Способ гидравлической обработки угольного пласта Советский патент 1992 года по МПК E21F5/02 

Изобретение может быть использовано при региональных способах гидрообработки угольных пластов на шахтах.

Известен способ гидрообработки угольного пласта в режиме гидрорыхления, основанный на нагнетании воды в угольный пласт до снижения давления нагнетания и увеличения расхода воды. Для проверки эффективности нагнетания из выработки бурят не менее трех шпуров на крутом пласте и двух шпуров на пологом пласте для замера газового давления. В тех случаях, когда давление газа не снижается до 10 кгс/см2, необходимо проводить дополнительные мероприятия: бурение дегазационных скважин, возведение металлического каркаса и т.д., что является недостатком этого способа.

Известен способ гидрообработки угольных пластов с применением поверхностно- активных веществ (ПАВ), раствор которых нагнетают в пласт через скважины, пробуренные через породную толщу. Под влиянием абсорбированной влаги происходит снижение и выравнивание прочностных и упругих характеристик угля, а также повышение его пластических и деформационных характеристик. По термодинамическим условиям адсорбция воды на углях на 3 порядка выше адсорбции метана. Поэтому при достаточной гидрофилизации нагнетаемого в пласт раствора, что обеспечивается путем добавки в воду ПАВ, последнее замещает метан в сорбционном объеме угля.

Недостатком способа является то, что при этом не учитывается влияния ПАВ на

XI

Ю

00 Ю

Ю

фазовую проницаемость угля и не учитывается солевой состав пластовых вод, который может существенно влиять на активность ПАВ.

Известно, что действие ионогенных ПАВ легко усиливается введением в их раствор электролитов. Соли жесткости воды (калий, магний) усиливают действие ПАВ группы алкиларилсульфонатов (сульфонол, РАС). Однако содержание солей не должно быть большим, так как соли с ПАВ могут вызвать образование коллоидного осадка и уменьшить гидрофилизацию поверхности.

Процесс продвижения ПАВ по достигнутому для их молекул фильтрационному объему угля сильно замедлен. Основное количество ПАВ адсорбируется на поверхности обрабатываемого участка. Повышение концентрации ПАВ в рабочей жидкости уменьшает проницаемость угля по газу. При этом образуется сольватный слой, препятствующий проникновению воды в сорбци- онный объем угля.

Получают два взаимно исключающих друг друга процесса. С одной стороны, от присутствия электролитов повышается ди- польный момент молекул ПАВ и их подвижность на разделе фаз, а следовательно, повышается проницаемость по газу, а с другой стороны сольватированные ионы ПАВ, адсорбируясь на пористой поверхности угля, снижают его проницаемость по газу, следовательно, снижение давления газа может не достигнуть требуемого значения, необходимого для безопасного ведения горных работ.

Целью изобретения является повышение эффективности гидрообработки угольного пласта за счет увеличения радиуса проникновения в него раствора ПАВ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе гидрообработки угольного пласта, заключающемся в бурении рабочей и контрольных скважин, нагнетании раствора ПАВ и определении давления газа в контрольных скважинах, перед нагнетанием раствора ПАВ определяют степень минерализации пластовой влаги, при этом суммарная концентрация минеральных солей в пластовой влаге и в нагнетаемом растворе ПАВ превышает 1028 мг/л, деминерализуют воду, в которой растворяют ПАВ.

Известно, что сульфокислоты и их соли с одно- и многовалентными катионами достаточно хорошо растворимы в воде по сравнению с другими ПАВ. Так как поверхностная активность ПАВ зависит от их растворимости, то использование более растворимых ПАВ типа солей сульфокислот низких концентраций (0,001-0,01%) позволяет уменьшить как сольватирующий эффект, так и эффект образования полиадсорбционных слоев.

В результате адсорбционного пониже- ния прочности угля и уменьшения сцепления между стенками трещин, заполненных ПАВ, возможно дополнительное повышение проницаемости угольной среды. Но это возможно при минимально допустимом содержании солей жесткости в растворе. При наличии же солей жесткости воды и возникающем при этом действии электрокинетическом потенциале происходит увеличение диффузионного слоя за счет ориентации дипольных молекул, что снижает проницаемость угля по газу. Следовательно, активное действием ПАВ по отношению к системе уголь-газ может быть повышено не только путем увеличения растворимости ПАВ, но и

за счет оптимального соотношения ПАВ и минерализации раствора.

Ввиду отсутствия количественной теории сольватации соотношение ПАВ и минеральной части раствора может быть

определено экспериментально или косвенно по изменению электропроводности растворов ПАВ в воде различной минерализации. Электропроводность растворов зависит от ионного состав раствора,

а вернее от подвижности ионов минеральных солей.

Для выяснения влияния концентрации минеральных солей в пластовой влаге на

эффективность гидрообработки пласта растворами ПАВ проводят следующие исследо- вания. Пробы угля с определенным содержанием пластовой влаги увлажняются растворами ПАВ, приготовленными на дистиллированной воде. По мере увлажнения проб определяются степень их влагонасы- щения, содержание минеральных солей в растворе (минерализация), которая повышается за счет перехода их из угля в раствор

(см. таблицу). По мере насыщения угля минерализация раствора достигает предела 1028 мг/л, при котором степень влагонасы- щения максимальна, что соответствует наибольшему увлажнению. Параллельные

замеры электропроводности ПАВ показывают, что по мере адсорбции ПАВ углем повышается число подвижных ионов в растворе. Как следует из приведенной таблицы, влаго- насыщение нарастает лишь до значения минерализации, равного 1028 мг/л, а при дальнейшем росте последней начинает снижаться, что связано с формированием диффузионного слоя на поверхности стенок трещин угля, снижающего проницаемость последнего.

Для повышения активности раствора ПАВ и степени насыщения угля, а следовательно, радиуса влияния скважины необходимо использовать для нагнетания в пласт воду низкой минерализации (С1028 мг/л), ко- торую понижают одним из известных способов. Причем величина минерализации раствора, нагнетаемого в пласт, должна рассчитываться с учетом степени минерализации пластовой влаги, которая определяет- ся путем отбора проб в местах капежа и анализа на содержание сухого остатка в ней.

Способ осуществляют следующим об- разом.

Скважину диаметром 90-100 мм располагают по центру вертикальной оси про- мквершлага, бурят станком НКР-100М под углом 5-10° с полным перебуриванием пласта и промывают ее водой. Герметизируют устье на 2 м. С расстояния 0,5 м до пласта перебуривание его производят без промывки. Отбирают пробу угля для определения пластовой влаги и ее минерализации. Например, минерализация пластовой воды на шахте Кочегарка ПО Артемуголь равна 2284 мг/л. Для повышения величины влаго- поглощения раствора ПАВ следует количество раствора ПАВ с предварительно пониженной минерализацией, допустим до 700 мг/л, привести в соответствие с минеральной частью пластовой влаги. Используют правило креста

(028

,323

125б

Это значит, что для снижения минерализации с 2284 до 1028 мг/л необходимо взять 328 объемов воды с минерализацией 2284 мг/л и 1256 объемов с минерализацией 700 мг/л, т.е. соотношение пластовой влаги с раствором ПАВ должно составлять 1:4. Если количество обрабатываемого угля со- ставляет 188 т со средней влажностью 0,9%, то в нем содержится (188 х 0,9): 100 1,7 т влаги с минерализацией 2284 мг/л. Следовательно, для повышения эффективности обработки пласта ПАВ необходимо нагне- тать не менее 1,7 х 4 6,8 т раствора ПАВ. Причем деминерализуют воду до растворения в ней ПАВ. Нагнетание производят насосной установкой типа УН-35 или УНШ-80 производительностью 30-100 л/мин. Дози-

5 0

5

0 5 0

5

0 5 0 5

ровку ПАВ осуществляют дозатором типа ДСУ-4, установленным на низконапорном участке перед насосной установкой. При расчетном количестве общего водного раствора 6,8 т количество сульфонола равно 28-31 л. В начальный период нагнетания давление увеличивают постепенно (по 20- 30 кгс/см2) и доводят до 242 кгс/см2 При- этом скорость подачи ПАВ пропорциональна скорости увеличения давления: на каждые 20-30 кгс/см2 3-4 л ПАВ. В период нагнетания последней тонны жидкости подачу ПАВ прекращают, не снижая давления для создания гидрозатвора и предотвращения сорбционных накоплений. Через соседние скважины, пробуренные на расстоянии 6 м от вертикальной оси промквершлага с полным перебуриванием пласта, следят за изменением давления газа в пласте. При падении газового давления до 10 кгс/см2 нагнетание прекращают, в противном случае продолжают.

Использование данного способа позволяет увеличить глубину дегазации угольного пласта, повысить его проницаемость при проведении противовыбросных мероприятий, что повышает безопасность ведения горных работ в угольных шахтах.

Формула изобретения

1.Способ гидрообработки угольного пласта, включающий бурение скважин, нагнетание в угольный пласт раствора поверхностно-активных веществ и определение давления газа в контрольных скважинах, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения эффективности обработки угольного пласта за счет увеличения радиуса проникновения раствора поверхностно-активных веществ, перед нагнетанием последнего определяют минерализацию и объем пластовой влаги, минерализацию воды, в которой растворяют поверхностно-активное вещество, после чего определяют объем раствора поверхностно-активного вещества, обеспечивающий при его нагнетании в пласт суммарную концентрацию минеральных солей в пласте, не превышающую 1028 мг/л.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что при превышении минерализации воды, в которой растворяют поверхностно- активное вещество, величины 1028 мг/л производят ее деминерализацию до растворения в ней поверхностно-активного вещества.

Использование: гидравлическая обработка угольных пластов для снижения вы- бросоопасности. Сущность изобретения: бурят в угольный пласт скважины. Определяют объем и степень минерализации пластовой влаги, а также минерализацию воды, в которой растворяют ПАВ. Если концентрация минеральных солей в нагнетаемом растворе ПАВ превышает 1028 мг/л производят деминерализацию воды, в которой растворяют ПАВ. Рассчитывают объем раствора ПАВ, обеспечивающий при его нагнетании в пласт суммарную концентрацию минеральных солей в пласте, не превышающую величины 1028 мг/л, и нагнетают его в пласт. СП с