RU2024767C1 - Method for degassing coal seam - Google Patents

Method for degassing coal seam

Info

Publication number
RU2024767C1
RU2024767C1 SU5040432A RU2024767C1 RU 2024767 C1 RU2024767 C1 RU 2024767C1 SU 5040432 A SU5040432 A SU 5040432A RU 2024767 C1 RU2024767 C1 RU 2024767C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
degassing
methane
cracks
coal
wells
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Федорович Кусов
Original Assignee
Николай Федорович Кусов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Федорович Кусов filed Critical Николай Федорович Кусов
Priority to SU5040432 priority Critical patent/RU2024767C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2024767C1 publication Critical patent/RU2024767C1/en

Links

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: method for degassing coal seam includes drilling of degassing holes in worked mass from mine working, and releasing-degassing cracks-slots are made in holes. Degassing holes are drilled in places with high pressures Pп/Pп>pH,, where p is average specific densities of rocks above mass, H is depth of coal mass occurrence. Cracks-slots are made by shaking of coal mass from hole in vertical direction. EFFECT: higher efficiency.

Description

Изобретение относится к горному делу, более конкретно к способам дегазации угольных пластов и извлечения метана из массива, и может быть использовано при подземной разработке угольных месторождений для предотвращения газодинамических явлений; внезапных выбросов угля и газа, внезапных выбросов газа и угольной мелочи, прорывов газа, суфляров, а также для извлечения метана из пластов для повышения теплотворной способности добываемого угля. The invention relates to mining, and more particularly to methods for degassing coal seams and extracting methane from the array, and can be used in underground mining of coal deposits to prevent gas-dynamic phenomena; sudden emissions of coal and gas, sudden emissions of gas and coal fines, gas breakthroughs, soufflings, as well as for the extraction of methane from the seams to increase the calorific value of the produced coal.

Известен способ пластовой дегазации шахт, включающий бурение дегазационных скважин по разрабатываемому массиву из выработки, создание в скважинах системы разгружающе-дегазирующих трещин-щелей, ориентированных вкрест напластованию, оборудование скважин и отсос метана из скважин [1]. Недостатком известного способа является низкая эффективность пластовой дегазации шахты. A known method of stratified degassing of mines, including drilling degassing wells in a developed array from a mine, creating a system of unloading and degassing cracks-cracks in the wells, oriented cross-bed, equipment of the wells and suction of methane from the wells [1]. The disadvantage of this method is the low efficiency of reservoir degassing of the mine.

Известен способ дегазации угольного пласта, включающий бурение дегазационных скважин по разрабатываемому массиву из выработки, создание в скважинах системы разгружающе-дегазирующих трещин-щелей, ориентированных вкрест напластованию, оборудование скважин и отсосе метана из скважин, в котором для повышения эффективности дегазации в дегазационных скважинах дополнительно выполняют системы трещин, ориентированных параллельно напластованию, при этом все разгружающе-дегазирующие трещины-щели, ориентированные вкрест напластованию, выполняют параллельно стенке выработки, ближайшую к устью скважины трещину-щель выполняют на границе разгружающе-дегазирующего влияния выработки на расстоянии от выработки, определяемом из выражения
Xp=

Figure 00000001
, где Хр - расстояние границы разгружающе-дегазирующего влияния выработки от ее поверхности, м; Х - расстояние в глубь массива, соответствующее проницаемости пласта λ; λ* - природная газопроницаемость пласта, мД; λо- газопроницаемость пласта на поверхности обнажения в выработке, мД; а последующие разгружающе-дегазирующие щели, ориентированные вкрест напластования, выполняют на расстояниях, равных двойному радиусу разгружающе-дегазирующего влияния трещин-щелей [2]. Недостатком известного способа является все еще низкая эффективность дегазации и невозможность извлечения метана из массива.There is a known method of degassing a coal seam, including drilling degassing wells along a developed array from production, creating a system of discharge-degassing cracks-cracks in the wells oriented crosswise to bedding, equipping the wells and extracting methane from the wells, in which, in order to increase the efficiency of degassing in the degassing wells, systems of cracks oriented parallel to the bedding, while all unloading-degassing cracks-cracks, oriented crosswise to the bedding, are generating parallel nyayut wall nearest the wellhead fracture gap-operate at the boundary razgruzhayusche-degassing effect generation at a distance from the production, determined from the expression
X p =
Figure 00000001
, where X p is the distance of the border of the discharge-degassing effect of the mine from its surface, m; X is the distance into the interior of the array corresponding to the permeability of the reservoir λ; λ * - natural gas permeability of the formation, MD; λ about - gas permeability of the formation on the surface of the outcrop in the development, MD; and subsequent unloading-degassing cracks, oriented across the bed, perform at distances equal to the double radius of the unloading-degassing effect of crack-cracks [2]. The disadvantage of this method is the still low degassing efficiency and the inability to extract methane from the array.

Целью изобретения является повышение эффективности дегазации и расширение функциональных возможностей способа за счет обеспечения извлечения метана из массива путем адсорбции и хемосорбции метана в уголь. The aim of the invention is to increase the efficiency of degassing and expanding the functionality of the method by ensuring the extraction of methane from the array by adsorption and chemisorption of methane into coal.

Достигается это тем, что в способе дегазации угольного пласта, включающем бурение дегазационных скважин по разрабатываемому массиву из выработки и создание в скважинах разгружающе-дегазирующих трещин-щелей, дегазирующие скважины бурят в местах повышенных давлений Pп /Pп > рН, где р - средняя угольная плотность пород над массивом (их удельный вес); H- глубина залегания массива), а трещины-щели образуют встряхиванием массива из скважин в вертикальном направлении.This is achieved by the fact that in the method of degassing a coal seam, including drilling degassing wells along a developed array from a mine and creating unloading-degassing cracks-gaps in the wells, the degassing wells are drilled at high pressures P p / P p > pH, where p is the average coal density of rocks over the massif (their specific gravity); H is the depth of the massif), and cracks-cracks form by shaking the massif from the wells in the vertical direction.

Изобретательский акт при создании способа заключается в преодолении технического противоречия, сущность которого состоит в следующем. При обычном инженерном проектировании (в отличие от изобретательства) для расширения функциональных возможностей обычно прибегают к выполнению дополнительных действий для придания способу новых расширенных функциональных возможностей. Но при этом неизбежно усложняется способ. Так, например, для дополнительного извлечения метана из пласта в известном способе [3] в скважину нагнетают рабочую жидкость с темпом, превышающим естественную приемистость массива, и откачивают рабочую жидкость после аккумуляции метана в фильтрующем элементе. В настоящем способе это техническое противоречие преодолено - повышение эффективности дегазации и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения извлечения метана из массива путем адсорбции и хемосорбции метана в уголь достигнуты при одновременном упрощении способа. Для преодоления этого технического противоречия необходимы и достаточны следующие отличительные признаки способа:1) в местах повышенных давлений бурят дегазационные скважины; 2) встряхивают массив из дегазационных скважин в вертикальном направлении. Первый отличительный признак известен сам по себе по отдельности, хотя он никогда ранее не служил для преодоления указанного технического противоречия. Второй отличительный признак неизвестен даже сам по себе по отдельности, тем более он никогда ранее не мог служить для преодоления технического противоречия. Оба признака сформулированы конкретно в смысле однозначности выполняемых операций. Одновременно оба признака сформулированы общо в смысле их независимости от вариантов выполнения приспособлений или материалов для выполнения конкретных операций. Поэтому нельзя заменить на эквивалентный ни один из двух отличительных признаков. Если же исключить любой из отличительных признаков, то поставленная цель не будет достигаться, что однозначно следует из приведенного ниже описания способа. Поэтому, по мнению автора, совокупность двух отличительных признаков соответствует критериям "Новизна" и "Существенные отличия", а предложенный способ соответствует изобретательскому уровню.An inventive act in creating a method consists in overcoming a technical contradiction, the essence of which is as follows. In conventional engineering design (as opposed to invention), in order to expand the functionality, they usually resort to additional steps to give the method new advanced functionality. But this inevitably complicates the method. So, for example, for additional extraction of methane from the reservoir in the known method [3], the working fluid is injected into the well at a rate exceeding the natural injectivity of the array, and the working fluid is pumped out after methane accumulation in the filter element. In the present method, this technical contradiction has been overcome - increasing the degassing efficiency and expanding functionality by providing methane extraction from the array by adsorption and chemisorption of methane into coal are achieved while simplifying the method. To overcome this technical contradiction, the following distinctive features of the method are necessary and sufficient: 1) degassing wells are drilled in places of high pressures; 2) shake the array of degassing wells in a vertical direction. The first distinguishing feature is known individually by itself, although it has never before served to overcome this technical contradiction. The second distinguishing feature is not even known individually, especially since it could never serve to overcome a technical contradiction. Both signs are formulated specifically in the sense of the uniqueness of the operations performed. At the same time, both features are formulated generally in the sense of their independence from options for the implementation of devices or materials for performing specific operations. Therefore, it is impossible to replace with an equivalent none of the two distinguishing features. If any of the distinguishing features is excluded, then the goal will not be achieved, which clearly follows from the description of the method below. Therefore, according to the author, the combination of two distinctive features meets the criteria of "Novelty" and "Significant differences", and the proposed method meets the inventive step.

Способ дегазации угольного массива осуществляется в следующей последовательности операций. В местах повышенных давлений Рп /где Рп>рН, р - средний удельный вес пород над массивом угля; Н - глубина залегания массива) бурят дегазационные скважины по разрабатываемому массиву. Трещины-щели в массиве образуют встряхиванием массива из скважин в вертикальном направлении. При встяхивании массива трещины-щели сначала увеличиваются при увеличении в щелях давления, а затем щели резко уменьшаются по размерам и при этом происходит адсорбция и хемосорбция метана в пласт угля.The method of degassing a coal mass is carried out in the following sequence of operations. In places of high pressures P p / where P p > pH, p is the average specific gravity of the rocks above the coal mass; H is the depth of the array), degassing wells are drilled along the developed array. Cracks-cracks in the array are formed by shaking the array from the wells in the vertical direction. When the mass is shaken, cracks-cracks first increase with increasing pressure in the cracks, and then the cracks sharply decrease in size, and methane is adsorbed and chemisorption into the coal seam.

П р и м е р. При начале встряхивания (на первой стадии) трещины (поры) пласта расширяются и метан дросселирует в расширяющиеся трещины пласта. При дросселировании температура метана согласно эффекту Джоуля-Томсона повышается, так как температура инверсии метана равна -40оС и при расширении (дросселировании) метана в добычном забое с температурой +20оС коэффициент Джоуля-Томсона равен -0,28 К/105 Па. Согласно эффекту
μ= ΔT / ΔP , (1) где ΔТ = Т2 - Т1 разность температур, достигнутая при расширении метана; ΔР = Р1 - Р2 - изменение давления при расширении метана; μ - коэффициент Джоуля-Томсона. Если, например, Т1 = 293 К, Р1 = 200 ат = 200 ˙ 0,980665 ˙105 Па = 196,133.105 Па, а Р2 = 50 ат = 50 ˙ 0,980665 ˙ 105 Па =49,03 ˙105 Па, то ΔР = 147,103 ˙ 105 Па. Тогда Т2 = Т1 + ΔР μ = 293К + 147,103 . 105 Па ˙ 0,28К/105 Па = 334,2 К, то есть температура повысится на 41,2оС.
PRI me R. At the start of shaking (at the first stage), the fractures (pores) of the formation expand and methane throttles into expanding fractures of the formation. During throttling, the methane temperature increases according to the Joule-Thomson effect, since the methane inversion temperature is -40 о С and when methane expands (throttles) in the production face with a temperature of +20 о С, the Joule-Thomson coefficient is -0.28 К / 10 5 Pa According to the effect
μ = ΔT / ΔP, (1) where ΔТ = Т 2 - Т 1 is the temperature difference achieved during methane expansion; ΔP = P 1 - P 2 - pressure change during methane expansion; μ is the Joule-Thomson coefficient. If, for example, T 1 = 293 K, P 1 = 200 at = 200 ˙ 0.980665 ˙ 10 5 Pa = 196.133 . 10 5 Pa, and P 2 = 50 at = 50 ˙ 0.980665 ˙ 10 5 Pa = 49.03 ˙ 10 5 Pa, then ΔP = 147.103 ˙ 10 5 Pa. Then T 2 = T 1 + ΔP μ = 293K + 147.103 . 10 5 Pa ˙ 0.28K / 10 5 Pa = 334.2 K, that is, the temperature will increase by 41.2 about C.

После встpяхивания пласта (на второй стадии) трещины сужаются под действием давления 200 ат и на второй стадии также происходит нагрев метана выше полученной температуры 334,2 К. Рассчитываем этот нагрев для случая, когда над молем метана совершается работа пласта по сжатию пор метана от давления 50 ат до давления 200 ат, и когда работа А = Р1(V2 - V1) идет на приращение внутренней энергии того же моля метана U = Cv(T3- T2), то есть когда
P1(V2 - V1) + CV(T3 - T2) = 0, (2) или
CV(T3 - T2) + RT3 = P1V1. (3) Следовательно, из (3) получим
T3 = Cр 1(CVT2 - P1T1). (4) В формуле (4) обозначено: Ср - удельная теплоемкость метана при постоянном давлении, численно равная произведению удельной теплоемкости метана на 1 кг его веса в 2089,05 Дж кг-1К-1 на вес 1 моль метана 22,4 дм3 ˙ 0,717 кг/м3 = 0,01606 кг, то есть численно равная величине Ср = 2089,05x x0,0160608 = 33,552 Дж/К; СV - удельная теплоемкость метана при постоянном объеме, численно равная произведению удельной теплоемкости метана на 1 кг его веса в 1570,05 Дж кг-1 К-1 на вес одного моль метана 0,0160608 кг,то есть численно равная величине CV = 1570,05.0,0160608 = 25,216 Дж/К; V1 - объем одного моль метана, V1 = 0,0224 м3. Согласно формуле (4) получим
T3=

Figure 00000002
=
= 13345,4K или 13072°C
В процессе сжатия метана его температура повышается постепенно и сначала происходит в основном из-за сжатия адсорбции метана в угольный пласт. При давлении 200 ат (или 2 МПа) природным углем сорбируется уже около 17 см3/г метана. При этом молекулы метана будут удерживаться поверхностью угля необратимо, так как размеры молекулы метана и размеры микропор угля соизмеримы и имеют величину порядка 4А. При нагревании метана выше 450оС (или выше 723 К) начинается хемосорбция метана в уголь с образованием химических соединений метана с углем. С ростом температуры абсорбции и адсорбции уменьшаются, а хемосорбция метана в уголь резко растет. Так как процесс повышения температуры метана при сжатии пласта в пределах упругих деформаций пласта происходит не мгновенно, то метан входит в уголь за счет абсорбции, адсорбции и хемосорбции раньше, чем он нагреется до температуры 800-1000оС, причем процесс происходит необратимо. Замедлению нагрева метана способствует и расход части тепла на нагрев самого массива угля.After shaking the formation (in the second stage), the cracks narrow under the action of a pressure of 200 atm and in the second stage the methane is also heated above the temperature of 334.2 K. We calculate this heating for the case when the formation is working on the methane mole to compress methane pores from pressure 50 atm to a pressure of 200 atm, and when the work A = P 1 (V 2 - V 1 ) goes to the increment of the internal energy of the same mole of methane U = C v (T 3 - T 2 ), that is, when
P 1 (V 2 - V 1 ) + C V (T 3 - T 2 ) = 0, (2) or
C V (T 3 - T 2 ) + RT 3 = P 1 V 1 . (3) Therefore, from (3) we obtain
T 3 = C p 1 (C V T 2 - P 1 T 1 ). (4) In formula (4) it is indicated: С p is the specific heat of methane at constant pressure, numerically equal to the product of the specific heat of methane per 1 kg of its weight in 2089.05 J kg -1 K -1 by the weight of 1 mole of methane 22.4 dm 3 ˙ 0.717 kg / m 3 = 0.01606 kg, that is, numerically equal to C p = 2089.05 x x 0.0160608 = 33.552 J / K; C V is the specific heat of methane at a constant volume, numerically equal to the product of the specific heat of methane per 1 kg of its weight in 1570.05 J kg -1 K-1 by the weight of one mole of methane 0.0160608 kg, that is, numerically equal to the value of C V = 1570.05 . 0.0160608 = 25.216 J / K; V 1 is the volume of one mole of methane, V 1 = 0.0224 m 3 . According to formula (4) we get
T 3 =
Figure 00000002
=
= 13345.4K or 13072 ° C
In the process of methane compression, its temperature rises gradually and at first occurs mainly due to compression of methane adsorption into the coal seam. At a pressure of 200 bar (or 2 MPa), about 17 cm 3 / g of methane is already adsorbed by natural coal. In this case, methane molecules will be held irreversibly by the surface of the coal, since the dimensions of the methane molecule and the sizes of the coal micropores are comparable and have a value of the order of 4A. When methane is heated above 450 ° C (or above 723 K), methane chemisorption into coal begins with the formation of chemical compounds of methane with coal. With increasing temperature, the absorption and adsorption decrease, and the chemisorption of methane into coal increases sharply. Since the process of raising the temperature of the methane formation compressive strain within the elastic layer is not instantaneous, the methane enters the coal by absorption, adsorption and chemisorption before it warms up to a temperature of 800-1000 ° C, wherein the process is irreversible. The methane consumption is also slowed by the consumption of part of the heat for heating the coal mass itself.

Таким образом, в пласт угля после нескольких встряхиваний пласта входит практически весь находящийся в порах угля метан. Процесс происходит необратимо и поэтому достигается поставленная цель, то есть одновременно и повышается эффективность дегазации и осуществляется извлечение метана в пласт угля, что повышает его теплотворную способность. Оба процесса происходят при абсорбции, адсорбции и хемосорбции метана в пласт угля. Thus, after several shaking of the formation, practically all methane in the coal pores enters the coal seam. The process is irreversible and therefore the goal is achieved, that is, at the same time the degassing efficiency is increased and methane is extracted into the coal seam, which increases its calorific value. Both processes occur during the absorption, adsorption and chemisorption of methane into the coal seam.

Преимуществами предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются: упрощен способ за счет исключения процесса отсоса метана из скважин, исключен процесс выполнения дополнительных трещин вкрест напластованию, расширены функциональные возможности за счет обеспечения утилизации метана непосредственно в пласт угля. Для получения этих преимуществ необходимы и достаточны все ограничительные и отличительные признаки способа. The advantages of the proposed method in comparison with the prototype are: the method is simplified by eliminating the process of suction of methane from the wells, the process of performing additional cracks cross-bedding is excluded, the functionality is expanded by ensuring the utilization of methane directly into the coal seam. To obtain these advantages, all the restrictive and distinctive features of the method are necessary and sufficient.

Claims (1)

СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА, включающий бурение дегазационных скважин по разрабатываемому массиву из выработки и создание в скважинах разгружающе-дегазирующих трещин-щелей, отличающийся тем, что дегазационные скважины бурят в местах повышенных давлений Pп (Pп > pH, где p - средняя удельная плотность пород над массивом; H - глубина залегания массива), а трещины-щели образуют встряхиванием массива из скважины в вертикальном направлении.METHOD OF COAL LAYER DEGASING, including drilling of degassing wells along the developed array from production and creating unloading-degassing cracks-cracks in the wells, characterized in that the degassing wells are drilled in places of high pressures P p (P p > pH, where p is the average specific density rocks above the massif; H is the depth of the massif), and crack-cracks form by shaking the massif from the well in the vertical direction.
SU5040432 1992-04-29 1992-04-29 Method for degassing coal seam RU2024767C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5040432 RU2024767C1 (en) 1992-04-29 1992-04-29 Method for degassing coal seam

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5040432 RU2024767C1 (en) 1992-04-29 1992-04-29 Method for degassing coal seam

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2024767C1 true RU2024767C1 (en) 1994-12-15

Family

ID=21603352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5040432 RU2024767C1 (en) 1992-04-29 1992-04-29 Method for degassing coal seam

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2024767C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103412326A (en) * 2013-07-31 2013-11-27 中国石油天然气股份有限公司 Method and system for utilizing inversion of modulus of elasticity parameters to predict coal bed gas

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1610051, кл. E 21F 7/00, 1990. *
Авторское свидетельство СССР N 1629566, кл. E 21F 7/00, 1991. *
Авторское свидетельство СССР N 649864, кл. E 21F 7/00, 1979. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103412326A (en) * 2013-07-31 2013-11-27 中国石油天然气股份有限公司 Method and system for utilizing inversion of modulus of elasticity parameters to predict coal bed gas
CN103412326B (en) * 2013-07-31 2015-11-18 中国石油天然气股份有限公司 The inverting of elastic modulus parameter is utilized to carry out the method and system of coal-seam gas prediction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4083604A (en) Thermomechanical fracture for recovery system in oil shale deposits
US4185693A (en) Oil shale retorting from a high porosity cavern
US3739851A (en) Method of producing oil from an oil shale formation
US3878884A (en) Formation fracturing method
US5027896A (en) Method for in-situ recovery of energy raw material by the introduction of a water/oxygen slurry
US3888307A (en) Heating through fractures to expand a shale oil pyrolyzing cavern
US3804172A (en) Method for the recovery of oil from oil shale
US3863709A (en) Method of recovering geothermal energy
US3741306A (en) Method of producing hydrocarbons from oil shale formations
US3537528A (en) Method for producing shale oil from an exfoliated oil shale formation
US4091869A (en) In situ process for recovery of carbonaceous materials from subterranean deposits
CA2675823C (en) Hydraulic fracture initiation and propagation control in unconsolidated and weakly cemented sediments
CA1123726A (en) Explosive fracturing of deep rock
US2754911A (en) Oil production method
CA1122114A (en) Method of producing self-propping fluid-conductive fractures in rock
US3215198A (en) Pressure maintenance for gas sands
CA2543963A1 (en) Hydrocarbon recovery from impermeable oil shales
US3455391A (en) Process for horizontally fracturing subterranean earth formations
CN111322056B (en) Continental facies shale gas development well type determination method and device
US3066733A (en) Method of explosively fracturing a productive oil and gas formation
RU2024767C1 (en) Method for degassing coal seam
CN105971504B (en) Well drilling method and well cementing device used therein, well structure and application thereof
US4473120A (en) Method of retorting oil shale using a geothermal reservoir
US4817714A (en) Decreasing total fluid flow in a fractured formation
Teufel et al. Failure of Chalk During Waterflooding of the Ekofisk Field