機(jī)物質(zhì)。 它們的開采不需要水力壓裂，但是需要非常消耗能量的熱處理，
[0009] -頁巖氣是在保持陷入地表下2000至3000米深度的沉積巖中的氣體。其包含的 甲燒包含于不連通的微孔中并且其可能吸附于不可透性粘±顆粒上。因此，介質(zhì)是母巖和 藏，但是該種不可透性阻止通過常規(guī)的鉆探方式的提取。
[0010] 特別困難的非常規(guī)姪類提取需要系統(tǒng)性使用組合的定向鉆探和壓裂技術(shù)，該是特 別高成本的。例如，非常規(guī)姪類（諸如來自母巖（頁巖區(qū)塊）的姪類）的開采：油頁巖和頁 巖氣需要壓裂周圍的巖石W釋放該些姪類。事實(shí)上，與保留在易于開采的可透性巖石中的 常規(guī)天然氣不同，頁巖氣陷入由其包含的粘±而變得不透性的巖石的孔隙中。
[OCm] 對于上述所有的母巖姪類和非常規(guī)姪類，巖石發(fā)現(xiàn)于約2000至4000m的深度。該 些巖石經(jīng)自然壓裂或開裂，但是斷裂或裂紋是封閉的，該使得液體不能循環(huán)并流過其中。壓 裂的目的在于再次打開并延伸該種斷裂/裂紋網(wǎng)絡(luò)。一種可能的壓裂方法由在壓力下注射 液體組成。然而，在該種深度下，裂紋再次自然封閉，因此該種裂紋網(wǎng)絡(luò)需要W-定的方式 維持，使其保持對氣體和/或油開放W能夠循環(huán)至產(chǎn)生的孔，從而能夠在表面上提取。
[0012] 該些是幾種類型的壓裂方法，諸如：
[0013] -已經(jīng)被放棄的核壓裂（1967)，由原子彈在地表下爆炸組成，W產(chǎn)生能夠開采到 該些姪類的斷裂/裂紋網(wǎng)絡(luò)，
[0014] -水力壓裂，一種使已天然存在的裂紋網(wǎng)絡(luò)再打開的技術(shù)，W延伸該網(wǎng)絡(luò)從而產(chǎn)生 更大的網(wǎng)絡(luò)。向壓裂水中添加的顆粒（支撐劑）和娃石（砂）微珠覆蓋斷裂/裂紋壁，從 而使產(chǎn)生的斷裂/裂紋持續(xù)并且不自然封閉。也加入增稠劑、殺菌劑（旨在殺死可能存在 的細(xì)菌）和聚合物型產(chǎn)品，使得負(fù)載顆粒的流體更易于W大深度循環(huán)，從而能夠減少在表 面上的能量消耗。也可使用來自食品加工行業(yè)的添加劑和可生物降解的產(chǎn)品。水力壓裂需 要較大量的水：每孔10,000至20,000m3的水，
[0015] -機(jī)械爆炸性壓裂（炸藥），或
[0016] -通過注射氣體，如氣丙烷（不可燃丙烷）和溫氮?dú)獾膲毫选?br>[0017] 在2000年代，當(dāng)姪類價(jià)格由于常規(guī)油氣生產(chǎn)停滯和全球能源消耗增長升至持續(xù) 高水平時(shí)，已經(jīng)開始大規(guī)模非常規(guī)姪開采。該些價(jià)格，W及在提取技術(shù)的領(lǐng)域中的優(yōu)勢，使 得為用于產(chǎn)生大量的孔所需的大量投資提供資金，尤其是在美國。在美國已經(jīng)產(chǎn)生了與該 種類型的姪類開采相關(guān)的600000個(gè)工作崗位。美國的煤炭價(jià)格已經(jīng)下降了 30%至40%， 天然氣的價(jià)格也在美國下降，但是該在世界上其他地方還未發(fā)生。此外，因?yàn)槊绹鴾p少了進(jìn) 口，油價(jià)受到影響。
[001引經(jīng)常提及關(guān)于該些非常規(guī)姪類的勘探和開采的風(fēng)險(xiǎn)在于壓裂水（尤其是在水力 壓裂后）可能與用于其他目的的水，如飲用水產(chǎn)生沖突?，F(xiàn)在，特別可能將不適于飲用的水 用于水力壓裂目的，如海水（雖然其產(chǎn)生硫酸鹽、&S...之類的限制物，但是該些限制物易 于處理），或稍帶咸味的水（鹽水）。
[0019] 另一個(gè)經(jīng)常提及的重要風(fēng)險(xiǎn)在于通過天然底±飲用水的水力壓裂的直接污染。然 而，由于實(shí)施該種水力壓裂的深度（用W提醒，2000至4000m)，很難想到直接污染的風(fēng)險(xiǎn)。 在另一個(gè)方面，與孔一起存在的更大的風(fēng)險(xiǎn)在于其致密性。
[0020] 因此，與頁巖氣提取相關(guān)的環(huán)境問題，尤其是由于姪類和注射的用于底±壓裂的 流體的潛在泄漏對水儲層的污染，尤其是在飲用水地下蓄水層內(nèi)（即使其接近為零），W及 溫室氣體的排放，已經(jīng)在一些國家中造成了強(qiáng)烈的公眾質(zhì)疑。
[0021] 為了限制該些環(huán)境問題，在勘探期間，然后在開采期間和開采后（即，非常規(guī)姪類 提?。┍O(jiān)測非常規(guī)姪回收位點(diǎn)對于該技術(shù)的開發(fā)是一項(xiàng)重要的挑戰(zhàn)。
[0022] 該種監(jiān)測目的考慮將探漏氣體注射到地下層中，其是完全化學(xué)惰性的。然而，考慮 到體積壓縮，該種方法需要注射大量的特定氣體，因而難W實(shí)施。
[0023] 因此，本發(fā)明的目的設(shè)及監(jiān)測非常規(guī)姪回收位點(diǎn)W對勘探和開采區(qū)域之上的區(qū)域 中存在的姪類進(jìn)行定量的方法。本發(fā)明的方法是基于一種模型的調(diào)整，該模型使用對在底 ±樣品的流體相中含有的稀有氣體和可能需要用于壓裂的注射的氣體的原位地球化學(xué)分 析描述了氣體濃度隨時(shí)間的變化。通過稀有氣體分析的方式，本發(fā)明的方法可用于預(yù)見在 勘探/開采位點(diǎn)之上的姪泄漏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 本發(fā)明設(shè)及監(jiān)測地下層的方法，其中回收非常規(guī)姪類，在所述地下層中存在至少 一種稀有氣體。對于該方法，進(jìn)行W下階段：
[0025] a)選擇所述稀有氣體的擴(kuò)散模型和待回收的姪的擴(kuò)散模型，各模型描述了濃度隨 時(shí)間、深度和擴(kuò)散系數(shù)的變化，
[0026] b)在回收所述姪之前，從位于所述地下層之上的稱作底±監(jiān)測區(qū)域的區(qū)域中存在 的流體中取至少第一樣品，并且測量所述第一樣品中至少一種稀有氣體的組成，
[0027]c)在回收所述姪期間和/或之后，從所述監(jiān)測區(qū)域中存在的流體中取至少第二樣 品，并且測量所述第二樣品中所述稀有氣體的濃度，
[002引d)在不同的時(shí)間重復(fù)階段C)，
[0029] e)當(dāng)所述稀有氣體的所述濃度增加時(shí)，調(diào)節(jié)稀有氣體擴(kuò)散模型的所述有效擴(kuò)散系 數(shù)，使得稀有氣體擴(kuò)散模型與所述測量一致，并且推導(dǎo)所述擴(kuò)散系數(shù)和所述經(jīng)調(diào)節(jié)的擴(kuò)散 系數(shù)之間的比率，并且
[0030] f)對所述待回收的姪的擴(kuò)散模型應(yīng)用所述比率，從而確定在時(shí)間t時(shí)所述監(jiān)測區(qū) 域中存在的所述待回收的姪的量。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，所述監(jiān)測區(qū)域是地下蓄水層。
[0032] 優(yōu)選地，通過所述監(jiān)測區(qū)域中存在的待回收的姪的所述確定的量測定所述待回收 的姪從地下層的泄漏。
[0033] 優(yōu)選地，通過壓裂所述地下層來回收所述非常規(guī)姪類。
[0034] 優(yōu)選地，通過注射氣體，諸如氣丙烷或氮?dú)鈦磉M(jìn)行所述壓裂。
[0035] 優(yōu)選地，通過所述注射的氣體的擴(kuò)散模型測定在時(shí)間t時(shí)所述監(jiān)測區(qū)域中存在的 所述注射的氣體的量，對該氣體應(yīng)用所述擴(kuò)散系數(shù)和所述經(jīng)調(diào)節(jié)的擴(kuò)散系數(shù)之間的所述比 率。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述注射的氣體包含至少一種稀