Способ извлечения метана из угольных пластов

 

Использование: в горной промышленности и, конкретно, при подземной разработке выбросоопасных и высокогазоносних угольных пластов. Обеспечивает увеличение эффективности добычи метана (газа) из угольных пластов за счет бурения скважин в наиболее высокогазоносные участки угольных пластов. Сущность изобретения: по способу бурят скважины с земной поверхности на газоносный угольный пласт. Скважины подключают к вакуумному трубопроводу и откачивают метан. Предварительно выделяют геодинамические блоки как участки с однородным геологическим строением. Разницу высот между ними характеризуют соотношением h ≥ 0,1 (Н_max - Н_min), где Н_max и Н_min - абсолютные максимальная и минимальная высоты рельефа земной поверхности соответственно без учета вреза речных долин. По карте местности определяют границы геодинамических блоков. Бурение скважин производят в зонах растяжения угленосной толщи, приуроченных к этим границам. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке выбросоопасных и высокогазоносных угольных пластов.

Известен способ предварительной дегазации угольных пластов через скважины, пробуренные с дневной поверхности, изложенный во "Временном руководстве по подработке выбросоопасных и газоносных пластов угля и повышению эффективности дегазационных работ в условиях интенсивной их разгрузки на шахтах Карагандинского бассейна", Л. , Изд-во ВНИМИ, 1988 г., стр. 8-11; 21-22. Способ включает бурение скважин с поверхности в подрабатываемый пласт до его подработки, обсадку нижних участков скважин над пластом перфорированными трубами и подключение их к вакуумному трубопроводу. Однако такой способ является недостаточно эффективным из-за непродолжительного срока эксплуатации скважин, т. к. при подработке участков дегазации нижняя их часть попадает в зону обрушения пород кровли пласта, система выходит из строя и требует дополнительных трудозатрат на восстановление или создание новой сети скважин.

Известен способ подготовки и разработки выбросоопасных и газоносных пластов угля по А.С. СССР N 1643736, кл. E 21 F 500, 1989. Сущность способа заключается в бурении скважин с поверхности или из специальных дренажных дегазационных и вентиляционных выработок, которые располагают за зоной сдвижений пород при отработке выемочного участка наклонно относительно подготовительных выработок. Месторождение скважин на поверхности определяют построением углов сдвижения от границ планируемого к отработке участка пласта.

Однако такой способ также является недостаточно эффективным ввиду того, что скважины с поверхности бурят в уже пройденную выработку, и при больших глубинах залегания угольных пластов это существенно усложняет сбойку скважины с выработкой и снижает объемы добываемого газа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ извлечения метана из угольных пластов с использованием геологоразведочных скважин или скважин, специально пробуренных с поверхности (см. Сластунов С. В. "Заблаговременная дегазация и добыча метана из угольных месторождений", М., Изд-во МГГУ, 1996 г., стр. 14-19). Скважины бурят до пласта или в породы почвы, обсаживают трубами, затрубное пространство тампонируют. В скважины поочередно подают воздух и воду под давлением, т.е. производят пневмогидровоздействие. Рабочую жидкость выдерживают в пласте несколько месяцев, и эксплуатация скважин начинается с удаления рабочей жидкости из трещин и пор откачкой. Через 1,5-2 года скважину подключают к вакуумному насосу. Однако этот способ характеризуется большим объемом подготовительных работ, их трудоемкостью и значительным временем проведения всех мероприятий (20-30 месяцев), что снижает эффективность способа и является его существенным недостатком.

Изобретение решает задачу повышения эффективности добычи газа из угольных пластов за счет бурения скважин в наиболее высокогазоносные участки угольных пластов.

Для этого выделяют геодинамические блоки как участки с однородным геологическим строением, разница высот между которыми характеризуется соотношением h ≥ 0,1(H_max - H_min), где H_max и H_min - абсолютные максимальная и минимальная высоты рельефа земной поверхности соответственно без учета вреза речных долин, по карте местности определяют границы геодинамических блоков, а бурение скважин производят в зонах растяжения угленосной толщи, приуроченных к этим границам. При этом границы геодинамических блоков определяют по элементам рельефа земной поверхности, характеризующим различные скорости тектонических движений соседних блоков. Границы геодинамических блоков определяют также по наличию прямолинейных или спрямленных элементов рельефа земной поверхности. Кроме того, границы геодинамических блоков определяют как области несогласного залегания пород фундамента и рельефа земной поверхности, в которых поднятию пород фундамента соответствуют пониженные места рельефа поверхности. Дополнительным признаком границ геодинамических блоков, перспективных для извлечения метана, являются тектонические нарушения типа "сброс", а рельеф залегания пород фундамента определяют на основе морфоструктурного анализа поверхности или с помощью геофизических исследований.

Способ основан на закономерностях, выявленных в последнее время.

Геодинамическое районирование известно, например, из монографии И.М. Батугиной, И. М. Петухова, "Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников", М., "Недра", 1988 г. стр. 51-54. Однако авторы считают, что границы блоков - это контактные области между блоками, а места наилучших фильтрационных и коллекторских свойств возможно определить после расчета напряженного состояния блочного массива и связанного с ним фильтрационного состояния (см. стр. 162).

Исследования в Карагандинском бассейне показали, что выделяемые подобным образом границы между блоками не обязательно характеризуют разлом или контактную зону, а часто бывают областями, где намечен перегиб или растяжение участка толщи пород, включая газоносные угли, между смежными блоками (районами, участками), испытавшими или испытывающими неотектонические движения.

Поэтому вероятность того, что в зонах растяжения, определяемых как границы блоков, могут оказаться проводящие трещины и скопления метана, наиболее велика и подтверждается исследованиями.

Возможности применения морфоструктурных методов обнаружения областей растяжения и их соответствия несогласному залеганию пород фундамента и рельефа поверхности рассмотрены в работе Гольбрайха И.Г. и др. "Морфоструктурные методы изучения тектоники закрытых платформенных нефтегазоносных областей" Л., Недра, 1986, стр. 29-51, а выбор мест, приуроченных к поднятию пород фундамента, обоснован тем, что при этом вышележащие породы испытывают растяжение, что также относится к случаям наличия тектонических нарушений типа сброс.

Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 - показан пример расположения скважин относительно границ геодинамических блоков в местах несогласного залегания пород фундамента и рельефа земной поверхности; на фиг. 2 показана в плане схема определения мест заложения скважин относительно границ геодинамических блоков, проведенных по таким элементам рельефа, как высоты, линеаменты, линии болот и озер и т.п.

Способ осуществляют следующим образом. На земной поверхности 1 под залегающим в недрах газоносным угольным пластом 2, установленным в ходе геологической разведки, выделяют геодинамические блоки 3 и 4 и определяют границу 5 между ними. Для выделения геодинамических блоков устанавливают минимальную разницу высот h, достаточную для отнесения 2-х соседних участков к разным блокам. В каждом конкретном районе за минимальную разницу высот h принимают расстояние не менее 0,1(H_max - H_min), где H_max и H_min - абсолютные максимальные и минимальные (без учета вреза речных долин) высоты рельефа. При этом для молодых горных систем h составляет в среднем 200 м; для эродированных горных систем и среднегорья - 100 м; для областей эродированного среднегорья, сводовых возвышенностей или участков молодых прогибов - 50 м, для участков, на которых тектонические формы завуалированы эрозионными процессами - 20-25 м.

Затем на карте отмечают опорные высоты водоразделов, тектонических уступов или ступеней, а также равнинных участков.

После этого определяют границу 5 между блоками 3 и 4 в виде прямолинейных или плавно закругленных линий, которые проводят по подножию склонов, причем, как показано на фиг. 2, ближе к склону с маленьким заложением, т.е. к более крутому с элементами обрушения. Границы геодинамических блоков на локальных участках могут быть установлены в областях с различной скоростью и интенсивностью тектонических движений, например, на заболоченной местности или в пустыне, или при слаборасчлененном рельефе одной высоты. При проведении границ учитывают также последовательно размещенные спрямленные участки долин или иные прямолинейные элементы 6 рельефа, так называемые линеаменты, в том числе участки русел рек и ручьев, их коленообразные изгибы, седловидные перегибы или уступы рельефа, тяготеющие к линейному расположению цепочки озер и болот. Дегазационные скважины 7 располагают вблизи указанных границ 5.

Кроме того, области растяжения угленосной толщи пород приурочивают к местам несогласного залегания пород фундамента 8 и рельефа поверхности 1, в которых поднятию пород фундамента соответствуют пониженные места рельефа поверхности (фиг. 1). При этом дополнительным признаком наличия зоны растяжения могут служить тектонические нарушения 9 типа "сброс". Залегание пород фундамента так же, как и наличие нарушения сбросового типа, возможно установить методами сейсмической разведки или на основе морфоструктурного анализа на картах поверхности масштабов 1 : 100000 и мельче.

После определения мест их заложения дегазационные скважины 7 бурят с земной поверхности до угольного пласта, осуществляют пусковые операции, подключают устья скважин к вакуумному трубопроводу и извлекают метан.

Использование заявляемого способа по сравнению с известными позволяет увеличить эффективность добычи газа из угольных пластов за счет увеличения продолжительности эксплуатации скважин, сокращения периода освоения скважин, увеличения объемов добычи метана из наиболее высокогазоносных угольных пластов, сокращения количества каптажных скважин.

Формула изобретения

1. Способ извлечения метана из угольных пластов, включающий бурение скважин с земной поверхности на газоносный угольный пласт, подключение их к вакуумному трубопроводу и откачку метана, отличающийся тем, что предварительно выделяют геодинамические блоки как участки с однородным геологическим строением, разница высот между которыми характеризуется соотношением h≥ 0,1(H_max - H_min), где H_max и H_min - абсолютные максимальная и минимальная высоты рельефа земной поверхности соответственно без учета вреза речных долин, по карте местности определяют границы геодинамических блоков, а бурение скважин производят в зонах растяжения угленосной толщи, приуроченных к этим границам.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что границы геодинамических блоков определяют по элементам рельефа земной поверхности, характеризующим различные скорости тектонических движений соседних блоков.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что границы геодинамических блоков определяют по наличию прямолинейных или спрямленных элементов рельефа земной поверхности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что границы геодинамических блоков определяют как области несогласного залегания пород фундамента и рельефа земной поверхности, в которых поднятию пород фундамента соответствуют пониженные места рельефа поверхности.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что границы геодинамических блоков определяют как места залегания тектонических нарушений типа "сброс".

6. Способ по любому из пп.1, 4 и 5, отличающийся тем, что рельеф залегания пород фундамента определяют на основе морфоструктурного анализа поверхности или с помощью геофизических исследований.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2