Способ добычи метана из угольных пластов


 


Владельцы патента RU 2521098:

Общество с ограниченной ответственностью "Георезонанс" (RU)

Изобретение относится к горному делу и может быть применено при добыче метана из угольных пластов. Способ включает бурение или вскрытие старой вертикальной скважины в месте метано-угольной залежи, определение мощности пласта в разрезе скважины, определение марочного состава углей, подведение к метано-угольной залежи через рабочий интервал вертикальной скважины источника периодических направленных коротких импульсов высокого давления и воздействие на пласт энергией плазмы, образуемой взрывом калиброванного металлического проводника, в виде периодических направленных коротких импульсов высокого давления. Количество импульсов высокого давления и длительность воздействия в каждом интервале метано-угольной залежи определяется мощностью пласта в разрезе скважины и марочным составом углей. Технический результат заключается в повышении эффективности добычи метана увеличением количества добываемого газа, снижением энергозатрат и повышением безопасности процесса. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам добычи метана из угольных пластов путем периодического воздействия энергией плазмы, подведенной к продуктивной залежи и получаемой от взрыва калиброванного металлического проводника, что приводит к созданию направленных коротких импульсов высокого давления в генераторе плазменно-импульсного воздействия, размещенном в рабочем интервале вертикального ствола скважины, с целью создания кливажа по радиальной латерали, десорбции метана из угля, воды и породы.

Известно, что все известные способы добычи газа метана из угольных пластов заключаются в:

- вымывании пласта вокруг скважины при помощи спонтанных выбросов угля и газа;

- провоцировании и поддержании саморазрушения с формированием коллекторной зоны с помощью гидродинамического воздействия;

- закачке в угольный пласт воды и воздуха, а также углекислого газа;

- добыче газа метана из горизонтальных скважин с предварительной дегазацией и осушением угольных пластов;

- образовании полостей вокруг скважины;

- добыче газа метана через дегазационные скважины;

- гидроразрыве угольных пластов

(Метановый рай Газпрома. Газовики осваивают технологию добычи метана из угольных пластов. - (издание о бизнесе и технологиях). - 10.02.2010; Особенности заблаговременной дегазации угольных пластов метаном бурения скважины с поверхности (УДК 622.17.47(73)(061.3) / Ответы на вопросы «Глюкауф», Пол Сикора, Денис Смыслов, Ольга Плетнет. - Глюкауф. - №1. - Март 2008; и Гроссов А.И. Геолого-промышленная оценка ресурсов метана угольных бассейнов Приморья/Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. - Владивосток, 2006).

Однако данные способы являются дорогостоящими, трудоемкими, экологически небезопасными, энергозатратными и малоэффективными.

Известны также способы в патентах US 2005/009831 A1 и US 2006/0108111 A1, предлагающие физическое и акустическое воздействие на угольный пласт с дневной поверхности и акустическими излучателями, размещенными в вертикальной скважине.

Однако воздействие с дневной поверхности (US 2005/009831 A1) энергозатратно, а энергия создаваемых широкополосных колебаний затухает с увеличением глубины залегания пластов. Кроме того, такое воздействие экологически небезопасно, вблизи разломов может привести к непредсказуемым последствиям.

Акустические излучатели (патенты US 2005/009831 A1 и US 2006/0108111 А1), размещенные в вертикальной скважине с целью увеличения проницаемости, излучают одну частоту, в то время как метаноугольная залежь является многофакторной, нелинейной динамической системой, в которой постоянно идут незатухающие многочастотные колебания, выделить доминантную частоту не представляется возможным и, следовательно, решить проблему увеличения проницаемости на значительном удалении от источника возбуждения.

Все известные методы извлечения метана основаны на принципах линейной физики, линейной зависимости, когда коэффициенты в математических функциях постоянны.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что он не имеет аналогов, т.к. основан на принципах нелинейной физики, когда коэффициенты в математических функциях зависят исключительно от времени. Кроме того, предлагаемый способ является высокоэффективным, экологически безупречным, энергосберегающим, технологически прост, безопасен в эксплуатации и не требует капитальных затрат.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, сводится к увеличению количества добываемого газа, при минимальных энергозатратах и высокой безопасности процесса.

Технический результат достигается за счет того, что осуществляют:

- бурение вертикальной скважины в месте метано-угольной залежи (либо уже используют старую разработанную/неразработанную скважину),

- определение мощности пласта в разрезе скважины,

- определение марочного состава углей,

- подведение к метано-угольной залежи через рабочий интервал вертикальной скважины источника периодических направленных коротких импульсов высокого давления,

- воздействие на пласт энергией плазмы, образуемой взрывом калиброванного металлического проводника, в виде периодических направленных коротких импульсов высокого давления, при этом количество импульсов высокого давления и длительность воздействия в каждом интервале метано-угольной залежи определяется мощностью пласта в разрезе скважины и марочным составом углей.

Добыча метана предлагаемым способом осуществляется на не разгруженной от горного давления метано-угольной залежи через вертикальные скважины, пробуренные с дневной поверхности, обсаженные различными по диаметру эксплуатационными колоннами, а также в необсаженных скважинах.

Метано-угольная залежь рассматривается как природный, многослойный, нелинейный модуль объемной упругости, содержащий неравновесную газожидкостную динамическую среду, состоящую из нескольких фаз, которые взаимодействуют друг с другом, в том числе за счет искусственно созданных плазменных периодических коротких импульсов большого давления, проникают друг в друга; в результате плотность, вязкость, упругость, жесткость, электромагнитные и физико-химические свойства изменяются как в пространстве, так и во времени.

Не разгруженная от горного давления угольная залежь представляет собой пористую систему, менее плотную, чем вмещающие породы. Механическая прочность угля намного ниже, чем у других пород: он не способен выдерживать высокий градиент давления, не разрушаясь. Угольные пласты находятся в напряженном состоянии и, имея низкую проницаемость, обладают повышенной звукопроводностью, являются хорошим динамическим резонатором.

В неравновесной системе постоянно присутствуют незатухающие разночастотные колебания, вызванные естественной энергией, поступающей извне (приливы-отливы, удаленные землетрясения, взрывные работы в угольных шахтах и разрезах), в результате которых происходят колебания молекул воды, насыщенных метаном. Пленки воды с растворенным метаном пронизывают всю продуктивную залежь. Кроме того, газ метан присутствует в угле и породе, находится в газообразном, жидком и твердом состоянии на поверхности частиц. Содержание метана в угле колеблется в широком диапазоне - от 5-10% в бурых углях, 15-35% в каменных углях до 40-45% в сланцах.

Согласно закону Генри, растворенность газа метана в водных растворах повышается прямо пропорционально росту давления с глубиной. Породы и уголь ведут себя на глубине как вязкие жидкости. Присутствие воды делает всю систему как бы аморфной, в которой свободная энергия в условиях внешней нагрузки равна нулю.

Величина критического давления, называемого давлением разрыва угольного пласта, зависит от глубины его залегания, механической крепости, удельного веса перекрывающей толщи пород. Дополнительное давление разрыва сил сцепления между отдельными слоями и пачками углей равно, как правило, 1-2 МПа.

Основной особенностью неравновесных, динамических систем, к которым относится любая метано-угольная залежь, является то, что широкополосный, короткий плазменный периодический импульс высокого давления, подведенный к системе за счет энергии плазмы, приводит к значительным возмущениям в ближней и удаленной зонах дренирования. Уголь, обладая хорошей звукопроводностью, является передаточной средой для акустических волн, а звукопроводность вещества зависит от его плотности и упругости, возрастая с увеличением плотности проводящей среды.

На фиг.1 показана схема периодического воздействия энергии плазмы на угольную залежь. В данном случае берется готовая скважина (предварительно пробуренная), определяют мощность пласта в разрезе скважины, выясняют марочный состав угля, после чего подводят к метано-угольной залежи через рабочий интервал вертикальной скважины источник периодических направленных коротких импульсов высокого давления и начинают воздействие на пласт, в виде периодических направленных коротких импульсов высокого давления, при этом количество импульсов высокого давления и длительность воздействия в каждом интервале метано-угольной залежи определяется мощностью пласта в разрезе скважины и марочным составом углей. Источник периодических направленных коротких импульсов высокого давления воздействует энергией плазмы, образуемой взрывом калиброванного металлического проводника. По своей сути источник периодических направленных коротких импульсов высокого давления представляет собой генератор плазменно-импульсного воздействия. Обычно такой источник работает следующим образом. Ток высокого напряжения - 3000-5000 В - от батареи накопительных конденсаторов подается на электроды, которые замыкаются калиброванным проводником, что приводит к его взрыву и образованию плазмы в замкнутом пространстве. Во время взрыва происходит освобождение энергии, переходящей в состояние сильно нагретого газа с очень высоким давлением, который, в свою очередь, с большой силой воздействует на окружающую среду, вызывая ее движение. Данный источник выделяет значительное количество энергии с высокой температурой (25000-28000°C) за короткий промежуток времени (50-53 мкс), формирует ударную волну с избыточным давлением, многократно превышающим пластовое.

При инициировании периодических широкополосных коротких импульсов энергии плазмы в рабочем интервале скважины происходит «захват» доминантной частоты, что приводит к эффекту нелинейного самовоздействия инициированной волны на основной частоте, когда изменение амплитуды и частоты волны происходит за счет интенсивности самой волны, преобладает над эффектом генерации высших гармоник.

При действии гармонической вынуждающей силы в динамической системе с нелинейной восстанавливающей силой всегда существуют стационарные колебания с круговой частотой, равной частоте вынуждающей силы. В результате синхронизации колебаний в угольной залежи развивается аномальная микротрещиноватость по вертикали и простиранию. Освобождаемый за счет кливажа из угля породы и выделения из воды газ метан появляется в виде пузырьковых зон. Возникают эффекты флотации и кавитации, что приводит к тепломассообмену и дальнейшему развитию микротрещиноватости без нарушения коллекторских свойств пластов.

При выделении метана из воды и пор в образовавшейся пузырьковой среде роль вибрационных сил на основании уравнения Рейнольдса играют турбулентные напряжения. Пузырьковая среда приобретает иные свойства. Коэффициенты отражения, поглощения и преломления полностью меняют свои характеристики, а все акустические колебания становятся низкочастотными с медленным затуханием. Хотя газ обладает наименьшей звукопроводностью, низкочастотные колебания могут распространяться на значительное расстояние, что приводит к увеличению дебита газа метана не только в обработанной скважины, но и в соседних скважинах.

После прекращения воздействия самомодулированная система за счет заданных колебаний будет выделять пузыри газа длительное время, вовлекая в работу значительную зону дренирования.

В отличие от добычи нефти и природного газа фильтрация метана не подчиняется закону Дарси. Поэтому при выводе скважины на режим эксплуатации необходимо руководствоваться законом Бойля-Мариотта, а именно: отношением объема газа (V) ко времени (t) его истечения.

Темпы вывода скважины на режим эксплуатации, равно как и время предварительного воздействия, зависят от марки углей, газонасыщенности, глубины залегания, толщины угольных пластов, а также конструкции скважины.

Предлагаемый способ можно применять в вертикальных, пробуренных с дневной поверхности скважинах, после вторичного вскрытия или на скважинах с открытым забоем, а также в скважинах, через которые применялись другие известные методы, но производительность скважины оставалось низкой или вообще отсутствовала.

Выше были раскрыты основные особенности способа добычи метана из угольных пластов, но любому специалисту в данной области техники очевидно, что на основе раскрытых данных можно создать вариации добычи метана из угольных пластов.

Способ добычи метана из угольных пластов, включающий:
- определение мощности пласта в разрезе скважины,
- определение марочного состава углей,
- подведение к метано-угольной залежи через рабочий интервал вертикальной скважины источника периодических направленных коротких импульсов высокого давления,
- воздействие на пласт энергией плазмы, образуемой взрывом калиброванного металлического проводника, в виде периодических направленных коротких импульсов высокого давления, при этом количество импульсов высокого давления и длительность воздействия в каждом интервале метано-угольной залежи определяются мощностью пласта в разрезе скважины и марочным составом углей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу, используется для предварительной и текущей 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, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для дегазации мощного угольного пласта при его отработке в два слоя по системе «слой-пласт».

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.

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.
Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для гидродинамического воздействия на угольный пласт и глубокой его дегазации.
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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к устройствам для термобарохимической обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин продуктами горения, выделяющимися при горении твердотопливных зарядов.

Изобретение может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для газового и химического воздействия на призабойную зону пласта с увеличением ее проницаемости и притоков, а также и в других областях.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности - для увеличения притоков, повышения производительности новых скважин после некачественно проведенной перфорации, для загрязненных в процессе эксплуатации скважин, а также для реанимации старых скважин.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей, черной промышленности: нефтяные, газовые, водозаборные, нагнетательные скважины, а также к области взрывного дела, и предназначено для комплектования пороховых генераторов давления, в первую очередь бескорпусных, предназначенных осуществлять разрыв и термогазохимическую обработку призабойной зоны пласта газообразными продуктами горения с целью интенсификации добычи полезных ископаемых.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для интенсификации работы скважин. Устройство для термогазогидродинамического разрыва продуктивного пласта нефтегазовых скважин содержит геофизический кабель с кабельной головкой и состоит из блока дистанционного контроля с гамма-датчиком, приборной головки, переводника, корпуса для размещения газогенерирующего заряда и автономного регистрационного блока.

Изобретение относится к устройствам для обработки призабойной зоны за счет гидроразрыва пласта газообразными продуктами сгорания твердых топлив. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применено для увеличения фильтрационных свойств продуктивного пласта. .

Изобретение относится к нефтегазодобыче, а именно к термогазохимическому способу обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) и устройству, с помощью которого оно осуществляется.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения эффективности вторичного вскрытия пласта. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а в частности к пороховым генераторам давления для интенсификации нефтегазодобычи, применяемым в комплексной обработке скважин совместно с импульсными устройствами.
Изобретение относится к горному делу и может быть применено для термохимического разрыва пласта. Способ заключается в использовании энергии окислительной реакции ГОС, инициируемой инициатором реакции, для разрыва пласта и протекающая в призабойной удаленной от скважины зоне пласта. При этом катализатор, горючее и инициатор применяются в виде растворов в воде. Технический результат заключается в повышении эффективности работ по разрыву пласта и созданию сети протяженных трещин, позволяющих существенно повысить продуктивность нефтяных и газовых скважин.
Наверх