SU1511435A1 - Способ дегазации угольного пласта - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к угольной промышленности и может быть использовано дл  повышени  безопасности горных работ. Цель - повышение эффективности дегазации. Способ включает бурение скважин, нагнетание жидкости в угольный пласт в режиме гидрорасчленени , определение величин максимального и установившегос  давлени  гидрорасчленени  пласта, выдержку жидкости в пласте и оттеснение ее из фильтрующих пор и трещин путем нагнетани  в пласт воздуха или инертного газа. Темп нагнетани  воздуха или газа должен обеспечивать поддержание давлени  нагнетани  не больше максимального и не меньше установившегос  значени  давлени  гидрорасчленени  пласта. Объем нагнетаемого газа определ етс  из математического выражени , учитывающего мощность пласта, радиус гидрорасчленени , фильтрующую проницаемость пласта, давление гидрорасчленени  и неравномерность обработки пласта. После пневмооттеснени  жидкости скважина работает в режиме извлечени  газа из пласта. Способ позвол ет повысить фазовую проницаемость пласта.

Description

Изобретение относитс  к горной, преимущественно угольной промышленности , и может быть использовано дл  борьбы со взрывоопасным газом в угольных шахтах.

Цель изобретени  - повьшение эффективности дегазации.

Способ дегазации угольного пласта осуществл ют следующим образом.

Бур т скважину с дневной поверхности и вскрьшают ею угольный пласт, после чего производ т его гидрорас- чденение путем нагнетани  рабочей жидкости, например воды, что приводит к раскрытию, расширению и объединению в единую гидравлическую систему , ориентированную к скважине, естественных трещин пласта. В процессе гидрорасчленени  фиксируют значение максимального давлени  гидрорасчленени  пласта и его установившеес  значение Рут Воду в пласте выдерживают дл  завершени  процесса замещени  метана водой в сорбцион- ном объеме, после чего вода оттесн етс  из раскрытых трещин и пор путем нагнетани  в пласт воздуха или инертного газа под давлением, большим или

1

DO

:д

равным установившемус  давлению в гфоцессе гидрорасчлененн  пласта Р, но не превышающим максршального давлени  гидрорасчленени  Р,, зафиксированного в процессе гидрорасчленени  пласта. Количество нагнетаемого воздуха обеспечивает весь фильтрующий объем угольного пласта в зоне гидрорасчленени  с учетом ее неравномерности и резерва на возможность частичного возвращени  оттесненной воды и определ етс  по зависимости

рабочей жидкости в процессе гидро- расчлене1ш  нласта и зависит от целого р да горно-геологических и

горно-механических факторов таких, Hanpittjep, как естественна  трещино- ватость пласта, пластовое давление, мощность пласта, в зкость рабочей жидкости и р да других. Дл  реапизации режима пневморасчленени  рабочей , лсидкости воды давлени  нагнетаемого в-оздуха в пласте не должно

превышать величины Р,

грп. макс

иначе

0 7кг,Н.т |5:-К,К2,:мЗ,

(1)

да P,.,iPg Р - значение давлени  гидрорасчленени  пласта, МПа; Р - барометрическое давление, МПа; R - радиус гидрора

членени , м; Н - мощность пласта , м; m - фильтрующа 

пористость . пласта по воз- - духу;

К 1,2-1,8 коэффициент неравномерности зоны об- работки;

Kj, 1,4-2,0 коэффициент , з читьшакщий скорость движени  рабочей жидкости в .пласте за счет физико-химических сил взаимодействи  в системе уголь - жидкость - газ. После чего воздух выдерживают в. пласте в течение интервала времени {равного времени снижени  давлени  - в скважине до величины, превышающей в 1,1-1,2 раза величину пластового давлени , скв-ажину открьшают и откачивают газ из толщи.

Закачка воздуха в пласт с темпом, обеспечивающим его нагнетание в плас под давлением Р, наход щимс  в интервале (1), о бусловле но.нео бходи- мостью обеспечени  режима пневмоот- теснени  рабочей жидкости из фильтрующих пор и трещин. Известно, что процесс гидрорасчленени  угольного пласта характеризуют такие показа- -тели, как Р.р „„ и . ст Первый показатель отралсает фактическое максимальное давление нагнетани 

нагнетание может привести к пневморасчленению дополнительных систем или разрьюу пласта, что  вл  сь само по себе положительным эффектом, не  вл етс  целью предлагаемого способа дёгазагдии угольного пласта.

Величина РГОП, цст характеризует установившеес  давление рабочей жидкости в процессе гидрорасчленени  угольного пласта. В течение всего периода закачки значительных объемов

воды эта величина находитс  зительно. на одном уровне и отражает соотношение сил, обеспечивающих ра-. диальное течение воды по пористо- трещиноватому пласту, от скважины

к периферии, таких как сил воздействи  вод ных агрегатов, веса вод - ного столба в сква сине, сил сопротивлени  движению воды, пластового дав- лени  и других.

,

При давлении нагнетани  воздуха превышение Р ь, р позвол ет обеспечить то же самое или несколько более.благопри тное соотношение сил,

приложенных к рабочей жидкости, наход щейс  в пласте, чтобы обеспечить дальнейшее радиальное течение воды от сквалсины к периферии, зонт обработки под действием нагнетаемого

воздуха, что приведет к замещению,, в фильтрзтощем объеме пласта во-ды на ВОЗД371С и повысит фазовую, проница- емость пласта дл  метана, так как- после стравл1шани  давлени  воздуха

путем открыти  скважины раскрытые в процессе гидрорасчленени  пласта каналы будут сл ужить дл  выхода метана из пласта на поверхность. Дл  того, чтобы освободить от

рабочей жидкости всю зону гидрорасчленени , общий объем нагнетаемого воздзгха должен определ тьс  по зависимости (I), физический смысл которой заключаетс  в том, что условием

515

повьппени  фазовой прон1щаемости пласта дл  метана по всей зоне гидрорасчленени   вл етс  заполнение всего фильтрующего объема зоны обработки воздухом с учетом неравномерности зоны обработки гидрорасчленени  (коэффициент К) и некоторого запаса в виде увеличени  зоны оттеснени  с учетом того, что после стравливани  воздуха из пласта часть воды будет стремитьс  за счет сил самодвижени  и под действием разности пластовых давлений различных зон .пласта вернутьс  в зону, из которой она была оттеснена (козффициент К,;.). Численные значени  коэффициентов К и К приведены на основе опыта работ по заблаговременной дегазации угольных пластов более, чем на 10 шахтных пол х Донецкого и Карагандинского бассейнов.

Воздух выдерживаетс  в пласте в течение интервала времени, равного времени снижени  давлени  в скважине до величины, превышающей в 1,1-1,2 раза величину пластового давлени . Это необходимо дл  реализахщи энергии закаченного воздуха на пневмоот- теснение воды. Кроме того, это необходимо дл  того, чтобы снизить до минимума скорость стравливани  воздуха из пласта, котора  сильно вли ет на скорость возврата оттесненной воды к скважине (эжекторный эффект). Коэффициент 1,1-1,2 снижает врем  вьщержки до разумных пределов в случае полного отсутстви  утечек воздуха .

При пневмооттеснении нагретый воздух заполн ет раскрытый при гидрорасчленении фильтрующий объем, однако в различных горно-геологических и горно-технических услови х этот объе отличаетс  от теоретического, так ка зависит от природной системы естественной трещиноватоети угольного пласта и в направлении основных систем трещин зона трещиноватости превьшает расчетную по опыту работ в области гидрорасчленени  в 1,2-1,8 раз, что и учитываетс  коэффициентом К|,

. Коэффициент К, учитывает скорость движени  рабочей жидкости в пласте за счет физико-химических сил вза- . имодействи  в системе уголь-- жидкость - газ, т.е. эмпирически учитывает увеличение расчетной зоны гид

6

рорасчленени  за счет сил самодвижени . Эти даннЬте подтверждены много- численньми экспериментальньпчи иссле- довани ми, однако достоверньп теоретический расчет вьтолнить не представл етс  возможным вследствие анизотропии и неоднородности свойств угленосного массива.

В зависимости от приемистости обрабатываемой зоны и времени, вьоделен- ного дл  его дегазации, вьщержку воздуха в пласте снижают до величины 1,1-1,2 от пластового Р,, , хот  в идеальном случае его нужно было бы вьщерживать до тех пор, пока давление не упадет до величины пластового. В реальных услови х первоначальное давление после воздействи  в пласте составл ет (7-8) и оно снижаетс  до величины (1,1-1,2) в течение 1-2 мес., а далее до величины Pf, В течение 2-6 мес., поскольку така  вьщержка газа в скважине не  вл етс  целесообразной, так как метан начинает рассредотачиватьс  в массиве. Диапазон коэффициента 1,1- 1,2  вл етс  эмпирическим и обуслов- лен обобщением накопленного опыта работ по нагнетанию воздуха в пласты через скважины с поверхности.

Пример. После завершени  работ по оборудованию скважины гидрорасчленени , ее перфорации и вскрыти  угольного пласта провод т его гидрорасчленение. Давление нагнетани  рабочей жидкости в пласт, объем и темп закачки определ ют по общеприн той методике. При глубине за-

легаций пласта К.,, его мощности 8 м.

эффективной пористости 3,5%, радиус предполагаемой зоны воздействи  175 м, давление нагнетани  жидкости составл ют соответственно 13 и 11 МПа, темп нагнетани  70-90 л/с, а объем нагнетани  3000 м. Нагнетание жидкости производ т насосными агрегатами 4АН-700.

После нагнетани  расчетного объема рабочей жидкости скважину закрывают на 2-4 мес. дл  равномерного увлажнени  угольного пласта и замещени  метана водой в сорбцирнном объеме , после чего к скважине подключаетс  4 компрессора КПУ-16/250, которые закачивают воздух в пласт с общим темпом 64 м /мин, обеспечивающим его нагнетание в пласт под давлением Pg

5

0

1

12 Ша. По опыту ведени  горных работ в зоне соседних, скважин пщро- расчленени  коэффищюнт К, неравномерности отработки зоны и гидрорасчленени  составл ет 1,4, а коэффициент K,j - 1,75.

Общий объем закачиваемого воздуха составл ет

Q6 3,14-1,752-8-0,035.12.1,4-1,75 800000

После закачки расчетного объема воздуха скважину закрывают и фиксируют изменение давлени  по манометру установленному на скважине. После того, как в течение 14 сут давление упало с 12 до 1,7 Ша и практически стабилизировалось на этой величине, скважину открыли, после чего в течение 16 мес. вели извлечение газа из пласта в режиме самоистечени , а в последующем при падении дебита газа скважину подключили к вакуумной насосной станции и извлекали газ до подработки скважины горными работами.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключаетс  в повьшении эффективности дегазации угольного пласта за счет повьппенн  фазовой проницаемости уголного пласта дл  метана и за счет осуществлени  пневморттеснени  рабочей жидкости из фильтрующих трещин и пор путем нагнетани  воздуха с расчетными давлением и объемом. На соседних, сравниваемых скважинах осуществл лось пневмовоздействие путем нагнетани  в пласт воздуха одним компрерсо- ром;КПУ-16/250 с темпом 16 м /мин, давлением 9,5 Ша и общим объемом 360000 м . Эффективность дегазации быйа достигнута существенно ниже, что св зано с тем, что не был реализован режим пневмооттеснени  (воздух не оттесн л воду, а проникал в более мелкие каналы пласта) и общий объем был недостаточен дл  обработки всей зоны гидрорасчленени .

58

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ дегазации угольного плас- та, включающий бурение скважин, нагнетание рабочей жидкости в режиме гидрорасчленени , выдержку ее в пласте, оттеснение ее из фильтрующих пор и трещин путем закачки воздуха

   и извлечение газа из толщи, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности дегазации, в процессе гидрорасчленени  определ ют величину максимального давлени  гидрорасчленени  пласта и величину установившегос  давлени  в процессе гидрорасчленени , при этом воздух закачивают под давлением, большим или равным величине установив4аегос 

   давлени  в процессе гидрорасчленени , но не превьппагацим величину максимального давлени  гидрорасчленени  пласта , а объем закачиваемого воздуха (Q-) определ ют из математического

   В

   выражени 

   i -R Hin | K,K,

   4

   м

   где R, - радиус гидрорасчленени , м; Н - мощность пласта, м; п - фильтрук ца  пористость пласта по воздуху,

   Pg - давление нагнетани  воздуха; баро ш:а;

   Р - барометрическое давление.

   л. К,

   1,2-1,8 - коэффициент неравномерности зоны обработки;

   К, 1,4-2,0 - коэффициент, учитьша- ющий скорость движени  рабочей жидкости в пласте,

   причем воздух выдерживают в пласте в течение времени, равного времени снижени  давлени  в скважине до величины , превышающей в 1,1-1,2 раза величину пластового давлени .