RU2703021C1 - Способ гидравлического разрыва угольного пласта - Google Patents

Способ гидравлического разрыва угольного пласта Download PDF

Info

Publication number
RU2703021C1
RU2703021C1 RU2018134715A RU2018134715A RU2703021C1 RU 2703021 C1 RU2703021 C1 RU 2703021C1 RU 2018134715 A RU2018134715 A RU 2018134715A RU 2018134715 A RU2018134715 A RU 2018134715A RU 2703021 C1 RU2703021 C1 RU 2703021C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fracture
interval
well
coal
coal particles
Prior art date
Application number
RU2018134715A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Владимирович Сердюков
Андрей Владимирович Патутин
Татьяна Викторовна Шилова
Леонид Алексеевич Рыбалкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН)
Priority to RU2018134715A priority Critical patent/RU2703021C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2703021C1 publication Critical patent/RU2703021C1/ru

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production
    • E21B43/26Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/267Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C41/00Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
    • E21C41/16Methods of underground mining; Layouts therefor
    • E21C41/18Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для интенсификации дегазации угольного пласта методом гидравлического разрыва. Способ включает бурение в пласте скважины, нарезание инициирующей щели на её боковой поверхности, герметизацию интервала разрыва скважины, нагнетание в интервал разрыва воды под давлением и образование в породе трещины. При этом частицы угля, образуемые при нарезании инициирующей щели, удерживают в интервале разрыва скважины, смешивают с нагнетаемой водой и полученную суспензию закачивают в трещину. Технический результат заключается в повышении эффективности интенсификации дегазации газоносных угольных пластов. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к горному делу и может быть использовано для интенсификации дегазации угольного пласта методом гидравлического разрыва.
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) является способом воздействия на породный массив, при котором в изолированный интервал скважины - интервал разрыва - нагнетают под давлением жидкость и создают тем самым в породах трещину. Для интенсификации дренирования пласта, отбора из него жидкости и газа, образуемую трещину заполняют гранулами расклинивающего материала - проппанта, препятствующего смыканию берегов трещины горным давлением пород. В известных технологиях гидравлического разрыва пласта проппант смешивают с нагнетаемой жидкостью и образуемую суспензию нагнетают под давлением в скважину и трещину через подводящие трубы и рукава высокого давления. В качестве проппанта используют керамические гранулы, песок, алюмосиликатные и стеклянные полые микросферы, которые могут быть выполнены с дополнительным полимерным покрытием.
Метод гидравлического разрыва пласта с расклиниванием образуемых трещин проппантом получил широкое распространение в нефтегазовой отрасли для повышения продуктивности
нефтегазодобывающих скважин, пробуренных с дневной поверхности.
В угледобывающей промышленности интенсификацию дренирования пластов методом гидравлического разрыва применяют для увеличения темпов и степени дегазации при подземной разработке газоносных угольных пластов. Практическое распространение получил способ гидравлического разрыва угольного пласта водой без расклинивания образуемых трещин проппантом (см. Инструкцию по дегазации угольных шахт от 01.12.2011, №679).
Результаты сравнительных опытных работ с расклиниванием и без расклинивания образуемых трещин песком показывают, что гидравлический разрыв угольного пласта водой без заполнения трещин проппантом дает лишь кратковременное увеличение дебита дегазационной скважины до 3 раз, но не оказывает практически значимого влияния на извлечение метана скважиной за весь период ее эксплуатации. Заполнение трещин гидравлического разрыва угольного пласта песком повышает дебит дегазационных скважин в 5-180 раз в течение нескольких месяцев и способствует существенному увеличению темпа и степени дегазации газоносных угольных пластов (см. например: Jeffrey R.G., Boucher С.Sand Propped Hydraulic Fracture Stimulation of Horizontal In-seam Gas Drainage Holes at Dartbrook Coal Mine // In: Coal Operators' Conference, 2004. - P. 169-179).
Для транспортирования гранул типичных проппантов (песок, керамические гранулы) жидкостью в интервал разрыва и трещину по трубам и рукавам высокого давления в протяженной субгоризонтальной дегазационной скважине нагнетаемая жидкость должна обладать высокой грузонесущей способностью, что может быть достигнуто путем повышения ее вязкости и скорости подачи. При недостаточной грузонесущей способности жидкости гранулы проппанта осаждаются в подающих трубах и рукавах высокого давления, что усложняет выполнение работ и снижает эффективность ГРП.
В отличие от нефтепромысловых ГРП, трещины для интенсификации дегазации угольных пластов имеют небольшие размеры, и для их создания высокопроизводительное насосное оборудование не требуется. К тому же, ограничения по габаритам и требование взрывобезопасного исполнения в шахтных условиях не позволяют использовать стандартное высокопроизводительное насосное нефтепромысловое оборудование гидравлического разрыва пластов.
Увеличение грузонесущей способности жидкости при использовании шахтного насосного оборудования и малых скоростей потока нагнетаемой жидкости может быть получено за счет добавления в жидкость специальных полимерных систем или гелей, но их применение ведет к усложнению и удорожанию работ. Отметим, что дегазация газоносных угольных пластов на угледобывающих шахтах является составной операцией добычи угля, а извлекаемый при этом метан не является основным полезным ископаемым. Увеличение расходов на повышение вязкости жидкости гидравлического разрыва, закупку проппантов для расклинивания образуемых трещин, повышение операционных расходов при выполнении гидравлических разрывов снижают рентабельность добычи угля. Поэтому, несмотря на результаты опытных работ, применение расклинивающих материалов при реализации способа ГРП на угледобывающих шахтах распространения не получило.
Одними из эффективных способов гидравлического разрыва угольных пластов для интенсификации их дегазации являются способы, в которых направление развития образуемой трещины в породном массиве задается предварительным нарезанием инициирующей щели - щелевого инициатора разрыва на стенках скважины. Это позволяет уменьшить риски выхода образуемой трещины в борта горной выработки и увеличения подсосов воздуха, которые возникают при вакуумировании рабочего интервала дегазационной скважины и снижают эффективность дегазации угольного пласта.
Примерами способов направленного гидравлического разрыва угольного пласта с использованием щелевого инициатора разрыва являются, например, известные способы по патентам РФ №2472941 (МПК E21F 7/00, Е21В 43/26, опубл. 20.01.2013 г.), №2602634 (МПК Е21В 43/26, опубл. 20.11.2016 г.) и №2613394 (МПК Е21В 43/26, опубл. 16.03.2017 г.). Способ по патенту РФ №2472941 включает бурение сквозных скважин в угольном массиве из оконтуривающих выработок параллельно очистному забою, нарезание на стенках указанных скважин инициирующих щелей, их герметизацию и формирование трещин гидроразрыва угля нагнетанием в них жидкости. В способе по патенту РФ №2602634 предварительное образование щелевого инициатора разрыва на стенках скважины реализуется с помощью щелеобразователя, совмещенного с буровой коронкой.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный способ гидравлического разрыва горных пород и устройство для его реализации (патент РФ №2613394, Е21В 43/26, опубл. 16.03.2017 г.), включающий бурение скважины, нарезание инициирующей щели на ее боковой поверхности, последующую герметизацию области скважины, содержащей инициирующую щель, и нагнетание рабочей жидкости под высоким давлением в загерметизированную область скважины - интервал разрыва - до образования трещины в породном массиве. В известном способе для охлаждения режущего инструмента, используемого для нарезания инициирующей щели, а также для очистки скважины и создания условий надежной герметизации интервала разрыва, скважину промывают и освобождают от образуемых при нарезании твердых частиц породы.
К недостаткам известных способов по патентам РФ №2472941, РФ №2602634 и РФ №2613394 относится смыкание берегов образуемых трещин гидравлического разрыва под действием горного давления пород. Это снижает площадь поверхности образуемой трещины, с которой метан поступает из пласта в дегазационную скважину, а также уменьшает проницаемость образуемого трещиной дренажного канала, что в совокупности уменьшает эффективность интенсификации дегазации известными способами.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении эффективности интенсификации дегазации газоносных угольных пластов способом направленного гидравлического разрыва за счет предотвращения смыкания берегов формируемых трещин под действием горного давления пород.
Поставленная задача решаются тем, что в способе гидроразрыва угольного пласта, включающем бурение в пласте скважины, нарезание инициирующей щели на ее боковой поверхности, герметизацию интервала разрыва скважины, нагнетание в интервал разрыва воды под давлением и образование в породе трещины, согласно техническому решению, частицы угля, образуемые при нарезании инициирующей щели, удерживают в интервале разрыва скважины, смешивают с нагнетаемой водой и полученную суспензию закачивают в трещину.
Указанная совокупность существенных признаков позволяет повысить эффективность дегазации за счет использования частиц угля, образующихся при нарезании инициирующей щели, в качестве расклинивающего материала, препятствующего смыканию берегов образуемой трещины горным давлением пород. Возможность смешивания частиц угля с нагнетаемой водой и образование в интервале разрыва суспензии для подачи в трещину обусловлено относительно низкой плотностью угля. Расклинивание трещины частицами, идентичными по составу и прочности материалу пласта, препятствует полному смыканию ее берегов горным давлением пород после снятия давления воды, что способствует росту дебита метана. При этом достигается значительный экономический эффект за счет того, что реализация предлагаемого способа не требует применения высокопроизводительного насосного оборудования, дорогостоящих жидкостей повышенной вязкости и дополнительных проппантов.
Частицы угля, образуемые при нарезании инициирующей щели, могут быть удержаны в интервале разрыва скважины за счет нарезания щели в предварительно загерметизированном интервале разрыва, или за счет фильтрации промывочной жидкости гравитационным или сетчатым фильтром, установленным в интервале разрыва. При этом образуемые при нарезании частицы угля остаются в интервале разрыва.
В первом случае, выносу частиц препятствует герметичность интервала разрыва, который изолирован от остальной части скважины герметизаторами. Во втором случае, с помощью фильтра, установленного в интервале разрыва, образуемые частицы отделяются от промывочной жидкости. Приведенные технические решения расширяют возможности способа для его реализации в различных горно-геологических условиях.
Смешивание частиц угля с водой с получением суспензии может выполняться путем вибрационного перемешивания, либо путем создания в загерметизированном интервале разрыва вихревого потока воды вокруг оси скважины, например, с помощью механического или гидроструйного перемешивания. Это позволит достичь равномерного распределения частиц угля в объеме образуемой суспензии перед ее подачей в трещину гидравлического разрыва угольного пласта.
Смешивание частиц угля с водой и образование суспензии может быть выполнено после создания трещины гидроразрыва при давлении воды ниже давления раскрытия трещины гидроразрыва. Это позволит повысить эффективность образования суспензии, расширить область применения способа, например, в случае, когда расклинивание трещины по методическим рекомендациям должно выполняться отдельным этапом после ее образования.
Закачка суспензии воды с частицами угля в образуемую трещину может проводиться при давлении выше давления раскрытия трещины, что приводит к ее дальнейшему росту и повышению качества дренирования угольного пласта за счет увеличения площади поступления метана из пласта.
Предлагаемый способ поясняется на фиг. 1. Для проведения гидроразрыва угольного пласта бурят скважину 1, в которую с помощью бурового става 2 подают устройство (либо комбинацию нескольких устройств) для герметизации заданного интервала скважины и нарезания инициирующей щели 4. На фиг. 1 показано подобное устройство, снабженное одним герметизатором 3 и щелеобразователем 5, установленное вблизи забоя скважины. Образующиеся в процессе нарезания частицы угля 6 удерживаются в заданном интервале скважины одним из предложенных способов. Затем в изолированный герметизатором 3 интервал нагнетается под давлением вода и происходит смешивание частиц угля 6 с образованием суспензии. Полученная суспензия образует и заполняет трещину гидравлического разрыва 7. После выполнения гидравлического разрыва и разгерметизации интервала частицы угля остаются в трещине. Это приводит к неполному смыканию берегов трещины, повышает ее проницаемость и способствует интенсификации дегазации угольного пласта.

Claims (12)

1. Способ гидроразрыва угольного пласта, включающий бурение в пласте скважины, нарезание инициирующей щели на её боковой поверхности, герметизацию интервала разрыва скважины, нагнетание в интервал разрыва воды под давлением и образование в породе трещины, отличающийся тем, что частицы угля, образуемые при нарезании инициирующей щели, удерживают в скважине, смешивают с нагнетаемой водой и полученную суспензию закачивают в трещину.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы угля, образуемые при нарезании инициирующей щели, удерживают в скважине за счёт нарезания щели в предварительно загерметизированном интервале разрыва.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы угля, образуемые при нарезании инициирующей щели, удерживают в скважине путём фильтрации промывочной жидкости фильтром, установленным в интервале разрыва.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в интервале разрыва устанавливают гравитационный фильтр.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что в интервале разрыва устанавливают сетчатый фильтр.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание частиц угля с водой и получение суспензии проводят путём создания в загерметизированном интервале разрыва скважины вихревого потока воды вокруг ее оси.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что вихревой поток рабочей жидкости в загерметизированном интервале разрыва скважины вокруг её оси создают механическим перемешиванием.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что вихревой поток рабочей жидкости в загерметизированной области скважины вокруг её оси создают гидроструйным перемешиванием.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание частиц угля с рабочей жидкостью проводят путём вибрационного перемешивания.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание частиц угля с рабочей жидкостью проводят после образования трещины гидроразрыва.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что давление рабочей жидкости при смешивании с частицами угля ниже давления раскрытия трещины гидроразрыва.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию рабочей жидкости с частицами угля закачивают в трещину гидроразрыва при давлении выше давления раскрытия трещины.
RU2018134715A 2018-10-03 2018-10-03 Способ гидравлического разрыва угольного пласта RU2703021C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134715A RU2703021C1 (ru) 2018-10-03 2018-10-03 Способ гидравлического разрыва угольного пласта

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134715A RU2703021C1 (ru) 2018-10-03 2018-10-03 Способ гидравлического разрыва угольного пласта

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2703021C1 true RU2703021C1 (ru) 2019-10-15

Family

ID=68280142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018134715A RU2703021C1 (ru) 2018-10-03 2018-10-03 Способ гидравлического разрыва угольного пласта

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2703021C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802245C1 (ru) * 2023-01-26 2023-08-23 Акционерное общество "СУЭК-Кузбасс" Способ гидравлического разрыва угольного пласта

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3825071A (en) * 1972-12-18 1974-07-23 Amoco Prod Co Method and apparatus for fracturing of subsurface formations
RU2394991C1 (ru) * 2009-06-11 2010-07-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Способ разупрочнения прочных углей
RU2472941C1 (ru) * 2011-07-26 2013-01-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Способ гидроразрыва угольных пластов
EA201490168A1 (ru) * 2011-06-24 2014-08-29 Иан Грэй Способ разработки газоносных и низкопроницаемых угольных пластов
RU2540709C1 (ru) * 2013-12-10 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Способ ударно-волнового разрушения угольного пласта через скважины пробуренные из горных выработок
RU2613394C1 (ru) * 2016-03-09 2017-03-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук Способ гидроразрыва прочных горных пород и комбинированное устройство для бурения и гидроразрыва прочных горных пород

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3825071A (en) * 1972-12-18 1974-07-23 Amoco Prod Co Method and apparatus for fracturing of subsurface formations
RU2394991C1 (ru) * 2009-06-11 2010-07-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Способ разупрочнения прочных углей
EA201490168A1 (ru) * 2011-06-24 2014-08-29 Иан Грэй Способ разработки газоносных и низкопроницаемых угольных пластов
RU2472941C1 (ru) * 2011-07-26 2013-01-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Способ гидроразрыва угольных пластов
RU2540709C1 (ru) * 2013-12-10 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Способ ударно-волнового разрушения угольного пласта через скважины пробуренные из горных выработок
RU2613394C1 (ru) * 2016-03-09 2017-03-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук Способ гидроразрыва прочных горных пород и комбинированное устройство для бурения и гидроразрыва прочных горных пород

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802245C1 (ru) * 2023-01-26 2023-08-23 Акционерное общество "СУЭК-Кузбасс" Способ гидравлического разрыва угольного пласта

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2970645A (en) Producing multiple fractures in a well
AU2012272545B2 (en) Mining method for gassy and low permeability coal seams
US3224506A (en) Subsurface formation fracturing method
RU2014108321A (ru) Способ многопластового гидроразрыва в стволе скважины
NO335792B1 (no) Fremgangsmåte for behandling av en brønn som strekker seg fra et brønnhode og inn i en underjordisk formasjon
CN106761740A (zh) 一种坚硬煤层顶板耦合致裂方法
US3387888A (en) Fracturing method in solution mining
CN104879159A (zh) 一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置及其方法
US20100225154A1 (en) Method for Simultaneously Mining Vertically Disposed Beds
US4093028A (en) Methods of use of cementitious materials and sonic or energy-carrying waves within subsurface formations
US3062286A (en) Selective fracturing process
US3712379A (en) Multiple fracturing process
US3814480A (en) Method of controlling gas accumulation in underground mines
US3612608A (en) Process to establish communication between wells in mineral formations
RU2601881C1 (ru) Способ многократного гидравлического разрыва пласта в наклонно направленном стволе скважины
RU2592582C1 (ru) Способ гидравлического разрыва пласта
RU2571464C1 (ru) Способ предварительной дегазации свиты угольных пластов и выработанного пространства
RU2703021C1 (ru) Способ гидравлического разрыва угольного пласта
CA1202882A (en) Method of removing gas from an underground seam
RU2730689C1 (ru) Способ гидравлического разрыва угольного пласта
RU2730688C1 (ru) Способ направленного гидроразрыва угольного пласта
RU2394991C1 (ru) Способ разупрочнения прочных углей
US3574402A (en) Fracture initiation by dissolving a soluble formation
US3077930A (en) Method for fracturing a subsurface formation
RU2705643C1 (ru) Способ интенсификации работы скважины после её строительства

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200212

Effective date: 20200212