Способ обработки продуктивной толщи

 

Использование: отработка угольного пласта с попутной добычей метана. Сущность изобретения: с поверхности бурят группу скважин. Производят их обсадку трубами. Тампонируют затрубное пространство . Часть группы скважин перфорируют на уровне середины мощности разрабатываемого пласта, а другую часть группы скважин перфорируют на уровнях контактов пород основной и непосредственной почвы и кровли угольного пласта.. Скважины с разными зонами перфораций обсадных колонн располагают в чередую щемся порядке. По скважинам подают рабочий агент, котор ый продавливают по образовавшимся трещинам в глубь массива путем сжигания пороховых зарядов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ С08ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) s Е 21 F 7/00

911»4

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ..1 (21) 4808158/03 (22) 03.04.90 (46) 23.07.92. Бюл. М 27 (71) Московский горный институт (72) А.Е.Пережилов (56) Временное руководство йо дегазации шахтных полей Карагандинского бассейна с гидра влическим расчленением угольных пластов. M.: МГИ, 1975, с.24-29, 54-62.

B.È. LLlypoa. Технология и техника добычи нефти. M.: Недра, 1983, с,154 — 185, 296 — 302. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОЙ ТОЛЩИ (57) Использование: отработка угольного пласта с попутной добычей метана. СущИзобретение относится к горной промышленности и може быть использовано для заблаговременной подготовки, например панели шахтного поля через группу скважин; пробуренных с поверхности, к безопасной и эффективноой обработке угольного пласта и попутной добыче метана до начала ведения горных работ и после подработки ими скважин, Известен способ обработки продуктивной толщи на большой площади, включающий бурение группы скважин с поверхности, обсадку их трубами, тампонаж затрубного пространства, перфорацию обсадных колонн, формирование в продуктивной толще трещин подачей рабочего агента, закрепление этих трещин наполнителем. откачку рабочего агента и метана.

„„5U,, 1749482 А1

2 ность изобретения : с поверхности бурят группу скважин. Производят их обсадку трубами. Тамйонирувт затрубное пространство; Часть группы скважин перфорируют на: уровне сне дйЙ ы мощ ности разрабатываемого пласта, а другую часть группы скважин перфорируют на уровнях контактов пород основной и непосредственной почвы и кровли угольного пласта..

Скважины с разными зонами перфораций обсадных колонн расйолагают в чередующемся порядке, По скважинам подают рабочий агент, который продавливают по образовавшимся трещинам в глубь массива путем сжигания пороховых зарядов, 1 з.п. ф- лы, 5 ил.

Основной недостат6к этого способа— низкий уровень дегазации и снижения выбросоопасности продуктивной толщи, обусловленный огранйчением воздействия только на угольный пласт. Последнее вследствйе откачки из угольноно пласта газожидкостной смеси и метана связано с поступлением йз вмещающих пород почвы и кровли пласта метана и заполнением им трещинно-порового объема угля.

Цель изобретения — повышение безопасности ведения горных работ за счет эффективной дегазациц,продуктивной толщи.

Цель достигается тем, что часть группы скважин перфорируют на уровне середины мощности разрабатываемого угольного пласта, а часть группы скважин — на уровне контактов пород основной и непосредственной почвы и кровли угольного пласта, 1749482 причем скважины с разными зонами перфорации обсадных колонн располагают в чередующемся порядке. С целью увеличения размеров зон обработки пласта и пород ее почвы и кровли, рабочий агент продавливают по образовавшимся трещинам вглубь массива сжиганием пороховых зарядов, раэмефейных в скважинах зон вскрытия обсадных колонн.

На фиг,1 представлена схема экспериментального участка с указанием скважин

1, 6; на фиг.2 — разрез А-А на фиг,1; на фиг.3

--разрез Б — Б на фиг.1; на фиг.4 — разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 — разрез à — Г.

При проведении патентного поиска не выявлено известных технических решений, поэтому имеющиеся в сравнении с прототипом отличительные признаки существенны, Последовательность выполнения технологических операций по реализации предлагаемого изобретения показана на примере обработки панели шахтного поля (см,фиг.1). С дневной поверхности для обработки большой площади бурят группу скважин, оборудуют их трубами, тампонируют затрубное пространство, часть группы скважин (условно назовем с четными номерами) перфорируют на уровне середины мощности разрабатываемого угольного пласта, формируют в ней трещины подачей рабочего агента для увеличения размеров зоны обработки пласта продавливают рабочий агент по образовавшимся трещинам вглубь массива сжиганием пороховых заря"дов, размещенных в скважине напротив зоны перфорации обсадной колонны, закрепляют трещины подачей наполнителя, выдерживают рабочий агент в пласте, откачивают рабочий агент и метан.

Другую часть группы скважин (с нечетными номерами) перфорируют на уровнях контактов пород основной и непосредственной почвы и кровли разрабатываемого угольного пласта, формируют в них трещи. ны подачей рабочего агента одновременно в обе зоны перфораций обсадной колонны каждой скважины, для увеличения размеров зон обработки пород продавливают рабочий агент по образовавшимся трещинам в глубь массива сжиганием пороховых зарядов, размещенных в скважине напротив зон перфораций обсадной колонны, закрепляют трещины подачей наполнителя, выдерживают рабочий агент в продуктивной толще, откачивают рабочий агент и метан.

Скважины (с четными и нечетными номерами) с разными зонами перфорации обсадных колонн располагают в чередующемся порядке.

Добычу метана производят через наземные скважины до и после их подработки горными работами, Пример. Допустим необходимо сни5 эить газоносность и выбросоопасность пласта К о "Феликс" и вмещаемых горных пород. Мощность пласта К1р на шахте им.Костенко ПО "Карагандауголь" колеблется в пределах 1,5...2,5 м. Пласт Кю разделен про10 слоями аргиллита мощностью 0,01...0,05 м.

Характеристика пласта: газоносность — 15,6 м /т, ожидаемая газообильность — 31 м /т, выход летучих веществ — 25 /, Кровля пласта представлена слабоуглистыми аргилли15 тами, мощность которых 2,5...8,м, далее серым, мелкозернистым, крепким песчаником. Почва пласта представлена аргиллитом, слабоуглефицированным мощностью

4„,6 м, ниже — песчаником. Пласт К1р отне20 сен по газу к опасным (шахта сверхкатегорная) и пыли и условно — к выбросоопасным.

На первом этапе работ скважины с четными номерами (2,4,6) бурят на разрабатываемый угольный пласт К1р, обсаживают их

25 трубами, например, диаметром 146 мм с толщиной стенки 8 мм, тампонируют эатрубное пространство цементом. В скважину 2 опускают перфоратор на отметку 496 м

{середина мощности угольного пласта), тща30 тельно промеряя длину труб при спускоподьемных операциях, параллельно глубину спуска перфоратора в скважину контролируют с йомощью фиксирования длины троса на лебедке. В случае необходи35 мости для более точной установки перфоратора на заданную отметку можно использовать в колонне насосно-компрессорных труб муфту — репер. Перфорацию обсадной колонны и цементного камня осу40 ществляют известными способами. Принцип гидропескоструйной перфорации основан на создании отверстий в обсадной колонне и цементном камне и породах прискважинной эоны путем придания песчано45 водной струе скорости сотен метров в секунду, Нижний предел допустимого перепада в насадках {6 мм), обеспечивающий эффективное разрушение указанных выше пре50 град, не должен быть меньше 12...14 МПа.

Время эффективного воздействия на указанные преграды не должно превышать

15„,.20 минут.

Для производства гидроструйной пер55 форации устье скважины оборудуют стандартной арматурой типа IAY-700, рассчитанной на рабочее давление до 70

МПа. Прокачку водопесчаной смеси осуществляют группой насосных агрегатов 4АН700, развивающие давление до 70 МПа, при

1749482 меньших давлениях — цементировочными агрегатами, Водопесчаную смесь готовят в пескосмесител ьном агрегате (2 ПА, 3 ПА и др.), который представляет собой бункер для песка емкостью 10 м с коническим дном.

Для обработки угольного пласта (радиус . влияния нагнетательной скважины принимается 150 м) при давлении 15..;25 МПа с расходом 35...65 л/с нагнетают 3500...4000 м жидкости группой насосных агрегатов в количестве 8 шт.

Если прозктным заданием предусмот рено увеличение размеров зоны обработки угольного пласта, то закачанную ранее жидкость в угольный пласт по трещинам продавливают сжиганием пороховых зарядов (возможно ступенчатое сжигание пороховых зарядов) в глубь массива. Для этого в скважину на отметку 496 м на кабеле опускают стандартный снаряд АДС-6 и включают спираль-воспламенитель. Сравнительно быстрое сгорание порохового заряда за 3.3 с позволяет создать давление 30.„100 МПа за счет того, что жидкость в скважине и трещинах пласта играет роль уплотнительного поршня; который не успевает быстро сдвинуться с места благодаря своей инерции. При таком процессе горения осуществляется механическое воздействие на угольный пласт, приводящее к образованию в нем новых и расширению существующих трещин. Такое воздействие аналогично гидроразрыву пласта, но без закрепления образовавшихся трещин наполнителем, При ступенчатом продавливании жидкости по трещинам в глубь массива постоянноувеличивается масса порохового заряда с интервалом их сжигания не меее 2 часов, Методы предотвращения прихватов кабеля и разрыв колонны обсадных труб общеизвестны.

Сущность последних состоит в необходимости поддержания уровня жидкости ниже устья скважины, примерно, на 50 м, а устье ее герметизируется специальным сальником, В таком случае пространство над уровнем жидкости выполняет роль амортизатора.или воздушного компенсатора.

Работы по применению снарядов АДС6 выполняют геофизические подразделения, располагающие необходимым оборудованием, аппаратурой и обученным персоналом.

После завершения работ по нагнетанию или продавливанию жидкости в глубь массива для закрепления образовавшихся в пласте в раскрытом состоянии трещин закачивэют, например, 180-350 кг песка (плотность 2650 кг/м, размер зерен от 0,5 до 1,2 мм) на 1 мз жидкости.

Аналогич о производят обработку угольного пласта К1о через скважины 4,6.

После выдержки жидкости в угольном . пласте в течение 24 ч, снймают гидростати5 ческое давление столба жидкости в скважине, создавая условия для ее самоизлива и освобождения путей выходэ метана из пласта. Эксплуатация скважины осуществляется любым из известных способов:

10 поршневание по обсадной колонне; поршневание по насосно-компрессорным трубам; погружным насосом; эрлифтом; компрессором; станком-качалкой и др. Сроки эксплуатации скважины могут быть огра15 ничены временем отработки, например, панели шахтного поля, На втором этапе работ скважины с нечетными номерами 1, 3, 5 в указанном порядке очередности бурят на породы почвы

20 разрабатываемого угольного Пласта, обсаживают их трубами (146 мм), тампонирую-. затрубное прострайство цементом. В скважину 1 опускают перфоратор нэ отметку 501 м (контакт пород основной и непосредст25 венной почвы угольйого пласта — нижний интервал перфорации обсадной колонны) и прорезают отверстия в преграде (обсадная колонна и цементный камень).

Технология и техника для производства

30 перфорационных работ на скважинах 1,3,5 аналогичны описанным выше.

При прочности пород(о ж =20„.30 МПа) нижний поедел допустимого перепада давления в насадках (6 мм) для эффективного

35 разрушения преграды целесообразно увеличить до 18...20 МПа.

Поднимают перфоратор на поверхность и намывают песчаную пробку в скважине до отметки перфорации обсадной колонны на

40 уровне контакта пород основной и непосредственной кровли угольного пласта (491 м).

На указанной отметке, опустив перфоратор в скважину, прорезают отверстия в

45 обсадной колонне и цементном камне, Размывают песчаную пробку в скважине. Для одновременной обработки пород почвы и кровли угольного пласта (радиус влияния скважийы принимается 150 м) при

50 давлении 15...30 МПа с расходом 40...70 л/с закачивают 7500...8500 м жидкости группой насосных агрегатов (8 шт).

В случае необходимости увеличения размеров зоны скважинной обработки продуктивной толщи применяют пороховые заряды; технология сжигания которых приведена выше.

Для закрепления образовавшихся трещин в процессе силового воздействия в

1749482 каждую зону перфорации, по опыту нефтяников, обсадной колонны скважины закачивают 2...6 кг кварцевого песка.

Выдерживают жидкость в продуктивной толще в течение 24 ч, организовывают самоизлив жидкости йз скважийы за счет снятия гйдростатического давления столба жидкости и приступают к эксплуатации скважины, как указано выше. Аналогичным образом проводят весь комплекс технологических операций по обработке продуктивной толщи и экснлуатацйи.скважин 3 и 5. Для интенсификации процесса откачки газожидкостной смеси (ГЖС) и съема метана из продуктивной толщи возможно применение любой конструкции газлифтного подъемника, работающего по двум схемам; в одном случае сжатый газ подается в межтрубное пространство. а

ГЖС.движется по центральной колонке труб — кольцевая ; в другом случае сжатый газ подается в центральную колонну труб; а

ГЖС поднимается rio кольцевому пространству — центральная., Возможно применение на скважине и кольцевой и центральной схемы газлифтного подъемника.

Преиму@ества предложенного способа обработкйпродуктивной толщи йа больших площадях через скважины, пробуренные с поверхности, в сравнении с прототипом: радикальное снижение газоносности и выбросоопасности разрабатываемого угольного пласта за счет ограйичения притока в него метана из обработанных пород почвы и кровли угольного пласта и выработанного пространства лавы.

Повышение дебитйости скважин за счет съема метана из вмещающих пород угольного пласта и самого угольного пласта.

Экономический эффект в денежном выражении не подсчитывался, так как предлагаемый способ обработки продуктивной толщи имеет социальный характер и на5 правлен, главным образом, на создание безопасных условий труда на предприятиях угольной промышленности, Область применения способа — подготовка заблаговременно газоносных и вы10 бросоопасных участков шахтного поля через группу скважин к безопасной и эффективной выемке угля. . Формула изобретения

1. Способ обработки продуктивной тол15 щи, включающий бурение саважин с поверхности, обсадку их трубами, тампонаж затрубного пространства, перфорацию обсадных колонн, формирование трещин в продуктивной толще подачей рабочего аген20 та, закрепление их заполнителем, откачку рабочего агента и метана. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения безопасности ведения горных работ за счет эффективной дегазации продуктивной толщи, часть

25 группы скважин перфорируют на уровне се редины мощности разрабатываемого угольного пласта, а часть группы скважин — на уровне контактов пород основной и непосредственной почвы и кровли угольного пла30 ста, причем скважийы с разными зонами перфорации обсадных колонн располагают в чередующемся порядке.

2. Способ по п1,о тл и ча ю щи и с я тем, что с целью увеличения размеров зон

35 обработки пласта и пород его почвы и кровли, рабочий агент продавливают по образовавшимся трещинам вглубь массива сжиганием пороховых зарядов, размещенных в скважинах g зон вскрытия обсадных

40 колонн, 1749482

Составитель э,"Пережилов

Техред М.Моргентал . Корректор 0, Qii3ne

Редактор А. Мотыль

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

Заказ 2576 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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