Способ обработки продуктивной толщи Советский патент 1992 года по МПК E21F7/00 E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности- и может быть использовано для снижения газоносности и выбросоопас- ности вмещающих пород и угольных пластов мощностью свыше 2,5 м.

Цель изобретения - повышение безопасности ведения горных работ за счет обеспечения интенсивной откачки-жидкости и более глубокой дегазации продуктивной толщи.

Последовательность выполнения технологических операций для реализации изобретения заключается в следующем. С дневной поверхности на устойчивые породы почвы разрабатываемого угольного пласта бурят скважину, обсаживают ее

трубами, тампонируют затрубное пространство, опускают в скважину гидроперфоратор на проектную отметку и прорезают щели в горизонтальной плоскости скважины на уровне контакта пород непосредственно и основной почвы разрабатываемого угольно-- го пласта. Формируют в них магистральную трещину нагнетанием рабочего агента, подают в трещины водопесчаную смесь и намывают песчаную пробку в скважине до угольного пласта, Затем перфорируют разрабатываемый угольный пласт по середине его мощности, формируют в нем магистральную трещину также нагнетанием рабочего агента и подают в трещины водопесчаную смесь. После намыва песчаной

о о ся ч

пробки в скважине до купола обрушения горных пород производят перфорацию скважины на уровне последнего, формируют в этих породах магистральную трещину нагнетанием рабочего агента и закрепляют ее водопесчаной смесью.

Затем опускают в скважину перфоратор и размывают песчаную пробку.

Опустив в скважину насосно-компрес- сорные трубы до нижнего интервала перфорации устанавливают над ней пакер, закачивают воздух в центральную колонну труб, вытесняя по кольцевому пространству скважины газожидкостную смесь на поверхность.

Переустанавливают пакер ниже верхнего, интервала перфорации скважины, закачивают воздух в кольцевое пространство, вытесняя на поверхность по центральной колонне труб газожидкостную смесь.

Осваивают скважину. Формирование системы магистральных трещин на контакте пород непосредственной и основной почвы разрабатываемого угольного пласта в теле последнего ив куполе обрушения горных пород обусловлено образованием между ними дополнительного множества, в том числе и вертикальных, трещин, что обеспечивает наиболее благоприятные условия для перетока жидкости в породы почвы за счет как продавливания воздухом из пород купола обрушения, так и гравитационных сил жидкости.

Комплекс.предусмотренных элементов силового воздействия способствует интенсивной дегазации в целом продуктивной толщи и увеличению дебитов скважины, снижению водонасыщенности толщи, делению вмещающих пород угольного пласта на блоки, понижению устойчивости пород основной почвы и др. Кроме того, часть метана из продуктивной толщи выводится на поверхность через магистральную трещину в куполе обрушения пород до и после подработки скважины горными работами.

Таким образом, создание единой систе- мы магистральных и вертикальных трещин в продуктивной толще обеспечит эффективную дегазацию последней и повысит безопасность угледобычи.

Пример. Допустим необходимо эффективно дегазировать разрабатываемый пласт. Пусть он залегает на глубине 580 м, имеет мощность 8 м, эффективную пористость 5%, отличается повышенной газоносностью 15 м3/т. В кровле пласта залегает аргиллит мощностью 4-6 м, выше него - песчаник, мощностью до 30 м. Почва пласта представлена углистым аргиллитом, мощностью до 0,5 м, ниже (по вертикали) алевролитом и песчаником, мощностью 13-15 м. Основные свойства: сгсж 3,2-14,5 (песчаник), 3,1-8,4 (алевролит), 1,6-3,8 (аргиллит, углистый аргиллит) и 1,6-3,4 (уголь) МПа.

Бурится скважина на глубину 620 м, обсаживается стальными трубами, например диаметром 0,146 м с толщиной стенки 8 мм, затрубное пространство скважины тампонируется цементом. Установку перфоратора

на заданной глубине 595-600 м обеспечивают тщательным промером длины труб при спуско-подъемных операциях и определением глубины спуска лебедкой. Для более точной установки перфоратора против нужного интервала применяют в колонне НКТ муфту-репер. После спуска аппарата АП-6М в скважину, обвязки устья скважины и присоединения к нему насосных агрегатов система спрессовывается

давлением, превышающим рабочее в 1,5 раза. Перед опрессовкой в НКТ сбрасывается шар диаметром 50 мм от верхнего клапана для герметизации системы. После опрессов- ки обратной промывкой, т.е. закачкой жидкости в кольцевое пространство, верхний шар выносится на поверхность и извлекается. Затем в НКТ сбрасывается малый - нижний шар и при его посадке на седло нагнетаемая жидкость получает выход только через шесть насадок диаметром 6 мм, размещенных в горизонтальной плоскости. После этого проводится перфорация закачкой в НКТ водопесчаной смеси. Концентрация песка в жидкости обычно составляет

80-ЮОкг/м3.

При гидропескоструйной перфорации (ГПП) создание отверстий в колонне, цементном камне и канала в породе достигается приданием песчано-жидкостной струе скорости в нескольких сотен метров в секунду,

Нижний предел допустимого перепада

в насадках, обеспечивающего эффектиьное

разрушение колонны, цементного камня и

породы не должен быть меньше 12-14 МПа

(для 6 мм насадок). При прочности горных пород ( Осж 20-30 МПа) нижние пределы целесообразно увеличить до 18-20 МПа.

Время эффективного воздействия на преграду не должно превышать 15-20 мин.

При гидропескоструйной перфорации применяется то же оборудование, как и при разрыве пласта.

Устье скважины оборудуется стандартной арматурой типа 1АУ-700, рассчитанной

на рабочее давление 70 МПа. Для прокачки . водопесчаной смеси используются насосные агрегаты 4АН-700, развивающие максимальное давление 70 МПа, при меньших давлениях - цементировочные агрегаты.

Водопесчаная смесь готовится в пес- космесительном агрегате (2.ПА, ЗПА и др.). который представляет собой бункер для песка емкостью 10 м с коническим дном.

Закачку жидкости насосными агрегата- ми 4AH-7QO в породы почвы угольного пласта производят в режиме расчленения, что сопровождается раскрытием и расширением естественных трещин. При этом трещины соединяются в единую гидравлическую систему, ориентированную к нагнетательной скважине.;

Давление на забое скважины изменяется в пределах 0,12 Н Р 0.25Н, кгс/см2, где Н - глубина залегания пласта, м. Темп нагнетания рабочей жидкости составляет 40-60 л/с. Объем закачки определяется по формуле

Q пВ2тпэф 3.14-1502 -3 -0, м3, где R - приведенный радиус влияния нагнетательной скважины, м;.

m - обрабатываемая мощность, м;

Пэф - эффективная пористость пород, доли.

Намывают в скважине песчаную пробку до угольного пласта.

Опускают на насосно-компрессорных трубах гидроперфоратор и прорезают в скважине отверстия по середине мощности разрабатываемого пласта (интервал 584 м). Магистральную трещину в теле угольного пласта формируют нагнетанием жидкости в режиме разрыва, под которым понимается давление на забое скважины, обеспечиваю- щее гидравлический разрыв (ГРП) либо по плоскостям напластования, либо вдоль естественных трещин.

Сопротивление горных пород на разрыв обычно мало и лежит в пределах ар - 1,5 - 3 МПа, для угля стр 1,5 МПа, поэтому оно не влияет существенно на Фр.

Разрыв производят через обсадную колонну, что позволяет создать на забое скважины необходимое давление, так как потери давления на трение при закачке жидкости через обсадную колонну малы по сравнению с потерями при закачке через НКТ.

Параметры разрыва угольного пласта: темп нагнетания жидкости по обсадной колонне 60 - 90 л/с; давление на устью скважины 25-35 МПа. Процесс закачки воды в пласт регистрируется станцией контроля СКЦ и прекращается в случае резкого уве- личения расхода жидкости (поглотительной способности скважины) при том же давлении или в случае резкого уменьшения давления на устье при том же расходе.

В качестве жидкости разрыва используют жидкости, которые хорошо проникают в естественную трещину и имеют высокую вязкость, в противном случае она будет рассеиваться в объеме пласта, не вызывая расклинивающего действия в образовавшейся трещине.

В нагнетательных скважинах в качестве жидкости разрыва используют чистую или загущенную воду. К загустителям относятся компоненты, имеющие крахмальную основу, полиакрйламид, сульфат-спиртовая бурда (ССБ), КМЩкарбоксилметилцеллюло- за). При использовании жидкости на водной основе учитывают ее взаимодействие с по родой пласта, так как некоторые глинистые компоненты пластов чувствительны к воде и склонны к набуханию. В таких случаях в жидкости на водной основе вводят химические реагенты, стабилизирующие глины при смачивании.

После разрыва угольного пласта закачивают жидкость - песконоситель при давлениях, .удерживающих образовавшиеся в пласте трещины в раскрытом состоянии. В раскрытые трещины вводится песок на воз-, можно большую глубину для предотвращения смыкания трещин при последующем снятии давления и переводе скважины в эксплуатацию.

Для ГРП применяют чистый кварцевый песок с размером зерен от 0,5 до 1,2 мм; Современная техника позволяет осуществлять закачку 180-350 кг песка (плотность 2650 кг/м3) на 1 м3 жидкости. Количество закачиваемого песка при обычном однократном разрыве составляет 2-6 т.

На насосно-компрессорных трубах в скважину в интервал 555-560 м опускают пескоструйный аппарат и прорезают перфорационные отверстия с помощью 6 мм насадок. Магистральную трещину в куполе обрушения горных пород формируют нагнетанием жидкости в режиме разрыва, аналогично вышеприведенному.

Фактические данные наблюдения в лавах (Кизеловский и Карагандинский бассейны), при бурении скважин (Кузнецкий, Челябинский и Кизеловский бассейны) и разработке сближенных пластов показывают, что высоты зон обрушения имеют незначительные размеры по сравнению с высотой подработанной толщи и .в большинстве случаев не првышает по нормали к напластованию 3-4 кратной вынутой мощности пласта.

Пусть высота зоны обрушения горных пород в примере осуществления способа составляет в среднем 25 м.

Параметры разрыва горных пород купола обрушения (отметка 555-560 м): темп нагнетания рабочей жидкости по обсадной колонне 60 - 90 л/с, давление на устье скважины 25-35 МПа. Процесс нагнетания рабо- чей жидкости в скважину регистрируется станцией контроля СКЦ, закачка прекращается в случае резкого уменьшения давления на устье при том же расходе.

Закачивают в трещины разрыва 2-6 т чистого кварцевого песка с размером зерен от 1,5 до 1,2 мм (при среднем расходе 200 кг на 1 м жидкости). В качестве продавочной жидкости используют воду.

Опускают в скважину перфоратор, раз- мывают песчаную пробку и промывают скважину известными способами. В скважину опускают насосно-компрессорные трубы до нижнего интервала перфорации и устанавливают над ней пакер. На первой стадии освоения скважины компрессором закачивают воздух в центральную колонну труб. Останов компрессора связан с прекращением выноса на поверхность газожидкостной смеси из кольцевого пространства скважи- ны. Количество циклов определяется объемами откачанной жидкости на месте.

На второй стадии освоения скважины производят переустановку пакера ниже верхнего интервала перфорации (отметка 560 м), воздух циклически нагнетают в кольцевое пространство скважитл, магистральную и вертикальн-ые трещины купола обрушения п.ород, газожидкостная смесь выносится на поверхность из магистраль- ных трещин разрабатываемого угольного пласта и пород его почвы по центральной колонне труб. Останов компрессора связан с прекращением выноса ГЖС. Количество циклов предопределяется объёмом остав- шейся жидкости после первой стадии освоения скважины.

Основные преимущества изобретения следующие: эффективное снижение газоносности продуктивной толщи и газообиль-

ности выработанного пространства лавы за счет единой системы магистральных трещин, сформированных в разрабатываемом угольном пласте и вмещающих породах нагнетанием рабочего агента; сокращение сроков дегазации продуктивной толщи за счет зжекции, перемещаемой с большой скоростью рабочий агент с подсасываемой средой при использовании центральной и кольцевой схем подъема газожидкостной смеси и газа.

Формула изобретения Способ обработки продуктивной толщи, включающий бурение скважины с поверхности, обсадку скважины трубами, тампонаж затрубного пространства, формирование трещин на уровне пород почвы и купола обрушения разрабатываемого угольного пласта нагнетанием рабочего агента, откачку жидкости и газа из вмещающих пород и извлечение газа из купола обрушения пород после подработки скважины очистными работами, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения безопасности ведения горных работ за счет обеспечения интенсивной откачки жидкости и более глубокой дегазации продуктивной толщи, трещины формируют на уровне контакта пород основной и непосредственной почвы разрабатываемого угольного пласта и на уровне середины его мощности, затем опускают в скважину колонну насосно-компрессорных труб до нижнего интервала перфорации обсадной колонны, устанавливают над перфорацией пакер, подают сжатый газ в центральную колонну труб и вытесняют из продуктивной толщи газожидкостную смесь и газ по кольцевому пространству, после чего снимают пакер и устанавливают его ниже верхнего интервала перфорации обсадной колонны, при этом подают сжатый газ в кольцевое пространство и вытесняют из продуктивной толщи газожидкостную смесь и газ по центральной колонне труб на поверхность.