Способ обработки продуктивной толщи

 

СОЮЗ, СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (I I) (5()5 Е 21 F 7/00, 5/00.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

С)ЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4706529/03 (22) 16;06.89 (46) 15.03.92. Бюл. М 10 (71) Московский горный институт (72) А.Е.Пережилов (53) 622.807(088.8) (56) Ножкин Н.В.Заблаговременная дегазация угольных пластов, М;: Недра, 1979, с.103-118, 141 — 186.

- Авторское свидетельство СССР

N. 1643735, 1989. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОЙ ТОЛЩИ .(57) Изобретение относится к горному делу.

Цель — повышение безопасности ведения горных работ за счет обеспечения интенсивной откачки жидкости и более глубокой дегазации продуктивной толщи. Бурят скважину с поверхности, обсаживают ее трубами и тампонируют затрубное пространство, Формируют трещины на уровне

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для снижения газоносности и выбросоопасности вмещающих пород и угольных пластов мощностью свыше 2,5 м, Цель изобретения .— повышение безопасности ведения горных работ за счет обеспечения интенсивной откачки жидкости и более глубокой дегазации продуктивной толщи, Последовательность выполнения технологических операций для реализации изобретения заключается в следующем, С дневной поверхности на устойчивые породы почвы разрабатываемого угольного пласта бурят скважину, обсаживают ее.

2 контакта. пород основной и непосредственной почвы разрабатываемого угольного пласта, середины его мощности и купола обрушения. Формирование трещин осуществляют нагнетанием рабочего агента.

Опускают в скважину колонну насоснокомпрессорных труб до нижнего интервала перфорации обсадной колонны и устанавливают над перфорацйей пакер.

Подаюг сжатый газ в центральную колонну труб, вытесняя из продуктивной толщи газожидкостную смесь и газ по кольцевому пространству. Снимают и устанавливают пакер ниже верхнего интервала перфорации обсадной колонны. Подают сжатый газ в кольцевое пространство и вытесняют из Я продуктивной толщи газожидкостную смесь и газ по центральной колонне труб на поверхность; Извлекают газ из купола обрушения пород после подработкй скважины очистными работами. трубами, тампонируют затрубное пространство, опускают в скважину. гидроперфоратор на проектную отметку и прорезают щели в горизонтальной плоскости скважины на уровне контакта пород непосредственно и основной почвы разрабатываемого. угольного пласта. Формируют в них магистральную трещину нагнетанием рабочего агента, подают в трещины водопесчаную смесь и намывают песчаную пробку в скважине до угольного пласта, Затем перфорируют разрабатываемый угольный пласт по середине его мощности, формируют в нем магистральную трещину также нагнетанием рабочего агента и подают в трещины. водопесчаную смесь. После намыва песчаной

1719657 пробки в скважине до купола обрушения горных пород производят перфорацию скважины на уровне последнего, формируют в этих породах магистральную трещину нагнетанием рабочего агента и.закрепляют ее водопесчаной смесью.

Затем опускают в скважину перфоратор и размывают песчаную пробку.

Опустив в скважину насосно-компрессорные трубы до нижнего интервала перфорации устанавливают над ней пакер, эакачивают воздух в центральную колонну труб, вытесняя по кольцевому пространству скважины газожидкостную смесь на поверхность.

Переустанавливают пакер ниже верхнего интервала перфорации скважины, эакачивают воздух в кольцевое пространство, вытесняя на поверхность по центральной колонне труб газожидкостную смесь.

Осваивают скважину, Формированиесистемы магистральных трещин на контакте пород непосредственной и основной почвы разрабатываемого угольного пласта в теле последнего и в куполе обрушения горных пород обусловлено образованием между ними дополнительного множества, в том числе и вертикальных, трещин, что обеспечивает наиболее благоприятные условия для перетока жидкости в породы почвы за счет как продавливания воздухом из пород купола обрушения, так и гравитационных сил жидкости.

Комплекс предусмотренных элементов силового воздействия способствует интенсивной дегазации в целом продуктивной толщи и увеличению дебитов скважины, снижению водонасыщенности толщи, делЬнию вмещающих пород угольного пласта на блоки, понижению устойчивости пород основной почвы и др. Кроме того, часть метана из продуктивной толщи выводится на поверхность через магистральную трещину в куполе обрушения пород до и после подработки скважины горными работами.

Таким образом, создание единой системы магистральных и вертикальных трещин в продуктивной толще обеспечит эффективную дегазацию последней и повысит безопасность угледобычи.

Пример. Допустим необходимо эф. фективно дегазировать разрабатываемый пласт. Пусть он залегает на глубине 580 и, имеет мощность 8 м, эффективную пористость 5 („отличается повышенной гаэоносностью 15 м /т. В кровле пласта залегает аргиллит мощностью 4 — 6 м, выше него— песчаник, мощностью до 30 м. Почва пласта представлена углистым аргиллитом, мощностью до 0,5 м, ниже (по вертикали) алев40

50 рости в нескольких сотен метров в секунду, Нижний предел допустимого перепада в насадках, обеспечивающего эффектиьное разрушение колонны, цементного камня и породы не должен быть меньше 12 — 14 МПа (для 6 мм насадок). При прочности горных пород ((тадж > 20 — 30 МПа) нижние пределы целесообразно увеличить до 18-20 МПа.

Время эффективного воздействия на преграду не должно превышать 15-20 мин.

При гидропескоструйной перфорации применяется то же оборудование, как и при. разрыве пласта.

Устье скважины оборудуется стандартной арматурой типа 1АУ-700, рассчитанной на рабочее давление 70 МПа. Для прокачки

° водопесчаной смес используются насосные агрегаты 4АН-700, развивающие максимальное давление 70 МПа, при меньших давлениях — цементировочные агрегаты. ролитом и песчаником, мощностью 13 — 15 м.

Основные свойства. ocж = 3,2-14,5 (песчаник), 3,1 — 8,4 (алевролит), 1,6 — 3,8 (аргйллит, углистый аргиллит) и 1,6 — 3,4 (уголь) МПа..

5 Бурится скважина на глубину 620 м, обсаживается стальными трубами, например диаметром 0,146 м с толщиной стенки 8 мм, затрубное пространство скважины тампонируется цементом. Установку перфоратора

10 на заданной глубине 595 — 600 м обеспечивают тщательным промером длины труб при спуско-подьемных операциях и определением глубины спуска лебедкой. Для более точной установки перфоратора iipo15 тив нужного интервала применяют.в колонне НКТ муфту-репер. После спуска аппарата АП-6М в скважину, обвязки устья скважины и присоединения к нему насосных агрегатов система опрессовывается

20 давлением, превышающим рабочее в 1,5 раза. Перед опрессовкой в НКТ сбрасывается шар диаметром 50 мм от верхнего клапана для герметизации системы. После опрессовки обратной промывкой, т.е. закачкой жид25 кости в кольцевое пространство, верхний шар выносится на поверхность и извлекается. Затем в НКТ сбрасывается малый — нижний шар и при его посадке на седло нагнетаемая жидкость получает выход толь30 ко через шесть насадок диаметром 6 мм, размещенных в горизонтальной плоскости.

После этого проводится перфорация закачкой в НКТ водопесчаной смеси. Концентрация песка в жидкости обычно составляет

35 80 — 100 кг/мз.

При гидропескоструйной перфорации (ГПП) создание отверстий в колонне, цементном камне и канала в породе достигается приданием песчано-жидкостной струе ско1719657

Водопесчаная смесь готовится а пескосмесительном агрегате (2ПА, ЗПА и др.), который представляет собой бункер для necica емкостью 10 м с коническим дном. з

Закачку жидкости насосными агрегатами 4АН-700 в породы почвы угольного пла.ста производят в режиме расчленения, что сопровождается раскрытием и расширением естественных трещин. При этом трещи-. ны соединяются в единую гидравлическую систему; ориентированную к нагнетательной скважИне.

Давление на забое скважины изменяется в пределах 0,12 Н <

40 — 60 л/с. Объем закачки определяется по формуле

15

0 = ЛR гппэф = 3,14.150 .3 0,03=6350 ì, 20 где R — приведенный радиус влияния нагнетательной скважины, м;.

m—,обрабатываемая мощность, м; пэф — эффективная пористость пород,. доли. 25

Намывают в скважине песчаную пробку до угольного пласта.

Опускают на насосно-компрессорных трубах гидроперфоратор и прорезают. в скважине отверстия по середине мощности 30 разрабатываемого пласта (интервал 584 м).

Магистральную трещину в теле угольного пласта формируют нагнетанием жидкости в режиме разрыва, под которым понимается давление на забое скважины, обеспечиваю- 35 щее гидравлический разрыв (ГРП) либо по плоскостям напластования, либо вдоль ес. тественных трещин.

Сопротивление горных пород на разрыв обычно мало и лежит в пределах o> = 40

=1,5-3 МПа, для угля пр < 1,5 МПа, поэтому оно не влияет существенно на Фр, Разрыв производят через обсадную колонну, что позволяет создать на забое скважины необходимое давление, так. как 45 потери давления на трение при закачке жидкости через обсадную колонну малы по сравнению с потерями при закачке через

Н КТ.

Параметры разрыва угольного пласта: 50 темп нагнетания жидкости по обсадной колонне 60 — 90 л/с; давление на устью скважины 25 — 35 МПа. Процесс закачки воды в пласт регистрируется станцией контроля

СКЦ и прекращается в случае резкого уве- 55 личения расхода жидкости (поглотительной способности скважины) при том же давлении или в случае резкого уменьшения давления на устье при том же расходе.

В качестве жидкости разрыва использу-ют жидкости, которые хорошо проникают в естественную трещину и имеют высокую вязкость, в противном случае она будет рассеиваться в объеме пласта, не вызывая расклинивающего действия в образовавшейся трещине.

В нагнетательных скважинах в качестве жидкости разрыва используют чистую или загущенную воду, К загустителям относятся компоненты, имеющие крахмальную основу, полиакриламид, сульфат-спиртовая бурда (ССБ), КМЦ(карбоксилметилцеллюлоза).

При использовании жидкости на водной основе учитывают ее взаимодействие с породой пласта, так как некоторые глинистые компоненты пластов чувствительны к воде и склонны к набуханию.. В таких случаях в жидкости на водной основе вводят химические реагенты, стабилизирующие глины при смачивании.

После разрыва угольного пласта закачивают жидкость — песконоситель при давлениях,,удерживающих образовавшиеся в пласте трещины в раскрытом состоянии. В раскрытые трещины вводится песок на возможно большую глубину для предотвращения смыкания трещин при последующем снятии давления и переводе скважины в эксплуатацию.

Для ГРП применяют чистый кварцевый песок с размером зерен от 0,5 до 1..2 мм.

Современная техника позволяет осуществлять закачку 180 — 350 кг песка (плотность

2650 кг/мз) на 1 м жидкости. Количество эакачиваемого песка при обычном одно.кратном разрыве составляет 2 — 6 т.

На насосно-компрессорных трубах в скважину в интервал 555-560 м опускают пескоструйный аппарат и прорезают перфорационные отверстия с помощью 6 мм насадок. Магистрал ь ную трещину в. куполе обрушения горных пород формируют нагнетанием жидкости в режиме разрыва, аналогично вышеприведенному.

Фактические данные наблюдения в лавах (Кизеловский и Карагандинский бассейны), при бурении скважин (Кузнецкий, Челябинский. и Кизеловский бассейны) и разработке сближенных пластов показывают, что высоты зон обрушения имеют незначительные размеры по сравнению с высотой подработанной толщи и.в большинстве случаев не првышает по нормали к напластованию 3-4 кратной вынутой мощности пласта.

Пусть высота зоны обрушения горных пород в примере осуществления способа составляет в среднем 25 м, 1719657 ности выработанного пространства лавы за счет единой системы магистральных трещин, сформированных в разрабатываемом угольном пласте и вмещающих породах нагнетанием рабочего агента; сокращение сроков дегазации продуктивной толщи за счет зжекции, перемещаемой с большой скоростью рабочий агент с подсасываемой средой при использовании центральной и

10 кольцевой схем подъема. газожидкостной смеси и газа.

Формула изобретения

Способ обработки продуктивной толщи, включающий бурение скважины с поверхности, обсадку скважины трубами, тампонаж затрубного пространства, формирование

15 трещин на уровне пород почвы и купола обрушения раз рабаты ваемого угольного пласта нагнетанием рабочего агента, откачку жидкости и газа из вмещающих пород и извлечение газа иэ купола обрушения пород после подработки скважины очистными ра20 ботами, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности ведения горных работ за счет обеспечения интенсив25 ной откачки жидкости и более глубокой дегазации продуктивной толщи, трещины формируют на уровне контакта пород основной и непосредственной почвы разрабаскважину колонну насосно-компрессорных труб до нижнего йнтервала перфорации обсадной колонны, устанавливают над перфорацией пакер, подают сжатый гаэ в центральную колонну труб и вытесняют иэ продуктивной толщи газожидкостную смесь и газ по кольцевому пространству; после чего снимают пакер и устанавливают его ниже верхнего интервала перфорации обсадной колонны, при этом подают сжатый газ в кольцевое пространство и вытесняют из продуктивной толщи газожидкостную смесь и газ по центральной колонне труб на поверхность.

Составитель И. Федяева

Редактор А. Долинич . Техред М.Моргентал Корректор Т, Палий

Заказ 752 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Параметры разрыва горных пород купола обрушения (отметка 555 — 560 м): темп нагнетания рабочей жидкости по обсадной колонне 60- 90 л/с, давление на устье скважины 25-35 МПа. Процесс нагнетания рабочей жидкости в скважину регистрируется станцией контроля СКЦ, закачка прекращается в случае резкого уменьшения давления на устье при том же расходе, Закачивают в трещины разрыва 2-6 т чистого кварцевого песка с размером зерен от 1,5 ло 1,2 мм (при среднем расходе 200 кг на 1 м жидкости), В качестве продавочной жидкости используют воду.

Опускают в скважину перфоратор, размывают песчаную пробку и промывают скважину известными способами. В скважину опускают насосно-компрессорные трубы до нижнего интервала перфорации и устанавливают над ней пакер. На первой стадии освоения скважины компрессором закачиаают воздух в центральную колонну труб.

Останов компрессора связан с прекращением выноса на поверхность гаэожидкостной смеси из кольцевого пространства скважины. Количество циклов определяется объемами откачанной жидкости на месте.

На второй стадии освоения скважины производят переустановку пакера ниже верхнего интервала перфорации (отметка

560 м), воздух циклически нагнетают в кольцевое пространство скважины, магистральную и вертикальные трещины купола обрушения пород, газожидкостная смесь выносится на поверхность из магистральных трещин разрабатываемого угольного пласта и пород его почвы по центральной колонне труб. Останов компрессора связан с прекращением выноса ГЖС. Количество циклов предопределяется объемом оставшейся жидкости после первой стадии освоения скважины.

Основные преимущества изобретения следующие: эффективное снижение газоносности продуктивной толщи и газообиль30 тываемого угольного пласта и на уровне середины его мощности, затем опускают в