Способ обработки метаносодержащего угольного пласта через скважины с поверхности



Способ обработки метаносодержащего угольного пласта через скважины с поверхности
Способ обработки метаносодержащего угольного пласта через скважины с поверхности
Способ обработки метаносодержащего угольного пласта через скважины с поверхности
Способ обработки метаносодержащего угольного пласта через скважины с поверхности

 


Владельцы патента RU 2481472:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "ТехСервис" (ООО "НПК "ТехСервис") (RU)

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для добычи метана, повышения метанобезопасности подземных горных работ при высокопроизводительной добыче угля. Согласно способу после первой обработки пласта газогенератором, каждый последующий цикл его гидрорасчленения осуществляется одновременно с высокоэнергетическим импульсным воздействием заданной амплитуды и продолжительности с помощью газогенератора, который спускают на геофизическом кабеле в интервал пласта до начала гидрорасчленения и включают при достижении определенных параметров гидрорасчленения - давления, темпа нагнетания, закачанного объема жидкости. При этом каждый цикл обработки заканчивается резким сбросом давления в скважине до гидростатического после извлечения геофизического кабеля и несгоревших остатков газогенератора на поверхность. Технический результат заключается в увеличении проницаемости и газоотдачи метаноносных и выбросоопасных угольных пластов, снижении и равномерном распределении в них напряжений, интенсификации угледобычи. 4 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно - к категории комплексных силовых способов воздействия на метаносодержащий угольный пласт, и может быть использовано для извлечения (добычи) метана, повышения метанобезопасности подземных горных работ при высокопроизводительной добыче угля, а также при интенсификации добычи нефти, природного газа и других полезных ископаемых.

Известен способ дегазации угольного пласта знакопеременным гидровоздействием в режиме кавитации с использованием геоэнергии углегазоносного массива [1]. Основными недостатками этого способа являются:

- медленное насыщение порового объема рабочим флюидом, длительный процесс освоения скважин и низкая газоотдача пласта, низкий дебит скважин, а также нестабильность результатов, особенно в сложных горно-геологических условиях;

- неравномерность зоны воздействия, сказывающаяся в раскрытии одной-двух основных природных систем трещин, ориентированных преимущественно в одном направлении (по направлению основного кливажа);

- ограниченность размеров образующейся щелевой полости и окаймляющей ее зоны высокой трещиноватости и газопроницаемости.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ импульсного воздействия на газоносный угольный пласт с использованием пороховых газогенераторов типа ПГД. БК-100 в комплексе с последующим гидрорасчленением пласта (ГРП), включающий бурение скважины с поверхности, цементирование затрубного пространства, обвязку устья с установкой насосных агрегатов, вскрытие пласта перфорацией, увлажнение ближней зоны пласта и его циклическую обработку пороховым газогенератором, спускаемым в скважину на геофизическом кабеле в интервал пласта, в комплексе с последующим нагнетанием в пласт рабочей жидкости в режиме ГРП. При этом величина максимального давления в скважине при работе газогенератора должна возрастать от цикла к циклу пропорционально изменяющейся приемистости пласта, начиная от величины 0,1 бокового горного до примерно удвоенного горного давления [2].

Основной недостаток указанного способа - последовательное во времени воздействие применяемых методов обработки в каждом цикле: сначало газогенератором, затем ГРП, что не позволяет эффективно использовать энергию первого и осуществить относительно равномерный охват пласта воздействием.

Технический результат - увеличение проницаемости и газоотдачи метаноносных и выбросоопасных угольных пластов, снижение и равномерное распределение в них напряжений, интенсификация угледобычи.

Технический результат достигается тем, что в способе после первой обработки пласта газогенератором каждый последующий цикл его гидрорасчленения осуществляется одновременно с высокоэнергетическим импульсным воздействием заданной амплитуды и продолжительности с помощью газогенератора, который спускают на геофизическом кабеле в интервал пласта до начала гидрорасчленения и включают при достижении определенных параметров гидрорасчленения (давления и темпа нагнетания, закачанного объема жидкости), при этом каждый цикл обработки заканчивается резким сбросом давления в скважине до гидростатического после извлечения геофизического кабеля и несгоревших остатков газогенератора на поверхность.

Способ поясняется чертежами.

На фиг.1 показана технологическая схема обработки метаносодержащего угольного пласта по предложенному способу, содержащая три основных этапа: перфорацию (а), предварительную обработку газогенератором (б), комплексную обработку (в) - ГРП с одновременным использованием газогенератора, в т.ч. в варианте со спущенными насосно-компрессорными трубами и использованием малогабаритного газогенератора.

На фиг.2 показана кривая давление-время P(t) в скважине, в зоне обработки, при выполнении предложенного способа. На представленной кривой выделено пять интервалов, соответствующих тем или иным амплитудно-временным нагрузкам на пласт.

Способ заключается в следующем.

Метаносодержащий угольный пласт 1 вскрывают скважиной 2, пробуренной с поверхности 3, затем обсаживают скважину 2 ее трубами 4, цементируют затрубное пространство 5, осуществляют обвязку устья 6 с подключением к нагнетательной линии (на фиг.1 не показана) и установкой насосного(ых) агрегата(ов) 7 и технологической емкости (на фиг.1 не показана), производят вскрытие пласта 1 с помощью перфораторной станции 8 и перфоратора 9, выполняют необходимые газогидродинамические исследования, в процессе которых осуществляют увлажнение призабойной зоны пласта 1 закачкой порядка 6 м3 жидкости, затем выполняют обработку пласта газогенератором 10, при необходимости - до трех раз, и повторные газогидродинамические исследования. Параметры работы газогенератора (например, давление газообразных продуктов сгорания в зоне обработки, объем проникающих в трещины жидкости и газов, протяженность создаваемых трещин) здесь и далее рассчитывают по соответствующим компьютерным программам и инструкциям, исходя из конкретных данных о скважине и пласте.

После первой обработки пласта газогенератором, каждый цикл его последующего гидрорасчленения осуществляется одновременно с высокоэнергетическим импульсным воздействием заданной амплитуды и продолжительности с помощью порохового газогенератора, который спускают на геофизическом кабеле в интервал пласта до начала гидрорасчленения и включают при достижении определенных параметров гидрорасчленения (давления, темпа нагнетания, закачанного объема жидкости), при этом каждый цикл обработки заканчивается резким сбросом давления в скважине до гидростатического после извлечения геофизического кабеля и несгоревших остатков газогенератора на поверхность.

Так, например, устанавливают на устье 6 фонтанную арматуру 11, превентор (на фиг.1 не показан), лубрикатор 12 и выполняют несколько циклов ГРП. При этом в скважину, перед началом каждого цикла ГРП, спускается газогенератор 10 с целью газогидроимпульсного воздействия на пласт 1 с заданной амплитудой и продолжительностью. Запуск газогенератора 10 осуществляется сразу после отключения насосного(ых) агрегата(ов) 7, в условиях репрессии, созданной нагнетанием жидкости, в следующих случаях:

1) слабой приемистости пласта при заданном режиме нагнетания;

2) когда снижается или стабилизируется приемистость пласта при повышении давления нагнетания;

3) после закачки в пласт расчетного объема жидкости в заданном режиме нагнетания.

Сразу после срабатывания газогенератора 10, фиксируемого по рывку геофизического кабеля 13 и звуковому эффекту, геофизический кабель 13 извлекается на поверхность 3, после чего производится сброс давления на устье 6 до гидростатического, что способствует развитию процесса самопроизвольного разрушения угля за счет использования энергии горного давления и энергии газа, находящегося в различных формах в угле. В результате происходит кавернообразование и рост полости вокруг скважины, сопровождающееся выбросами угля и газа, разупрочнением угольного массива.

Каждый цикл комплексной обработки может сопровождаться газогидродинамическими исследованиями, позволяющими корректировать весь технологический процесс.

При предобработке пласта газогенератором 10 (фиг.2, временной интервал I) происходит образование начальной сети трещин в радиусе (R) от 10 до 30 м (фиг.1, этап б), в зависимости от количества обработок. При гидрорасчленении (фиг.2, интервал II) происходит развитие естественных систем трещин. При работе газогенератора 10 в условиях репрессии (фиг.2, интервал III) происходит рост трещин и образование разветвленной сети трещин, в т.ч. прорастание и ветвление искусственных трещин, расположенных под углом к трещинам ГРП. Время для подъема геофизического кабеля 13 и несгоревших остатков газогенератора, последующего сброса давления и спуска следующего газогенератора в скважину соответствует интервалу IV. Работа циклического газогенератора при втором цикле ГРП соответствует интервалу V.

Под воздействием кратковременного импульса давления, создаваемого газообразными продуктами горения, часть скважинной жидкости, да и самих газов, проникает в пласт по различным дефектам как «клин», расширяя и распространяя вглубь естественные трещины, образовывая новые трещины в пласте. Одновременно с этим в угле создается упругая волна сжатия, распространяющаяся со скоростью от 800 до 2000 м/с, а в жидкости, заполняющей трещины и поровые каналы, создается гидродинамическая волна давления, распространяющаяся со скоростью порядка 1500 м/с, затухание которой, в виду малой сопротивляемости жидкости деформациям сдвига, меньше, чем в породе. Обе упругие волны сжатия, распространяясь в пласте, характеризующемся определенным напряженно-деформированным состоянием, создают в нем дополнительные напряжения, которые приводят к расширению имеющихся трещин и образованию новых, в т.ч. в виде дилатансионного разуплотнения. В условиях высокой статической нагрузки на пласт, создаваемой в процессе ГРП, и полной раскрытости трещин гидрорасчленения, происходит более эффективное использование энергии газогенераторов, поскольку для изменения напряженно-деформированного состояния пласта, сопровождающегося трещинообразованием, особенно на большом удалении от скважины, требуется значительно меньшая энергия упругих волн сжатия, создаваемых газогенератором.

После выполнения определенного количества циклов обработки пласта и выдержки рабочей жидкости в пласте, как это предусматривает технологический процесс ГРП, осуществляют мероприятия по извлечению метана.

Положительный эффект предложенного способа заключается в создании единой гидравлически связанной системой макро- и микротрещин, равномерно охватывающей пласт в радиусе до 120-150 м от скважины (фиг.1, этап в) и увеличивающей проницаемость пласта на 3-4 порядка и, соответственно, его газоотдачу, что создает условия для повышения эффективности извлечения метана и метанобезопасности горных работ при высокопроизводительной добыче угля.

Источники информации

1. Патент РФ №2159333 по классу E21B 43/295, 2000.

2. Авторское свидетельство СССР №1765465 по классу E21F 5/2, 1990.

Способ импульсного воздействия на газоносный угольный пласт, включающий бурение скважины с поверхности, цементирование затрубного пространства, обвязку устья с установкой насосных агрегатов, вскрытие пласта перфорацией, увлажнение ближней зоны пласта и его циклическую обработку пороховым газогенератором, спускаемым в скважину на геофизическом кабеле в интервал пласта, в комплексе с последующим нагнетанием в пласт рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения, отличающийся тем, что после первой обработки пласта газогенератором каждый цикл его последующего гидрорасчленения осуществляется одновременно с высокоэнергетическим импульсным воздействием заданной амплитуды и продолжительности с помощью порохового газогенератора, который спускают на геофизическом кабеле в интервал пласта до начала гидрорасчленения и включают при достижении определенных параметров гидрорасчленения - давления, темпа нагнетания, закачанного объема жидкости, при этом каждый цикл обработки заканчивается резким сбросом давления в скважине до гидростатического после извлечения геофизического кабеля и несгоревших остатков газогенератора на поверхность.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к разработке пологопадающих угольных пластов и может быть применено для их дегазации. .
Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для дегазации угольных пластов. .

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для дегазации угольных пластов. .

Изобретение относится к разработке пологопадающих угольных пластов и может быть применено для их дегазации. .

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для дегазации угольных пластов в шахтах III категории и сверхкатегорных по газу, а также опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для извлечения метана из разрабатываемых угольных пластов. .

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для извлечения метана из свиты угольных пластов. .

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть применено при добыче метана как для его промышленного использования, так и для дегазации разрабатываемых угольных пластов.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено при разработке полезного ископаемого. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для дегазации свиты сближенных газоносных угольных пластов и вмещающих пород. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к системам разработки сближенных высокогазоносных угольных пластов

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предварительной дегазации обводненных вмещающих пород для безопасного ведения подземных горных работ при отработке месторождений в особо сложных условиях по газоносности

Изобретение относится к горному делу, в частности к системам разработки сближенных высокогазоносных угольных пластов. Техническим результатом является повышение эффективности удаления метана, повышение нагрузки на очистной забой и повышение безопасности очистных работ по газовому фактору. Способ заключается в определении протяженности зон активного газовыделения, подготовку выемочных столбов путем проведения и крепления конвейерных и вентиляционных выработок по массиву горных пород, отработку выемочных столбов и удаление метана по дегазационным скважинам. При этом протяженность зон активного газовыделения определяют по изменению объемных деформаций массива горных пород. Причем значения объемных деформаций массива горных пород получают численными методами на основе анализа компонентов тензоров деформаций и напряжений с учетом временного фактора. Тензорной характеристикой является газопроницаемость горных пород в условиях естественного их залегания. Осуществляют оценку средних значений величин газопроницаемости массива горных пород по приведенному математическому выражению. После определения протяженности зон активного газовыделения, с учетом полученных данных, выбирают схемы бурения скважин, их диаметр и число. 6 ил.

Изобретение относится к безопасной разработке месторождений полезных ископаемых и может быть применено для дегазации участков углеметанового месторождения при высокопроизводительной отработке угольных пластов подземным способом для снижения метанообильности горных выработок и добычи попутного метана. Способ включает бурение с поверхности скважин и соединение их с вакуумной и утилизационной системами. При этом бурение дегазационных скважин осуществляют до отрабатываемого пласта в места встречи и пересечения линии угла полных сдвижений геомеханического слоя, в котором находится дегазируемый пласт, и дегазируемого пласта, а метанодобывающих скважин - в места пересечений линий углов полных сдвижений соответствующих геомеханических слоев больших уровней иерархии при установленной их достаточной газоносности. Технический результат заключается в повышении эффективности дегазации и метанодобычи. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при дегазации неразгруженных угольных пластов. Техническим результатом является повышение эффективности подземной дегазации угольных пластов за счет максимального использования природной трещиноватости с наибольшей отдачей метана из угольных месторождений. Предложенный способ дегазации неразгруженных угольных пластов заключается в том, что осуществляют вскрытие дегазируемых участков угольного пласта скважинами таким образом, чтобы они пересекали максимальное количество природных трещин как по всей длине, так и по мощности пласта. При этом осуществляют отвод образовавшейся в процессе бурения пульпы самотеком в действующие выработки под углом не менее 2-3° для исключения избыточного давления воды в скважинах и предотвращения ее проникновения в пласт. Затем скважины, из которых выделяется метан, подключают в шахтных условиях к дегазационной сети труб с последующей выдачей его на поверхность к вакуумной станции и далее к потребителю. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к методу комплексного управления газовыделением при отработке мощных и сближенных пластов угля. Техническим результатом является повышение эффективности управления газовыделением с целью обеспечения высокой производительности и безопасности добычи угля и метана. Предложенный способ комплексного управления газовыделением при отработке мощного пласта угля заключается в разделении этого пласта по мощности на верхний и нижний слои, с оставлением между ними межслоевой пачки, проведении по каждому слою дегазационных скважин, вентиляционного и конвейерного штреков с последующим отводом исходящей струи и газовой смеси при отработке пласта. При этом при проведении одноименных штреков по верхнему и нижнему слоям их попарно соединяют наклонными сбойками. После оконтуривания выемочных столбов вентиляционный штрек нижнего слоя соединяют фланговой выработкой с газоотсасывающей установкой. По мере отработки верхнего слоя ближайшие к его забою сбойки поочередно открывают для поступления воздуха из конвейерного штрека и отвода газовой смеси из верхнего сопряжения забоя верхнего слоя через систему отвода исходящей струи и через вентиляционный штрек нижнего слоя на фланговую выработку и далее на газоотсасывающую установку. Затем отрабатывают нижний слой, при этом после окончания работы очередной дегазационной скважины нижнего слоя через нее выполняют пропитку нижнего слоя антипирогенами. 2 ил.
Предложенная группа изобретений относится к горной промышленности и предназначена для удаления метана из газа низкой концентрации в угольных шахтах. Техническим результатом является обеспечение возможности удаления метана из газа при использовании реакции окисления малого количества метана в газе в условиях высокой температуры. Способ удаления метана из газа в угольных шахтах включает следующие этапы: (А) начальное включение питания реактора оксидирования установки, выполнение нулевого цикла реакции окисления метана и запуск нагрева до температуры не менее 800°С; (В) подачу газа низкой концентрации с метаном в реактор оксидирования, быструю реакцию метана с кислородом и выделение тепла; (С) накопление выделяемого при реакции оксидирования тепла; (D) после завершения реакции окисления выдувание отработанного газа из реактора оксидирования до полной очистки; (Е) многократное повторение этапов (В), (С), (D). Предложено также устройство для удаления метана из газа, содержащее узел запорного клапана, реактор оксидирования, узел возвратного клапана, систему подачи газа и контрольно-измерительную систему. При этом узел запорного клапана установлен вместе с реактором оксидирования. Причем узел запорного клапана и реактор оксидирования соединены с узлом возвратного клапана и системой подачи газа. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для гидродинамического воздействия на угольный пласт и глубокой его дегазации. Техническим результатом является повышение эффективности воздействия на слабопроницаемый угольный пласт и повышение объемов извлечения из него газа. Способ воздействия на угольный пласт включает проведение скважины в угольном пласте, обсадку ее устья, нагнетание жидкости в пласт угля в статическом и импульсном режимах, подключение скважины к дегазационному трубопроводу и извлечение газа. При этом нагнетание жидкости в пласт угля в статическом режиме осуществляют до и после гидроимпульсного воздействия на угольный пласт. Причем до гидроимпульсного воздействия жидкость нагнетают до давления, равного давлению газа в пласте, а после гидроимпульсного воздействия - при давлении жидкости, равном давлению гидроразрыва угольного пласта. 2 з.п. ф-лы.

Способ относится к области горной промышленности, в частности к угольной, и может быть использован при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. В способе при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта, включающем подготовку выемочного участка парными выработками, проветривание выработок очистного участка за счет общешахтной депрессии и отвод шахтного метана из источника выделения, отвод метана осуществляют сначала через пробуренные на сближенные пласты дегазационные скважины с возможностью исключения подсосов воздуха из призабойного пространства действующего очистного забоя. Затем после сдвижения пород основной кровли отрабатываемого пласта отвод метана осуществляют через оставшуюся часть длины скважины при режимах, исключающих подсосы воздуха из призабойного пространства лавы. При этом интенсивно выделяющийся из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого пласта вблизи забоя лавы метан отводят в дегазационную вакуумную сеть выемочного участка через пробуренные ориентированно на очистной забой пластовые скважины с концентрацией метана, пригодного для утилизации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к текущему прогнозу метановыделения в подготовительные выработки и может найти широкое применение при автоматизированном текущем прогнозе метанообильности в увязке с данными телеконтроля содержания в выработке. Техническим результатом является повышение достоверности прогноза расхода воздуха для проветривания выработки при увеличении ее длины. Предложен способ обработки телеизмерений концентрации метана в выработке для текущего прогноза расхода воздуха при проветривании выработки, включающий раздельное определение концентрации метана в периоды работы комбайна и при отсутствии выемки угля при разгруженном конвейере. Текущий прогноз осуществляют на основе измерений динамики концентрации метана и расхода воздуха для проветривания выработки с учетом математической зависимости, включающей фактические расходы воздуха во время замеров концентрации метана и коэффициенты пропорциональности метановыделения по источникам для фактической и проектной длин выработки. 1 ил.
Наверх