СПОСОБ УЛУЧШЕННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГОРЮЧЕГО ГАЗА ПУТЕМ ПОДЗЕМНОГО ДВУХФАЗНОГО ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПЕРЕМЕННОГО, ОСНОВАННОГО НА ФАЗАХ, РАЗРЫВА УГОЛЬНОГО МАССИВА В УГОЛЬНОЙ ШАХТЕ Российский патент 2017 года по МПК E21B43/26 E21F7/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу улучшения извлечения газа путем подземного двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва угольного массива, при этом оно относится к области управления газовыделением в подземных областях в угольной шахте, и, главным образом, может применяться для сброса давления и увеличения проницаемости подземного угольного пласта с высокой концентрацией газа и низкой воздухопроницаемостью в угольной шахте.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Газосодержащие угольные пласты в Китае характеризуются, помимо прочего, микропористостью, низкой проницаемостью и высокой поглощающей способностью, причем 80% или более угольных пластов в Китае являются угольными пластами с высокой концентрацией газа и низкой воздухопроницаемостью. Эксплуатация угольных пластов с высокой концентрацией газа и низкой воздухопроницаемостью часто сопровождается выбросом большого количества газов. В частности, по мере повышения эффективности и интенсивности добычи угля и увеличения глубины разработок, выбрасываемое количество газа становится все более и более большим, при этом опасность взрыва газа и внезапного выделения газа становится все более и более высокой. Основной мерой по решению проблемы выброса газа при разработке угольного пласта с высокой концентрацией газа и низкой воздухопроницаемостью является предварительное извлечение газа из угольного пласта. Обычные способы извлечения газа имеют, как правило, небольшую эффективную зону охвата, высокий объем работ по бурению на забое, низкую эффективность извлечения и не позволяют достичь превосходного результата для угольного пласта с высокой концентрацией газа и низкой воздухопроницаемостью. Для того чтобы удовлетворять нормам по добыче газа и устранению аварийных ситуаций с газом в угольном пласте, необходимо принимать меры по улучшению проницаемости, кроме того, необходимо увеличивать эффективную зону охвата на каждом стволе скважины для улучшения результата извлечения газа. В настоящее время широко используемые сброс давления и меры по повышению проницаемости угольного пласта с высокой концентрацией газа и низкой воздухопроницаемостью предусматривают искусственное предварительное ослабление первоначального угольного массива для повышения воздухопроницаемости угольного пласта, в основном путем использования способа разрыхления взрывом в глубоких скважинах, способа гидроструйной резки, способа гидравлической промывки и способа подземного гидравлического разрыва угольного пласта и т.д. Способ разрыхления взрывом в глубоких скважинах, способ гидроструйной резки и способ гидравлической промывки имеют свои недостатки, включая небольшую эффективную зону охвата ствола скважины, большой объем работ, сложный процесс строительства, а также низкую эффективность извлечения и т.д.

В качестве одной из основных мер по увеличению дебита нефти в современной нефтяной промышленности широко применяется способ гидравлического разрыва пласта, причем были достигнуты определенные результаты при его подземном применении в угольной шахте. Поскольку область применения расширяется, условия залегания угольного пласта усложняются и снижается воздухопроницаемость угольного пласта, при этом проявляются следующие основные ограничения способа гидравлического разрыва пласта: после того как вода под высоким давлением поступает в рыхлый угольный пласт, удаление воды вследствие действия капиллярных сил в угольном массиве затруднено, в связи с чем каналы выброса газа становятся заблокированными, и результат улучшения извлечения газа путем улучшения проницаемости угольного массива вследствие гидравлического разрыва пласта ослабевает.

В настоящее время основное внимание при исследовании и применении подземного газового разрыва пласта в угольной шахте уделяется разрыву пласта с использованием высокоэнергетического газа (CO₂, N₂ и т.п.), приводящему к определенным результатам в улучшении проницаемости для угля тела. Тем не менее, существуют трудности в подготовке и передаче высокоэнергетического газа и в управлении разрывом пласта, сдерживающие широкое применение разрыва с использованием высокоэнергетического газа.

В результате заимствования идеи разрыва пласта высокоэнергетическим газом, применения сжатого воздуха, подаваемого с помощью подземной системы подачи сжатого воздуха, и использования сжатого воздуха в сочетании со способом гидравлического разрыва пласта, в настоящем изобретении предложен способ улучшения извлечения газа путем подземного двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва угольного массива в угольной шахте.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

В связи с недостатками известного из уровня техники способа гидравлического разрыва, применяемого для рыхлого угольного пласта с высокой концентрацией газа и низкой воздухопроницаемостью, в настоящем изобретении предложен способ улучшения извлечения газа путем подземного двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва угольного массива в угольной шахте, в котором применяют способ двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва угольного массива для улучшения воздухопроницаемости угольного пласта и, таким образом, для улучшения эффекта извлечения газа.

Техническое решение

Способ улучшения извлечения газа путем подземного двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва угольного массива в угольной шахте, предложенный в настоящем изобретении, включает следующие этапы:

a) сооружение ствола скважины в качестве разрываемого ствола скважины в имеющемся угольном пласте или проницаемом слое, сооружение другого ствола скважины, имеющего те же параметры, в качестве водонаправляющего ствола, на расстоянии L=2-4 м от стенки разрываемого ствола скважины, установка трубопровода разрыва с помощью обычных способов и уплотнение обоих стволов скважины так, чтобы выдерживать высокое давление,

b) присоединение оборудования разрыва к устью разрываемого ствола скважины, причем упомянутое оборудование разрыва содержит устройство подачи воды, включающее в себя емкость для воды с автоматическим управлением и водяной насос, и компрессор сжатого воздуха, причем водовыпускную трубу устройства подачи воды соединяют с воздуховыпускной трубой компрессора сжатого воздуха при помощи Y-образного тройникового соединителя, при этом выходное отверстие Y-образного тройникового соединителя присоединяют к трубопроводу разрыва посредством резинового шланга высокого давления, причем водовыпускную трубу устройства подачи воды, воздуховыпускную трубу компрессора сжатого воздуха и впускную трубу трубопровода разрыва оснащают соответственно обратным клапаном, а резиновый шланг высокого давления оснащают сливным клапаном,

c) регулирование слива сливного клапана, запуск водяного насоса и нагнетание воды под давлением не более 3 МПа в разрываемый ствол скважины через трубопровод разрыва для обеспечения гидравлического разрыва разрываемого ствола скважины, и отключение водяного насоса после 10 минут гидравлического разрыва разрываемого ствола скважины с остановкой таким образом гидравлического разрыва,

d) включение компрессора сжатого воздуха для газофазного разрыва разрываемого ствола скважины и отключение компрессора сжатого воздуха при достижении давления 3 МПа с остановкой таким образом газофазного разрыва,

e) многократное повторение этапов c) и d) и увеличение каждый раз давления воды и давления воздуха на 2-3 МПа, остановка гидравлического разрыва, когда вода вытекает из водонаправляющего ствола, находящейся на расстоянии от стенки разрываемого ствола скважины, с продолжением газофазного разрыва, и остановка газофазного разрыва, когда прекращается поток воды из водонаправляющего ствола или когда из водонаправляющего ствола прорывается газ,

f) закрытие клапана на трубопроводе разрыва, удаление оборудования разрыва и соединение разрываемого ствола скважины и водонаправляющего ствола в сеть трубопровода отвода газа для извлечения газа.

Преимущества

В способе, предложенном в настоящем изобретении, используют подземный двухфазный газожидкостный переменный, основанный на фазах, разрыв угольного массива для стимулирования развития, расширения и соединения между собой трещин в угольном массиве, используют гидравлический разрыв для вытеснения газа, а затем используют газофазный разрыв для вытеснения воды. Таким образом, в упомянутом способе эффективно решена проблема затрудненного выпуска газа и анализа из-за наличия остаточной воды при использовании исключительно гидравлического разрыва, благодаря чему улучшается извлечение газа. Кроме того, способ подземного двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва в полной мере использует преимущества двух фаз, при этом давление разрыва увеличивают постепенно. В связи с этим трещины в угольном массиве развиваются в более полной мере, и значительно усиливается эффект повышения проницаемости угольного массива. Предложенный способ прост в эксплуатации и весьма практичен в области его применения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 изображена схема предложенного в настоящем изобретении способа улучшения извлечения газа путем подземного двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва угольного массива в угольной шахте.

На чертеже изображены: 1 - разрываемый ствол скважины, 2 - водонаправляющий ствол, 3 - емкость для воды с автоматическим управлением, 4 - водяной насос, 5 - компрессор сжатого воздуха, 6-1 - обратный клапан I, 6-2 - обратный клапан II, 6-3 - обратный клапан III, 7 - Y-образный тройниковый соединитель, 8 - резиновый шланг высокого давления, 9 - сливной клапан, 10 - трубопровод разрыва, 11 - клапан.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже подробно описан вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Способ улучшения извлечения газа путем подземного двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва угольного массива в угольной шахте, предложенный в настоящем изобретении, заключается в следующем:

a) сооружают ствол скважины в качестве разрываемого ствола 1 скважины в имеющемся угольном пласте или проницаемом слое, сооружают другой ствол скважины, имеющий те же параметры, в качестве водонаправляющего ствола 2, на расстоянии L=2-4 м от стенки разрываемого ствола 1 скважины, устанавливают трубопровод 10 разрыва с помощью обычных способов и уплотняют оба ствола скважины так, чтобы выдерживать высокое давление,

b) присоединяют оборудование разрыва к устью разрываемого ствола 1 скважины и проверяют и испытывают качество работы оборудования гидравлического разрыва и оборудования газового разрыва, причем оборудование разрыва содержит устройство подачи воды, включающее в себя емкость 3 для воды с автоматическим управлением и водяной насос 4, и компрессор 5 сжатого воздуха, причем водовыпускную трубу устройства подачи воды соединяют с воздуховыпускной трубой компрессора 5 сжатого воздуха при помощи Y-образного тройникового соединителя 7, при этом выходное отверстие Y-образного тройникового соединителя 7 присоединяют к трубопроводу 10 разрыва посредством резинового шланга 8 высокого давления, причем водовыпускную трубу устройства подачи воды снабжают обратным клапаном I 6-1, воздуховыпускную трубу компрессора 5 сжатого воздуха снабжают обратным клапаном II 6-2, впускную трубу трубопровода 10 разрыва снабжают обратным клапаном III 6-3 и резиновый шланг 8 высокого давления, соединенный через Y-образный тройниковый соединитель 7 с трубопроводом 10 разрыва, снабжают сливным клапаном 9,

c) регулируют слив сливного клапана 9, запускают водяной насос 4 и нагнетают воду под давлением не более 3 МПа в разрываемый ствол 1 скважины последовательно через обратный клапан 6-1, Y-образный тройниковый соединитель 7, резиновый шланг 8 высокого давления и трубопровод 10 разрыва для осуществления гидравлического разрыва, причем после 10 минут гидравлического разрыва разрываемого ствола 1 скважины отключают водяной насос 4, останавливая таким образом гидравлический разрыв,

d) включают компрессор 5 сжатого воздуха для газофазного разрыва разрываемого ствола 1 скважины, регулируют давление с помощью сливного клапана 9 и отключают компрессор 5 сжатого воздуха при достижении давления 3 МПа, останавливая таким образом газофазный разрыв,

e) многократно повторяют этапы c) и d) и увеличивают каждый раз давление воды и давление воздуха на 2-3 МПа, причем гидравлический разрыв пласта останавливают, когда вода вытекает из водонаправляющего ствола 2, находящегося на расстоянии от стенки разрываемого ствола 1 скважины, но продолжают газофазный разрыв, при этом газофазный разрыв останавливают, когда прекращается поток воды из водонаправляющего ствола 2 или когда из водонаправляющего ствола прорывается газ. Например, после 10 минут гидравлического разрыва разрываемого ствола скважины при низком давлении 3 МПа производят переключение разрыва на газофазный разрыв. Когда давление в газовой фазе достигает максимального давления гидравлического разрыва, производят переключение разрыва на гидравлический разрыв и повышают давление воды до 6 МПа. После 10 минут гидравлического разрыва производят переключение разрыва на газофазный разрыв. Когда давление в газовой фазе достигает максимального давления гидравлического разрыва, производят переключение разрыва на гидравлический разрыв и повышают давление воды до 9 МПа. После 10 минут гидравлического разрыва производят переключение разрыва на газофазный разрыв и, когда давление в газовой фазе достигает максимального давления гидравлического разрыва, производят переключение разрыва на гидравлический разрыв. Гидравлический разрыв останавливают, когда из водонаправляющего ствола 2 вытекает вода, и производят переключение разрыва на газофазный разрыв. Работы по разрыву останавливают, когда прекращается поток воды из водонаправляющего ствола,

f) закрывают клапан 11 на трубопроводе 10 разрыва, удаляют оборудование разрыва и соединяют разрываемый ствол 1 скважины и водонаправляющий ствол 2 в сеть трубопровода отвода газа для извлечения газа.

Изобретение относится к способу улучшения извлечения газа путем подземного двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва угольного массива в угольной шахте. В угольном пласте или проницаемом слое сооружают разрываемый ствол скважины и водонаправляющий ствол и уплотняют оба ствола так, чтобы выдерживать высокое давление. Присоединяют оборудование разрыва и нагнетают воду под давлением не более 3 МПа в разрываемый ствол 1 скважины, причем водяной насос отключают после 10 минут гидравлического разрыва разрываемого ствола скважины, останавливая таким образом гидравлический разрыв. Включают компрессор сжатого воздуха для газофазного разрыва разрываемого ствола скважины и, когда давление достигает 3 МПа, отключают компрессор сжатого воздуха, останавливая таким образом газофазный разрыв. Эти операции повторяют многократно, при этом, когда вода вытекает из водонаправляющего ствола скважины, расположенного на расстоянии от боковой стенки разрываемого ствола скважины, гидравлический разрыв останавливают, но продолжают газофазный разрыв. Когда вода перестает вытекать из водонаправляющего ствола или когда из водонаправляющего ствола прорывается газ, газофазный разрыв останавливают. Затем с разрываемым стволом скважины и с водонаправляющим стволом соединяют сеть трубопровода отвода газа для извлечения горючего газа. Технический результат заключается в повышении эффективности способа извлечения горючего газа. 1 ил.

Способ улучшения извлечения газа путем подземного двухфазного газожидкостного переменного, основанного на фазах, разрыва угольного массива в угольной шахте, содержащий следующие этапы:

a) сооружают ствол скважины в качестве разрываемого ствола (1) скважины в имеющемся угольном пласте или проницаемом слое, сооружают другой ствол скважины, имеющий те же параметры, в качестве водонаправляющего ствола (2), на расстоянии L=2-4 м от стенки разрываемого ствола (1) скважины, устанавливают трубопровод (10) разрыва с помощью обычных способов и уплотняют оба ствола скважины так, чтобы выдерживать высокое давление;

b) присоединяют оборудование разрыва к устью разрываемого ствола (1) скважины, причем оборудование разрыва содержит устройство подачи воды, включающее в себя емкость (3) для воды с автоматическим управлением и водяной насос (4), и компрессор (5) сжатого воздуха, причем водовыпускную трубу устройства подачи воды соединяют с воздуховыпускной трубой компрессора (5) сжатого воздуха при помощи Y-образного тройникового соединителя (7) и выходное отверстие Y-образного тройникового соединителя (7) присоединяют к трубопроводу (10) разрыва посредством резинового шланга (8) высокого давления, при этом водовыпускную трубу устройства подачи воды, воздуховыпускную трубу компрессора (5) сжатого воздуха и впускную трубу трубопровода (10) разрыва оснащают соответственно обратным клапаном, а резиновый шланг (8) высокого давления оснащают сливным клапаном (9);

c) регулируют слив сливного клапана (9), запускают водяной насос (4) и нагнетают воду под давлением не более 3 МПа в разрываемый ствол (1) скважины через трубопровод (10) разрыва для осуществления гидравлического разрыва, и отключают водяной насос (4) после 10 минут гидравлического разрыва разрываемого ствола (1) скважины, останавливая таким образом гидравлический разрыв;

d) включают компрессор (5) сжатого воздуха для газофазного разрыва разрываемого ствола (1) скважины и отключают компрессор (5) сжатого воздуха при достижении давления 3 МПа, останавливая таким образом газофазный разрыв;

e) многократно повторяют этапы с) и d) и увеличивают каждый раз давление воды и давление воздуха на 2-3 МПа; останавливают гидравлический разрыв пласта, когда вода вытекает из водонаправляющего ствола (2), находящегося на расстоянии от стенки разрываемого ствола (1) скважины, и продолжают газофазный разрыв, причем газофазный разрыв останавливают, когда прекращается поток воды из водонаправляющего ствола (2) или когда из него прорывается газ;

f) закрывают клапан (11) на трубопроводе (10) разрыва, удаляют оборудование разрыва и соединяют разрываемый ствол (1) скважины и водонаправляющий ствол (2) в сеть трубопровода отвода газа для извлечения газа.