RU2159333C1 - Способ дегазации угольного пласта - Google Patents

Способ дегазации угольного пласта Download PDF

Info

Publication number
RU2159333C1
RU2159333C1 RU2000111181A RU2000111181A RU2159333C1 RU 2159333 C1 RU2159333 C1 RU 2159333C1 RU 2000111181 A RU2000111181 A RU 2000111181A RU 2000111181 A RU2000111181 A RU 2000111181A RU 2159333 C1 RU2159333 C1 RU 2159333C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
formation
coal
cavity
coal seam
Prior art date
Application number
RU2000111181A
Other languages
English (en)
Inventor
Л.А. Пучков
С.В. Сластунов
Г.Н. Фейт
Original Assignee
Московский государственный горный университет
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 Московский государственный горный университет filed Critical Московский государственный горный университет
Priority to RU2000111181A priority Critical patent/RU2159333C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2159333C1 publication Critical patent/RU2159333C1/ru

Links

Landscapes

  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

Использование: горная промышленность при дегазации угольного пласта. Сущность изобретения: угольный пласт вскрывают скважиной, которую обсаживают трубами с последующим тампонажем затрубного пространства. Выбирают место заложения трещины - полости в угольном пласте, исходя из условия: Вi = αX/(fк)i ≥ 1, i = l, 2, ..., n, где Вi - показатель устойчивости слоя угольного пласта; α - эмпирический коэффициент, равный 0,04; Х - газоносность угольного пласта; (fk)i - показатель прочности слоя угля; n - число слоев в пласте. В выбранном по вышеуказанному критерию слое формируют плотность посредством гидродинамического воздействия давлением рабочей жидкости в режиме, учитывающем как давление газа в пласте, так и горное давление. Это позволяет создать зону повышенной газопроницаемости в пласте, разгруженную от горного давления, и в результате, повысить газоотдачу угольного пласта. При формировании полости циклически воздействуют на пласт давлением рабочей жидкости, изменяющимся в диапазоне подъема давления до величины, большей чем 0,3 (gγH-P)+P, где g - ускорение свободного падения; γ - плотность налегающей толщи пород, Н - глубина залегания пласта, Р - давление газа в пласте, но меньшей критического давления гидрорасчленения 0,75 gγH, и сброса давления до величины, меньшей 0,24 gγH + 0,76 P. При геологическом нарушении угольного пласта протяженность трещины полости равна расстоянию от скважины до этого нарушения. После формирования полости дополнительно производят, например, пневмотепловое воздействие на угольный пласт, в режиме его расчленения 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для повышения безопасности горных работ в шахтах, разрабатывающих газоносные угольные пласты, а также для извлечения метана из угольных пластов для использования его в промышленных целях и улучшения экологической обстановки в угледобывающих регионах.
Известен способ дегазации угольных пластов, который включает бурение скважины с поверхности, обсадку ее трубами, тампонаж затрубного пространства, нагнетание в пласт через скважину рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения, выдержку ее в пласте и оттеснение из фильтрующих трещин путем нагнетания в пласт сжатого воздуха с последующей дегазацией пласта через скважину [1].
Недостатком известного способа является то, что создание повышенной трещиноватости в напряженном газонасыщенном массиве требует больших затрат энергии для закачки флюидов под давлением, преодоления сил горного давления, противодавления, заключенного в угле газа и осуществления деформаций трещинообразования. Другим недостатком технологии гидрорасчленения является снижение газопроницаемости массива после снятия давления жидкости и смыкания трещин под действием сил горного давления вслед за откачкой из них жидкости гидрорасчленения, что влечет за собой также снижение эффективности способа с ростом глубины залегания дегазируемых пластов.
Известен способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважины с поверхности, обсадку ее трубами с последующим тампонажем затрубного пространства, силовое воздействие давлением рабочей жидкости в породах кровли и почвы с наименьшей прочностью при формировании трещин и извлечение газа [2]. Этот способ взят в качестве прототипа.
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает достаточной дегазации пласта, поскольку трещины формируются за его пределами и через некоторое время они смыкаются под действием горного давления.
Известен также способ дегазации газонасыщенных сред, включающий бурение скважин, их обсадку и силовое воздействие на среду, при этом силовое воздействие определяется давлением газа в пласте [3].
Недостатком данного способа является то, что разгрузка угольного пласта и трещинообразование осуществлено только в прискважинной зоне, а режим разрушения угольного пласта не является оптимальным, поскольку он учитывает только давление газа в угольном пласте.
Задачей изобретения является повышение эффективности дегазации угольного пласта путем увеличения его газопроницаемости и разгрузки от горного давления, а также снижение энергозатрат на ее осуществление.
Это достигается тем, что в способе дегазации угольного пласта, включающем бурение скважины, обсадку ее трубами с последующим тампонажем затрубного пространства, силовое воздействие давлением рабочей жидкости в зоне с наименьшей прочностью при формировании трещин и извлечение газа, определяют газоносность угольного пласта, а место заложения трещины-полости в угольном пласте выбирают из условия:
Figure 00000002

где Bi - показатель устойчивости слоя угольного пласта;
α- эмпирический коэффициент, равный 0,04;
X - газоносность угольного пласта;
(fk)i - показатель прочности слоя угля;
n - число слоев в пласте,
далее при формировании полости в угольном пласте циклически воздействуют на него давлением рабочей жидкости, изменяющимся в диапазоне подъема давления до величины, большей чем 0,3 (gγH - P) + P, где g - ускорение свободного падения; γ- плотность налегающей толщи пород; H - глубина залегания пласта; P - давление газа в пласте, но меньшей критического давления гидрорасчленения 0,75 gγH, и сброса давления до величины, меньшей 0,24gγ H + 0,76P. Кроме того, при геологическом нарушении угольного пласта протяженность трещины-полости равна расстоянию от скважины до этого нарушения, а после формирования полости дополнительно производят, например, пневмотепловое воздействие на угольный пласт в режиме его расчленения.
Выбор места заложения трещины-полости с учетом прочности слоев угольного пласта и газоносности пласта позволяет определить наименее устойчивый слой угольного пласта, обладающий энергией газа и горного давления, обеспечивающей процесс саморазрушения угольного пласта.
Гидродинамическое воздействие давлением рабочей жидкости на выделенный по вышеуказанному критерию слой угольного пласта в режиме, учитывающим как давление газа в пласте, так и горное давление, позволяет вызывать процесс лавинного разрушения слоя угля и образовать трещину-полость максимальной протяженности для конкретных горно-геологических условий горного пласта при минимальных энергетических затратах.
Вышеуказанная трещина-полость формирует вокруг себя в угольном пласте зону повышенной трещиноватости и высокой проницаемости, разгруженную от горного давления, резко повышающую газоотдачу пласта.
На фигуре показана технологическая схема для реализации предложенного способа дегазации угольного пласта.
Способ дегазации осуществляют следующим образом.
Газонасыщенный угольный пласт 1 вскрывают скважиной 2 с поверхности. Определяют газоносность и прочность угля в месте пересечения рабочего пласта 1 скважиной 2 известными методами, например, по геологоразведочным данным. Затем выбирают место заложения трещины-полости в угольном пласте 1, исходя из условия:
Figure 00000003

где Bi - показатель устойчивости слоя угольного пласта;
α - эмпирический коэффициент, равный 0,04;
X - газоносность угольного пласта;
(fk)i - показатель прочности слоя угля;
n - число слоев в пласте.
Затем обсаживают скважину 2 трубами 3 с двойными стенками для подачи под давлением рабочей жидкости и воздуха, тампонируют затрубное пространство 4. Далее производят перфорацию обсадной колонны с образованием щели 5, расположенной напротив выбранного места заложения трещины-полости в угольном пласте. Формирование трещины-полости 6 осуществляют в два этапа. На первом этапе образуют полость на глубину 1-3 м гидравлическим размывом или пескоструйным способом, а на втором - увеличивают ее протяженность путем циклического воздействия на угольный пласт давлением рабочей жидкости, изменяющимся в диапазоне подъема давления нагнетания (Pн) до величины, большей 0,3 (gγH - P) + P (где g - ускорение свободного падения; γ - плотность налегающей толщи пород; H - глубина залегания пласта; P - давление газа в пласте), но меньшей критического давления гидрорасчленения 0,75 gγH и быстрого сброса давления (Pс) до величины, меньшей 0,24 gγH + 0,76P. При циклическом гидродинамическом воздействии жидкости на выбранный слой угольного пласта, в вышеуказанном режиме, в нем образуется зона предварительного разрушения 7 с системой трещин, заполняемых газом, десорбирующимся из угля. Количество циклов гидродинамического воздействия определяют экспериментально с учетом прочности, газоносности угольного слоя и горного давления. Далее осуществляют быстрый сброс давления с максимального давления нагнетания рабочей жидкости до атмосферного давления. В результате этого происходит разрушение и выброс угля и газа из зоны предварительного разрушения 7 с захватом некоторой прилегающей по простиранию зоны слоя. Выдача угольного штыба (пульпы) из скважины производится общеизвестным способом.
Режим силового воздействия и режим выдачи угольного штыба в процессе создания щелевой полости повторяется многократно и контролируется по выходу штыба из скважины. Созданная протяженная щелевидная полость формирует вокруг себя в угольном пласте зону высокой трещиноватости и газопроницаемости 8, разгруженную от горного давления, в которой открытые трещины за счет разгрузки их от горного давления, обеспечивают резкий рост газопроницаемости угля, а частично разрушенный уголь за счет возникновения новых поверхностей дегазации увеличивает скорость газовыделения десорбирующегося из угля газа. После создания щелевой полости производится извлечение метана из угольного пласта путем его самоистечения в щелевую полость и скважину.
В случае геологического нарушения угольного пласта, связанного с выклиниванием угольного слоя, протяженность полости определяется расстоянием от скважины до этого нарушения. Дальнейшую обработку угольного пласта осуществляют путем, например, пневмотеплового воздействия на угольный пласт в режиме его расчленения.
Пример реализации способа. Метаносодержащий угольный пласт 1 вскрывают на глубине 470 м скважиной 2 (диаметр скважины равен 112 мм) и осуществляют работы по ее оборудованию - обсадку трубами с последующим тампонажем затрубного пространства. Угольный пласт по геологоразведочным данным состоит из четырех слоев мощностью 4 м; 1,2 м; 0,7 м; 0,9 м соответственно от кровли к почве. После определения показателя прочности каждого слоя по данным кавернометрии пласта ("Руководство по определению степени (категории) выбросоопасности угольных пластов и забоев горных выработок с учетом глубины и технологии ведения горных работ" ННЦ ГП-ИГД им.А.А.Скочинского, ВостНИИ, Люберцы-Кемерово, 1999 г.) fk(1) = 0,93; fk(2) = 0,83; fk(3) = 0,67; fk(4)= 0,83 и газоносности угольного пласта в месте пластопересечения X = 24 м3/т, и принимая α = 0,04, определяют показатели устойчивости для каждого слоя угольного пласта, которые равны соответственно B1 = 1,03; B2 = 1,16; B3 = 1,43; B4 = 1,16. Наиболее оптимальным местом заложения трещины-полости является слой угля, имеющий показатель устойчивости B3 = 1,43. В трубе напротив выбранного места вырезают окна - отверстия для нагнетания рабочей жидкости и выдачи пульпы. Формирование трещины-полости осуществляют в два этапа. На первом этапе образуют полость пескоструйным способом на глубину 3 м, а на втором - увеличивают ее протяженность путем циклического воздействия на угольный пласт рабочей жидкостью в диапазоне подъема давления нагнетания до величины, большей 0,3(gγH - P) + P = 0,3(11,7-2)+2 = 4,9 МПа, (в расчетах было принято g = 9,8 м/c2; γ = 2,5•103 кг/м3, H = 470 м и P = 2 МПа), но меньшей критического давления гидрорасчленения 0,75 gγH = 0,75•11,7 = 8,6 МПа, т.е. Pн = 4,9-8,6 МПа. Было принято давление нагнетания Pн = 6-7 МПа и производился сброс давления до величины, меньшей 0,24 gγH + 0,76P = 0,24•11,7 + 0,76•2 = 4,33 МПа. При циклическом гидродинамическом воздействии жидкости на выбранный слой угольного пласта, в вышеуказанном режиме, в нем образуется зона предварительного разрушения с системой трещин, заполняемых метаном. Количество циклов гидродинамического воздействия было принято равным 10. Далее осуществляли нагнетание рабочей жидкости до максимального давления 7 МПа и быстрый его сброс до атмосферного. В результате произошло лавинное разрушение угля и выброс его из зоны предварительного разрушения. Выдача угольного штыба (пульпы) осуществлялось из скважины общеизвестным способом. Режим силового воздействия и режим выдачи угольного штыба в процессе создания щелевой полости повторялся многократно и контролировался по выходу штыба из скважины. В рассматриваемых примером условиях выдается приблизительно 130 - 150 т угля из скважины. Созданная протяженная щелевидная полость формирует вокруг себя в угольном пласте зону высокой трещиноватости и газопроницаемости, разгруженную от горного давления, в которой открытые трещины за счет разгрузки их от горного давления обеспечивают рост газопроницаемости угля в 10 - 100 раз, а частично разрушенный уголь за счет возникновения новых поверхностей дегазации увеличивает скорость газовыделения десорбирующегося из угля газа.
После создания щелевой полости производится извлечение метана из угольного пласта путем его самоистечения в щелевую полость и скважину. Дебит метана из скважины через 3 месяца ее эксплуатации составил 1,5 м3/мин, что удовлетворило техническим требованиям проекта.
Энергетические затраты при дегазации угольного пласта уменьшаются за счет использования энергии газа и горного давления при создании зоны высокой трещиноватости и газопроницаемости.
Источники информации
1. Сластунов С.В. Заблаговременная дегазация и добыча метана из угольных месторождений. - Изд.МГГУ, М., 1996, с. 15-17, 305-311.
2. Патент РФ N 2117764 на "Способ дегазации угольных пластов" по кл. E 21 F 7/00 от 20.08.98 г. Б.N 23 (прототип).
3. Патент РФ N 2054121 на "Способ дегазации газонасыщенных сред" по кл. E 21 F 7/00 Б. N 4, 96 г.

Claims (2)

1. Способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважины, обсадку ее трубами с последующим тампонажем затрубного пространства, силовое воздействие давлением рабочей жидкости в зоне с наименьшей прочностью при формировании трещин и извлечение газа, отличающийся тем, что определяют газоносность угольного пласта, а место заложения трещины - полости в угольном пласте выбирают из условия
Bi = αX/(fk)i ≥ 1, i = 1,2,...,n,
где Bi - показатель устойчивости слоя угольного пласта;
α - эмпирический коэффициент, равный 0,04;
Х - газоносность угольного пласта;
(fk)i - показатель прочности слоя угля;
n - число слоев в пласте,
далее при формировании полости в угольном пласте циклически воздействуют на него давлением рабочей жидкости, изменяющимся в диапазоне подъема давления до величины, большей, чем 0,3(gγН-Р)+Р, где g - ускорение свободного падения, γ - плотность налегающей толщи пород, Н - глубина залегания пласта, Р - давление газа в пласте, но меньшей критического давления гидрорасчленения 0,75gγH, и сброса давления до величины, меньшей 0,24gγH + 0,76P.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при геологическом нарушении угольного пласта протяженность трещины - полости равна расстоянию от скважины до этого нарушения, а после формирования полости дополнительно производят, например, пневмотепловое воздействие на угольный пласт в режиме его расчленения.
RU2000111181A 2000-05-05 2000-05-05 Способ дегазации угольного пласта RU2159333C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000111181A RU2159333C1 (ru) 2000-05-05 2000-05-05 Способ дегазации угольного пласта

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000111181A RU2159333C1 (ru) 2000-05-05 2000-05-05 Способ дегазации угольного пласта

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2159333C1 true RU2159333C1 (ru) 2000-11-20

Family

ID=20234229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000111181A RU2159333C1 (ru) 2000-05-05 2000-05-05 Способ дегазации угольного пласта

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2159333C1 (ru)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915098A (zh) * 2010-07-14 2010-12-15 中国矿业大学 水力割缝防治冲击地压的方法
CN102287217A (zh) * 2011-04-29 2011-12-21 贵州铸安矿山科技股份有限公司 水力割缝多孔排渣法
RU2481472C2 (ru) * 2011-06-01 2013-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "ТехСервис" (ООО "НПК "ТехСервис") Способ обработки метаносодержащего угольного пласта через скважины с поверхности
CN103114871A (zh) * 2013-03-04 2013-05-22 刘永杰 一种利用微波加热煤层的抽采装置及方法
CN103306714A (zh) * 2013-06-09 2013-09-18 中国矿业大学 近距离煤层群底抽巷钻孔一孔三用的瓦斯治理方法
CN103806914A (zh) * 2014-01-27 2014-05-21 冀中能源峰峰集团有限公司大淑村矿 一种煤与瓦斯突出矿井采煤方法
CN104533511A (zh) * 2014-12-16 2015-04-22 中鼎国际工程有限责任公司 一种煤巷掘进防治煤与瓦斯突出施工方法
CN104533512A (zh) * 2014-12-16 2015-04-22 中鼎国际工程有限责任公司 一种煤巷掘进过程中适于针对瓦斯的防治突出施工方法
CN105298538A (zh) * 2015-09-30 2016-02-03 中国矿业大学 利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法
RU2588095C2 (ru) * 2012-10-17 2016-06-27 Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи Сброс давления пневматического взрыва высокого давления и способ усиления передачи
CN106837408A (zh) * 2017-03-20 2017-06-13 中国矿业大学 一种煤层采场优势瓦斯运移通道阶梯式构建方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915098A (zh) * 2010-07-14 2010-12-15 中国矿业大学 水力割缝防治冲击地压的方法
CN102287217A (zh) * 2011-04-29 2011-12-21 贵州铸安矿山科技股份有限公司 水力割缝多孔排渣法
RU2481472C2 (ru) * 2011-06-01 2013-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "ТехСервис" (ООО "НПК "ТехСервис") Способ обработки метаносодержащего угольного пласта через скважины с поверхности
RU2588095C2 (ru) * 2012-10-17 2016-06-27 Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи Сброс давления пневматического взрыва высокого давления и способ усиления передачи
CN103114871A (zh) * 2013-03-04 2013-05-22 刘永杰 一种利用微波加热煤层的抽采装置及方法
CN103306714A (zh) * 2013-06-09 2013-09-18 中国矿业大学 近距离煤层群底抽巷钻孔一孔三用的瓦斯治理方法
CN103306714B (zh) * 2013-06-09 2016-01-27 中国矿业大学 近距离煤层群底抽巷钻孔一孔三用的瓦斯治理方法
CN103806914B (zh) * 2014-01-27 2015-11-11 冀中能源峰峰集团有限公司大淑村矿 一种煤与瓦斯突出矿井采煤方法
CN103806914A (zh) * 2014-01-27 2014-05-21 冀中能源峰峰集团有限公司大淑村矿 一种煤与瓦斯突出矿井采煤方法
CN104533512A (zh) * 2014-12-16 2015-04-22 中鼎国际工程有限责任公司 一种煤巷掘进过程中适于针对瓦斯的防治突出施工方法
CN104533511A (zh) * 2014-12-16 2015-04-22 中鼎国际工程有限责任公司 一种煤巷掘进防治煤与瓦斯突出施工方法
CN105298538A (zh) * 2015-09-30 2016-02-03 中国矿业大学 利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法
CN105298538B (zh) * 2015-09-30 2017-06-06 淮北矿业(集团)有限责任公司 利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法
CN106837408A (zh) * 2017-03-20 2017-06-13 中国矿业大学 一种煤层采场优势瓦斯运移通道阶梯式构建方法
WO2018171254A1 (zh) * 2017-03-20 2018-09-27 中国矿业大学 一种煤层采场优势瓦斯运移通道阶梯式构建方法
AU2017405652B2 (en) * 2017-03-20 2019-06-13 China University Of Mining And Technology Method for stepwise construction of preferential gas migration pathway at stope in coal seam
US10472963B2 (en) 2017-03-20 2019-11-12 China University Of Mining And Technology Method for stepwise construction of preferential gas migration pathway at stope in coal seam

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. A new method of drilling long boreholes in low permeability coal by improving its permeability
CA2263243C (en) Hydraulic fracturing of ore bodies
RU2373398C1 (ru) Способ дегазации и разупрочнения горных пород
CA2543886C (en) Multiple azimuth control of vertical hydraulic fractures in unconsolidated and weakly cemented sediments
US3902422A (en) Explosive fracturing of deep rock
US4398769A (en) Method for fragmenting underground formations by hydraulic pressure
CN106014407B (zh) 利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法
US20070199695A1 (en) Hydraulic Fracture Initiation and Propagation Control in Unconsolidated and Weakly Cemented Sediments
Van As et al. Hydraulic fracturing as a cave inducement technique at Northparkes Mines
RU2612061C1 (ru) Способ разработки сланцевых карбонатных нефтяных залежей
RU2159333C1 (ru) Способ дегазации угольного пласта
CN111520184A (zh) 一种煤矿冲击地压和有害气体综合防治系统及方法
CA2025996C (en) Borehole mining process for recovery of petroleum from unconsolidated heavy oil formations
RU2117764C1 (ru) Способ дегазации угольных пластов
US9920574B2 (en) In situ pump for downhole applications
Ren et al. Goaf gas modeling techniques to maximize methane capture from surface gob wells
US20200190925A1 (en) Open hole gas well closed cycle drilling and production system without gas venting and flaring or reservoir damages
RU2188322C1 (ru) Способ гидравлической обработки угольного пласта
US3533471A (en) Method of exploding using reflective fractures
RU2510456C2 (ru) Способ образования вертикально направленной трещины при гидроразрыве продуктивного пласта
Pavlenko Operational control of efficient and effective treatment of coal bed using complex action taking into account resonant natural frequencies of the block
AU720498B2 (en) Hydraulic fracturing of ore bodies
RU2319831C1 (ru) Способ добычи нефти из низкопроницаемых коллекторов
RU2730689C1 (ru) Способ гидравлического разрыва угольного пласта
SU1145160A1 (ru) Способ дегазации надрабатываемой толщи

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140506