SU1555518A1 - Способ дегазации угольного пласта - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано при разработке выбросоопасных пластов. Цель - повышение эффективности дегазации и снижение энергоемкости воздействи  на пласт за счет оптимизации параметров управл емого разрушени . В угольный пласт бур т дегазационные скважины, герметизируют их и закачивают жидкость под давлением. Давление жидкости должно быть не меньше предела прочности угл  на отрыв. Предел прочности определ ют на пробах угл , вз тых предварительно из пласта. Давление жидкости в скважине периодически повышают не менее чем в два раза. Определ ют экспериментально или аналитически толщину сло  угл , разрушаемого за один период повышени  давлени . Рассчитывают размер зоны предельно-напр женного состо ни  (ПНС) угл  вокруг скважины. Определ ют количество периодов воздействи  на пласт. В момент разрушени  зоны ПНС угл  сбрасывают давление жидкости и выпускают из скважины жидкость и уголь. Затем извлекают газ из скважины в течение времени формировани  новой зоны ПНС угл . На практике это врем  превышает 6 ч. Применение способа создает глубокую дегазацию пласта с одновременной его разгрузкой. Извлекаемый газ характеризуетс  высоким содержанием метана. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Description

1

|(21) 4378556/23-03 (22) 04.01.88 (46) 07.04.90. Бюл. № 13 (75) А.И.Бобров, К.К.Софийский, Л.А.Вайнштейн, В.С.Маевский и В.В.Репецкий (53) 622.817(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 635249, кл. Е 21 F 5/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1102986, кл. Е 21 F 7/00, 1983

(54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА

(57) Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано при разработке выбросоопасных пластов. Цель - повышение эффективности дегазации и снижение энергоемкости воздействи  на пласт за счет оптимизации параметров управл емого разрушени . В угольный пласт бур т дегазационные скважины, герметизируют их и заканчивают жидкость под давлением. Давление жидкости должно быть не

Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано при дегазации выбросоопасных пластов.

Цель изобретени  - повышение эффективности дегазации и снижение энергоемкости воздействи  на пласт за счет оптимизации параметров управл емого разрушени .

На фиг. 1 приведена технологическа  схема размещени  оборудовани  скважины, а также сформировавшиес 

ому и . газаеах ием.

авсменьше предела прочности угл  на Отроге ,, Предел прочности определ ют на пробах угл , вз тых предварительно из пласта. Давление жидкости в скважине периодически повышают не менее чем в два раза. Определ ют экспериментально или аналитически толщину сло  угл , разрушаемого за один период повышени  давлени . Рассчитывают размер зоны предельно напр женного состо ни  (ПНС угл  вокруг скважины . Определ ют количество периодов воздействи  на пласт. В момент разрушени  зоны ПНС угл  сбрасывают давление жидкости и выпускают из скважины жидкость и уголь. Затем извлекают газ из скважины в течение времени формировани  новой зоны ПНС угл . На практике это врем  превышает 6,ч. Применение способа создает глубокую дегазацию пласта с одновременной его разгрузкой. Извлекаемый газ характеризуетс  высоким содержанием метана. 1 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

после обработки пласта зоны различной напр женности; на фиг. 2 и 3 - схемы иллюстрирующие предлагаемый способ.

На технологической схеме прин ты следующие обозначени : скважина 1; обсадна  труба 2; герметизирующий раствор 3, насос 4 высокого давлени ; гидравлическа  заглушка 5; привод 6 дл  сброса давлени ; dj,p- диаметр зоны разгрузки; - диаметр

с

(Л

СП

ел ел ел

00

зоны предельно напр женного состо - ни ; dCK - диаметр скважины; d по„ - диаметр полости.

Способ осуществл ют следующим об- разом.

Из выработки, в которой размещены насос 4 высокого давлени , гидравлическа  заглушка 5, привод 6 дл  сброса давлени  на угольный пласт бур т скважину 1. В скважину вставл ют обсадную трубу 2 и герметизируют ее скрепл ющим раствором 3. К обсадной трубе подключают насос высокого давлени , гидравлическую заглушку с приводом дл  ее управлени  путем сброса давлени  в скважине. Затем насосом создают давление жидкости в скважине не меньше прочности угл  на отрыв, определ емого путем разрушени  при разгрузке. Давление в скважине повышают до уровн , превышающего двухкратный первоначальный, ,и резко сбрасывают. Учитыва  толщи- |ну разрушенного угл  за один цикл повышение - сброс и размеры зоны предельно напр женного состо ни  вокруг скважины, устанавливают момент ее разрушени , после которого открывают заглушку, и давление в скважине ;сбрасывают до атмосферного с одновременным выпуском разрушенного угл  в выработку. После чего производ т отбор газа в течение времени формиро- вани  зоны предельно напр женного состо ни  массива вокруг скважины, что на практике составл ет врем  более 6ч.

Способ базируетс  на следующих физических предпосылках.

В призабойной части пласта формируетс  зона вли ни  выработки, в которой можно выделить зону разгрузки dj -(зона отжима); зону предельно, напр женного состо ни  d.np ; област упругого состо ни . При разрушении призабойной части пласта указанные зоны перемещаютс  в глубину массива, формиру  новую зону вли ни  выработки , с последующей дегазацией. Разрушение угл  можно осуществл ть путем разгрузки напр женного массива. Уровень напр женного состо ни , определ ющий разрушение угл  при разгрузке устанавливаетс  по методу и на установке ИГД им. А.А.Скочинского. При этом образец нагружаетс  давлением, после этого разрушаетс  хрупка  мем- брана, и одна поверхность образца

Q

.

, 0 5

5

разгружаетс , что при определенном уровне давлени  сопровождаетс  разрушением образца на определенную глубину .

Таким образом, если в скважине создать давление, которое измен етс  в пределах, достаточных дл  поддержани  разрушени  при каждом цикле нагрузки-разгрузки , то таким образом можно осуществл ть разрушение угольного пласта в окрестности скважины. Дл  предотвращени  перехода пласта в лавинообразное разрушение в скважине необходимо поддерживать фоновое давление не меньшее, чем уровень, определ ющий разрушение при разгрузке . Обеспечива  таким образом управление процессом разрушени  пласта вокруг скважины 1 при минимальных значени х энергоемкости воздействи , выбирают оптимальный режим дегазации угольного пласта.

Предварительно из пласта отбирают пробы угл , которые помещают в установку дл  определени  прочности на отрыв методом разгрузки. Создают гидростатическое объемно-напр женное состо ние на образец. Затем путем разрушени  хрупкой мембраны разгружаетс  одна поверхность образца и, таким образом, определ ют наименьший уровень давлени  жидкости Р0, при котором имеет место устойчивое разрушение угл , устанавливают при этом глубину, проникновени  разрушени  1 в образец, которую принимают за величину разрушени  угл  за цикл нагрузка - разгрузка и которую перенос т на массив.

Определение размеров зоны предельно напр женного состо ни  осуществл ют также аналитически. Рассматривают при этом плоскую задачу, котора  соответствует напр женному состо нию массива вокруг скважины в плоскости пласта (фиг. 2). Тогда область предельно напр женного состо ни  пласта вокруг скважины определ ют по формуле:

Д 2 Н-ЛСЖ Г

. ... . 1( Л )

, v I/

Го|НЛ

с

г

У пр

Л 1

-радиус зоны предельно напр женного состо ни , м;

-радиус скважины, м|

-коэффициент бокового отпора, отн. ед}

N

51

- компоненты напр жений на глубине залегани  от поверхности Н при объемном весе , МПа; Ь предел прочности на

сжатие, МПа;

6 ж - предел прочности разрушенного угл , МПа, Затем с помощью насоса создаетс  давление в скважине, совпадающее с давлением при устойчивом разрушении угл  по методу разгрузки, которое увеличивают не менее, чем в два раза а затем резко сбрасывают до первоначального , формиру  тем самым разрушение пласта на глубину 1. Зна  размеры зоны предельно напр женного состо ни  Га.пр и глубину разрушени  за один цикл нагружение-разгрузка 1, устанавливают количество циклов воздействи  на пласт

..

После чего давление в скважине резко сбрасывают до атмосферного, выпуска  разрушенный уголь в выработку , и производ т отбор газа не менее 6 ч, т.е. во врем  активного формировани  нового положени  зоны

разгрузки, а следовательно, и дегазации пласта.

Оптимальный интервал времени, в течение которого рекомендуетс  производить отбор газа, определ ют следующим образом.

Перед вскрытием пласта через породную пробку толщиной не менее 2 м на пласт бур т скважину, из которой измер ют дебит газа. Измерени  про- вод т через каждый час. Затем последовательные замеры сравнивают между собой и за оптимальный интервал времени отбора газа из пласта принимают такой, на котором различие в дебите газа, определенном почасово, отличаетс  менее чем на 5%, что совпадает с точностью прибора - расходомера газа. В табл. 1 приведены усредненные результаты измерени  по двадцати случа м перед вскрытием выбросо- опасных- пластов.

Пример. На рассто нии 25 м от забо  штрека на пласт К6 были пробурены четыре контрольные, скважины диаметром 76 мм в которых гидравлическими затворами образовывались камеры, сообщающиес  с выработкой медными трубами. В каждой скважине

0

5

5

0

5

186

размещалось две трубки, по одной подавалась жидкость йод давлением дл  гидрозатвора, а друга  сообщалась с камерой дл  измерени  дебита i газа, Кроме того, трубки использовались дл  измерени  деформаций массива между пластом и выработкой. Измерение дебита газа из скважин осуществл лось прибором ПГ-2Ма. Скважины располагались так, что после бурени  скважины диаметром 300 мм рассто ние от нее до контрольных составили 5, 10, 15, 20 м (фиг. 3)о

Предварительно дл  пласта методом разгрузки определен предельный уровень напр женного состо ни , характеризующийс  давлением жидкости, при котором имеет место устойчивое разрушение и которое составило 3,0 МПа. Глубина разрушени  образца уже при этом составила 0,013 м. Кроме того, определен предел прочности угл , который равен 6,5 МПа.

Расчет, проведенный по формуле () при условии, что

о 0 15м;

7Tv где v

коэффициент Пуассона ж

1. 2

-vi 9 Ч Ј.

# мэ Н 8UO м;

эсж 6,5 МПа; Ј, 0,65 МПа,

показал, что радиус зоны предельно напр женного состо ни  вокруг скважины равен

0 15 Г -i.2l20MI a-Jb 5Mna1. j.np о,65 МПа Г

%0,75 м.

При глубине разрушени  образца 0,013 м количество циклов дл  разрушени  зоны предельно напр женного состо ни  вокруг скважины составило

0,75-0,15

-075ТГ m 46После бурени  скважины диаметром 300. мм в течение 7 сут (.врем  подготовки скважин диаметром 76 мм) измер лс  дебит газа. За указанный периN

Т

115

од времени из нее выделилось 12,4 м метана.

Затем, создав насосом УГН в скважине диаметром 300 мм давление, рав- ное 6,5 МПа, с йомощью дистанционного ручного управлени  его 46 раз повышали до величины 13,0 МПа и резко сбрасывали до начального уровн , равного 6,5 МПа,

Давление в скважине повышалось в течение 30-40 с и сбрасывалось за 0,8-1 с. После всего цикла повышение- сброс путем открывани  гидравлической задвижки давление в скважине сбросили до атмосферного и переключили скважину через расходомер на работу в дегазационную сеть. При этом проводили через каждые 5 мин изменени  прибором ПГ-2Ма дебита га- за из контрольных скважин. Результаты измерений показали что, если дебит газа в контрольные скважины 2 и 3 не изменилс , то в скважине 1 он резко возрос, т.е. зона образовав™ шейс  полости превысила 5 м„ Врем  обработки пласта составило 1,3 ч КоличествЪ выделившегос  газа из скважины диаметром 300 мм в течение 6 ч составило 926,8 м3, а врем  ра- боты скважины до момента стабилизации дебита 7,5 ч.

После повторной обработки пласта через эту же скважину с параметрами г„, 0,75 м, 3,75 м, N 240 радиус вли ни  полбсти, контролируемой по повышению дебита в контрольные скважины, превысил 15 м, а врем  активной работы превысило 36 ч9 за которое выделилось 5086 м3 газа, Врем  обработки пласта в первом случае 1,3 м, а во втором - 6,5 ч.

Расчетный радиус вли ни  полости, т.е. зона предельно напр женного сое то ни , рассчитанный по формуле (1)5 составил 18,75 м.

Эффективность дегазации угольного пласта устанавливаетс  путем сравнени  количеств газа, выделившихс  до и после воздействи  на скважину. Так, при работе скважины без предварительного воздействи  на пласт в

8

течение 7 сут выделилось 12,4 м5 газа , при этом радиус эффективного воздействи  скважины составил менее 5 м. После 7,5-часового воздействи  выделилось только в течение 43 ч 6012,8 м3 газа, а радиус вли ни  достиг 15 м„

Деформации расширени  пласта после первого и второго циклов воздействи  свидетельствуют о разгрузке массива между выработкой и дегазируемым пластом.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   1 о Способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважины, ее обсадку, герметизацию усть , периодическое силовое- воздействие на пласт через скважину, о т л и ч a torn , и и с   тем, что, с целью повышени  эффективности дегазации и снижени  энергоемкости воздействи  на пласт за счет оптимизации параметров управл емого разрушени , предварительно отбирают пробы угл  и определ ют предел прочности угл  на отрыв методом разгрузкиэ глубину разрушени  и размеры зоны предельно напр женного состо ни р а силовое воздействие на пласт осуществл ют создание давлени  жидкости в скважине5 величиной не менее, чем предел прочности угл  на отрыв, которое периодически повышают не менее, чем в два раза, причем количество циклов силового воздействи  определ ют из следующего математического выражени 

   N - 1

   где г,.rip зоны предельно напр женного состо ни , М|

   1 - глубина разрушени , м, после чего давление в скважине сбрасывают до атмосферного и одновременно d этим начинают выпуск разрушенного угл  и отсос газа.

   2, Способ по п, 1, отличающийс  тем, что отсос газа производ т в течение не менее б ч.

   Примечание. В знаменателе дано относительное изменение дебитов

   с 2ЕЈй ЙУЩ§Ё :: 2°Ј2еЖ °Йе.е. . оо% прёдьщущее

   ds.np

   Фиг. 1

   | |

   VW

   Ji-W

   f 14 W

   Фиг, 2

   М1,2,№-с/г8улпщ 076мм

   Составитель И.Фед ева Редактор С.Патрушева Техред М.Ходанич

   Заказ 546

   Тираж 372

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушскач наб., д. 4/5

   Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгорбд, ул. Гагарина,101

   Герметизатор

   фи,&3

   Корректор И.Муска

   Подписное