Способ дегазации угольного пласта Советский патент 1989 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной, преимущественно угольной промышленности, и может быть использовано для борьбы со взрывоопасным газом в угольных шахтах.

Цель изобретения - повьшение эффективности дегазации.

Способ дегазации угольного пласта осуществляют следующим образом.

Бурят скважину с дневной поверхности и вскрьшают ею угольный пласт, после чего производят его гидрорас- чденение путем нагнетания рабочей жидкости, например воды, что приводит к раскрытию, расширению и объединению в единую гидравлическую систему, ориентированную к скважине, естественных трещин пласта. В процессе гидрорасчленения фиксируют значение максимального давления гидрорасчленения пласта и его установившееся значение Рут Воду в пласте выдерживают для завершения процесса замещения метана водой в сорбцион- ном объеме, после чего вода оттесняется из раскрытых трещин и пор путем нагнетания в пласт воздуха или инертного газа под давлением, большим или

1

DO

:д

равным установившемуся давлению в гфоцессе гидрорасчленення пласта Р, но не превышающим максршального давления гидрорасчленения Р,, зафиксированного в процессе гидрорасчленения пласта. Количество нагнетаемого воздуха обеспечивает весь фильтрующий объем угольного пласта в зоне гидрорасчленения с учетом ее неравномерности и резерва на возможность частичного возвращения оттесненной воды и определяется по зависимости

рабочей жидкости в процессе гидро- расчлене1шя нласта и зависит от целого ряда горно-геологических и

горно-механических факторов таких, Hanpittjep, как естественная трещино- ватость пласта, пластовое давление, мощность пласта, вязкость рабочей жидкости и ряда других. Для реапизации режима пневморасчленения рабочей, лсидкости воды давления нагнетаемого в-оздуха в пласте не должно

превышать величины Р,

грп. макс

иначе

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для повышения безопасности горных работ. Цель - повышение эффективности дегазации. Способ включает бурение скважин, нагнетание жидкости в угольный пласт в режиме гидрорасчленения, определение величин максимального и установившегося давления гидрорасчленения пласта, выдержку жидкости в пласте и оттеснение ее из фильтрующих пор и трещин путем нагнетания в пласт воздуха или инертного газа. Темп нагнетания воздуха или газа должен обеспечивать поддержание давления нагнетания не больше максимального и не меньше установившегося значения давления гидрорасчленения пласта. Объем нагнетаемого газа определяется из математического выражения, учитывающего мощность пласта, радиус гидрорасчленения, фильтрующую проницаемость пласта, давление гидрорасчленения и неравномерность обработки пласта. После пневмооттеснения жидкости скважина работает в режиме извлечения газа из пласта. Способ позволяет повысить фазовую проницаемость пласта.

0 7кг,Н.т |5:-К,К2,:мЗ,

(1)

да P,.,iPg Р - значение давления гидрорасчлененияпласта, МПа; Р - барометрическое давление, МПа; R - радиус гидрора

членения, м; Н - мощность пласта, м; m - фильтрующая

пористость . пласта по воз- - духу;

К 1,2-1,8 коэффициент неравномерности зоны об- работки;

Kj, 1,4-2,0 коэффициент, з читьшакщий скорость движения рабочей жидкости в .пласте за счет физико-химических сил взаимодействия в системе уголь - жидкость - газ. После чего воздух выдерживают в. пласте в течение интервала времени {равного времени снижения давления - в скважине до величины, превышающей в 1,1-1,2 раза величину пластового давления, скв-ажину открьшают и откачивают газ из толщи.

Закачка воздуха в пласт с темпом, обеспечивающим его нагнетание в плас под давлением Р, находящимся в интервале (1), о бусловле но.нео бходи- мостью обеспечения режима пневмоот- теснения рабочей жидкости из фильтрующих пор и трещин. Известно, что процесс гидрорасчленения угольного пласта характеризуют такие показа- -тели, как Р.р „„ и . ст Первый показатель отралсает фактическое максимальное давление нагнетания

нагнетание может привести к пневморасчленению дополнительных систем или разрьюу пласта, что являясь само по себе положительным эффектом, не является целью предлагаемого способа дёгазагдии угольного пласта.

Величина РГОП, цст характеризует установившееся давление рабочей жидкости в процессе гидрорасчленения угольного пласта. В течение всего периода закачки значительных объемов

воды эта величина находится зительно. на одном уровне и отражает соотношение сил, обеспечивающих ра-. диальное течение воды по пористо- трещиноватому пласту, от скважины

к периферии, таких как сил воздействия водяных агрегатов, веса водя- ного столба в скваясине, сил сопротивления движению воды, пластового дав- ления и других.

,

При давлении нагнетания воздуха превышение Р ь, р позволяет обеспечить то же самое или несколько более.благоприятное соотношение сил,

приложенных к рабочей жидкости, находящейся в пласте, чтобы обеспечить дальнейшее радиальное течение воды от сквалсины к периферии, зонт обработки под действием нагнетаемого

воздуха, что приведет к замещению,, в фильтрзтощем объеме пласта во-ды на ВОЗД371С и повысит фазовую, проница- емость пласта для метана, так как- после стравл1шания давления воздуха

путем открытия скважины раскрытые в процессе гидрорасчленения пласта каналы будут сл ужить для выхода метана из пласта на поверхность. Для того, чтобы освободить от

рабочей жидкости всю зону гидрорасчленения, общий объем нагнетаемого воздзгха должен определяться по зависимости (I), физический смысл которой заключается в том, что условием

515

повьппения фазовой прон1щаемости пласта для метана по всей зоне гидрорасчленения является заполнение всего фильтрующего объема зоны обработки воздухом с учетом неравномерности зоны обработки гидрорасчленения (коэффициент К) и некоторого запаса в виде увеличения зоны оттеснения с учетом того, что после стравливания воздуха из пласта часть воды будет стремиться за счет сил самодвижения и под действием разности пластовых давлений различных зон .пласта вернуться в зону, из которой она была оттеснена (козффициент К,;.). Численные значения коэффициентов К и К приведены на основе опыта работ по заблаговременной дегазации угольных пластов более, чем на 10 шахтных полях Донецкого и Карагандинского бассейнов.

Воздух выдерживается в пласте в течение интервала времени, равного времени снижения давления в скважине до величины, превышающей в 1,1-1,2 раза величину пластового давления. Это необходимо для реализахщи энергии закаченного воздуха на пневмоот- теснение воды. Кроме того, это необходимо для того, чтобы снизить до минимума скорость стравливания воздуха из пласта, которая сильно влияет на скорость возврата оттесненной воды к скважине (эжекторный эффект). Коэффициент 1,1-1,2 снижает время вьщержки до разумных пределов в случае полного отсутствия утечек воздуха.

При пневмооттеснении нагретый воздух заполняет раскрытый при гидрорасчленении фильтрующий объем, однако в различных горно-геологических и горно-технических условиях этот объе отличается от теоретического, так ка зависит от природной системы естественной трещиноватоети угольного пласта и в направлении основных систем трещин зона трещиноватости превьшает расчетную по опыту работ в области гидрорасчленения в 1,2-1,8 раз, что и учитывается коэффициентом К|,

. Коэффициент К, учитывает скорость движения рабочей жидкости в пласте за счет физико-химических сил вза- . имодействия в системе уголь-- жидкость - газ, т.е. эмпирически учитывает увеличение расчетной зоны гид

6

рорасчленения за счет сил самодвижения. Эти даннЬте подтверждены много- численньми экспериментальньпчи иссле- дованиями, однако достоверньп теоретический расчет вьтолнить не представляется возможным вследствие анизотропии и неоднородности свойств угленосного массива.

В зависимости от приемистости обрабатываемой зоны и времени, вьоделен- ного для его дегазации, вьщержку воздуха в пласте снижают до величины 1,1-1,2 от пластового Р,, , хотя в идеальном случае его нужно было бы вьщерживать до тех пор, пока давление не упадет до величины пластового. В реальных условиях первоначальное давление после воздействия в пласте составляет (7-8) и оно снижается до величины (1,1-1,2) в течение 1-2 мес., а далее до величины Pf, В течение 2-6 мес., поскольку такая вьщержка газа в скважине не является целесообразной, так как метан начинает рассредотачиваться в массиве. Диапазон коэффициента 1,1- 1,2 является эмпирическим и обуслов- лен обобщением накопленного опыта работ по нагнетанию воздуха в пласты через скважины с поверхности.

Пример. После завершения работ по оборудованию скважины гидрорасчленения, ее перфорации и вскрытия угольного пласта проводят его гидрорасчленение. Давление нагнетания рабочей жидкости в пласт, объем и темп закачки определяют по общепринятой методике. При глубине за-

легаций пласта К.,, его мощности 8 м.

эффективной пористости 3,5%, радиус предполагаемой зоны воздействия 175 м, давление нагнетания жидкости составляют соответственно 13 и 11 МПа, темп нагнетания 70-90 л/с, а объем нагнетания 3000 м. Нагнетание жидкости производят насосными агрегатами 4АН-700.

После нагнетания расчетного объема рабочей жидкости скважину закрывают на 2-4 мес. для равномерного увлажнения угольного пласта и замещения метана водой в сорбцирнном объеме, после чего к скважине подключается 4 компрессора КПУ-16/250, которые закачивают воздух в пласт с общим темпом 64 м /мин, обеспечивающим его нагнетание в пласт под давлением Pg

5

0

1

12 Ша. По опыту ведения горных работ в зоне соседних, скважин пщро- расчленения коэффищюнт К, неравномерности отработки зоны и гидрорасчленения составляет 1,4, а коэффициент K,j - 1,75.

Общий объем закачиваемого воздуха составляет

Q6 3,14-1,752-8-0,035.12.1,4-1,75 800000

После закачки расчетного объема воздуха скважину закрывают и фиксируют изменение давления по манометру установленному на скважине. После того, как в течение 14 сут давление упало с 12 до 1,7 Ша и практически стабилизировалось на этой величине, скважину открыли, после чего в течение 16 мес. вели извлечение газа из пласта в режиме самоистечения, а в последующем при падении дебита газа скважину подключили к вакуумной насосной станции и извлекали газ до подработки скважины горными работами.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в повьшении эффективности дегазации угольного пласта за счет повьппення фазовой проницаемости уголного пласта для метана и за счет осуществления пневморттеснения рабочей жидкости из фильтрующих трещин и пор путем нагнетания воздуха с расчетными давлением и объемом. На соседних, сравниваемых скважинах осуществлялось пневмовоздействие путем нагнетания в пласт воздуха одним компрерсо- ром;КПУ-16/250 с темпом 16 м /мин, давлением 9,5 Ша и общим объемом 360000 м . Эффективность дегазации быйа достигнута существенно ниже, что связано с тем, что не был реализован режим пневмооттеснения (воздух не оттеснял воду, а проникал в более мелкие каналы пласта) и общий объем был недостаточен для обработки всей зоны гидрорасчленения.

58

Формула изобретения

Способ дегазации угольного плас- та, включающий бурение скважин, нагнетание рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения, выдержку ее в пласте, оттеснение ее из фильтрующих пор и трещин путем закачки воздуха

и извлечение газа из толщи, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дегазации, в процессе гидрорасчленения определяют величину максимального давления гидрорасчленения пласта и величину установившегося давления в процессе гидрорасчленения, при этом воздух закачивают под давлением, большим или равным величине установив4аегося

давления в процессе гидрорасчленения, но не превьппагацим величину максимального давления гидрорасчленения пласта, а объем закачиваемого воздуха (Q-) определяют из математического

В

выражения

i -R Hin | K,K,

4

м

где R, - радиус гидрорасчленения, м; Н - мощность пласта, м; п - фильтрукяцая пористость пласта по воздуху,

Pg - давление нагнетания воздуха; баро ш:а;

Р - барометрическое давление.

л. К,

1,2-1,8 - коэффициент неравномерности зоны обработки;

К, 1,4-2,0 - коэффициент, учитьша- ющий скорость движения рабочей жидкости в пласте,

причем воздух выдерживают в пласте в течение времени, равного времени снижения давления в скважине до величины, превышающей в 1,1-1,2 раза величину пластового давления.