СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ ЧЕРЕЗ СКВАЖИНЫ, ПРОБУРЕННЫЕ ИЗ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 2015 года по МПК E21B43/26 E21F7/00 

Описание патента на изобретение RU2547873C1

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации угольных пластов с целью повышения безопасности работ в шахтах, а также для добычи метана из угольных пластов через скважины, пробуренные из горных выработок.

Известен способ гидравлической обработки угольного пласта (Патент №2188322, опубл. 2002.08.27), включающий нагнетание рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения с последующим сбросом устьевого давления жидкости до атмосферного, гидравлические удары создают при свободном истечении жидкости из скважины, циклически перекрывая поток.

Однако применение способа способствует созданию трещин за счет применения постоянного давления, а также гидравлических ударов при свободном истечении жидкости из скважины с образованием трещин, невозможна регулировка мощности гидроудара, количество циклов гидроударов ограничено давлением жидкости в пласте, созданном при гидрорасчленении.

Известен способ гидравлической обработки угольного пласта (Патент №2298650, опубл. 2007.05.10), который включает закачку жидкости в пласт в фильтрационном режиме, затем создание гидравлических ударов при сбросе устьевого давления жидкости до атмосферного с последующим истечением жидкости из скважины и с одновременным накоплением гидравлической энергии потока, создаваемого нагнетательным насосом, для гидравлической дезинтеграции пласта по направлениям образованных трещин. Эти процессы повторяют до образования в пластах проектных площадей гидрообработки вокруг скважины.

Однако применение способа способствует созданию кратковременных гидравлических ударов с образованием трещин при сбросе устьевого давления, не используются механизмы импульсного воздействия для развития длинных трещин.

Известен способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов (Патент №2343275, опубл. 2009.01.10), включающий создание полости в угольном пласте посредством циклического увеличения и снижения давления жидкости в скважине и воздействие на пласт низкочастотными импульсами давления высокой амплитуды при увеличении давления жидкости в скважине.

Однако при приложении медленно нарастающего давления обычно формируется одиночная трещина, развивающаяся в зоне наименьшей прочности. При снятии давления трещина смыкается, препятствуя увеличению проницаемости пласта.

Известен способ термогидродинамического воздействия на газоносный угольный пласт (Патент №2205272, опубл. 27.05.2003), включающий бурение скважин, гидравлический разрыв через них угольного пласта путем импульсного нагнетания жидкости и воздуха, соединение скважин щелью гидроразрыва, извлечение из скважин угольного метана, подъем давления на нагнетательной скважине до величины, близкой к давлению разрыва угольного пласта, при этом цикл «открытие-закрытие» скважины-стока повторяют многократно, а затем импульсно нагнетают в угольный пласт жидкость через скважины в режиме «включено-выключено».

Однако использование воды для гидроразрыва угольного пласта связано с опасностью прорывов в горные выработки и необходимостью осушения пласта для проведения дегазации.

Известен способ воздействия на угольный пласт (Патент №2041347, опубл. 1995.08.09), принятый за прототип, включающий гидравлический разрыв пласта и последующее расширение образовавшейся щели гидроразрыва путем многократных промывок жидкостью и продувки воздухом, продувку воздухом осуществляют на расходе, превышающем расход жидкости при промывке в 5-15 раз. Промывку завершают после исчезновения в истекающей воде кусочков угля.

Однако многократная подача воды и воздуха в скважину осуществляется не для развития сети трещин, а с расходом и давлением, необходимыми для ее промывки и продувки с целью расширения щели гидроразрыва и ликвидации образующихся угольных пробок.

Техническим результатом изобретения является развитие сети трещин пласта вокруг дегазационной скважины за счет создания начальных трещин импульсами давления, создаваемыми движущейся водой, и развития трещин воздействием сжатым воздухом. Создание начальных трещин сжатым воздухом затруднительно, поскольку за счет своей упругости он не передает импульсы давления. Развитие трещин за счет давления воды нецелесообразно ввиду опасности прорывов воды в горные выработки и необходимости последующего осушения пласта для проведения дегазации.

Технический результат достигается тем, что, применяя способ воздействия на угольный пласт через скважины, пробуренные из горных выработок, включающий гидравлический разрыв пласта и последующее развитие образовавшихся трещин гидроразрыва путем многократных промывок жидкостью и продувок воздухом, с расходом, превышающим расход жидкости, изолируют пакерами участок скважины, в изолированный участок порционно закачивают воду со скоростью и под давлением, достаточными для гидроразрыва пласта, закачку порций воды повторяют до появления начальных трещин гидроразрыва, затем откачивают воду из скважины и закачивают воздух объемом, достаточным для развития сети трещин гидроразрыва, создание сети трещин гидроразрыва повторяют на участках скважины по всей ее длине через промежутки, определяемые геологическими условиями и заданным уровнем дегазации.

Такой способ позволяет за счет периодических повышений давления воды создавать в угольном пласте начальные трещины гидроразрыва, затем удалять воду из скважины и воздействовать сжатым воздухом для развития трещин. Создание трещин угольного пласта может быть осуществлено в любой точке дегазационной скважины. Возможно многократное повторение повышения давления воды и длительное воздействие сжатого воздуха для получения ожидаемого результата.

Пример устройства для реализации предлагаемого способа поясняется фиг. 1, на которой: 1 - гидравлический мультипликатор; 2 - ресивер; 3 - клапан прямого хода; 4 - клапан обратного хода; 5 - клапан подачи воды; 6 - клапан подачи воздуха; 7 - клапан насосно-компрессорной трубы (НКТ); 8 - НКТ; 9 - скважина; 10 - пакеры; 11 - редукционный клапан.

Цилиндр большего диаметра гидравлического мультипликатора 1 подключают к ресиверу 2 через клапан прямого хода 3 и через клапан обратного хода 4. Клапаны 3 и 4 соединяют полости цилиндра большего диаметра гидравлического мультипликатора 1 с ресивером или с атмосферным воздухом. Ресивер 4 подключают к компрессору или шахтной сети распределения сжатого воздуха. Клапаны 3 и 4 имеют конструкцию, позволяющую их открывать и закрывать в течение малого временного периода, например, с применением пневматического привода. Цилиндр меньшего диаметра гидравлического мультипликатора 1 подключают к источнику воды через клапан подачи воды 5, соединяют с атмосферой через клапан подачи воздуха 6 и через клапан 7 с НКТ 8.

Например, если диаметры поршней гидравлического мультипликатора равны 200 мм и 50 мм, то отношение площадей рабочих поверхностей поршней составит 1/16, при давлении в шахтной сети распределения сжатого воздуха 5 атм, к воде или воздуху, находящихся в цилиндре меньшего диаметра, будет приложено давление 80 атм.

Конец НКТ 8, помещенный в скважину 9, снабжают надувными пакерами 10, расширяющимися за счет давления среды в НКТ 8. Между пакерами устанавливают редукционный клапан 11, через который вода или воздух, находящиеся в НКТ 8, перетекают в скважину 9, причем для поддержания пакеров в раскрытом состоянии давление в НКТ 8 за счет редукционного клапана 11 поддерживается выше, чем в скважине 9. Конструкция редукционного клапана 11 предусматривает свободное перетекание среды из скважины в НКТ 8.

Способ реализуют следующим образом. Предположим, что в исходном положении клапаны 3 и 4 соединяют полости гидравлического мультипликатора с атмосферным воздухом, поршни находятся в левом положении. Предварительно через открытый клапан 5 заполняют цилиндр меньшего диаметра водой. Для создания давления на участке скважины 9, ограниченном пакерами 10 закрывают клапан 5, открывают клапан 7 и с помощью клапана 3 соединяют гидравлический мультипликатор 1 с ресивером 4. Сжатый воздух перемещает поршень большего цилиндра в правое положение. Вода под давлением заполняет НКТ 8 и внутренние полости пакеров 10. Надувные пакеры 10 под давлением воды увеличиваются в объеме и герметизируют межпакерный участок скважины 9. При дальнейшем повышении давления открывается редукционный клапан 11 и вода заполняет изолированный участок скважины. Резкое открывание клапана прямого хода 3 способствует быстрому повышению давления воды на участке скважины, ограниченном пакерами, что необходимо для создания начальных трещин гидроразрыва. Пакерование обрабатываемого участка скважины позволяет отказаться от гидроизоляции НКТ 8 на устье скважины.

Для заполнения НКТ 8, имеющей значительную длину, и создания в ней необходимого давления производят несколько ходов поршней гидравлического мультипликатора 1. Для осуществления обратного хода закрывают клапаны 3 и 7, открывают клапаны 4 и 5. Под действием сжатого воздуха поршни возвращаются в исходное положение, цилиндр меньшего диаметра гидравлического мультипликатора 1 заполняется дополнительной порцией воды через клапан 5.

Уровень давления воды в скважине и скорость его увеличения регулируют за счет скорости движения поршней гидравлического мультипликатора 1. Под влиянием быстро увеличивающегося давления воды, угольном пласте образуются трещины. Закачку порций воды повторяют до появления начальных трещин гидроразрыва.

Создание сети трещин гидроразрыва повторяют на участках скважины по всей ее длине. С этой целью после создания трещин на одном межпакерном интервале скважины снижают давление воды в пакерах для уменьшения их объема, затем перемещают НКТ для установки пакеров на новом интервале скважины и повторяют операцию гидроразрыва. Обрабатываемые интервалы скважины выбирают по длине скважины через промежутки, определяемые геологическими условиями: прочностью, естественной трещиноватостью, горным давлением и т.д. При выборе обрабатываемых интервалов скважины также учитывают заданный уровень дегазации, т.е. количество метана, которое необходимо извлечь в соответствии с планом работ.

После появления начальных трещин гидроразрыва, что определяется по скачкообразным спадам давления в НКТ, извлекают из нее воду за счет обратного хода поршня гидравлического мультипликатора 1, для чего закрывают клапан прямого хода 3 и открывают клапан обратного хода 4. Затем сливают воду в сборную емкость через открывающийся клапан 6, либо перемещают ее в источник воды прямым ходом поршней гидравлического мультипликатора 1 через открывающийся клапан 5. Возможность свободного протекания через редукционный клапан 11 по направлению из пласта в НКТ 9 способствует изливу воды из НКТ и пласта.

После слива воды периодически открывают клапан прямого хода 3 и клапан НКТ 7 при закрытых клапанах обратного хода 4 и подачи воздуха 6 и открывают клапаны 4 и 6 при закрытых клапанах 3 и 7, тем самым производят закачку воздуха в НКТ 8 и угольных пласт.

Поскольку участок скважины, ограниченный пакерами 10, имеет малую длину, объем закачиваемых воды и воздуха значительно ниже, чем при закачке в незапакерованную скважину, следовательно, гидравлический мультипликатор 1 имеет размеры, приемлемые для стесненных условий горной выработки. Пакеры 10, заполненные закачиваемой средой, поддерживают форму скважины и не допускают ее осыпания при гидропневмовоздействии.

В результате реализации процесса пневмодинамического воздействия осуществляется принудительное внедрение воздуха под высоким давлением, что вызывает структурные изменения, сопровождающиеся расширением пор и трещин. После сброса давления активизируется метановыделение из массива в скважину. При нагнетании воздуха вынос газа происходит значительно быстрее, и тем быстрее, чем выше давление нагнетания. Пневмооттеснение проводится с целью освобождения сети трещин гидроразрыва от воды и повышения фазовой проницаемости массива для метана.

После пневмообработки участка скважины снижают давление воздуха для перевода пакеров 10 в транспортное положение и перемещают НКТ для обработки очередного участка.

Предлагаемый способ позволяет при экономном расходовании воды и исключении использования электроэнергии создавать равномерную сеть трещин гидроразрыва по длине дегазационных скважин.

Похожие патенты RU2547873C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ЧЕРЕЗ СКВАЖИНЫ, ПРОБУРЕННЫЕ ИЗ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК 2012
  • Шипулин Александр Владимирович
  • Мазаник Евгений Васильевич
  • Коршунов Геннадий Иванович
  • Серегин Александр Сергеевич
  • Афанасьев Павел Игоревич
  • Ковшов Станислав Вячеславович
RU2513805C1
СПОСОБ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА 2014
  • Махмутов Ильгизар Хасимович
  • Салимов Олег Вячеславович
  • Зиятдинов Радик Зяузятович
  • Гирфанов Ильдар Ильясович
  • Мансуров Айдар Ульфатович
RU2563901C1
СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА 2020
  • Лысенков Алексей Владимирович
  • Ганиев Шамиль Рамилевич
  • Денисламов Ильдар Зафирович
RU2734892C1
Способ обработки продуктивной толщи 1989
  • Пережилов Алексей Егорович
SU1719657A1
СПОСОБ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА И ПОВЫШЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2001
  • Афиногенов Ю.А.
  • Чанышев А.И.
RU2211920C2
СПОСОБ ИНИЦИАЦИИ ТРЕЩИН ГИДРОРАЗРЫВА В ПРИСКВАЖИННОЙ ЗОНЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ПЛАСТА 2020
  • Чертов Максим Андреевич
  • Виллберг Дин
RU2733840C1
СПОСОБ ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГАЗОНОСНЫЙ УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ 2001
  • Карасевич А.М.
  • Крейнин Е.В.
  • Сторонский Н.М.
RU2205272C2
СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА УГОЛЬНОГО ПЛАСТА 2014
  • Золотых Станислав Станиславович
  • Гергерт Виктор Владимирович
  • Коровицын Артем Павлович
RU2576424C1
СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА 2014
  • Шипулин Александр Владимирович
  • Коршунов Геннадий Иванович
  • Мазаник Евгений Васильевич
RU2566883C1
Способ интенсификации работы скважины после её строительства 2019
  • Исмагилов Фанзат Завдатович
  • Лутфуллин Азат Абузарович
  • Хусаинов Руслан Фаргатович
RU2724705C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 547 873 C1

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ ЧЕРЕЗ СКВАЖИНЫ, ПРОБУРЕННЫЕ ИЗ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации угольных пластов. Техническим результатом является повышение эффективности дегазации угольного пласта. Предложен способ воздействия на угольный пласт через скважины, пробуренные из горных выработок, включающий гидравлический разрыв пласта и последующее развитие образовавшихся трещин путем продувки воздухом. При этом гидроразрыв осуществляют путем изоляции пакерами участка скважины с последующей порционной закачкой воды в изолированный участок со скоростью и под давлением, достаточными для гидроразрыва пласта. Закачку порций воды повторяют до появления начальных трещин гидроразрыва. Затем откачивают воду из скважины и закачивают воздух объемом, достаточным для развития сети трещин гидроразрыва. Создание сети трещин гидроразрыва повторяют на участках скважины по всей ее длине через промежутки, определяемые геологическими условиями и заданным уровнем дегазации. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 547 873 C1

Способ воздействия на угольный пласт через скважины, пробуренные из горных выработок, включающий гидравлический разрыв пласта и последующее развитие образовавшихся трещин гидроразрыва путем продувки воздухом, отличающийся тем, что изолируют пакерами участок скважины, в изолированный участок порционно закачивают воду со скоростью и под давлением, достаточными для гидроразрыва пласта, закачку порций воды повторяют до появления начальных трещин гидроразрыва, затем откачивают воду из скважины и закачивают воздух объемом, достаточным для развития сети трещин гидроразрыва, создание сети трещин гидроразрыва повторяют на участках скважины по всей ее длине через промежутки, определяемые геологическими условиями и заданным уровнем дегазации.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2547873C1

СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ 1991
  • Крейнин Ефим Вульфович
RU2041347C1
СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА 2001
  • Карасевич А.М.
  • Крейнин Е.В.
  • Сторонский Н.М.
RU2209968C2
Способ дегазации угольного пласта 1987
  • Ножкин Николай Васильевич
  • Сластунов Сергей Викторович
  • Ворошилов Олег Олегович
SU1610049A1
Способ дегазации угольного пласта 1987
  • Ножкин Николай Васильевич
  • Сластунов Сергей Викторович
  • Карпов Виктор Михайлович
  • Буханцов Александр Иванович
SU1511435A1
КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ УГОЛЬНОГО МАССИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Джигрин Анатолий Владимирович
  • Горлов Юрий Владимирович
  • Горлов Константин Владимирович
  • Адамидзе Дмитрий Иванович
  • Горлов Андрей Юрьевич
  • Тациенко Виктор Прокопьевич
RU2342531C1
СПОСОБ ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГАЗОНОСНЫЙ УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ 2001
  • Карасевич А.М.
  • Крейнин Е.В.
  • Сторонский Н.М.
RU2205272C2
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗАЛЕЖИ УГЛЕВОДОРОДОВ 2008
  • Зозуля Григорий Павлович
  • Кустышев Александр Васильевич
  • Кузнецов Николай Петрович
  • Рахимов Николай Васильевич
  • Обиднов Виктор Борисович
  • Коротченко Андрей Николаевич
  • Черепанов Андрей Петрович
  • Кряквин Дмитрий Александрович
  • Гейхман Михаил Григорьевич
RU2366805C1
US 4299295 A, 10.11.1981
CN 102182499 B, 14.11.2012

RU 2 547 873 C1

Авторы

Шипулин Александр Владимирович

Коршунов Геннадий Иванович

Мешков Анатолий Алексеевич

Мазаник Евгений Васильевич

Даты

2015-04-10Публикация

2013-12-10Подача