SU883509A1 - Способ проведени гидравлической обработки угольного пласта - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к горной промьшшенности и может быть использовано дл  обработки массива горных Пород, главным образом угольных, пластов , в-импульсном режиме с целью борьбы с газом, внезапными выбросами и пылью.

Известен способ гидроразрыва массива , заключающийс  в бурении скважины , герметизации ее усть  путем цементации обсадной трубы и подаче в пласт воды в режиме напорного нагнетани , гидроразрыва массива и создани  в нем сети трещин LТ

Недостатком данного способа  вл етс  трудоемкость и недостаточна  надежность герметизации нагнетательных скважин.

Известен также способ проведени  гидравлической обработки угольного пласта, включаклций бУрение в угольный пласт скважины, герметизацию ее усть , герметизацию скважины на глубину, необходимую дл  осуществлени  гидроразрыва угольного пласта , нагнетание в угольный пласт рабочей жидкости в напорном и импульсном режимах с помощью специальньк средств подачи жидкости, осздцествление гидроразрыва угольного пласта путем гидроимпульсного воздействи  на него, удаление воды из скважины и трещин и каптаж газа из .угольного пласта Г 2 1.

10

Недостатком известного способа  вл етс , его относительно невысока  . эффективность в виду того, что в способе не обеспечена надежна  герметизаци  усть  скважин гидроразрьша,

15 обсадка усть  скважин цементом трудоемка и требует много средств на герметизацию скважин, также нет условий дл  обработки пласта импульсами высокой энергии.

20

Claims (1)

1. Цель изобретени  - повышение .Эффективности дегазации угольного пласта путем повьппени  газротдачй угольного пласта за счет управл емого измет нени  его физико-механических свойств а также уменьшени  экономических затрат на герметизацию скважины. Поставленна  цель достигаетс  тем, что гидравлическую обработку угольного пласта до осуществлени  процесса удалени  воды из скважины и трещин производ т в два этапа, управл   силой гидроимпульсного воздействи  создава  на первом этапе сеть крупных трещин, на втором - разветвл   сеть крупных трещин системой мелких трещин предварительно перед нагнетанием рабочей жидкости в угольный пласт в скв жину ввод т трубу-ствол специального средства подачи жидкости, герметизазию скважины на необходимую дл  осуществлени  гидроразрыва глубину прои вод т путем нагнетани  в образован ное между стенками -скёажины и трубой стволом затрубное пространство в зкой жидкости, в зкость которой больше в зкости рабочей жидкости, и удер жани  ее на необходимой глубине посредством подпружиненного поршн , выполненного с уплотнительным элементом , и закрепленного на трубе-ств ле с возможностью его продольного перемещени  по трубе-стволу, при это управление параметрами гидравлической обработки и силой гидроимпульс.ного воздействи  производ т, измен   конструктивные параметры специальных средств подачи жидкости, параметры скважины и в зкость герметизирующей жидкости, причем в процессе гидроимпульсного воздействи  давление герметизирующей жидкости на уч стке герметизации поддерживают равным давлению в скважине рабочей жидкости и газообразных продуктов взрыва , образующихс  в процессе осуществлени  гидроимпульсного воздействи , кроме того, подпружиненный поршень, раздел ющий герметизирующую и рабочую жидкость, смещают к устью скважины по мере осуществлени  эта ИОВ гидравлической обработки. На фиг. представлена схема распо ложени  скважины в пласте и обсадке ее усть  трубой и цементом на фиг, 2 - схема герметизации скважины в период гидрообработки угольного пласта. Способ осуществл ют следующим образом . Из горной выработки 1 (фиг. 1 и 2) по пласту 2 провод т скважину 3, которую .обсаживают трубой 4 и цементны раствором 5 на глубину 6ц разгрузки массива выработки 1 / Р 4-10мХ После затвердевани  раствора в скважину ввод т трубу-ствол 6 (фиг. 2) установки 7, предназначенной дл  гидрообраОотки и разрыва пласта. Перед гидравлической обработкой пласта в затрубное пространство сква-жины 3 по шлангу 8 (фиг. 2) подают жидкость 9, в зкость которой превышает в зкость рабочей жидкости. }Кидкостью 9 заполн ют скважину на глубину герметизации С , определ емую расчетом или опытным путем; Затем в скважину по шлангу 10., нагнетают рабочую жидкость 11. В зка  и рабоча  жидкости разделены подвижным поршнем 2 с уплотнительным элементом. В качестве рабочей жидкости используют воду или воду с различными добавками поверхностно-активных или химически-активных веществ (соответственно ПАВ и ХАВ) . Качество герметизации скважины гидроразрыва на глубине в услови х угольных пластов с различной проницаемостью обеспечивают подбором в зкостей рабочей жидкости и жидкости, предназначенной дл  герметизации. При в зкости рабочей жидкости, близкой к сП, в зкость герметизирующей жидкости принимают на пластах с низкой проницаемостью (обычно 0,0010 ,01 мдарси) в 10-100 раз, а на пластах с высокой проницаемостью (0,01-0,1 мД) в 100-1000 раз превышающей в зкость рабочей жидкости. В первом случае используют, например, карбоксилметилцеллюлозу средней в зкости (КМЦ-85/350 или КМЦ-350) концентрации 0,5-3%, гипа  - 0,7 концентрации 1-4%; полиакриламид (ПАА, ПААР) в зкостью 0,5-1%, полиакриламидные полимеры (метас, комета, в зкостью 20-100 сП) концентрации 1-2% и др. Во втором случае использзтот, например, карбоксилметипцеллюлозу высокой в зкости ( КМТ,-85/500, КМЦ85/600 ) концентрации до 7-10%; гидролизованный полиакриламид ПАА концентрации 0,5-5%jкрахмал концентрации 5-10% и выше с добавлением щелочи концентрации 1-4% полиакриламидный полимер комета концентрации 2-10% и др. В том случае, когда гидроразрыв пласта осуществл ют через скважину, герметизируемый участок которой, расположен в ненарушенных породах 5 почвы ( или кровли}, дл  герметизации можно примен ть жидкость, в зкость которой только в 3-10 раз превышает в зкость рабочей жидкости. В этом сл чае используют, например, сульфитспиртовую барду (сев), углещелочной реагент (УЩР), полиакриламид (ПАА) концентрацией менее 0,5%, хромолигно сульфаты (например, окзил) в зкостью до 20%. В случае необходимости регулировани  в зкости жидкости.в герметизационной камере на участке Ср ) измен ют концентрацию добавок ввод т соли и реагенты, которйе повьшают или понижают в зкость герметизируюющего раствора. Введение хлористого натри  концентрации 1-20% приводит к значительному снижению в зкости. Добавки ССБ и УЩР понижают в зкость ра створа, особенно КЩ. Введение в раствор крахмала щелочи вызывает клейстеризацию и резко повышает в зкость герметизирующей жидкости. Гидравлическую обработку пласта начинают с напорного нагнетани  ра бочей жидкости в пласт. После запол . нени  жидкостью трещин и пор, когда давление нагнетани  стабилизируетс  и расход рабочей жидкости становитс  небольшим или близким к нулю, осу ществл ют импульсное нагнетание жидкости . Импульсы высокой энергии генерируют , например, установкой взрывогидроимпульсного воздействи . За счет реализации во взрывной камере средства беспламенного взрывани  (патронов, гидрокс; адокс), в столбе рабочей жидкости генерируют ударные волны, раскрывают имевшиес  в пласте трещины или образовывают новые , и одновре менно, вслед за ударной волной, в образовавшуюс  сеть трещин подают рабочую жидкость газообразными продуктами химргческой ре акции гидрокса (адокса). При взрыве средства беспламенного взрывани  продукты химической реакции зар да гидрокс (адокс, прорыва  диафрагму на выходе взрывной камеры , устремл ютс  по трубе 6 в сква жину. В момент среза диафрагмы в сто бе, жидкости, заполнившей скважину и трещины в прилегающем к ней массиве , формируютс  ударные волны. Напр  жени , возникаюш,ие в породе вследствие действи  ударных волн, привод т к раскрытию имевшихс  в пласте трещи и созданию новых. Газообразные про9 дукты взрыва, вылета  из ствола 6, в свою очередь, оказывают динамическое воздействие на столб мапов зкой рабочей жидкости, заполнившей скважину и трещины в массиве. Энерги  газо-. образных продуктов расходуетс , в оснйвном, на образование и раскрытие трещин в пласте, фильтрацию жидкости в массиве. Частично энерги  расшир ющихс  продуктов взрывной реакции гидрокса ( адокса расходуетс  также на перемещение подпружиненного поршн  12 по трубе 6 в направлении к устью скважины. Через скольз щий по трубе поршень энерги  импульса передаетс  и на более в зкую жидкость , размещенную в затрубном пространстве на участке герметизации скважины. С повышением давлени  жидкости в скважине ускор етс  фильтраци  мало- . в зкой рабочей жидкости 11 на обрабатываемом участке скважиш и в зкой жидкости 9 на участке герметизации. Однако ввиду .большой в зкости герметизирующей жидкости, последн  , перекрыва  усть  трещин в массиве и на контакте массива с узлом цементной обв зки усть  скважины , фильтруетс  в весьма незначительном количестве, раскрытие трещин на участке герметизации скважины практически исключа етс , создаетс  барьер дл  рабочей жидкости и газообильных продуктов на пути их движени  к устью скважины. Герметизаци  скважины достигаетс  вследствие плотного заполнени  в зкой жидкостью устьев трещин как в нарушенной , так и ненарушенной (на участке герметизации) зоне пласта. При этом заполнение устьев трещин тем полнее, чем больше величина импульса, передаваемого на поршень 12. Таким образом обеспечиваетс  саморегулирующий режим герметизации скважины во врем  гидроимпульсного воздействи  на горный массив. Фильтраци  малов зкой рабочей жидкости на обрабатываемом участке скважины протекает в высоком темпе. При этом в зависимости от свойств масси ва, вида жидкости и параметров гидрообработки можно раскрывать малочисленную сеть трещин, увеличива  их зи ние, или создавать разветвленную частую yt сеть более мелких трещин. На первом этапе обработки пласта создают сеть крупных трещин, чтобы увеичить радиус воздействи , на втором этапе - разветвл ют сеть трещин, а на третьем - осушают скважину и крупные трепщны от жидкости, чтобы интенсифицировать процесс дегазации пласта . После дегазации, осуществл емой в течение нескольких мес цев, массив угл  подвергают Повторной обработке с целью изменени  физико-механических свойств угл  (уменьшить пылеобразование при выемке угл  и устранить выбросоопасность пласта). Параметры гидрообработки (давление во взрывной камере и на выходе из ствола установки, объем газообразных продуктов, продолжительность импульса и период обработки) определ ют экспериментально в зависимости от свойств обрабатываемого горного массива и цели гидроимпульсного воздействи  (например, либо, образование сети тре удин дл  эффективной дегазации, либо последующее за дегазацией изменение физико-механических свойств угл  как дополнительна  мера по устранению выбросоопасности и дл  снижени  пылеобразовани ). Параметры обработки измен ют путем регулировани  объема взрывной камеры, веса зар да, давлени  газообразных продуктов в момент выброса их из камеры и ствола, скорости истечени  газов из ствола, соотношени  в зкостей рабочей и герметизирующей жидкостей, хода раздел ющего лшдкости поршн , а также измене1т  ( точнее выбора ) длины и диаметра скважины. Реализаци  способа может быть осу ществлена, например, с помощью известной взрывогидроимпульсной установки ПермНИУИ-1 с камерой регулируемого объема (3000-5000 см-), зар до от 0,27 до 1,9 кг и давлением газообразных продуктов в камере 5005000 кгс/см . Объем газов в этом слу чае составл ет 2,0-13,5 м . Давление газа на выходе ствола регулируют гео метрией внутренней полости ствола за счет профилированных труб (составных частей ствола), измен ю1чих пара . метры воздействи  взрывных газов на столб жидкости в скважине (дл  поддержани  более высокого давлени  газов на выходе ствола примен ют комфузорную форму, а дл  более высокой скорости истечени  газов и меньшего давлени  - диффузорную) Чем больдге зар д, меньше объем взрывной камеры и устойчивей диафраг ма (диск), тем больше давление газо8 98 образных продуктов, больше величина импульса (при условии посто нства фазы сжати ), жестче воздействие на пласт, больше создаетс  трещин. Более эффективную дл  импульсного воздействи  на угольный массив удлиненную волну формируют конструктивными параметрами установки (форма конуса камеры и стволаJ толщина, форма и давление среза диафрагмы; пружин щее торможение хода поршн ) и выбором соотношени  в зкостей жидкостей дл  герметизации и рабочей жидкости . Причем использование упом нутых Bfamje жидкостей в указанных пределах проницаемости обрабатываемого массива ход поршн  составит 0,5-4 см на каждый метр заполненного в зкой жидкостью участка скважины (за весь период обработки, включа  нагнетание жидкости в пласт в напорном и импульсном режимах). Вследствие большого гидравлического сопротивлени  трещин по мере проникновени  в них в зкой (герметизирующей) жидкости жесткость системы поршень - жидкость - массив по мере воздействи  импульса давлени  возрастает.3а счет преодолени  гидравлического сопротивлени  трещин в зкой жидкостью при ее фильтрации в массив под давлением импульса происходит амортизаци  ударной нагрузки и снижение ее амплитуды. Варьиру  в зкостью герметизирующей жидкости можно в пределах 10030% измен ть жесткость амортизирующей системы и тем самым перераспредел ть энергию взрыва средства беспламенного взрывани , затрачиваемую на фильтрацию и на образование новой системы трещин. Чем жестче амортизирующа  система поршень - жидкость массив, тем больша  дол  энергии взрыва затрачиваетс  на создание сети искусственных трещин. И наоборот , чем податчивей амортизирующа  система, тем большей рабочей жидкости проникает в пласт в режим§ фильтрации , увлажн   его. В первом случае ход поршн  за врем  обработки составит 0,5-1 см, во втором - 3-4 см на ка дый метр участка герметизации, длина которого 10-20 м ( реже 2025 м ). После каждого цикла воздействи , когда давление газообразных продуктов снижаетс  до давлени  напорного ( статического) нагнетани  рабочей жидкости в пласт, осуществл ют замену диафрагм. во взрывной камере, нагнетают в скважину рабочую жидкость до стабилизации давлени  нагнетани  и производ т очере ное взрывание зар да. При необходимости , перед началом цикла воздействи , в затрубное пространство скв жины добавл ют в зкую жидкостьдл  герметизации. Объем взрывной камеры, количеств патронов гидрокс (адокс) и давление газообразных продуктов определ ют исход  из горногеологических условий , свойств пласта, цели воздействи . Регулирование объема и давлени  газов осуществл ют количеством патронов гидрокс и металлических (или пластмассовых) вкладьше После первого и второго этапов обработки пласта, завершаемых по ис течении запланированных циклов воздействи  (закачка в пласт проектного количества рабочей жидкостиJ созда .ние сообщающейс  межскважинной сети трещин), в зкую жидкость герметизац сливают, убирают установку и скважину подключают к дегазационной системе. Каптаж газа ведут в течени времени, предусмотренном проектом на дегазацию выемочного участка. За тем в такой же последовательности циклов воздействи  подают в пласт рабочую жидкость, предназначенную дл  изменени  физико-механических свойств угл . Параметры воздействи  определ ют экспериментально или рас четным путем. Обработку пласта на третьем -этапе можно осуществл ть также с помощью обычных средств напорного нагнетани  жидкости в пласт При необходимости, если предварительно создана сообщающа с  сеть трещин между скважинами, закачку жид кости на третьем этапе производ т одновременно через группу скважин. В качестве рабочей жидкости дл  обработки пласта на третьем этапа принимают , например, водомасл нные эмул сии, водные растворы жидкого стекла хлористого натри , хлористого кальци , водные растворы поверхностнои химически-активных веществ и др. Объем жидкости определ ют из расчета достижени  5-6% влажности угл  в массиве. Предлагаемый способ гидравлической обработки угольного пласта позво л ет сократить затраты времени на герметизацию скважин гидроразрьша (операции по герметизации и гидроразрыву совмещены во времени), что дает возможность экономить от 3 до 5 суток на каждой скважине гидроразрьгеа. Затраты средств на герметизацию сокращаютс  в 3-7 раз, йоскольку затраты -идут только на обсадку усть  скважины (длина 4-10 м), котора  к тому же используетс  дл  последующего (после гидроразрыва) подсоединени  скважины к дегазационной сети нет необходимости в обсадке скваживы трубно-цементным мостом на 3040 м, как это делаетс  при известных способах гидроразрыва угольных пластов). Улучшение качества герметизации позвол ет повысить эффективность гидроразрыва не менее, чем на 30-50%. Формула изобретени  Способ проведени  гидравлической обработки угольного пласта, включаюющий бурение в угольный пласт скважины , Герметизацию,ее усть , герметизацию скважины на глубину, необходимую дл  осуществлени  гидроразрына угольного пласта, нагнетание в угольный пласт рабочей жидкости в напорном и импульсном режимах с помощью специальных средств подачи жидкости, осуществление гидроразрыва угольного пласта путем гидроимпульсного воздействи  на него, удаление воды из скважины и трещин и каптаж газа из угольного пласта, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности .дегазации угольного пласта путем повьпаени  газоотдачи упольного пласта за счет управл емого изменени  его физико-механических свойств, а также уменьшени  экономических затрат на герметизаций скважины , гидравлическую обработку угольного пласта до осуществлени  процесса удалени  воды из скважины и трещин производ т в два этапа, управл   силой гидроимпульсного воздействи , создава  на первом этапе сеть крупгых трещин, на втором - разветвл   сеть крупных трещин системой мелких трещин, предварительно перед нагнетаием рабочей жидкости в угольный ласт в скважину ввод т трубу-ствол пециального средства подачи жидко