Способ повышения газоотдачи углеметанового месторождения

Изобретение относится к проблеме добычи метана, содержащегося в угле и породах. Технический результат заключается в создании универсального способа расширения буровых каналов на угле и породах, использование которого гарантировало бы увеличение метаноотдачи углегазового месторождения. Сущность изобретения заключается в бурении наклонных и горизонтальных каналов, расширении их, а также использовании для осушения месторождения и последующего извлечения угольного метана и отличается тем, что оснащают после завершения бурения каналов забойную часть бурового инструмента высоконапорным насадком, нагнетают через насадок жидкость под высоким давлением, обрабатывают стенки канала высоконапорной струей жидкости, ступенчато извлекают буровой инструмент с насадком, а транспортируемые в потоке жидкости твердые компоненты отделяют на поверхности от жидкости и утилизируют. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к вновь создаваемой углегазовой подотрасли, основная задача которой заключается в добыче метана, содержащегося в угле и породах угольных месторождений.

Известен способ дегазации (извлечения метана) угольного пласта с помощью скважин, пройденных как из шахтных выработок, так и с поверхности [1]. Диаметр таких скважин не превышают 100 мм, малые поверхности таких буровых каналов обусловливают малые притоки к ним угольного метана. При этом включение этих каналов в вакуумно-отсосную шахтную вентиляционную систему приводит к большому разбавлению отсасываемого метана (содержание метана в метановоздушной смеси колеблется от 5 до 20%), что затрудняет его стабильное использование в качестве топлива.

Другим известным техническим решением было бурение наклонной скважины в почве каменноугольного пласта в Донбассе [2]. По длине этой скважины были осуществлены гидроразрывы с угольным пластом для его дегазации. Однако малые поверхности созданных щелей гидроразрыва ограничили дренирующие их способности, дебиты метана были малы.

Наиболее близким техническим решением является способ огневой проработки горизонтального бурового канала [3]. Однако существенным недостатком этого решения является расширение бурового канала с помощью перемещения вдоль него очага горения. Такой способ значительно ограничивает его использование. С одной стороны, далеко не всегда допустимо наличие очага горения в системе дегазации шахты (по условиям техники безопасности). С другой стороны, огневое расширение бурового канала, пройденного в породах почвы и кровли угольного пласта, вообще невозможно. Этот недостаток известного технического решения серьезно ограничивает его широкое использование.

Целью настоящего изобретения является создание универсального способа расширения буровых каналов в угле и породах, использование которого гарантировало бы увеличение метаноотдачи углегазового месторождения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе дегазации угольных пластов, заключающемся в бурении наклонных и горизонтальных каналов, расширении, а также использовании их для последующих осушения массива и извлечения угольного метана, оснащают после завершения бурения забойную часть бурового инструмента специальным высоконапорным насадком, нагнетают через него жидкость под высоким давлением и этим самым разрушают стенки канала, постепенно (ступенчато) извлекая буровой инструмент с насадком, расширяют буровой канал по всей его длине, а транспортируемые в потоке жидкости твердые частицы отделяют на поверхности и утилизируют. Кроме того, в качестве высоконапорной рабочей жидкости применяют не только воду, но и более вязкие жидкости, а буровые каналы проходят не только в угольном пласте, но в его почве и кровле, тем самым подрабатывая и надрабатывая (разгружая) угольный пласт, и используют их для извлечения метана углегазового месторождения. Для большего охвата последнего буровые каналы размещают в различных сочетаниях, преимущественно параллельно друг другу, а расстояния между ними выполняют с учетом параметров метаноносности месторождения (удельная плотность - м³/кв. км; удельное содержание метана - м³/т).

Сопоставительный анализ заявленного изобретения с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается тем, что расширение буровых каналов осуществляют высоконапорной струей жидкости по всей их длине. При этом расширяемые буровые каналы используют не только в угольном пласте, но и в почве и кровле, а для большего охвата углегазового месторождения буровые каналы размещают параллельно друг другу с расстояниями между собой, обусловленными параметрами метаноносности месторождения. Эти отличия соответствуют критерию "новизна" для заявляемого изобретения.

Кроме того, оно по изобретательскому уровню может быть охарактеризовано критерием "существенные отличия", так как заявляемый способ обладает универсальностью и возможностью быть реализованным не только в угольном пласте, но и вмещающих его породах.

На чертеже представлена принципиальная схема реализации предлагаемого способа в угольном пласте.

Предлагаемый способ повышения газоотдачи реализуется на углеметановом месторождении следующим образом.

Вертикально-горизонтальная скважина 1 обсаживается до входа в угольный пласт, а по угольному пласту проходят буровой канал 2 диаметром 150-200 мм. После завершения бурения до проектной отметки буровой инструмент 3 извлекают на поверхность и оборудуют его (на конце) специальным насадком 4 для подачи высокоскоростной струи рабочей жидкости на стенки бурового канала 2. Гидроударное воздействие жидкости на стенки бурового канала 2 сопровождается разрушением и отламыванием (отщеплением) твердых частиц от поверхности канала. В обратном потоке рабочей жидкости, текущей между буровым инструментом 3 и стенками бурового канала 2 или обсадкой колонной скважины 1, отколовшиеся твердые частицы выносятся на поверхность. На поверхности осуществляют (одним из известных методов) разделение твердых частиц от жидкости. Исходя из экологических соображений жидкость и твердую фракцию утилизируют в поверхностном комплексе. Постепенно извлекая инструмент 3, механически обрабатывают буровой канал 2 по всей его длине до конца обсадки скважины 1.

Аналогичные вертикально-горизонтальные скважины проходят в почве и кровле угольного пласта (не показаны). После гидроударной обработки их необсаженных буровых каналов получают дрены с развитой боковой поверхностью, что содействует повышению притока к ним метана углегазового месторождения. Кроме того, эти породные расширенные каналы служат для разгрузки угольного пласта (подработки и надработки).

Гидравлически обработанные буровые каналы в угольном пласте и вмещающих его породах являются надежными высокодебитными дренами как на стадии осушения месторождения, так и на основной стадии - добычи угольного метана.

Выбор типа рабочей жидкости, а также гидравлических параметров ее истечения через насадок 4 определяется исходя из прочностных характеристик разрушаемых твердых поверхностей и подъемной силы транспорта твердых частиц на поверхность.

Для большего охвата углегазового месторождения технологией извлечения угольного метана гидравлически обработанные буровые каналы могут располагаться в различных сочетаниях. Наиболее оптимальным предполагается их параллельное расположение.

В зависимости от угла падения угольного пласта и технологии добычи угольного метана буровые каналы 2 могут быть не только горизонтальными, но и наклонными. Техника их гидравлического расширения остается одинаковой (рассмотренной выше).

Заявленное изобретение планируется реализовать на экспериментальном участке ОАО "Промгаз" в Южном Кузбассе. Ожидаемые дебиты угольного метана на один буровой канал - 100000 м³/сутки, что обеспечит рентабельность углеметанового промысла.

Источники информации

1. Руководство по дегазации угольных шахт. М., 1990, - 186 с.

2. Ярунин С.А. Опыт проведения гидродинамического воздействия на угольный массив через скважину с горизонтальным окончанием. М.: Уголь, 1990, №6, с. 18-20.

3. Патент №2209984, 7 Е 21 F 7/00, 2003.

1. Способ повышения газоотдачи углеметанового месторождения, заключающийся в бурении наклонных и горизонтальных каналов, расширении их, а также использовании для осушения углеметанового месторождения и последующего извлечения угольного метана, при этом буровые каналы размещают параллельно друг другу, после завершения их бурения из необсаженных буровых каналов получают высокодебитные дрены с развитой боковой поверхностью, которые используют на стадии осушения месторождения, для дренирования угольного метана и для разгрузки угольного пласта, осуществляемой его подработкой и надработкой буровыми каналами, которые проходят не только в угольном пласте, но и в его почве и кровле, причем получают дрены с развитой боковой поверхностью путем оснащения забойной части бурового инструмента высоконапорным насадком, нагнетания через высоконапорный насадок рабочей жидкости под высоким давлением и обработки стенки бурового канала высоконапорной высокоскоростной струей рабочей жидкости, обеспечивающей гидроударное воздействие на стенки бурового канала, сопровождающееся разрушением и отламывачием твердых частиц от поверхности бурового канала, при этом, постепенно ступенчато извлекая буровой инструмент с высоконапорным насадком, гидравлически обрабатывают буровой канал по всей его длине до конца обсадки скважины, а транспортируемые в обратном потоке рабочей жидкости отколовшиеся твердые частицы отделяют на поверхности от жидкости и утилизируют.

2. Способ повышения газоотдачи углеметанового месторождения по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости применяют не только воду, но и более вязкие растворы.

3. Способ повышения газоотдачи углеметанового месторождения по п.1, отличающийся тем, что расстояния между буровыми каналами определяют с учетом параметров метаноносности месторождения - удельной плотности и удельного содержания метана.