RU2802245C1 - Hydraulic fracturing method - Google Patents
Hydraulic fracturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802245C1 RU2802245C1 RU2023101623A RU2023101623A RU2802245C1 RU 2802245 C1 RU2802245 C1 RU 2802245C1 RU 2023101623 A RU2023101623 A RU 2023101623A RU 2023101623 A RU2023101623 A RU 2023101623A RU 2802245 C1 RU2802245 C1 RU 2802245C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wells
- hydraulic
- well
- liquid medium
- treatment
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способам гидравлической обработки угольных пластов и может быть использовано в угледобывающей отрасли промышленности.The invention relates to methods for hydraulic treatment of coal seams and can be used in the coal mining industry.
Одной из важнейших задач угледобывающей отрасли промышленности является обеспечение эффективной и безопасной разработки угольных месторождений подземным способом, однако решение данной задачи может быть существенно осложнено ввиду высокой природной газоносности угольных пластов. Метан выделяется из разрабатываемого угольного пласта и пород пластов-спутников в процессе выемки угля и разгрузки массива, и скапливаясь в выработке образует взрывоопасную среду по газу метану, что приводит к необходимости остановки работы угледобывающего оборудования и процесса добычи угля в целом во избежание возникновения опасных для здоровья и жизни рабочего персонала ситуаций.One of the most important tasks of the coal mining industry is to ensure the efficient and safe development of coal deposits by underground method, however, the solution of this problem can be significantly complicated due to the high natural gas content of coal seams. Methane is released from the developed coal seam and rocks of satellite seams in the process of excavation of coal and unloading of the massif, and accumulating in the development forms an explosive environment for methane gas, which leads to the need to stop the operation of coal mining equipment and the coal mining process as a whole in order to avoid the occurrence of health hazards. and life of working personnel situations.
В настоящее время для устранения существующей проблемы применяют методы заблаговременной и предварительной дегазации угольных пластов, обеспечивающие возможность удаления метана из угольного пласта до начала его разработки. Для интенсификации процесса дегазации необходимо создание системы трещин в пласте для повышения его проницаемости и обеспечения перехода газа метана из связанного в свободное состояние.Currently, to eliminate the existing problem, methods of early and preliminary degassing of coal seams are used, which provide the possibility of removing methane from a coal seam before its development begins. To intensify the degassing process, it is necessary to create a system of fractures in the reservoir to increase its permeability and ensure the transition of methane gas from a bound to a free state.
Для создания системы трещин активно используются способы гидравлической обработки угольных пластов, такие как: гидравлическое расчленение с поверхности и подземный гидравлический разрыв, к которому более конкретно относится способ по настоящему изобретению. При этом, как известно из статьи авторов настоящего изобретения [Сластунов С.В., Понизов А.В., Садов А.П., Хаутиев А.Б.-М., Гидрорасчленение угольных пластов для их эффективной дегазационной подготовки через подземные скважины, дата публикации: 31.12.2020 г.], наибольшую эффективность для повышения проницаемости угольных пластов имеет комплексная технология дегазационной подготовки, при которой подземному гидравлическому разрыву предшествует гидравлическое расчленение с поверхности. Такой подход позволяет сначала раскрыть имеющуюся в угольном пласте систему естественных трещин за счет его обработки в режиме гидравлического расчленения, а затем создать в пласте вторичную систему связанных между собой трещин за счет его обработки в режиме гидравлического разрыва. Важной особенностью, подтвержденной в процессе экспериментальных работ, производимых в рамках технологии, является значительный эффект дегазации массива оконтуривающими выработками на этапе подготовки лавы к отработке за счет организации гидросбоек.To create a fracture system, methods of hydraulic treatment of coal seams are actively used, such as: hydraulic dissection from the surface and underground hydraulic fracturing, to which the method of the present invention more specifically relates. At the same time, as is known from the article of the authors of the present invention [Slastunov S.V., Ponizov A.V., Sadov A.P., Khautiev A.B.-M., Hydrodissection of coal seams for their effective degassing preparation through underground wells, publication date: 12/31/2020], the most effective for increasing the permeability of coal seams is the complex technology of degassing preparation, in which underground hydraulic fracturing is preceded by hydraulic dissection from the surface. This approach makes it possible to first open the system of natural cracks in the coal seam due to its treatment in the hydraulic dissection mode, and then create a secondary system of interconnected cracks in the seam due to its treatment in the hydraulic fracturing mode. An important feature, confirmed in the process of experimental work carried out within the framework of the technology, is the significant effect of degassing of the massif by contour workings at the stage of preparing the longwall for mining due to the organization of hydraulic breaks.
Для этих целей используют выбранный в качестве прототипа способ гидравлического разрыва угольного пласта, при осуществлении которого производят бурение горизонтальных скважин из штреков, оконтуривающих разрабатываемый участок пласта, при котором оси скважин располагают на расстоянии, равном двум длинам герметизации колонн скважин, а скважины бурят на глубину не менее 25 м, после чего производят подготовку пробуренных скважин, в процессе которой формируют колонны скважин длиной не менее 20 м и выполняют их герметизацию на всю длину колонны, а затем производят гидравлическую обработку, в процессе которой в подготовленные скважины нагнетают жидкую среду [RU2659298C1, дата публикации: 29.06.2018 г. МПК: E21F 7/00].For these purposes, the method of hydraulic fracturing of a coal seam selected as a prototype is used, during which horizontal wells are drilled from drifts that outline the developed section of the formation, in which the axes of the wells are located at a distance equal to two sealing lengths of the well strings, and the wells are drilled to a depth of not less than 25 m, after which the drilled wells are prepared, during which well strings with a length of at least 20 m are formed and they are sealed for the entire length of the string, and then hydraulic treatment is performed, during which a liquid medium is injected into the prepared wells [RU2659298C1, date publications: 06/29/2018 IPC: E21F 7/00].
Недостатком прототипа является высокий риск преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек, из которого пробурены скважины, в процессе гидравлической обработки, что обусловлено конфигурацией стволов нагнетательных скважин, при которой открытые забои скважин, выполняющие функцию нагнетательных участков, удалены от устьев на расстояние 20 м, а длина нагнетательных участков составляет 5 м. При внедрении жидкой среды в угольный пласт в режиме гидравлического разрыва темп ее нагнетания, как правило, многократно превышает естественную приемистость пласта. Выполнение нагнетательных участков длиной 5 м, дополнительно усиливает интенсивность, с которой производится воздействие на угольный пласт, что приводит к ускоренному образованию в нем системы трещин, однако ввиду расположения нагнетательных участков на расстоянии 20 м от устьев скважин, система трещин образуется преимущественно в приконтурной области пласта, что приводит к неконтролируемому образованию трещин и сбоек не только в массиве пласта, но и между нагнетательными участками и полостью штрека, в процессе чего наблюдается интенсивный самоизлив газожидкостной смеси в штрек и появляется необходимость остановки работ по гидравлическому разрыву угольного пласта. Также риск преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек дополнительно обусловлен расположением скважин на расстоянии равном двум длинам герметизации колонн скважин, что соответствует 40 м. Расположение скважин на таком расстоянии друг от друга дополнительно ускоряет процесс образования трещин и сбоек между нагнетательными участками и полостью штрека из-за того, что данная величина меньше величины радиуса действия нагнетательной скважины, работающей в режиме гидравлического разрыва, в связи с чем и радиусы действия этих скважин могут накладываться друг на друга.The disadvantage of the prototype is the high risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift, from which the wells are drilled, during hydraulic treatment, which is due to the configuration of the injection wells, in which the open bottomholes of the wells, which perform the function of the injection sections, are removed from the mouths at a distance of 20 m, and the length injection sections is 5 m. When a liquid medium is introduced into a coal seam in the hydraulic fracturing mode, its injection rate, as a rule, many times exceeds the natural injectivity of the seam. The implementation of injection sections 5 m long further enhances the intensity with which the impact on the coal seam is carried out, which leads to the accelerated formation of a system of cracks in it, however, due to the location of the injection sections at a distance of 20 m from the wellheads, the system of cracks is formed mainly in the near-contour area of the seam , which leads to uncontrolled formation of cracks and failures not only in the formation mass, but also between the injection sections and the drift cavity, during which an intensive self-flow of the gas-liquid mixture into the drift is observed and it becomes necessary to stop work on hydraulic fracturing of the coal seam. Also, the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift is additionally due to the location of the wells at a distance equal to two sealing lengths of the well strings, which corresponds to 40 m. the fact that this value is less than the range of the injection well operating in the hydraulic fracturing mode, and therefore the ranges of these wells can overlap each other.
Вышеперечисленные недостатки существенным образом снижают эффективность способа гидравлического разрыва угольного пласта, а также делают невозможным его использование в рамках комплексной технологии дегазационной подготовки угольных пластов, при которой подземному гидравлическому разрыву предшествует гидравлическое расчленение с поверхности, в связи с чем требуется разработка иного решения, устраняющего существующие недостатки.The above disadvantages significantly reduce the efficiency of the method of hydraulic fracturing of a coal seam, and also make it impossible to use it as part of a complex technology for degassing preparation of coal seams, in which underground hydraulic fracturing is preceded by hydraulic dissection from the surface, and therefore it is necessary to develop a different solution that eliminates the existing disadvantages. .
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости повышения эффективности способа гидравлического разрыва угольного пласта.The technical problem to be solved by the invention is the need to improve the efficiency of the method of hydraulic fracturing of a coal seam.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении риска преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки угольного пласта.The technical result to which the invention is directed is to reduce the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift in the process of hydraulic treatment of the coal seam.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении риска неравномерной гидравлической обработки угольного пласта.An additional technical result, to which the invention is directed, is to reduce the risk of uneven hydraulic treatment of the coal seam.
Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
Способ гидравлического разрыва угольного пласта, при осуществлении которого производят бурение горизонтальных скважин из штреков, оконтуривающих разрабатываемый участок пласта, подготовку пробуренных скважин, в процессе которой формируют обсадные колонны скважин и выполняют их герметизацию, и затем производят гидравлическую обработку в режиме гидравлического разрыва, в процессе которой в подготовленные скважины нагнетают жидкую среду. В отличие от прототипа оси скважин располагают на расстоянии 50 - 100 м друг от друга, бурение скважин производят на глубину 66 - 110 м, а при подготовке скважин их обсадные колонны формируют на длину не менее 36 м от устья, при этом в процессе гидравлической обработки осуществляют нагнетание в подготовленные скважины жидкой среды до реализации режима гидравлической сбойки.A method for hydraulic fracturing of a coal seam, during which horizontal wells are drilled from drifts that outline the developed section of the seam, the drilled wells are prepared, during which well casing strings are formed and sealed, and then hydraulic treatment is performed in the hydraulic fracturing mode, during which a liquid medium is injected into the prepared wells. Unlike the prototype, the well axes are located at a distance of 50 - 100 m from each other, wells are drilled to a depth of 66 - 110 m, and during well preparation, their casing strings are formed at a length of at least 36 m from the mouth, while in the process of hydraulic treatment the liquid medium is injected into the prepared wells until the hydraulic shutdown mode is implemented.
Способ гидравлического разрыва угольного пласта включает в себя этап бурения скважин, этап подготовки скважин и этап гидравлической обработки.The method for hydraulic fracturing of a coal seam includes a well drilling step, a well preparation step, and a hydraulic treatment step.
На этапе бурения скважин производят разметку положения осей скважин друг относительно друга и бурение горизонтальных скважин в размеченных местах. Разметку могут производить на торце разрабатываемого участка пласта из штрека, оконтуривающего этот участок. В процессе разметки оси скважин располагают на расстоянии 50 - 100 м друг от друга, что обеспечивает снижение риска преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки. В случае, если оси скважин будут удалены друг от друга на расстояние более 100 м, то это не позволит создать систему связанных между собой трещин, образовывающихся в радиусе действия каждой из скважин в процессе гидравлической обработки. В случае если оси скважин будут удалены друг от друга на расстояние менее 50 м, то это будет способствовать наложению друг на друга радиусов действия скважин, что повышает риск преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки и неравномерной обработки массива. В наиболее предпочтительном варианте осуществления способа оси скважин располагают на расстоянии 60 - 80 м друг от друга, что дополнительно снижает риск преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки. Оси скважин могут быть размечены на одной высоте относительно почвы штрека или могут быть размечены вдоль одной горизонтальной линии, с учетом структурной колонки угольного пласта с породными прослойками, с учетом и окончания забоя скважины при выбранных углах заложения и с учетом глубины скважины.At the stage of well drilling, the position of the well axes relative to each other is marked and horizontal wells are drilled in the marked places. Marking can be carried out at the end of the developed section of the formation from a drift that outlines this section. In the process of marking, the axes of the wells are located at a distance of 50 - 100 m from each other, which reduces the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the roadway during hydraulic treatment. If the axes of the wells are more than 100 m apart, this will not allow creating a system of interconnected fractures that form within the radius of action of each of the wells in the process of hydraulic treatment. If the axes of the wells are spaced less than 50 m apart, this will contribute to the overlapping of the operating radii of the wells, which increases the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the roadway during hydraulic processing and uneven processing of the massif. In the most preferred embodiment of the method, the axes of the wells are located at a distance of 60 - 80 m from each other, which further reduces the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift during hydraulic treatment. The axes of the wells can be marked at the same height relative to the drift soil or can be marked along one horizontal line, taking into account the structural column of the coal seam with rock layers, taking into account the end of the hole bottom at the selected laying angles and taking into account the depth of the well.
Бурение горизонтальных скважин производят на глубину 66-110 м. Бурение скважин преимущественно производят таким образом, что оси скважин параллельны друг другу и перпендикулярны торцевой поверхности штрека. Диаметр пробуренных скважин может составлять 75-93 мм, при этом устьевая часть скважины, глубиной до 40 м, может быть разбурена до диаметра 120-132 мм. Бурение скважин могут производить при помощи установок для подземного бурения.Horizontal wells are drilled to a depth of 66-110 m. Wells are mainly drilled in such a way that the axes of the wells are parallel to each other and perpendicular to the end surface of the drift. The diameter of the drilled wells can be 75-93 mm, while the wellhead, up to 40 m deep, can be drilled up to a diameter of 120-132 mm. Well drilling can be carried out using underground drilling rigs.
На этапе подготовки скважин производят формирование обсадных колонн скважин, выполняют их герметизацию. Обсадные колонны скважин формируют на длину не менее 36 м от устья за зону дезинтеграции массива, что обеспечивает снижение риска преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки и снижение риска неравномерной обработки массива. При этом формирование конструкции скважин осуществляют таким образом, что длина открытого забоя (эффективная длина) каждой скважины составляет 30-70 м, что дополнительно снижает риск преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки. Формирование колонн скважин могут производить путем размещения в них сборных обсадных труб, общая длина которых соответствуют проектным длинам колонн. Обсадные трубы могут быть выполнены из металла, и могут быть выполнены цельнометаллическими, или могут быть выполнены из полимерных материалов, выдерживающих внутреннее давление не менее 300 бар.At the well preparation stage, well casing strings are formed and sealed. Well casing strings are formed for a length of at least 36 m from the wellhead beyond the rock mass disintegration zone, which reduces the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift during hydraulic treatment and reduces the risk of uneven rock mass treatment. At the same time, the formation of the well design is carried out in such a way that the length of the open hole (effective length) of each well is 30-70 m, which further reduces the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift during hydraulic treatment. Well strings can be formed by placing prefabricated casing pipes in them, the total length of which corresponds to the design lengths of the strings. Casing pipes can be made of metal, and can be made of all-metal, or can be made of polymeric materials that can withstand an internal pressure of at least 300 bar.
Герметизацию колонн могут производить путем нагнетания герметизирующего раствора в затрубное пространство колонн. Герметизацию колонны каждой скважины могут производить на глубину не менее 36 м от ее устья, что обеспечивает снижение риска преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки. В наиболее предпочтительном варианте осуществления способа герметизацию колонны каждой скважины производят на всю длину колонны, что дополнительно снижает риск преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки. Герметизирующий раствор может быть представлен цементным раствором или различными видами полиуретановых смол, обладающих удовлетворительными характеристиками быстроты затвердевания, характеристиками реакции с пластовой водой при затвердевании и показателями прочности, обеспечивающими выдерживание ими давления не менее 300 бар.The columns can be sealed by injecting a sealing solution into the annulus of the columns. The casing of each well can be sealed to a depth of at least 36 m from its mouth, which reduces the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift during hydraulic treatment. In the most preferred embodiment of the method, the string of each well is sealed for the entire length of the string, which further reduces the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift during hydraulic treatment. The sealing slurry can be a cement slurry or various types of polyurethane resins having satisfactory fast setting characteristics, formation water reaction characteristics upon setting, and strength values to withstand a pressure of at least 300 bar.
После герметизации обсадных колонн на устья скважин может быть установлена устьевая арматура, обеспечивающая подачу жидкой среды в скважину, а к арматуре может быть подключено нагнетательное устройство.After sealing the casing strings, wellhead fittings can be installed at the wellheads to ensure the supply of liquid medium to the well, and an injection device can be connected to the fittings.
На этапе гидравлической обработки производят нагнетание в подготовленные скважины жидкой среды в режиме гидравлического разрыва. Нагнетание в скважину жидкой среды может обеспечиваться посредством одного или нескольких нагнетательных устройств, представленных насосами или насосными установками, которые могут быть соединены с устьевой арматурой трубопроводом или рукавами высокого давления. At the hydraulic treatment stage, a liquid medium is injected into the prepared wells in the hydraulic fracturing mode. Injection into the well of a liquid medium can be provided by one or more injection devices, represented by pumps or pumping units, which can be connected to the wellhead by a pipeline or high pressure hoses.
В качестве жидкой среды при осуществлении способа может быть использована вода, которая может быть окрашена нетоксичным органическим красителем.As a liquid medium in the implementation of the method, water can be used, which can be colored with a non-toxic organic dye.
Под нагнетанием в скважины жидкой среды в режиме гидравлического расчленения/разрыва подразумевается внедрение в пласт вышеупомянутой среды с темпом нагнетания, многократно превышающим естественную приемистость пласта, что приводит к образованию в угольном пласте системы трещин с определённым радиусом действия скважин. Внедрение жидкой среды в пласт осуществляется через нагнетательные участки, в качестве которых выступают открытые забои скважин, сформированные на этапах бурения и подготовки скважин. В процессе нагнетания жидкой среды в скважины в режиме гидравлического разрыва темп нагнетания может быть неизменным на протяжении всего процесса нагнетания или может быть увеличен за счет подсоединения более мощной нагнетательной техники или увеличения количества нагнетательных устройств.The injection of a liquid medium into the wells in the mode of hydraulic separation/fracturing means the introduction of the above-mentioned medium into the formation with an injection rate many times higher than the natural injectivity of the formation, which leads to the formation of a system of cracks in the coal seam with a certain radius of action of the wells. The introduction of a liquid medium into the formation is carried out through injection sections, which are open bottomholes of wells formed at the stages of drilling and well preparation. In the process of injecting fluid into wells in hydraulic fracturing mode, the injection rate may be constant throughout the injection process or may be increased by connecting more powerful injection equipment or increasing the number of injection devices.
В процессе гидравлической обработки осуществляют нагнетание в подготовленные скважины жидкой среды до реализации режима гидравлической сбойки. In the process of hydraulic treatment, a liquid medium is injected into the prepared wells until the hydraulic shutdown mode is implemented.
При гидравлической обработке угольных пластов значительная часть мощности затрачивается на деформацию пласта. При этом характерным частным случаем деформаций пласта является образование сбоек, как между трещинами, образовавшимися в радиусе действия скважин при их работе в режиме гидравлического разрыва, так и сбоек между скважиной и полостью выработки, что может сопровождаться выносом из них кусков угля или выходом нагнетаемой жидкой среды в выработку. Вышеописанные особенности характеризуют нагнетание жидкой среды в подготовленную скважину в режиме гидравлической сбойки. During the hydraulic processing of coal seams, a significant part of the power is spent on the deformation of the seam. At the same time, a characteristic particular case of formation deformations is the formation of disruptions, both between cracks formed within the range of wells during their operation in the hydraulic fracturing mode, and disruptions between the well and the mine cavity, which may be accompanied by the removal of pieces of coal from them or the release of the injected liquid medium. into production. The above features characterize the injection of a liquid medium into a prepared well in a hydraulic shutdown mode.
В процессе нагнетания жидкой среды в скважины в режиме гидравлической сбойки темп нагнетания может оставаться таким же, как и при режиме гидравлического разрыва. Длительность нагнетания в скважины жидкой среды в режиме гидравлической сбойки определяется расчётным объемом закачки и при анализе параметров и результатов процесса нагнетания.In the process of injecting a liquid medium into wells in the hydraulic disruption mode, the injection rate can remain the same as in the hydraulic fracturing mode. The duration of injection of a liquid medium into wells in the mode of hydraulic failure is determined by the estimated injection volume and when analyzing the parameters and results of the injection process.
Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».The invention can be made from known materials using known means, which indicates its compliance with the criterion of patentability "industrial applicability".
Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что способ гидравлического разрыва угольного пласта реализуют в соответствии с представленной технологией и ее особенностями, что позволяет создать нагнетательные участки такой длины и расположить их на таком удалении от полости штрека, при которых возможно внедрение через эти нагнетательные участки жидкой среды в пласт, как в режиме гидравлического расчленения и гидроразрыва, так и частном случае гидравлической обработки - режиме гидравлической сбойки, и оказание воздействия на пласт в течение длительного времени, при котором возможно создание в его массиве системы трещин, не задевая при этом приконтурную область пласта, что снижает риск образования трещин и сбоек между нагнетательными участками и полостью штрека, через которые возможен прорыв газожидкостной смеси. Расположение скважин на расстоянии 50-100 м друг от друга при этом исключает риск накладывания радиусов действия скважин друг на друга, что также препятствует образованию большого количества трещин в приконтурной области пласта, дополнительно усиливая вышеупомянутый эффект и снижая риск неравномерной гидравлической обработки угольного пласта в определённом контуре.The invention is characterized by a set of essential features previously unknown from the prior art, characterized in that the method of hydraulic fracturing of a coal seam is implemented in accordance with the presented technology and its features, which makes it possible to create injection sections of such a length and place them at such a distance from the drift cavity, at which it is possible the introduction of a liquid medium through these injection sections into the reservoir, both in the mode of hydraulic dissection and hydraulic fracturing, and in a particular case of hydraulic treatment - the mode of hydraulic disruption, and the impact on the reservoir for a long time, in which it is possible to create a system of cracks in its array, does not at the same time touching the near-contour area of the formation, which reduces the risk of cracks and failures between the injection sections and the drift cavity, through which a breakthrough of the gas-liquid mixture is possible. The location of the wells at a distance of 50-100 m from each other at the same time eliminates the risk of superimposing the radii of the wells on each other, which also prevents the formation of a large number of cracks in the near-contour area of the formation, further enhancing the above effect and reducing the risk of uneven hydraulic treatment of the coal seam in a certain contour .
Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки угольного пласта, тем самым повышается эффективность способа гидравлического разрыва угольного пласта.This ensures the achievement of the technical result, which consists in reducing the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift in the process of hydraulic treatment of the coal seam, thereby increasing the efficiency of the method of hydraulic fracturing of the coal seam.
Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».The invention has a set of essential features previously unknown from the prior art, which indicates its compliance with the criterion of patentability "novelty".
Из уровня техники не известен способ гидравлического разрыва угольного пласта, при осуществлении которого особенности расположения осей скважин при их бурении, а также особенности подготовки скважин к гидравлической обработке, обеспечивали бы не только снижение риска преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки угольного пласта, но и обеспечивали бы возможность использования данного способа при воздействии на разгруженный пласт, подвергнутый предварительному гидравлическому расчленению и имеющий за счет этого увеличенную гидропроводность, что позволяет беспрепятственно и с наибольшей эффективностью использовать такой способ в составе комплексной технологии дегазационной подготовки угольных пластов, когда перед подземным гидравлическим разрывом осуществляют гидравлическое расчленение с поверхности.From the prior art, there is no known method of hydraulic fracturing of a coal seam, in the implementation of which the peculiarities of the location of the axes of the wells during their drilling, as well as the peculiarities of preparing wells for hydraulic treatment, would not only reduce the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift in the process of hydraulic treatment of the coal seam, but would also provide the possibility of using this method when acting on an unloaded seam subjected to preliminary hydraulic dissection and having increased hydraulic conductivity due to this, which makes it possible to use this method without hindrance and with the greatest efficiency as part of a complex technology for degassing preparation of coal seams, when before underground hydraulic fracturing carry out hydraulic dissection from the surface.
Ввиду этого изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».In view of this, the invention meets the criterion of patentability "inventive step".
Изобретение поясняется следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.
Фиг. 1 - Алгоритм способа гидравлического расчленения угольного пласта.Fig. 1 - Algorithm of the method of hydraulic separation of the coal seam.
Фиг. 2 - Схема расположения скважин, пробуренных из штрека оконтуривающего разрабатываемый участок угольного пласта.Fig. 2 - Scheme of the location of wells drilled from the roadway outlining the developed section of the coal seam.
Фиг. 3 - Типовой график изменения давления жидкой среды в процессе ее нагнетания в угольный пласт.Fig. 3 - A typical graph of the change in the pressure of the liquid medium in the process of its injection into the coal seam.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант его осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.In order to illustrate the possibility of implementation and a better understanding of the essence of the invention, an embodiment of its implementation is presented below, which can be modified or supplemented in any way, while the present invention is by no means limited to the presented embodiment.
Для реализации способа гидравлического разрыва угольного пласта используют установку для подземного бурения, обсадные трубы, выполненные из металла или из полимерного материала, нагнетательные устройства, устьевую арматуру, обеспечивающую подачу жидкой среды в скважину, и установленные на ней датчики давления жидкой среды. Для герметизации затрубного пространства колонны каждой скважины используют герметизирующий раствор и/или полиуретановые смеси. В качестве жидкой среды используют воду, окрашенную нетоксичным органическим красителем.To implement the method of hydraulic fracturing of a coal seam, an underground drilling rig, casing pipes made of metal or polymer material, injection devices, wellhead fittings that provide liquid medium supply to the well, and liquid medium pressure sensors installed on it are used. To seal the annulus of the string of each well, a sealing solution and/or polyurethane mixtures are used. Water dyed with a non-toxic organic dye is used as a liquid medium.
Способ гидравлического разрыва угольного пласта реализуют рядом основных этапов, включающих: этап 200 бурения скважин, этап 300 подготовки скважин к гидравлической обработке и этап 400 гидравлической обработки пласта.The method of hydraulic fracturing of a coal seam is implemented by a number of main steps, including: a drilling step 200, a well preparation step 300 for hydraulic treatment, and a hydraulic treatment step 400.
На этапе 200 из штреков, оконтуривающих разрабатываемый участок пласта, осуществляют разметку положения осей скважин на торце разрабатываемого участка пласта, при этом оси скважин располагают на расстоянии S, составляющем 50-100 м друг от друга, после чего при помощи установок для подземного бурения осуществляют бурение в размеченных местах горизонтальных, параллельных друг другу скважин на глубину L скв , составляющую 66-110 м.At step 200, from the drifts that outline the developed section of the reservoir, the position of the axes of the wells is marked at the end of the developed section of the reservoir, while the axes of the wells are located at a distanceS, constituting 50-100 m from each other, after which, using installations for underground drilling, drilling is carried out in marked places of horizontal wells parallel to each other to a depthL well , which is 66-110 m.
Этап 300 реализуют следующим образом:Step 300 is implemented as follows:
На этапе 310 формируют обсадные колонны скважин путем размещения в них обсадных труб длиной L к , составляющей не менее 36 м, при этом длину обсадных труб выбирают таким образом, чтобы длина открытого забоя скважин составляла 30-70 м.At step 310, well casing strings are formed by placing casing pipes with a length L k of at least 36 m in them, while the length of the casing pipes is chosen so that the length of the open bottom of the wells is 30-70 m.
На этапе 320 осуществляют герметизацию обсадных колонн путем нагнетания в затрубное пространство каждой колонны герметизирующего раствора на глубину L г , которая составляет не менее 36 м или равна длине обсадных труб, что является наиболее предпочтительным, после чего ожидают затвердевания раствора, устанавливают на устье каждой скважины устьевую арматуру и подключают к ней нагнетательные устройства.At step 320, the casing strings are sealed by injecting a sealing solution into the annulus of each column to a depth L g , which is at least 36 m or equal to the length of the casing pipes, which is the most preferable, after which the solution is expected to solidify, a wellhead is installed at the mouth of each well. fittings and connect injection devices to it.
Этап 400 гидравлической обработки угольного пласта осуществляют в следующей последовательности:Step 400 hydraulic treatment of the coal seam is carried out in the following sequence:
На этапе 410 осуществляют гидравлическую обработку пласта в режиме гидравлического разрыва путем нагнетания в подготовленные скважины жидкой среды. Жидкая среда в процессе нагнетания входит в пласт через полости открытых забоев скважин, выступающих в качестве нагнетательных участков.At step 410, the formation is hydraulically treated in the hydraulic fracturing mode by injecting a liquid medium into the prepared wells. The liquid medium in the process of injection enters the formation through the cavities of the open bottomholes of the wells, which act as injection sections.
На этапе 420 осуществляют гидравлическую обработку пласта в режиме гидравлического разрыва до реализации гидравлической сбойки для чего продолжают нагнетать жидкую среду в скважины в том же темпе, что и на этапе 410, в результате чего образуются сбойки, связывающие между собой трещины, образовавшиеся на этапе 410, а также сбойки между нагнетательными участками и внутренним пространством штрека, из которых происходит выход газожидкостной смеси и по достижении которого нагнетание жидкой среды в скважины прекращают и на этом выполнение способа завершают.At step 420, the formation is hydraulically treated in the hydraulic fracturing mode until the hydraulic break occurs, for which the liquid medium is continued to be injected into the wells at the same rate as at step 410, as a result of which breaks are formed that connect the cracks formed at step 410, as well as failures between the injection sections and the inner space of the drift, from which the gas-liquid mixture exits and upon reaching which the injection of the liquid medium into the wells is stopped and the method is completed.
По завершении выполнения способа осуществляют временное перекрытие скважин до момента подключения скважин к газопроводу под вакуум для изолированного отвода газожидкостной смеси.Upon completion of the method, the wells are temporarily blocked until the wells are connected to the gas pipeline under vacuum for isolated removal of the gas-liquid mixture.
Для подтверждения достижения изобретением технического результата ниже приведен пример осуществления способа гидравлического разрыва угольного пласта из подземных выработок, которому предшествовало проведенное на данном разрабатываемом участке гидравлическое расчленение угольного пласта с поверхности.To confirm the achievement of the technical result by the invention, below is an example of the implementation of the method of hydraulic fracturing of a coal seam from underground workings, which was preceded by a hydraulic dissection of the coal seam from the surface carried out in this developed area.
Для этого производили указание места заложения проекций скважин в подготовительной выработке разрабатываемой лавы, оси скважин расположили на расстоянии S=70 м друг от друга, после чего было пробурено 4 горизонтальных, параллельных друг другу, скважины A, Б, В и Г глубиной L скв = 106 м каждая. Далее осуществляли подготовку скважин путем размещения в них обсадных труб длиной L к =36 м и герметизации затрубного пространства на всю длину обсадных колонн, путем нагнетания в него герметизирующего раствора, затвердевание которого осуществлялось в течение 40 минут. После затвердевания раствора и принятия им необходимых физических свойств по прочностным характеристикам производили установку устьевой арматуры на устья скважин и подключение к ней нагнетательных устройств.To do this, they indicated the location of the projections of the wells in the preparatory development of the developed longwall, the axes of the wells were located at a distance S = 70 m from each other, after which 4 horizontal, parallel to each other, wells A, B, C and D with a depth of L well = 106 m each. Next, the wells were prepared by placing casing pipes with a length of L k =36 m in them and sealing the annular space for the entire length of the casing strings by injecting a sealing solution into it, the hardening of which was carried out for 40 minutes. After the solution had hardened and acquired the necessary physical properties in terms of strength characteristics, wellhead fittings were installed at the wellheads and injection devices were connected to it.
По завершении подготовки скважин осуществляли гидравлическую обработку пласта сначала в режиме гидравлического разрыва, при котором в скважины одновременно нагнетали жидкую среду при темпе нагнетания, составляющем 10 л/с. Жидкая среда входила в пласт через нагнетательные участки, длина которых составляла 70 м. Нагнетание сопровождалось образованием трещин в радиусе действия скважин при их глубине порядка 500 м, о чем свидетельствовал характерный звук распространения трещин в массиве, а максимальное давление гидроразрыва на различных участках достигало P max = 160-260 бар, при объеме нагнетания жидкой среды, составляющем 5-40 м3. Далее осуществляли гидравлическую обработку пласта в режиме гидравлической сбойки для чего продолжали нагнетание жидкой среды в скважины с неизменным темпом нагнетания, что сопровождалось образованием трещин и сбоек, связывающих между собой трещины, образовавшиеся в радиусе действия скважин A-Б, Б-В и В-Г, о чем свидетельствовало изменение давления нагнетания (типовой график изменения давления жидкой среды в процессе ее нагнетания в угольный пласт приведен на Фиг. 3) и просачивание некоторого количества воды в полость штрека. Дальнейшее нагнетание жидкой среды в скважину сопровождалось образованием трещин и сбоек между нагнетательными участками и внутренним пространством штрека вблизи устьев скважин А, Б и В, в результате чего, на 56 минуте нагнетания наблюдался стук, удары в массиве, осыпание кусочков угля с бортов и кровли выработки, характерный звук распространения трещин и интенсивный выход из этих трещин жидкости и шлама, а также метановыделение, после чего прекращали нагнетание в скважины жидкой среды и подключали скважины к газопроводу под вакуум для изолированного отвода газожидкостной смеси.Upon completion of the well preparation, the formation was hydraulically treated first in the hydraulic fracturing mode, in which a liquid medium was simultaneously injected into the wells at an injection rate of 10 l/s. The liquid medium entered the reservoir through the injection sections, the length of which was 70 m. The injection was accompanied by the formation of cracks in the radius of action of the wells at a depth of about 500 m, as evidenced by the characteristic sound of crack propagation in the massif, and the maximum hydraulic fracture pressure in various sections reached P max = 160-260 bar, with a liquid medium injection volume of 5-40 m 3 . Next, the formation was hydraulically treated in the hydraulic break mode, for which the injection of the liquid medium into the wells was continued at a constant injection rate, which was accompanied by the formation of cracks and breaks, connecting the cracks formed within the radius of action of wells A-B, B-C and C-D , as evidenced by a change in the injection pressure (a typical graph of the change in the pressure of the liquid medium during its injection into the coal seam is shown in Fig. 3) and the seepage of a certain amount of water into the drift cavity. Further injection of the liquid medium into the well was accompanied by the formation of cracks and failures between the injection sections and the inner space of the drift near the mouths of wells A, B and C, as a result of which, at the 56th minute of injection, knocking, impacts in the massif, shedding of pieces of coal from the sides and roof of the working were observed , the characteristic sound of crack propagation and the intense exit of liquid and sludge from these cracks, as well as methane release, after which the injection of a liquid medium into the wells was stopped and the wells were connected to the gas pipeline under vacuum for isolated removal of the gas-liquid mixture.
Расположение осей скважин на расстоянии 70 м друг от друга позволило снизить риск неравномерной гидравлической обработки угольного пласта, создать систему связанных между собой трещин и повысить проницаемость пласта в результате соединения сбойками тех трещин, которые образовались в радиусе действия каждой из скважин при нагнетании в них жидкой среды в режиме гидравлического разрыва. При этом формирование обсадных колонн скважин на глубину 36 м, при глубине скважин 106 м, позволило сформировать нагнетательные участки длиной 40 м, и расположить их на удалении от устьев и от полости штрека, благодаря чему обеспечивалась возможность проведения длительной гидравлической обработки в режиме гидравлического разрыва, для образования системы трещин в глубине массива, до того как произойдет образование гидравлических сбоек между нагнетательными участками и полостью штрека и прорыв газожидкостной смеси через эти трещины. Также за счет образования нагнетательного участка такой длины, обеспечивалась возможность внедрения в пласт жидкой среды с интенсивностью, превосходящей естественную приемистость пласта, исключая тем самым фильтрацию им жидкой среды.The location of the axes of the wells at a distance of 70 m from each other made it possible to reduce the risk of uneven hydraulic treatment of the coal seam, create a system of interconnected cracks and increase the permeability of the formation as a result of connecting the cracks that formed within the radius of action of each of the wells when a liquid medium was injected into them. in hydraulic fracturing. At the same time, the formation of well casing strings to a depth of 36 m, with a well depth of 106 m, made it possible to form injection sections 40 m long and locate them at a distance from the mouths and from the drift cavity, which made it possible to carry out long-term hydraulic treatment in the hydraulic fracturing mode, for the formation of a system of cracks in the depth of the array, before the formation of hydraulic failures between the injection sections and the cavity of the drift and the breakthrough of the gas-liquid mixture through these cracks. Also, due to the formation of an injection section of such a length, it was possible to introduce a liquid medium into the formation with an intensity exceeding the natural injectivity of the formation, thereby excluding the filtration of the liquid medium by it.
Таким образом обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска преждевременного прорыва газожидкостной смеси в штрек в процессе гидравлической обработки угольного пласта, тем самым повышается эффективность способа гидравлического разрыва угольного пласта.This ensures the achievement of the technical result, which consists in reducing the risk of premature breakthrough of the gas-liquid mixture into the drift in the process of hydraulic treatment of the coal seam, thereby increasing the efficiency of the method of hydraulic fracturing of the coal seam.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2802245C1 true RU2802245C1 (en) | 2023-08-23 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU941587A1 (en) * | 1980-12-26 | 1982-07-07 | Ленинградский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им. Г.В.Плеханова | Method of underground gasification of coal |
| RU2209968C2 (en) * | 2001-09-06 | 2003-08-10 | ОАО "Промгаз" | Method of hydraulic fracturing of coal seam |
| CA2579245A1 (en) * | 2006-02-22 | 2007-08-22 | Schlumberger Canada Limited | Method of intensification of natural gas production from coal beds |
| RU2659298C1 (en) * | 2017-09-22 | 2018-06-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of preparation of gas curved coating plate for processing |
| EA030263B1 (en) * | 2011-06-24 | 2018-07-31 | Иан Грэй | Mining method for gassy and low permeability coal seams |
| RU2703021C1 (en) * | 2018-10-03 | 2019-10-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) | Method of hydraulic fracturing of coal bed |
| RU2730689C1 (en) * | 2019-12-09 | 2020-08-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук | Method of hydraulic fracturing of coal bed |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU941587A1 (en) * | 1980-12-26 | 1982-07-07 | Ленинградский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им. Г.В.Плеханова | Method of underground gasification of coal |
| RU2209968C2 (en) * | 2001-09-06 | 2003-08-10 | ОАО "Промгаз" | Method of hydraulic fracturing of coal seam |
| CA2579245A1 (en) * | 2006-02-22 | 2007-08-22 | Schlumberger Canada Limited | Method of intensification of natural gas production from coal beds |
| EA030263B1 (en) * | 2011-06-24 | 2018-07-31 | Иан Грэй | Mining method for gassy and low permeability coal seams |
| RU2659298C1 (en) * | 2017-09-22 | 2018-06-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of preparation of gas curved coating plate for processing |
| RU2703021C1 (en) * | 2018-10-03 | 2019-10-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) | Method of hydraulic fracturing of coal bed |
| RU2730689C1 (en) * | 2019-12-09 | 2020-08-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук | Method of hydraulic fracturing of coal bed |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СЛАСТУНОВ С.В. и др., Гидрорасчленение угольных пластов для их эффективной дегазационной подготовки через подземные скважины, Горный информационно-аналитический бюллетень, 2020, N6-1, стр.15-25. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110939442B (en) | Method for treating rock burst by pressure relief source in ground fracturing area | |
| CN108643877B (en) | Coal mine underground coal seam long drilling staged fracturing permeability-increasing and gas extraction method | |
| CA2263243C (en) | Hydraulic fracturing of ore bodies | |
| RU2704997C1 (en) | Method and device for control of coal bed upper part collapse area due to application of technology of pulsed hydraulic fracturing of a formation | |
| CN106761852B (en) | The underwater coal petrography deep hole pressure-bearing microexplosion grouting water blocking method of wide area | |
| RU2373398C1 (en) | Method of degasification and softening of rocks | |
| CN111520184A (en) | Comprehensive control system and method for coal mine rock burst and harmful gas | |
| CN103195467A (en) | Hydraulic fracturing and grouting solidification combined rock cross-cut coal uncovering method | |
| CN105804786B (en) | A kind of weak seam bottom plate layer-through drilling pressure rushes anti-reflection method | |
| RU2419723C1 (en) | Degasation method of developed coal beds | |
| CN102383728A (en) | Coal mine rockburst defect segmentation and control method | |
| CN108386193A (en) | A kind of hard integrality top plate chemically expansible pressure break pressure relief method in end | |
| CN114961682A (en) | Hydraulic fracturing device and fracturing construction method thereof | |
| RU2065973C1 (en) | Method for degassing accompanying seams | |
| CN113389548B (en) | Method for coal mine stope face to rapidly pass through coal-free area | |
| RU2802245C1 (en) | Hydraulic fracturing method | |
| AU720498B2 (en) | Hydraulic fracturing of ore bodies | |
| RU2059810C1 (en) | Method for mining of steeply dipping mineral deposits | |
| RU2730689C1 (en) | Method of hydraulic fracturing of coal bed | |
| CN212318072U (en) | Colliery rock burst and harmful gas comprehensive control system | |
| RU2136890C1 (en) | Method for degassing of coal seams | |
| RU2059813C1 (en) | Method for mining steeply dipping ore bodies | |
| RU2378493C1 (en) | Depreservation method of oil and gas well with non-tight production casing when permafrost formations are available in section | |
| RU2376475C1 (en) | Method of gas extraction from coal-bearing strata | |
| Ning | Research on Pressure Relief and Anti-impact Technology for Segmental Hydraulic Fracturing in Directional Long Borehole in Roof |