RU2015341C1 - Method for degassing of coal seams and rock masses - Google Patents
Method for degassing of coal seams and rock masses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2015341C1 RU2015341C1 SU4928533A RU2015341C1 RU 2015341 C1 RU2015341 C1 RU 2015341C1 SU 4928533 A SU4928533 A SU 4928533A RU 2015341 C1 RU2015341 C1 RU 2015341C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibration
- formation
- frequency
- rocks
- working fluid
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для изменения состояния и свойств углей и пород, включая и их дегазацию с использованием упругого миграционного геоэффекта и эффектов кавитации при высоких РТ-параметрах. The invention relates to the field of mining and can be used to change the state and properties of coals and rocks, including their degassing using an elastic migration geo-effect and cavitation effects at high RT parameters.
Известен способ дегазации угольных пластов, включающий бурение скважин, определение векторов максимального и минимального главных напряжений в пласте, установку в скважинах источников колебаний, оси источников располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению, возбуждают колебания в пласте с амплитудой не менее 0,5 от разрушающих напряжений и, поддерживая ее на достигнутом уровне, нагнетают в пласт технологический раствор, причем вибровоздействия осуществляют до тех пор, пока уровень концентрации метана не снизится до допустимого или нормативного уровня. A known method of degassing coal seams, including drilling wells, determining the vectors of the maximum and minimum principal stresses in the formation, installation of vibration sources in the wells, the axis of the sources is placed in a plane parallel to the main minimum voltage, excite oscillations in the formation with an amplitude of at least 0.5 from destructive stresses and, maintaining it at the achieved level, they pump the technological solution into the reservoir, and vibrations are carried out until the methane concentration level decreases up to an acceptable or regulatory level.
Известный способ не учитывает структурных особенностей пласта и пород, а также свойств разупрочняющих растворов, не использует для повышения трещиноватости и проницаемости пласта импульсный гидроразрыв. The known method does not take into account the structural features of the formation and rocks, as well as the properties of softening solutions, does not use pulsed hydraulic fracturing to increase the fracturing and permeability of the formation.
Известен также способ дегазации угольных пластов и породных массивов, включающий бурение скважин в массив, обустройство их устьевой арматурой, соединенной с питающим трубопроводом и насосом, нагнетание в скважину рабочей жидкости, возбуждение в ней упругих колебаний, определение основной частоты вибровоздействия на горный массив, бурение на удаление от рабочей скважины 3-5 длин волн основной частоты дополнительной скважины, размещение в ней невзрывных источников вибровоздействия, определение векторов максимальных главных напряжений, ориентирование осей указанных источников в направлении векторов главных напряжений и поэтапное воздействие на горный массив с начальным предварительным приведением горного массива в колебательное состояние в диапазоне от 60 до 1500 Гц, последующее воздействие с частотой, равной частоте колебаний горного массива, причем источники вибровоздействия размещают с шагом, равным одной восьмой длины волны основной частоты по глубине скважины в месте проведения гидроразрыва, измеряют напряженно-деформированное состояние пород, определяют амплитуду давления в знакопеременной упругой волне из соотношения А = =0,015(Р)1/3/P, а вибровоздействия осуществляют с амплитудой давления, равной 0,5 от величины разрушающих напряжений, при этом в породы нагнетают технологический раствор с добавкой 3-5% ПАВ и производят вибровоздействие в течение времени, при котором деформации растяжения сменят деформации сжатия, после чего переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте нагнетания рабочей жидкости в скважину, и производят указанное воздействие до достижения положительного результата.There is also a method of degassing coal seams and rock formations, including drilling wells into an array, equipping them with wellhead fittings connected to a supply pipe and a pump, injecting a working fluid into the well, exciting elastic vibrations in it, determining the main frequency of vibration action on the rock mass, drilling on removal from the working well of 3-5 wavelengths of the main frequency of the additional well, placement of non-explosive sources of vibration in it, determination of the vectors of maximum principal stresses, the orientation of the axes of the indicated sources in the direction of the main stress vectors and the phased effect on the rock mass with the initial preliminary reduction of the rock mass to the vibrational state in the range from 60 to 1500 Hz, the subsequent impact with a frequency equal to the oscillation frequency of the rock mass, and the vibration sources are placed in increments, equal to one eighth of the wavelength of the fundamental frequency along the depth of the well at the site of the hydraulic fracturing, the stress-strain state of the rocks is measured, the amplitudes are determined pressure pressure in a alternating elastic wave from the ratio A = 0.015 (P) 1/3 / P, and vibration is carried out with a pressure amplitude equal to 0.5 of the value of the breaking stresses, while the technological solution is injected into the rocks with an addition of 3-5% Surfactants and produce vibration for a time at which tensile strain will replace compression strain, and then switch to a vibration frequency equal to the frequency of injection of the working fluid into the well, and produce the specified effect until a positive result is achieved.
Известный способ не учитывает разупрочняющего эффекта при нагнетании в пласт гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом, нагретых до 80оС в совокупности с вибровоздействиями, а также утилизацию истекающих из пласта газов в процессе дегазации пласта с предотвращением их утечки в пространство выработок.The known method does not consider the softening effect when injecting into the formation of sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol, heated to 80 ° C together with a vibration and recycling gases flowing from the formation during degassing reservoir to prevent their leakage into the space workings.
Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет снижения энергоемкости и увеличения гидро- и аэродинамических связей угля и пород. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the method by reducing energy intensity and increasing hydro- and aerodynamic bonds of coal and rocks.
Цель достигается тем, что согласно способу перед проведением гидроразрыва нагнетают в пласт гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретые до 80оС.The goal is achieved by the fact that according to the method, before the fracturing, sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol is heated to a temperature of 80 ° C.
С целью повышения эффективности импульсного массированного гидроразрыва за счет трещинообразования и увеличения глубины проникновения жидкости в пласт в нее добавляют 50-75% газа под давлением, причем при низких скоростях инжекции в качестве газа используют азот, а при высоких - углекислый газ. In order to increase the efficiency of pulsed massive hydraulic fracturing due to cracking and increasing the depth of liquid penetration into the formation, 50-75% of gas is added to it under pressure, and at low injection rates, nitrogen is used as gas, and at high - carbon dioxide.
При низкой проницаемости пласта или породного массива перед проведением импульсного гидроразрыва осуществляют их кислотную обработку. В качестве расклинивающих агентов используют частицы спеченного боксита. Во время дегазации угольного пласта или породного массива производят измерение напряженно-деформированного состояния, температуры и концентрации газовых компонент и определения их химического состава до, во время и после вибровоздействия. With low permeability of the reservoir or rock mass before acid fracturing, they are acid treated. Particles of sintered bauxite are used as proppants. During the degassing of a coal seam or rock mass, the stress-strain state, temperature and concentration of gas components are measured and their chemical composition is determined before, during and after vibration exposure.
Вибровоздействия осуществляют встречными упругими колебаниями из скважин, окаймляющих пласт, при этом частоту вибровоздействия настраивают в резонанс с собственными колебаниями пласта или массива. Вибровоздействия осуществляют попеременно, сначала с одной стороны пласта, а затем - с другой, а время обработки с каждой стороны ограничивают временем миграции флюидов по пласту, определяя его из соотношения
T = L/V, где L - длина пласта по простиранию;
V - скорость миграции флюидов в пласте.Vibration effects are carried out by counter elastic vibrations from wells bordering the formation, while the frequency of vibration is tuned in resonance with the natural vibrations of the formation or array. Vibration effects are carried out alternately, first on one side of the formation, and then on the other, and the processing time on each side is limited by the time of fluid migration through the formation, determining it from the ratio
T = L / V, where L is the length of the formation along strike;
V is the fluid migration rate in the formation.
С целью предотвращения загазованности горных выработок формируют сеть вакуумных скважин для отсоса газов, обустраивают их устьевой арматурой, герметизируют их и осуществляют вакуумную откачку газов до, во время и после вибровоздействия, причем производят утилизацию истекающих из пласта и пород газов, не допуская их утечки в пространство горных выработок. In order to prevent gas contamination of mine workings, they form a network of vacuum wells for exhausting gases, equip them with wellhead fittings, seal them and vacuum evacuate the gases before, during and after vibration exposure, and utilize the gases flowing from the formation and rocks, preventing their leakage into space mine workings.
На фиг.1 и 2 приведена схема реализации способа, где 1 - горный массив, 2 - горная выработка, 3 - угольный пласт, 4 - скважины для размещения виброисточников, 5 - виброисточники, 6 - упруго-вязкое тело, 7 - компрессор высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7, 8 - электронный пульт управления для синхронизации работы группы виброисточников, 9 - информационно-вычислительный комплекс (ИВК), 10 - гидроимпульсатор для нагнетания растворов, 11 - вакуумный насос для отсоса газовых компонент из пласта или горного массива. Figures 1 and 2 show a diagram of the implementation of the method, where 1 is a rock mass, 2 is a mine working, 3 is a coal seam, 4 is a well to accommodate vibration sources, 5 is a vibration source, 6 is an elastic-viscous body, 7 is a high pressure compressor EU-5 or EU-7, 8 - an electronic control panel for synchronizing the operation of a group of vibration sources, 9 - an information-computer complex (IVK), 10 - a hydraulic impulse for pumping solutions, 11 - a vacuum pump for suctioning gas components from a formation or rock mass.
Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.
В прилегающей к основной выработке бурят серию скважин 4 и размещают в них виброисточники 5, ориентируют их в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения, причем определяют поле напряжений и главные векторы напряжений в пласте разместив в контрольной скважине датчики давления горных пород. A series of
Максимальный диаметр скважин 4 и их глубину для размещения виброисточников 5 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет место максимальная закачка упругой энергии в тело пласта 3 и составляющая от 3 до 16% всей запасенной в источнике 5 энергии, поступающей от компрессора 7. Глубина размещения виброисточников 5 в скважине 4 оптимальна величине давления в 7-12 атм, что и обеспечивается посредством упруго-вязкого тела 6. В качестве упруго-вязкого тела 6 используют воду, мокрый штыб и другие минеральные добавки вперемешку с водой. При этом акустическое сопротивление материала упруго-вязкого тела подбирают примерно равным величине сопротивления пласта или пород, обеспечивая наиболее полную передачу энергии акустического импульса в исследуемую среду. The maximum diameter of the
Скважины 4 бурят на удалении друг от друга 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив. Это обусловлено тем, что на таких удалениях поле воздействия упругих напряжений, генерируемое источником, равномерное. Время синхронной работы группы источников 5 для приведения пласта 3 в неудароопасное состояние (колебательное состояние) регулируют посредством электронного пульта 8 управления и ИВК 9, причем оно зависит от обводненности пласта и геомеханических условий его залегания - веса пород.
Посредством ИВК 9 осуществляют синхронизацию работы группы источников 5 сопоставлением эталонных импульсов давления с импульсами, поученными в процессе проведения испытаний, и по заранее введенной в ИВК программе проводят корректировку в выбранном диапазоне частот. С использованием Фурье-устройств определяют спектры полученных сигналов, сопоставляют с эталонными спектрами и осуществляют корректировку синхронизации работы группы виброисточников для достижения положительного эффекта - импульсного массированного гидроразрыва пласта (ИМГ), выбирая при этом оптимальный режим нагружения, при котором не индуцируются остаточные напряжения, и осуществляют контроль скорости нагружения пласта и пород в массиве во времени. By means of the IVC 9, the operation of the group of
Определяют скорость изменения поперечного сечения магистральной трещины и ее ширину в процессе ИМГ для пористой среды, степень ее раскрытия, коэффициент интенсивности напряжений в месте гидроразрыва, энергию, затрачиваемую на гидроразрыв, изменение вязкости рабочей жидкости, перенос тепла и распределение температуры по поверхности трещины. При синхронной работе группы виброисточников их амплитуду медленно поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения напряжений в пласте, равных 0,5 от разрушающих с таким условием, чтобы не вызвать динамических появлений горного давления - внезапных выбросов угля породы и газа. The rate of change of the cross section of the main crack and its width during the IMG for a porous medium, the degree of its opening, the coefficient of stress intensity at the fracture site, the energy spent on fracturing, changing the viscosity of the working fluid, heat transfer and temperature distribution over the surface of the crack are determined. During synchronous operation of a group of vibration sources, their amplitude is slowly raised from the minimum to the maximum level, determined by the level of reaching stresses in the formation equal to 0.5 from destructive ones, so as not to cause dynamic occurrences of rock pressure - sudden emissions of rock coal and gas.
Колебания в массиве вызывают относительную подвижку структурных элементов пласта, перераспределение поля упругих напряжений на пути распространения мощных вибрационных колебаний и частичную дегазацию пласта и пород за счет замещения газовой фазы на жидкие растворы. Эти явления имеют место в пласте как при работе группы источников, так и при работе одиночного источника. Fluctuations in the array cause relative movement of the structural elements of the formation, redistribution of the field of elastic stresses along the path of propagation of powerful vibrational vibrations, and partial degassing of the formation and rocks due to the replacement of the gas phase by liquid solutions. These phenomena occur in the reservoir both during the work of a group of sources and during the work of a single source.
Работу группы виброисточников до, во время и после вибровоздействия контролируют геомеханическими, геофизическими методами исследований. Вибровоздействия на пласт и массив осуществляют поэтапно. The work of a group of vibration sources before, during and after vibration exposure is controlled by geomechanical, geophysical research methods. Vibration effects on the reservoir and the array are carried out in stages.
Вначале приводят их в возбужденное состояние в диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочняющих растворов - ПАВ, гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом, нагретых до 80оС и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформации растяжения в пласте сменят деформации сжатия, что соответствует оптимальной проницаемости пласта.Initially, lead them to an excited state in the range 60-1500 Hz in conjunction with injection solutions softening - surfactant, sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol, heated to 80 ° C and a vibration action during the time in which the tensile strain in the formation of compressive strain relieved , which corresponds to the optimal permeability of the reservoir.
После этого переходят на частоту собственных колебаний пласта или пород и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором напряжения в пласте не достигнут величины, примерно равной 0,5 от разрушающих напряжений, и поддерживая амплитуду колебаний на достигнутом уровне, нагнетают в скважину рабочую жидкость с добавкой 50-75% газов под давлением с расклинивающими агентами с размерами частиц 0,03-0,15 мм в виде спеченных частиц боксита, способных выдерживать давление до 4800 кг/м3, не дающих порам и трещинам закрыться и служащих новыми концентраторами пор и трещин в пласте, причем частота вибровоздействия во время ИМГ равна частоте нагнетания рабочей жидкости в пласт, то есть вибровоздействия осуществляют в резонансном режиме.After that, they switch over to the frequency of natural vibrations of the formation or rocks and vibration exposure is carried out for a time at which the stress in the formation does not reach a value of approximately 0.5 from the breaking stresses, and maintaining the amplitude of the oscillations at the achieved level, the working fluid with the additive is injected into the well 50-75% of gases under pressure with proppants with particle sizes of 0.03-0.15 mm in the form of sintered bauxite particles, able to withstand pressures up to 4800 kg / m 3 , preventing pores and cracks from closing and serving as new by the centers of pores and cracks in the formation, and the frequency of vibration during IMG is equal to the frequency of injection of the working fluid into the formation, that is, the vibration is carried out in resonance mode.
Если на пути распространения упругой волны встречаются участки угля или пород, нагретые свыше 30оС, то на пути распространения волны в зоне разрежения возникают гидроразрывы - мельчайшие пузырьки, заполненные паром и газом и схлопывающиеся в зоне сжатия волны, вследствие чего возникают интенсивные течения флюидов, способствующие как снижению прочности угля и пород, так и повышению их проницаемости. Для повышения эффективности способа дегазации приведение пласта или пород в возбужденное состояние осуществляют встречными колебаниями из скважин, окаймляющих пласт, при этом частоту вибровоздействия настраивают в резонанс с собственными колебаниями пласта или пород, ограничивая время воздействия с каждой стороны временем миграции флюидов в пласте, и при этом производят контроль за изменением напряженно-деформированного состояния; температуры; газовыделением и его концентрацией до, во время и после вибровоздействия.If on the propagation path of an elastic wave there are sections of coal or rocks heated above 30 ° C, then hydraulic fractures occur on the propagation path of the wave in the rarefaction zone - tiny bubbles filled with steam and gas and collapse in the wave compression zone, resulting in intense fluid flows, contributing to both a decrease in the strength of coal and rocks, and an increase in their permeability. To increase the efficiency of the degassing method, the formation or rocks are brought into an excited state by counter-oscillations from wells bordering the formation, while the frequency of vibration exposure is tuned in resonance with the natural vibrations of the formation or rocks, limiting the time of exposure on each side to the time of fluid migration in the formation, and control changes in the stress-strain state; temperature gas evolution and its concentration before, during and after vibration exposure.
Нагнетательные скважины 12 подключены с одной стороны к гидроимпульсатору 10 для нагнетания растворов и приведения пласта в неудароопасное состояние, а с другой - к вакуумному насосу для откачки истекающих из пор и трещин пласта и пород газов с последующей их утилизацией. По истечении необходимого времени источники выключают и переносят на новое место, предварительно пробурив для них новые скважины, или оставляют на старом месте, если сохраняется возможность их повторного использования и получения при этом положительного эффекта. Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок флюиды - жидкости и газы, содержащиеся в порах и трещинах пласта и пород, перемещаются - мигрируют на несколько порядков быстрее, чем в отсутствии упругой волны. Волны сжатия и растяжения, образующиеся на пути распространения волны, действуют на флюиды как тектонический насос, то есть способствуют их миграции, вследствие чего в пласте имеет место: перераспределение поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов; дегазация пласта и пород, то есть истечение газов из пор и трещин, кавитирующие процессы при условии, что:
а) если длина волны соизмерима с размерами пор и трещин по их простиранию;
б) частота зондирующих импульсов близка к собственной частоте флюидов, содержащихся в порах и трещинах;
в) направление распространения упругой волны совпадает с направлением пор и трещин по их простиранию;
г) на пути распространения волны встречаются участки пласта или пород, нагретых свыше 30оС.
a) if the wavelength is commensurate with the size of the pores and cracks along their strike;
b) the frequency of the probe pulses is close to the natural frequency of the fluids contained in the pores and cracks;
c) the direction of propagation of the elastic wave coincides with the direction of the pores and cracks along their strike;
d) on the propagation path of the wave there are sections of the formation or rocks heated above 30 ° C.
Преимущества способа с использованием размещения виброисточников в скважинах позволяют свести поле упругих напряжений к равномерному и снизить риск динамических проявлений горного давления и внезапных выбросов угля породы и газа; работать в выбранном диапазоне частот в режиме накопления упругой энергии и закачать в пласт энергию, необходимую для того, чтобы управлять состоянием и свойствами пласта и пород; снизить энергоемкость способа и увеличить его эффективность. The advantages of the method using the placement of vibration sources in wells make it possible to reduce the field of elastic stresses to a uniform one and reduce the risk of dynamic manifestations of rock pressure and sudden emissions of coal from rock and gas; work in the selected frequency range in the mode of accumulation of elastic energy and pump into the reservoir the energy necessary to control the state and properties of the reservoir and rocks; reduce the energy intensity of the method and increase its efficiency.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4928533 RU2015341C1 (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Method for degassing of coal seams and rock masses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4928533 RU2015341C1 (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Method for degassing of coal seams and rock masses |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015341C1 true RU2015341C1 (en) | 1994-06-30 |
Family
ID=21570348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4928533 RU2015341C1 (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Method for degassing of coal seams and rock masses |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2015341C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102022135A (en) * | 2010-11-16 | 2011-04-20 | 郑州大学 | Drilling, pressing and vibrating trinity pressure-relief and outburst-prevention method |
CN111456801A (en) * | 2020-04-14 | 2020-07-28 | 西安闪光能源科技有限公司 | Method for permeability-increasing coal seam in drilling holes in top plate and bottom plate of coal seam |
CN117072119A (en) * | 2023-08-18 | 2023-11-17 | 大庆永铸石油技术开发有限公司 | Device for harmless treatment of drilling cuttings |
-
1991
- 1991-04-17 RU SU4928533 patent/RU2015341C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1657658, кл. E 21F 7/00, 1989. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102022135A (en) * | 2010-11-16 | 2011-04-20 | 郑州大学 | Drilling, pressing and vibrating trinity pressure-relief and outburst-prevention method |
CN111456801A (en) * | 2020-04-14 | 2020-07-28 | 西安闪光能源科技有限公司 | Method for permeability-increasing coal seam in drilling holes in top plate and bottom plate of coal seam |
CN117072119A (en) * | 2023-08-18 | 2023-11-17 | 大庆永铸石油技术开发有限公司 | Device for harmless treatment of drilling cuttings |
CN117072119B (en) * | 2023-08-18 | 2024-04-09 | 大庆永铸石油技术开发有限公司 | Device for harmless treatment of drilling cuttings |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2015341C1 (en) | Method for degassing of coal seams and rock masses | |
RU2258803C1 (en) | Production bed treatment method | |
RU2066746C1 (en) | Method for recovery of dry oil and gas wells | |
SU1723342A1 (en) | Method for degassing of coal beds | |
RU1804556C (en) | Method for stress relief of rock mass | |
SU1744271A1 (en) | Method for degassing coal seams | |
RU1806245C (en) | In-depth soil compaction method | |
RU1790675C (en) | Method for producing vibration effect on rocks | |
RU2065035C1 (en) | Method for lowering strength of sandstone in oil producing strata | |
RU2513805C1 (en) | Method to increase permeability of coal bed via wells drilled from mines | |
SU1691522A1 (en) | Method for breaking rocks | |
RU1838595C (en) | Method for extraction of fluids from wells | |
SU1745903A1 (en) | Method for hydraulic fracturing of formation | |
RU2059801C1 (en) | Method for recovery of high-viscosity oil from formation by mining and heat-stimulation | |
RU2004823C1 (en) | Method for relieving rock mass stress | |
RU2055195C1 (en) | Method for intensification of geo- and mining processes and device for implementing the same | |
SU1696731A1 (en) | Method of rock consolidation | |
RU2094590C1 (en) | Method for vibrating cementation of casing pipes in wells | |
RU2039231C1 (en) | Method to extract sulfur from deep boreholes | |
RU2030517C1 (en) | Method for trenchless laying of pipes in ground | |
SU1827007A3 (en) | Method for hydraulic fracturing of a rock block | |
RU1794186C (en) | Method for loosening of rock mass | |
RU1782287C (en) | Method of reduction of outburst hazard of coals and rocks | |
SU1657658A1 (en) | Method of gas drainage of coal seams | |
SU1691536A1 (en) | Method for wetting coal seams |