RU2630343C1 - Способ определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта - Google Patents
Способ определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2630343C1 RU2630343C1 RU2016125065A RU2016125065A RU2630343C1 RU 2630343 C1 RU2630343 C1 RU 2630343C1 RU 2016125065 A RU2016125065 A RU 2016125065A RU 2016125065 A RU2016125065 A RU 2016125065A RU 2630343 C1 RU2630343 C1 RU 2630343C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- methane
- pressure
- well
- water
- sorption
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/06—Measuring temperature or pressure
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/10—Locating fluid leaks, intrusions or movements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F7/00—Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose
Abstract
Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для обеспечения безопасности при подземной разработке газоносных угольных пластов. Техническим результатом является повышение достоверности и оперативности определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта в исходном и влажном состояниях. Способ включает бурение пластовой скважины, герметизацию ее устья, измерение давления и дебита метана на стадиях закрытия и открытия скважины, верификацию сорбционных параметров в теоретической модели массопереноса метана с данными измерений давления и дебита метана. После достижения установившегося дебита метана в скважину нагнетают воду под давлением 10…15 МПа, закрывают устье скважины в течение времени стабилизации давлений воды и метана, затем после истечения воды из скважины измеряют текущий дебит метана, при этом по величине установившегося давления воды определяют верхний предел пластового давления метана, а по данным измерений дебита метана до и после гидрообработки верифицируют сорбционные параметры угольного пласта в исходном и влажном состояниях. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.
Description
Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для обеспечения безопасности при подземной разработке газоносных угольных пластов за счет повышения достоверности определения метанообильности очистных выработок с учетом пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта.
Известен способ определения пластового давления метана в угольном пласте, включающий бурение пластовой скважины, отбор пробы угля, измерение в ней количества метана, при этом пластовое давление метана в угольном пласте определяют путем сопоставления метаноносности пробы на сорбционной изотерме Ленгмюра (Патент RU 2007586, кл. Е21В 47/01, Е21В 47/04 от 15.02.1994).
Недостатком аналога является низкая достоверность косвенной методики определения пластового давления, основанной на использовании сорбционной изотермы Ленгмюра, полученной в лабораторных условиях в испытаниях маломасштабных образцов угля, которые отражают информацию о параметрах угольного пласта с большой дисперсией статистических данных.
Прототипом изобретения является способ определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта, включающий бурение пластовой скважины, герметизацию ее устья, измерение давления и дебита метана на стадиях закрытия и открытия скважины, верификацию сорбционных параметров в теоретической модели массопереноса метана с данными измерений давления и дебита метана (Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г., Мазаник Е.В. // Методика и результаты измерения пластового давления метана и сорбционных свойств угольного пласта. Газовая промышленность. - спец. вып. Метан угольных пластов (672/2012). - С. 48-49).
Недостатком прототипа является низкая оперативность измерений пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта, что обусловлено малым темпом нарастания давления метана в скважине до максимального значения, соответствующего пластовому давлению метана. Этот недостаток особенно проявляется в неразгруженных от горного давления низкопроницаемых угольных пластах, где длительность достижения максимального давления метана составляет более месяца. Задержка в получении достоверной информации о пластовом давлении метана и сорбционных параметрах угольного пласта не позволяет принимать оперативные технические решения, направленные на оптимизацию очистных работ, что в конечном результате понижает безопасность горных работ. Кроме того, известный способ не позволяет получать информацию о параметрах угольного пласта во влажном состоянии, что особенно актуально при реализации технологий с гидравлической обработкой угольного пласта для обеспечения безопасности очистных работ.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности и оперативности определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта в исходном и влажном состояниях.
Это достигается тем, что в способе определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта, включающем бурение пластовой скважины, герметизацию ее устья, измерение давления и дебита метана на стадиях закрытия и открытия скважины, верификацию сорбционных параметров в теоретической модели массопереноса метана с данными измерений давления и дебита метана, после достижения установившегося дебита метана в скважину нагнетают воду под давлением 10…15 МПа, закрывают устье скважины в течение времени стабилизации давлений воды и метана, затем после истечения воды из скважины измеряют текущий дебит метана, при этом по величине установившегося давления воды определяют верхний предел пластового давления метана, а по данным измерений дебита метана до и после гидрообработки верифицируют сорбционные параметры угольного пласта в исходном и влажном состояниях.
По второму варианту реализации способа после истечения воды устье скважины сначала закрывают, измеряя в ней установившийся нижний предел пластового давления метана, а затем открывают для измерения дебита метана.
Изобретение поясняется чертежами, где на фигуре 1 показана схема обустройства скважины и применяемое технологическое оборудование, на фигуре 2 показан результат верификации параметров сорбции по теоретической модели и шахтным измерениям для исходного пласта, а на фигуре 3 показан аналогичный результат верификации для влажного угля.
В соответствии с изобретением в газоносный угольный пласт 1 бурят скважину 2, производят обсадку устья этой скважины обсадной трубой 3, а коаксиальное пространство между стенками скважины 2 и обсадной трубы 3 герметизируют клеем 4. После застывания клея 4 скважину разбуривают на длину 5 через обсадную трубу 3. Устьевую часть скважины 2 оборудуют краном 6 и манометром 7. Для нагнетания жидкости используют насос 8, потребляющий воду из емкости 9. Подачу воды в пласт осуществляют через рукава высокого давления 10.
Способ реализуют следующим образом. После бурения скважины 2, установки обсадной трубы 3, герметизации клеем 4 коаксиального пространства и бурения участка скважины 5 из нее истекает метан, измерение дебита которого в течение времени осуществляют ротаметром (не показан) из обсадной трубы 3. После стабилизации дебита метана во времени обсадную трубу 3 присоединяют через рукав 10 к насосу 8 с емкостью 9. Далее в скважину 5 через обсадную трубу 3 нагнетают воду под давлением 15…20 МПа, которая по исходным и вновь образованным каналам проницаемости распространяется через полость скважины 5 в угольный пласт 1. При этом формируется гидравлическая связь нагнетаемой воды с метаном в угольном пласте 1. Затем устье скважины с обсадной трубой 3 закрывают краном 6. При этом с течением времени вода под остаточным давлением распространяется вглубь пласта 1, что фиксируется в виде понижения давления воды на манометре 7. Минимальное установившееся значение давления на манометре 7 соответствует искомой величине верхнего предела пластового давления метана в угольном пласте 1. Поле этого устье скважины открывают краном 6 и избыточная свободная вода самоистечением выходит из угольного пласта 1. Капиллярная и поровая вода остается в угольном пласте 1, сохраняя его влажность, характерную для процесса гидрообработки. На заключительной стадии реализации способа аналогичным путем с помощью ротаметра (не показано) фиксируют изменение дебита метана из скважины в течение времени.
По второму варианту реализации способа после истечения воды устье скважины закрывают краном 6 и манометром 7 измеряют в ней установившееся пластовое давление метана. В этом случае реализуется режим нарастания давления метана от атмосферного до максимального, что соответствует искомой величине нижнего предела пластового давления метана в угольном пласте 1. Истинное пластовое давление метана определяют в диапазоне между величинами верхнего и нижнего пределов пластового давления.
Вместе с прямым определением пластового давления метана полученной информации достаточно для определения параметров сорбции угольного пласта в исходном и влажном состояниях. В основе методики верификации параметров сорбции лежит дифференциальное уравнение в частных производных массопереноса метана в угольном пласте, отражающее закон сохранения массы, закон фильтрации Дарси и уравнение сорбции Ленгмюра (Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г., Мазаник Е.В. // Методика и результаты измерения пластового давления метана и сорбционных свойств угольного пласта. Газовая промышленность. - спец. вып. Метан угольных пластов (672/2012). - С. 48-49) в виде
где t - время;
m - эффективная пористость;
ρ - плотность метана;
а - параметр кривой Ленгмюра;
b - сорбционная емкость угля;
Р - давление метана в пласте;
k - газопроницаемость угля;
μ - динамическая вязкость газа;
div - дивергенция,
Методика верификации параметров сорбции Ленгмюра базируется на решении уравнения (1) с учетом краевых условий в виде начального распределения давления метана в угольном пласте и граничных условий в виде давления метана на полости скважины и в пласте - на удалении от скважины. Последовательность верификации заключается в первоочередном вычислении коэффициента проницаемости угольного пласта вокруг скважины по результатам измерений установившегося дебита метана. Характерно, что в установившемся режиме фильтрации коэффициент проницаемости угля, в соответствии с уравнением (1), зависит от найденного пластового давления метана и не зависит от параметров сорбции и поэтому определяется однозначно. Что касается оставшихся двух параметров сорбции, то их вычисляют по двум или более измеренным значениям дебита метана в различные моменты времени в нестационарном режиме истечения метана из скважины. При этом значения параметров Ленгмюра угольного пласта в исходном состоянии отличаются от этих же параметров пласта во влажном состоянии. Что касается коэффициента проницаемости угля, то эти данные для практики представляют ограниченный интерес, поскольку их значения характеризуют ситуацию с деформациями на локальном участке вокруг скважины и поэтому не несут объективной информации об угольном пласте. При этом достоверная информация о пластовом давлении метана и параметрах сорбции Ленгмюра угольного пласта в исходном и влажном состояниях, определенная оперативно, позволяет принимать обоснованные технические решения по снижению метанообильности очистных выработок, что обеспечивает более высокую безопасность очистных работ с высокой производительностью.
Пример реализации. Угольный пласт «Болдыревский», шахта им. С.М. Кирова, разрабатывается по столбовой системе разработки. Из вентиляционного штрека лавы 24-58 пробурена скважина длиной 36 м. Обсадка скважины произведена стальными трубами диаметром 70 мм при толщине стенки 5 мм. Коаксиальное пространство между скважиной и трубой заполняют путем нагнетания шахтного двухкомпонентного герметика «Шахтиклей». После герметизации скважина пробурена на дополнительную длину 3 м буровой коронкой диаметром 50 мм. Затем после обустройства скважины по фигуре 1 с помощью пластикового ротаметра фирмы Dwyer выполнены замеры дебита метана, представленные в таблице 1.
Далее в скважину осуществили нагнетание воды под предельным давлением 14 МПа. Скважину закрыли и выдержали под давлением в течение 4 суток. Результаты измерений давления воды представлены в таблице 2.
По данным таблицы 2 принимаем, что верхний предел пластового давления метана составляет 3,2 МПа.
Затем открывают кран и осуществляют самопроизвольный слив воды из скважины. После слива воды скважину закрывают краном 6 и манометром 7 измеряют нарастание давления метана в скважине вплоть до величины нижнего предела пластового давления. Результаты измерений представлены в таблице 3.
Таким образом, истинное пластовое давление метана определяется в диапазоне между верхним и нижним пределами и составляет 3,1…3.2 МПа.
В последующем измеряют дебит метана из скважины, результаты которого представлены в таблице 4.
Полученных данных достаточно для верификации сорбционных параметров угольного пласта в исходном и влажном состояниях.
На фигуре 2 показан результат верификации параметров сорбции по теоретической модели и шахтным измерениям для исходного пласта, по которым получены следующие результаты:
коэффициент проницаемости k1=0,04 мД;
сорбционная емкость угля b=30,5 м3/т;
параметр изотермы сорбции Ленгмюра a=0,26⋅10-6 Па-1.
На фигуре 3 показан аналогичный результат верификации для влажного угля:
коэффициент проницаемости k1=0,5 мД;
сорбционная емкость угля b1=24,1 м3/т;
параметр изотермы сорбции Ленгмюра а1=0,19⋅10-6 Па-1.
Таким образом, в соответствии с представленным способом оперативно осуществляют прямое определение пластового давления метана и далее путем верификации вычисляют параметры сорбции угольного пласта в исходном и влажном состояниях. Достоверность получаемой информации достигается за счет прямых экспериментов с натурным объектом.
Потребителем полученной информации является технический отдел шахты, планирующий безопасную выемку исходного или увлажненного угля при высоких нагрузках на очистные забои.
Claims (2)
1. Способ определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта, включающий бурение пластовой скважины, герметизацию ее устья, измерение давления и дебита метана на стадиях закрытия и открытия скважины, верификацию сорбционных параметров в теоретической модели массопереноса метана с данными измерений давления и дебита метана, отличающийся тем, что после достижения установившегося дебита метана в скважину нагнетают воду под давлением 10…15 МПа, закрывают устье скважины в течение времени стабилизации давлений воды и метана, затем после истечения воды из скважины измеряют текущий дебит метана, при этом по величине установившегося давления воды определяют верхний предел пластового давления метана, а по данным измерений дебита метана до и после гидрообработки верифицируют сорбционные параметры угольного пласта в исходном и влажном состояниях.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после истечения воды устье скважины сначала закрывают, измеряя в ней установившийся нижний предел пластового давления метана, а затем открывают для измерения дебита метана.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125065A RU2630343C1 (ru) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Способ определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125065A RU2630343C1 (ru) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Способ определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2630343C1 true RU2630343C1 (ru) | 2017-09-07 |
Family
ID=59797571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016125065A RU2630343C1 (ru) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Способ определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2630343C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107939333A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-04-20 | 河南理工大学 | 多级承压式渗透型封孔方法及装置 |
| CN111415031A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-07-14 | 中石油煤层气有限责任公司 | 一种煤层气井产能预测方法 |
| RU2780655C1 (ru) * | 2021-12-28 | 2022-09-28 | Акционерное общество "Метан Кузбасса" | Способ изучения остаточной газоносности разрабатываемых угольных пластов в шахтах |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3934649A (en) * | 1974-07-25 | 1976-01-27 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Method for removal of methane from coalbeds |
| SU608959A1 (ru) * | 1967-08-03 | 1978-05-30 | Krichevskij Ruvim M | Способ определени газопроницаемости массива угольного пласта |
| RU2007586C1 (ru) * | 1991-07-08 | 1994-02-15 | Тульский государственный технический университет | Способ определения давления газа в метаноносном угольном пласте |
| RU2394159C1 (ru) * | 2009-07-06 | 2010-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "РосЭнергоГаз" | Способ дегазации газоносных рудных и угольных месторождений при разработке полезного ископаемого |
| RU2539074C1 (ru) * | 2013-10-09 | 2015-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ предотвращения геодинамических явлений при подземной разработке газоносного угольного пласта |
-
2016
- 2016-06-23 RU RU2016125065A patent/RU2630343C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU608959A1 (ru) * | 1967-08-03 | 1978-05-30 | Krichevskij Ruvim M | Способ определени газопроницаемости массива угольного пласта |
| US3934649A (en) * | 1974-07-25 | 1976-01-27 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Method for removal of methane from coalbeds |
| RU2007586C1 (ru) * | 1991-07-08 | 1994-02-15 | Тульский государственный технический университет | Способ определения давления газа в метаноносном угольном пласте |
| RU2394159C1 (ru) * | 2009-07-06 | 2010-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "РосЭнергоГаз" | Способ дегазации газоносных рудных и угольных месторождений при разработке полезного ископаемого |
| RU2539074C1 (ru) * | 2013-10-09 | 2015-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ предотвращения геодинамических явлений при подземной разработке газоносного угольного пласта |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СЛАСТУНОВ С.В. и др., Методика и результаты измерения пластового давления метана и сорбционных свойств угольного пласта. Газовая промышленность, спец. вып., Метан угольных пластов, 672, 2012, с. 48-49. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107939333A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-04-20 | 河南理工大学 | 多级承压式渗透型封孔方法及装置 |
| WO2019137073A1 (zh) * | 2018-01-10 | 2019-07-18 | 河南理工大学 | 多级承压式渗透型封孔方法及装置 |
| CN111415031A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-07-14 | 中石油煤层气有限责任公司 | 一种煤层气井产能预测方法 |
| RU2780655C1 (ru) * | 2021-12-28 | 2022-09-28 | Акционерное общество "Метан Кузбасса" | Способ изучения остаточной газоносности разрабатываемых угольных пластов в шахтах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zheng et al. | Coalbed methane emissions and drainage methods in underground mining for mining safety and environmental benefits: A review | |
| CN205000965U (zh) | 含水钻孔瓦斯压力测定装置 | |
| CN110219692B (zh) | 利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法 | |
| CN104898178B (zh) | 一种煤层采动裂隙发育程度的测定装置以及测定方法 | |
| CN110006760B (zh) | 一种准确测定深孔水压致裂诱发破裂重张压力的方法 | |
| CN111577256B (zh) | 一种穿层钻孔水力冲孔增透效果定量评价方法 | |
| MX2016007733A (es) | Determinacion de porosidad efectiva para formaciones de gas compacto. | |
| RU2630343C1 (ru) | Способ определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта | |
| CN109269955A (zh) | 一种煤岩层渗透率原位测试装置及方法 | |
| CN110837116B (zh) | 盐穴储气库运行上限压力的确定方法 | |
| Sang et al. | Experimental investigation of shale gas production with different pressure depletion schemes | |
| CN103939143A (zh) | 煤层巷道破碎带影响范围的测定方法及其装置 | |
| CN103147741B (zh) | 基于钻孔气体漏失量的煤层巷旁卸压带宽度测定方法 | |
| Kurlenya et al. | Sealing of coal bed methane drainage holes by barrier screening method | |
| CN204126636U (zh) | 一种隔水上向钻孔测压装置 | |
| CN103161499B (zh) | 井下煤层突出危险区域划分方法 | |
| CN205330609U (zh) | 一种新型封孔测压一体化装置 | |
| CN105333905B (zh) | 煤岩上行钻孔瓦斯参数的测定系统 | |
| CN109211754B (zh) | 一种煤岩渗透率测定装置及方法 | |
| US20190368350A1 (en) | Systems and Methods for Detection of Induced Micro Fractures | |
| CN204532233U (zh) | 固井管柱组合 | |
| CN113237811B (zh) | 一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法 | |
| CN105257288A (zh) | 基于注入压降试井技术确定致密储层原始地层压力的方法 | |
| CN209069790U (zh) | 一种煤岩层渗透率原位测试装置 | |
| Asyri et al. | Study of microfine cement use on squeeze cementing operations in plug and abandonment work |