СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ БЛОКИРОВКИ И УВЕЛИЧЕНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ ДЛЯ СКВАЖИН МЕТАНА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 2019 года по МПК E21B43/26 E21F7/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу устранения блокировки и увеличения газопроницаемости под воздействием электрических импульсов и, в частности, к способу устранения блокировки и увеличения газопроницаемости под воздействием электрических импульсов, который применим для скважин метана угольных пластов с низкой газопроницаемостью.

Описание предшествующего уровня техники

Метан угольных пластов в качестве вида чистой энергии имеет огромный потенциал для эксплуатации. Однако большинство угольных пластов в Китае характеризуются низкой газопроницаемостью. Существование таких проблем, как низкая газопроницаемость, низкая эффективность эксплуатации и высокая стоимость эксплуатации угольных пластов, серьезно ограничивает эксплуатацию и использование метана угольных пластов в Китае. Гидроразрыв является наиболее часто используемым техническим средством в существующей эксплуатации метана угольных пластов. Однако традиционная технология гидроразрыва обеспечивает небольшое количество трещин в угольном пласте, и эти трещины распространяются в небольшом диапазоне. Следовательно, общий эффект разрыва не является желательным, что в результате приводит к низкому выходу метана угольных пластов. Между тем, трещины в угольном пласте постепенно закрываются или блокируются гранулированными примесями при извлечении метана угольных пластов, и тем самым эффективность извлечения метана угольных пластов еще больше снижается.

В последние годы быстро развиваются технологии мощных электрических импульсов, а в Китае проводятся некоторые исследования по способам увеличения газопроницаемости резервуаров с использованием технологий мощных электрических импульсов. Например, в патентной публикации № CN104061014A с названием «Method for Increasing Yield of Coalbed Methane Wells by Using High-Power Electric Detonation Assisted Hydrofracturing» разрядный электрод питается от источника высоковольтных импульсов и разрывает водную среду с образованием ударных волн в воде, и эти ударные волны воздействуют на окружающий угольный остов, чтобы вызвать трещины в нем. Однако перемещаясь в форме сферических волн, ударные волны быстро затухают, что приводит в результате к высокому потреблению энергии и низкой эффективности. Способ обеспечивает небольшой эффективный диапазон разрыва. Существующие способы увеличения газопроницаемости для угольных пластов под воздействием электрических импульсов имеют такие проблемы, как высокие риски из-за чрезмерно высокого напряжения импульсов, высокое энергопотребление ударных волн, небольшой диапазон разрыва и низкая эффективность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача: целью настоящего изобретения является устранение недостатков предшествующего уровня техники и обеспечение способа устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов, который является простым, способен устранить блокировку угольного пласта, имеет низкое энергопотребление и высокую эффективность.

Техническое решение: способ устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов согласно настоящему изобретению включает следующие этапы:

a. построение ствола скважины метана угольных пластов с положительным электродом и ствола скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом от земли до угольного пласта, осуществление гидроразрыва в стволе скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом согласно традиционным технологиям и выполнение извлечения метана угольных пластов в стволе скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом после завершения гидроразрыва;

b. при падении выхода газа после трех месяцев извлечения метана угольных пластов в стволе скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом помещение насосной станции с проводящим ионным раствором возле ствола скважины метана угольных пластов с положительным электродом и помещение в стволе скважины метана угольных пластов с положительным электродом трубопровода для транспортировки проводящего ионного раствора, соединенного с насосной станцией с проводящим ионным раствором, введение высоковольтного проводящего ионного раствора в ствол скважины метана угольных пластов с положительным электродом через насосную станцию с проводящим ионным раствором, при обнаружении проводящего ионного раствора в стволе скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом прекращение введения высоковольтного проводящего ионного раствора в ствол скважины метана угольных пластов с положительным электродом, помещение буровых вышек в отверстии двух стволов скважин и помещение сбалансированной опоры между двумя стволами скважин;

c. размещение при помощи буровой вышки платформы, установленной с положительным электродом и генератором высоковольтных электрических импульсов, по направлению вниз к заданному участку увеличения газопроницаемости угольного пласта в стволе скважины метана угольных пластов с положительным электродом и размещение при помощи буровой вышки платформы, установленной с отрицательным электродом, по направлению вниз к заданному участку увеличения газопроницаемости угольного пласта в стволе скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом;

d. регулировка при помощи сбалансированной опоры положений платформ в стволе скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом, так что положительный электрод и отрицательный электрод, установленные на платформах в двух стволах скважин, находятся в тесном контакте со стенками стволов скважин, соответственно, и положительный электрод и отрицательный электрод расположены напротив друг друга на одном и том же уровне;

e. включение высоковольтного источника питания для заряда генератора высоковольтных импульсов через кабель, причем при достижении установленного напряжения разряда генератор высоковольтных импульсов подает электричество в угольный пласт между положительным электродом и отрицательным электродом, так что закрытые трещины в угольном пласте снова открываются и распространяются под воздействием ударных волн, вызванных разрядом, при этом ударные волны также оказывают сдвиговое воздействие на пористую среду угольного пласта, а глинистые связующие на поверхности угольных частиц отделяются, тем самым устраняя блокировку в угольном пласте;

f. после нескольких разрядов выключение высоковольтного источника питания, удаление платформы, установленной с положительным электродом и генератором высоковольтных импульсов, из ствола скважины метана угольных пластов с положительным электродом, удаление платформы, установленной с отрицательным электродом, из ствола скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом и продолжение выполнения извлечения метана угольных пластов в стволе скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом; и

g. при падении выхода при извлечении метана угольных пластов повторение этапов c-f для осуществления подачи электрических импульсов и извлечения метана угольных пластов несколько раз.

Частота разряда генератора высоковольтных импульсов составляет 10–60 Гц, а диапазон напряжения находится в пределах 300–9000 кВ.

Расстояние между стволом скважины метана угольных пластов с положительным электродом и стволом скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом составляет 200–1500 м.

Насосная станция с проводящим ионным раствором выполнена с возможностью выдачи высоковольтного проводящего ионного раствора в пределах диапазона давления 30–300 МПа.

Количество разрядов составляет 15–100.

Преимущественные эффекты. Настоящее изобретение применимо для высокоэффективной эксплуатации скважин метана угольных пластов. Угольный пласт, заполненный проводящим плазменным раствором между положительным электродом и отрицательным электродом, разрушается под воздействием разряда высоковольтных электрических импульсов. Ударные волны, генерируемые из большого количества энергии, воздействуют на угольный пласт, чтобы вызвать повторное открывание и распространение закрытых трещин в угольном пласте и удаление гранул, блокирующих трещины, так что эффективно увеличивается количество трещин в угольном пласте и улучшается связность трещин. Извлечение метана угольных пластов выполняют на основе гидроразрыва. При падении выхода при извлечении добавляют проводящий плазменный раствор, угольный пласт, заполненный проводящим плазменным раствором между положительным электродом и отрицательным электродом, разрушается под воздействием разряда высоковольтных электрических импульсов, и возникают ударные волны более высокой энергии. Закрытые трещины в угольном пласте снова открываются и распространяются под воздействием ударных волн, при этом ударные волны также оказывают сдвиговое воздействие на пористые среды угольного пласта, а глинистые связующие на поверхности угольных частиц отделяются, тем самым решая проблему блокировки в угольном пласте. Цель устранения блокировки и увеличения газопроницаемости может быть достигнута путем многократного использования импульсов. По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие преимущества.

(1) Исходя из традиционного разрыва, при падении выхода метана угольных пластов угольный пласт разрушается под многократным воздействием электрических импульсов, так что количество трещин в угольном пласте увеличивается и устраняется блокировка в трещинах, чтобы надолго поддерживать высокий выход метана угольных пластов в скважине.

(2) После традиционного разрыва угольный остов разрушается под воздействием электрических импульсов вместо использования большого количества жидкости для гидроразрыва пласта. Следовательно, можно сократить выбросы и загрязнение водных ресурсов, и эта технология особенно применима в районах засухи.

(3) Путем введения проводящего ионного раствора в трещины, образованные традиционным разрывом, можно повысить проводимость угольного пласта, а напряжение пробоя для угольного пласта между положительным электродом и отрицательным электродом уменьшается, так что угольный остов можно разрушить при низком напряжении и стоимость пробоя электрическими импульсами снижается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1 представлена структурная схема системы для устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов согласно настоящему изобретению.

На чертеже: 1: угольный пласт, 2: ствол скважины метана угольных пластов с положительным электродом, 3: ствол скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом, 4: насосная станция с проводящим ионным раствором, 5: трубопровод для транспортировки проводящего ионного раствора, 6: положительный электрод, 7: отрицательный электрод, 8: генератор высоковольтных электрических импульсов, 9: платформа, 10: буровая вышка, 11: сбалансированная опора, 12: высоковольтный источник питания, 13: кабель.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно описан ниже со ссылкой на прилагаемый чертеж.

Как показано на фиг. 1, способ устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов согласно настоящему изобретению включает следующие этапы.

Конкретные этапы способа устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов согласно настоящему изобретению являются следующими:

a. построение двух стволов скважин метана угольных пластов: ствола 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом и ствола 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом, от земли до угольного пласта 1, осуществление гидроразрыва в стволе 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом при помощи традиционных технологий, присоединение трубопровода для извлечения метана угольных пластов после завершения гидроразрыва и выполнение извлечения метана угольных пластов в стволе 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом и стволе 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом;

b. при падении выхода газа после трех месяцев извлечения метана угольных пластов в стволе 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом помещение насосной станции 4 с проводящим ионным раствором возле ствола 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом и помещение в стволе 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом трубопровода 5 для транспортировки проводящего ионного раствора, соединенного с насосной станцией 4 с проводящим ионным раствором, введение высоковольтного проводящего ионного раствора в ствол 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом через насосную станцию 4 с проводящим ионным раствором, при обнаружении проводящего ионного раствора в стволе 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом прекращение введения высоковольтного проводящего ионного раствора в ствол 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом, помещение буровых вышек 10 в отверстии двух стволов скважин и помещение сбалансированной опоры 11 между двумя стволами скважин, при этом расстояние между стволом 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом и стволом 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом составляет 200–1500 м, и насосная станция с проводящим ионным раствором выполнена с возможностью выдачи высоковольтного проводящего ионного раствора в пределах диапазона давления 30–300 МПа;

c. размещение при помощи буровой вышки 10 платформы 9, установленной с положительным электродом 6 и генератором 8 высоковольтных электрических импульсов, по направлению вниз к заданному участку увеличения газопроницаемости угольного пласта 1 в стволе 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом и размещение при помощи буровой вышки 10 платформы 9, установленной с отрицательным электродом 7, по направлению вниз к заданному участку увеличения газопроницаемости угольного пласта 1 в стволе 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом;

d. регулировка при помощи сбалансированной опоры 11 положений платформ 9 в стволе 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом, так что положительный электрод 6 и отрицательный электрод 7, установленные на платформах 9 в двух стволах скважин, находятся в тесном контакте со стенками стволов скважин, соответственно, и положительный электрод 6 и отрицательный электрод 7 расположены напротив друг друга на одном и том же уровне;

e. включение высоковольтного источника 12 питания для заряда генератора 8 высоковольтных импульсов через кабель 13, причем при достижении установленного напряжения разряда генератор 8 высоковольтных импульсов подает электричество в угольный пласт между положительным электродом 6 и отрицательным электродом 7, так что закрытые трещины в угольном пласте снова открываются и распространяются под воздействием ударных волн, вызванных разрядом, при этом ударные волны также оказывают сдвиговое воздействие на пористую среду угольного пласта, а глинистые связующие на поверхности угольных частиц отделяются, тем самым устраняя блокировку в угольном пласте; при этом частота разряда генератора 8 высоковольтных импульсов составляет 10–60 Гц, а диапазон напряжения находится в пределах 300–9000 кВ;

f. после 15–100 разрядов выключение высоковольтного источника 12 питания, удаление платформы 9 с положительным электродом 6 и генератором 8 высоковольтных импульсов, установленной в стволе 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом, из ствола 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом, удаление платформы 9 с отрицательным электродом 7, установленной в стволе 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом, из ствола 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом и продолжение выполнения извлечения метана угольных пластов в стволе 2 скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе 3 скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом; и

g. при падении выхода при извлечении метана угольных пластов повторение этапов c-f для осуществления подачи электрических импульсов и извлечения метана угольных пластов несколько раз.

Способ устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов применим для высокоэффективной эксплуатации скважин метана угольных пластов. Способ устранения блокировки и увеличения газопроницаемости включает: построение ствола скважины метана угольных пластов с положительным электродом и ствола скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом от земли до угольного пласта; при падении выхода газа, когда трещины в угольном пласте постепенно закрываются или блокируются гранулированными примесями при извлечении метана угольных пластов после гидроразрыва, введение проводящего ионного раствора в ствол скважины метана угольных пластов с положительным электродом для заполнения угольного пласта между стволом скважины метана угольных пластов с положительным электродом и стволом скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом проводящим ионным раствором; размещение положительного электрода и отрицательного электрода по направлению вниз к заданным участкам увеличения газопроницаемости угольного пласта в стволе скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом соответственно; и разрыв под воздействием разряда высоковольтных электрических импульсов угольного пласта, заполненного проводящим плазменным раствором, между положительным электродом и отрицательным электродом, причем ударные волны, генерируемые из большого количества энергии, воздействуют на угольный пласт, чтобы вызвать повторное открывание и распространение закрытых трещин в угольном пласте и удаление гранул, блокирующих трещины, так что эффективно увеличивается количество трещин в угольном пласте и улучшается связность трещин. Технический результат заключается в повышении эффективности способа. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов, включающий следующие этапы:

a) построение ствола (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом и ствола (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом от земли до угольного пласта (1), осуществление гидроразрыва в стволе (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом согласно традиционным технологиям и выполнение извлечения метана угольных пластов в стволе (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом после завершения гидроразрыва;

b) при падении выхода газа после трех месяцев извлечения метана угольных пластов в стволе (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом помещение насосной станции (4) с проводящим ионным раствором возле ствола (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом и помещение в стволе (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом трубопровода (5) для транспортировки проводящего ионного раствора, соединенного с насосной станцией (4) с проводящим ионным раствором, введение высоковольтного проводящего ионного раствора в ствол (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом через насосную станцию (4) с проводящим ионным раствором, при обнаружении проводящего ионного раствора в стволе (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом прекращение введения высоковольтного проводящего ионного раствора в ствол (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом, помещение буровых вышек (10) в отверстии двух стволов скважин и помещение сбалансированной опоры (11) между двумя стволами скважин;

c) размещение при помощи буровой вышки (10) платформы (9), установленной с положительным электродом (6) и генератором (8) высоковольтных электрических импульсов, по направлению вниз к заданному участку увеличения газопроницаемости угольного пласта (1) в стволе (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом и размещение при помощи буровой вышки (10) платформы (9), установленной с отрицательным электродом (7), по направлению вниз к заданному участку увеличения газопроницаемости угольного пласта (1) в стволе (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом;

d) регулировка при помощи сбалансированной опоры (11) положений платформ (9) в стволе (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом, так что положительный электрод (6) и отрицательный электрод (7), установленные на платформах (9) в двух стволах скважин, находятся в тесном контакте со стенками стволов скважин, соответственно и положительный электрод (6) и отрицательный электрод (7) расположены напротив друг друга на одном и том же уровне;

e) включение высоковольтного источника (12) питания для заряда генератора (8) высоковольтных импульсов через кабель (13), причем при достижении установленного напряжения разряда генератор (8) высоковольтных импульсов подает электричество в угольный пласт между положительным электродом (6) и отрицательным электродом (7), так что закрытые трещины в угольном пласте снова открываются и распространяются под воздействием ударных волн, вызванных разрядом, при этом ударные волны также оказывают сдвиговое воздействие на пористую среду угольного пласта, а глинистые связующие на поверхности угольных частиц отделяются, тем самым устраняя блокировку в угольном пласте;

f) после нескольких разрядов выключение высоковольтного источника (12) питания, удаление платформы (9) с положительным электродом (6) и генератором (8) высоковольтных импульсов, установленной в стволе (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом, из ствола (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом, удаление платформы (9) с отрицательным электродом (7), установленной в стволе (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом, из ствола (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом и продолжение выполнения извлечения метана угольных пластов в стволе (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом и в стволе (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом и

g) при падении выхода при извлечении метана угольных пластов повторение этапов c-f для осуществления подачи электрических импульсов и извлечения метана угольных пластов несколько раз.

2. Способ устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов по п. 1, отличающийся тем, что частота разряда генератора (8) высоковольтных импульсов составляет 10–60 Гц, а диапазон напряжения находится в пределах 300–9000 кВ.

3. Способ устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между стволом (2) скважины метана угольных пластов с положительным электродом и стволом (3) скважины метана угольных пластов с отрицательным электродом составляет 200–1500 м.

4. Способ устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов по п. 1, отличающийся тем, что насосная станция с проводящим ионным раствором выполнена с возможностью выдачи высоковольтного проводящего ионного раствора в пределах диапазона давления 30–300 МПа.

5. Способ устранения блокировки и увеличения газопроницаемости для скважин метана угольных пластов под воздействием электрических импульсов по п. 1, отличающийся тем, что количество разрядов составляет 15–100.