СПОСОБ ДОБЫЧИ ГАЗА ПУТЕМ РАЗРЫХЛЕНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ЗА СЧЕТ ОБЪЕДИНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРОРЕЗАНИЯ КАНАВОК И ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕЙ В НЕСКОЛЬКО ЭТАПОВ УДАРНОЙ ВОЛНЫ ГОРЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК E21B43/26 E21B43/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к разрыхлению угольного пласта и добыче газа, а также, в частности, к способу добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения.

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Наряду с увеличением спроса на энергию и интенсивностью добычи, глубина добычи угля постепенно увеличивается. Глубокие угольные пласты характеризуются высоким напряжением в грунте, высоким давлением газа, высоким газосодержанием и низкой проницаемостью, а эффект взаимодействия всех факторов приводит к частым несчастным случаям в глубоких шахтах. Метан, содержащийся в угольных пластах, является одним из основных факторов, приводящих к частым несчастным случаям в глубоких шахтах, мировой запас метана, содержащегося в угольных пластах, достигает приблизительно 250 триллионов кубометров. Метан, содержащийся в угольных пластах, является не только высокоэффективной экологически чистой энергией, но и парниковым газом, создающим парниковый эффект в 25–30 раз больше, чем у углекислого газа, а метан, содержащийся в угольных пластах, опасен взрывом и выбросом. Для того чтобы увеличить коэффициент использования энергии и снизить вероятность возникновения несчастных случаев в шахтах, очень важно увеличить эффективность добычи газа в скважине. Добыча газа в скважине является основным средством реализации утилизации газа из угольного пласта, а также важным средством предотвращения несчастных случаев, связанных с выбросами газа. Для того чтобы увеличить эффективность добычи газа в скважине угольных пластов и уменьшить опасности взрыва и выброса газа, особенно необходимо придумать и разработать способ добычи газа, улучшенный путем разрыхления угольного пласта, который характеризуется высокой безопасностью, низкой стоимостью и простотой в эксплуатации.

[0003] Наибольшее количество угольных пластов в Китае характеризуются низкой проницаемостью, особенно, когда добыча ведется на глубоком участке, проницаемость угольных пластов низкая. Следовательно, область влияния добычи газа в обычной скважине ограничена, сброс давления низкий, поток в скважине небольшой, а коэффициент затухания высокий. Чтобы увеличить эффективность добычи газа угольного пласта, необходимо выполнить антиотражение для сброса давления на угольных пластах для увеличения области влияния добычи газа в скважине. В настоящее время технология антиотражения для сброса давления в угольных пластах в основном предусматривает технологию взрывных работ в глубоких скважинах. Однако технология взрывных работ в глубоких скважинах несет в себе определенные опасности и может стать причиной аварийных ситуаций из-за неправильной эксплуатации, поскольку подземные условия относительно сложны и изменчивы, особенно условия внутри глубоких скважин.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

[0004] С целью устранения недостатков в известном уровне техники, заключающихся в том, что область влияния добычи газа в скважине ограничена, сброс давления низкий, поток газа в скважине небольшой, коэффициент затухания высокий, риск большой, работа непростая и тому подобное, настоящее изобретение предоставляет способ добычи газа, улучшенный путем разрыхления угольного пласта за счет воздействующей в несколько этапов ударной волны горения в угольной шахте, который характеризуется высокой безопасностью, низкой стоимостью и простотой в эксплуатации.

Техническое решение

[0005] Конкретная техническая схема настоящего изобретения является следующей.

[0006] Способ добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения включает следующие этапы:

[0007] S1: возведение ударной скважины в угольном пласте и прорезание большого количества канавок вокруг ударной скважины посредством оборудования для прорезания канавок водяной струей высокого давления;

[0008] S2: размещение пористого цилиндра с поршнем в ударную скважину, при этом один конец трубопровода для вдувания и добычи газа вставляют через поршень в пористый цилиндр, а другой конец трубопровода для вдувания и добычи газа выходит из ударной скважины; помещение одного конца трубопровода для подачи ударной волны в пористый цилиндр и соединение другого конца трубопровода для подачи ударной волны с камерой сгорания снаружи ударной скважины, при этом трубопровод для подачи ударной волны не проходит через поршень;

[0009] S3: заделывание ударной скважины с нагнетанием N₂ или CO₂ в ударную скважину посредством трубопровода для вдувания и добычи газа с последующим закрытием трубопровода для вдувания газа;

[0010] S4: нагнетание горючего газа и вспомогательного газа в камеру сгорания;

[0011] S5: поджигание горючего газа в камере сгорания посредством системы управления, при этом ударную волну, генерируемую за счет горения горючего газа, подают в пористый цилиндр посредством трубопровода для подачи ударной волны для воздействия на поршень, и поршень скользит вдоль трубопровода для вдувания и добычи газа для сжатия N₂ или CO₂ в ударной скважине, таким образом образуют большое количество трещин вокруг ударной скважины под направляющим действием канавок;

[0012] S6: открытие трубопровода для вдувания и добычи газа для постоянного нагнетания N₂ или CO₂ в ударную скважину для сжатия поршня с целью возврата поршня в исходное положение и затем закрытие трубопровода для вдувания и добычи газа; и

[0013] S7: повторение этапов S5 и S6, а также уплотнение и сжатие N₂ или CO₂ несколько раз для образования трещин в угольном пласте, таким образом в угольном пласте вокруг ударной скважины образуют сети трещин.

[0014] Кроме того, этап S1, в частности, включает возведение ударной скважины и общей скважины в угольном пласте, при этом общая скважина расположена вокруг ударной скважины; и этап S2, в частности, включает размещение пористого цилиндра с поршнем в ударной скважине, при этом один конец трубопровода для вдувания и добычи газа вставляют через поршень в пористый цилиндр, а другой конец трубопровода для вдувания и добычи газа выходит из ударной скважины; помещение одного конца трубопровода для подачи ударной волны в пористый цилиндр и соединение другого конца трубопровода для подачи ударной волны с камерой сгорания снаружи ударной скважины, при этом трубопровод для подачи ударной волны не проходит через поршень; помещение одного конца общего трубопровода для добычи в общую скважину и заделывание скважины, а также соединение другого конца общего трубопровода для добычи с системой добычи.

[0015] Кроме того, после этапа S7 способ также включает этап S8 открытия трубопровода для вдувания и добычи газа и соединения трубопровода для вдувания и добычи газа с системой добычи для осуществления добычи газа после образования сетей трещин в угольном пласте вокруг ударной скважины.

[0016] Кроме того, в трубопроводе для подачи ударной волны также предусмотрен электромагнитный клапан, и электромагнитный клапан настраивают и регулируют посредством системы управления.

[0017] Кроме того, значение давления открытия электромагнитного клапана составляет 30 МПа.

[0018] Кроме того, горючий газ представляет собой метан, и вспомогательный газ представляет собой сухой воздух.

Преимущественный эффект

[0019] По сравнению с известным уровнем техники настоящее изобретение обладает следующими преимуществами: благодаря применению способа добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения, ударная волна с высокой температурой и высоким давлением, генерируемая в результате смешанного горения метана и сухого воздуха в камере сгорания с высокой температурой и высоким давлением, воздействует на поршень в несколько этапов для сжатия N₂ или CO₂, таким образом вокруг ударной скважины под направляющим действием канавок образуется большое количество трещин, и увеличивается исходная толщина трещины, а также усиливается связность сетей трещин; канавки прорезают в скважине с помощью технологии гидравлического прорезания канавок, в угольном пласте осуществляют антиотражение для сброса давления, и увеличивают пространство хранения N₂ или CO₂; благодаря осуществлению многоэтапного воздействия, сжатия и разрыхления в угольном пласте вокруг ударной скважины, исходная толщина трещины увеличивается, связность сетей трещин в угольном пласте усиливается, и область сброса давления скважины для добычи заметно расширяется; после воздействия ударной волной с высокой температурой и высоким давлением на поршень, остаточная ударная волна с высокой температурой и высоким давлением также содействует десорбции и потоку газа угольного пласта для повышения эффективности добычи газа скважины; а также способ и оборудование характеризуются высокой безопасностью, низкой стоимостью и простотой в эксплуатации, и в то же время они применимы для антиотражения для сброса давления скважины, проходящей через угольную шахту, и скважины залегания пластов, а также имеют широкую область применения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0020] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение конструкции оборудования, используемого в способе добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения в варианте осуществления 1 настоящего изобретения и его положение при установке.

[0021] На фиг. 1, 1 – камера сгорания с высокой температурой и высоким давлением, 2 – цилиндр с сухим воздухом, 3 – цилиндр с метаном, 4 – система управления, 5 – электромагнитный клапан, 6 – трубопровод для вдувания и добычи газа, 7 – клапан, 8 – трубопровод для подачи ударной волны 9 – пористый цилиндр, 10 – общий трубопровод для добычи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Дальнейшее описание настоящего изобретения представлено ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы.

[0023] Вариант осуществления 1

[0024] Как показано на фиг. 1, оборудование для добычи газа, усиленное за счет разрыхления угольного пласта посредством воздействующей в несколько этапов ударной волны горения в подземной угольной шахте, содержит пористый цилиндр 9 с поршнем, трубопровод 6 для вдувания и добычи газа, общий трубопровод 10 для добычи, трубопровод 8 для подачи ударной волны и ударное устройство сгорания.

[0025] Один конец трубопровода 6 для вдувания и добычи газа проникает через поршень в пористый цилиндр 9 и проходит в пористый цилиндр 9, другой конец трубопровода 6 для вдувания и добычи газа выходит из пористого цилиндра 9, поршень скользит по трубопроводу 6 для вдувания и добычи газа, и в трубопроводе 6 для вдувания и добычи газа установлен клапан 7. Один конец трубопровода 8 для подачи ударной волны соединен с ударным устройством сгорания, а другой конец трубопровода для подачи ударной волны проходит в пористый цилиндр и не проходит через поршень. Общий трубопровод 10 для добычи соединен с системой добычи.

[0026] Ударное устройство сгорания содержит камеру 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением, первый трубопровод для вдувания газа, второй трубопровод для вдувания газа и систему 4 управления. Один конец первого трубопровода для вдувания газа и один конец второго трубопровода для вдувания газа, соответственно, соединены с камерой 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением, а другой конец первого трубопровода для вдувания газа и другой конец второго трубопровода для вдувания газа, соответственно, соединены с цилиндром 3 с метаном и цилиндром 2 с сухим воздухом. Устройство нагнетания системы 4 управления проходит в камеру сгорания, первый трубопровод для вдувания газа используется для нагнетания метана в камеру 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением, второй трубопровод для вдувания газа используется для нагнетания сухого воздуха в камеру 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением, и система 4 управления используется для поджигания метана в камере 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением. Электромагнитный клапан 5 установлен в трубопроводе 8 для подачи ударной волны и управляется системой 4 управления.

[0027] Вариант осуществления 2

[0028] Способ добычи газа, улучшенный путем разрыхления угольного пласта посредством ударной волны многоэтапного процесса горения в подземной угольной шахте с использованием оборудования в варианте осуществления 1, в частности, включает следующие этапы:

[0029] a. возведение общей скважины и ударной скважины попеременно в угольном пласте, при этом общая скважина расположена вокруг ударной скважины; и прорезание большого количества канавок вокруг ударной скважины с помощью оборудования для прорезания канавок водяной струей высокого давления;

[0030] b. после завершения возведения размещение пористого цилиндра 9 с поршнем в ударной скважине, при этом стенка пористого цилиндра 9 плотно примыкает к ударной скважине;

[0031] c. размещение трубопровода 6 для вдувания и добычи газа в пористый цилиндр 9, затем одновременное размещение трубопровода 6 для вдувания и добычи газа и пористого цилиндра 9 в ударную скважину, плотное соединение трубопровода 8 для подачи ударной волны с поршнем и затем выполнение операции заделывания скважины; после завершения операции заделывания скважины соединение общего трубопровода 10 для добычи с системой 11 добычи газа для добычи газа; и затем установку значения давления открытия электромагнитного клапана 5 на 30 МПа посредством системы 4 управления;

[0032] d. нагнетание большого количества N₂ или CO₂ в ударную скважину через трубопровод 6 для вдувания и добычи газа с использованием высоконапорного газового цилиндра и редукционного клапана, затем закрытие клапана 7 на трубопроводе 6 для вдувания и добычи газа и соединение трубопровода 6 для вдувания и добычи газа с сетью трубопроводов системы добычи;

[0033] e. нагнетание определенного количества сухого воздуха и метана в камеру 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением с помощью цилиндра 3 с метаном, цилиндра 2 с сухим воздухом и редукционного клапана и поджигание смешанного газа посредством системы 4 управления;

[0033] f. после того, как давление в камере 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением достигает 30 МПа, мгновенное высвобождение ударной волны с высокой температурой и высоким давлением путем автоматического запуска электромагнитного клапана 5 и воздействие на поршень посредством трубопровода 8 для подачи ударной волны, при этом поршень скользит вдоль трубопровода 6 для вдувания и добычи газа для сжатия N₂ или CO₂, и, кроме того, вокруг ударной скважины образуется большое количество трещин под направляющим действием канавок, и исходная толщина трещины увеличивается для усиления связности сети трещин;

[0035] g. открытие клапана трубопровода для вдувания и добычи газа с нагнетанием большого количества N₂ в ударную скважину посредством трубопровода для вдувания и добычи газа для сжатия поршня, таким образом поршень возвращается в исходное положение, и последующее закрытие клапана;

[0036] h. повторение этапов e–g, а также уплотнение и сжатие N₂ или CO₂ в несколько этапов для образования трещин в угольном пласте, таким образом в угольном пласте вокруг ударной скважины образуется больше сетей трещин; и

[0037] i. после снижения температуры в скважине открытие клапана 7 в трубопроводе 6 для вдувания и добычи газа и запуск системы добычи для осуществления добычи газа посредством трубопровода 6 для вдувания и добычи газа и общего трубопровода 10 для добычи.

Изобретение относится к способу добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения. Технический результат заключается в повышении эффективности добычи газа. Способ добычи газа включает следующие этапы. Сначала возводят ударную скважину в угольном пласте и прорезают большое количество канавок вокруг ударной скважины посредством оборудования для прорезания канавок водяной струей высокого давления. Затем размещают пористый цилиндр с поршнем в ударную скважину. Один конец трубопровода для вдувания и добычи газа вставляют через поршень в пористый цилиндр, а другой конец трубопровода для вдувания и добычи газа выходит из ударной скважины. Затем помещают один конец трубопровода для подачи ударной волны в пористый цилиндр и соединяют другой конец трубопровода для подачи ударной волны с камерой сгорания снаружи ударной скважины. Трубопровод для подачи ударной волны не проходит через поршень. Затем заделывают ударную скважину с нагнетанием N₂ или CO₂ в ударную скважину посредством трубопровода для вдувания и добычи газа с последующим закрытием трубопровода для вдувания и добычи газа. После этого нагнетают горючий газ и вспомогательный газ в камеру сгорания. Поджигают горючий газ в камере сгорания посредством системы управления, при этом ударную волну, генерируемую за счет горения горючего газа, подают в пористый цилиндр посредством трубопровода для подачи ударной волны для воздействия на поршень и поршень скользит вдоль трубопровода для вдувания и добычи газа для сжатия N₂ или CO₂ в ударной скважине, таким образом образуют большое количество трещин вокруг ударной скважины под направляющим действием канавок. Открывают трубопровод для вдувания и добычи газа для постоянного нагнетания N₂ или CO₂ в ударную скважину для сжатия поршня с целью возврата поршня в исходное положение и затем закрывают трубопровод для вдувания и добычи газа. Далее повторяют вышеуказанные этапы поджигания горючего газа и открытия и закрытия трубопровода для вдувания и добычи газа для уплотнения и сжатия N₂ или CO₂ несколько раз для образования трещин в угольном пласте, таким образом в угольном пласте вокруг ударной скважины образуют сети трещин. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения, включающий следующие этапы:

S1: возведение ударной скважины в угольном пласте и прорезание большого количества канавок вокруг ударной скважины посредством оборудования для прорезания канавок водяной струей высокого давления;

S2: размещение пористого цилиндра с поршнем в ударную скважину, при этом один конец трубопровода для вдувания и добычи газа вставляют через поршень в пористый цилиндр, а другой конец трубопровода для вдувания и добычи газа выходит из ударной скважины; помещение одного конца трубопровода для подачи ударной волны в пористый цилиндр и соединение другого конца трубопровода для подачи ударной волны с камерой сгорания снаружи ударной скважины, при этом трубопровод для подачи ударной волны не проходит через поршень;

S3: заделывание ударной скважины с нагнетанием N₂ или CO₂ в ударную скважину посредством трубопровода для вдувания и добычи газа с последующим закрытием трубопровода для вдувания и добычи газа;

S4: нагнетание горючего газа и вспомогательного газа в камеру сгорания;

S5: поджигание горючего газа в камере сгорания посредством системы управления, при этом ударную волну, генерируемую за счет горения горючего газа, подают в пористый цилиндр посредством трубопровода для подачи ударной волны для воздействия на поршень и поршень скользит вдоль трубопровода для вдувания и добычи газа для сжатия N₂ или CO₂ в ударной скважине, таким образом образуют большое количество трещин вокруг ударной скважины под направляющим действием канавок;

S6: открытие трубопровода для вдувания и добычи газа для постоянного нагнетания N₂ или CO₂ в ударную скважину для сжатия поршня с целью возврата поршня в исходное положение и затем закрытие трубопровода для вдувания и добычи газа; и

S7: повторение этапов S5 и S6 для уплотнения и сжатия N₂ или CO₂ несколько раз для образования трещин в угольном пласте, таким образом в угольном пласте вокруг ударной скважины образуют сети трещин.

2. Способ добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения по п. 1, отличающийся тем, что:

этап S1, в частности, включает возведение ударной скважины и общей скважины в угольном пласте, при этом общую скважину располагают вокруг ударной скважины; и

этап S2, в частности, включает размещение пористого цилиндра с поршнем в ударной скважине, при этом один конец трубопровода для вдувания и добычи газа вставляют через поршень в пористый цилиндр, а другой конец трубопровода для вдувания и добычи газа выходит из ударной скважины; помещение одного конца трубопровода для подачи ударной волны в пористый цилиндр и соединение другого конца трубопровода для подачи ударной волны с камерой сгорания снаружи ударной скважины, при этом трубопровод для подачи ударной волны не проходит через поршень; помещение одного конца общего трубопровода для добычи в общую скважину и заделывание общей скважины, а также соединение другого конца общего трубопровода для добычи с системой добычи.

3. Способ добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения по п. 2, отличающийся тем, что также включает этап S8 открытия трубопровода для вдувания и добычи газа и соединения трубопровода для вдувания и добычи газа с системой добычи для осуществления добычи газа после образования сетей трещин в угольном пласте вокруг ударной скважины.

4. Способ добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения по п. 1, отличающийся тем, что трубопровод для подачи ударной волны также снабжен электромагнитным клапаном и электромагнитный клапан настраивают и регулируют посредством системы управления.

5. Способ добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения по п. 4, отличающийся тем, что электромагнитный клапан имеет значение давления открытия 30 МПа.

6. Способ добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения по п. 1, отличающийся тем, что горючий газ представляет собой метан, а вспомогательный газ представляет собой сухой воздух.