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

Изобретение относится к горной промышленности и може быть использовано для заблаговременной подготовки, например панели шахтного поля через группу скважин, пробуренных с поверхности, к безопасной и эффективноой обработке угольного пласта и попутной добыче метана до начала ведения горных работ и после подработки ими скважин,

Известен способ обработки продуктивной толщи на большой площади, включающий бурение группы скважин с поверхности, обсадку их трубами, тампонаж затрубного пространства, перфорацию обсадных колонн, формирование в продуктивной толще трещин подачей рабочего агента, закрепление этих трещин наполнителем, от- качку рабочего агента и метана.

Основной недостаток этого способа - низкий уровень дегазации и снижения вы- бросоопасности продуктивной толщи, обусловленный ограничением воздействия только на угольный пласт. Последнее вследствие откачки из угольноно пласта газожидкостной смеси и метана связано с поступлением из вмещающих пород почвы и кровли пласта метана и заполнением им трещинно-порового объема угля.

Цель изобретения - повышение безопасности ведения горных работ за счет эффективной дегазациилродуктивной толщи.

Цель достигается тем, что часть группы скважин перфорируют на уровне середины мощности разрабатываемого угольного пласта, а часть группы скважин - на уровне контактов пород основной и непосредственной почвы и кровли угольного пласта,

2

О JN

00

ND

причем скважины с разными зонами перфорации обсадных колонн располагают в чередующемся порядке. С целью увеличения размеров зон обработки пласта и пород ее почвы и кровли, рабочий агент продавливают по образовавшимся трещинам вглубь массива сжиганием пороховых зарядов, размещённых в скважинах зон вскрытия обсадных колонн.

На фиг.1 представлена схема экспериментального участка с указанием скважин 1...6; на фиг.2- разрез А-А на фиг.1; нафиг.З - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - разрез Г-Г.

При проведении патентного поиска не выяв лено известных технических решений, поэтому имеющиеся в сравнении с прототипом отличительные признаки существенны.

Последовательность выполнения технологических операций по реализации предлагаемого изобретения показана на примере обработки панели шахтного поля (см.фиг.1). С дневной поверхности для обработки большой площади бурят группу скважин, оборудуют их трубами, тампонируют затрубное пространство, часть группы скважин (условно назовем с четными номерами) перфорируют на уровне середины мощности разрабатываемого угольного пласта, формируют в ней трещины подачей рабочего агента для увеличения размеров зоны обработки пласта продавливают рабочий агент по образовавшимся трещинам вглубь массива сжиганием пороховых зарядов, размещенных в скважине напротив зо- ны перфорации обсадной колонны, закрепляют трещины подачей наполнителя, выдерживают рабочий агент в пласте, откачивают рабочий агент и метан.

Другую часть группы скважин (с нечетными номерами) перфорируют на уровнях контактов пород основной и непосредственной почвы и кровли разрабатываемого угольного пласта, формируют в них трещины подачей рабочего агента одновременно в обе зоны перфораций обсадной колонны каждой скважины, для увеличения размеров зон обработки пород продавливают рабочий агент по образовавшимся трещинам в глубь массива сжиганием пороховых зарядов, размещенных в скважине напротив зон перфораций обсадной колонны, закрепляют трещины подачей наполнителя, выдерживают рабочий агент в продуктивной толще, откачивают рабочий агент и метан.

Скважины (с четными и нечетными номерами) с разными зонами перфорации обсадных колонн располагают в чередующемся порядке.

Добычу метана производят через наземные скважины до и после их подработки горными работами.

Пример. Допустим необходимо снизить газоносность и выбросоопасность пласта Феликс и вмещаемых горных пород. Мощность пласта Кю на шахте им.Ко- стенко ПО Кара га ндау голь колеблется в пределах 1,5...2,5 м. Пласт Кю разделен про0 слоями аргиллита мощностью 0,01...0,05 м. Характеристика пласта: газоносность- 15,6 м3/т, ожидаемая газообильнбсть - 31 м3/т, выход летучих веществ - 25%. Кровля пласта представлена слабоуглистыми аргилли5 тами, мощность которых 2,5...8 м, далее серым, мелкозернистым, крепким песчаником. Почва пласта представлена аргиллитом, слабоуглефицированным мощностью 4...6 м, ниже - песчаником. Пласт Кю отне0 сен по газу к опасным (шахта сверхкатегор- ная) и пыли и условно - к выбросоопасным. На первом этапе работ скважины с четными номерами (2,4,6) бурят на разрабатываемый угольный пласт Кю, обсаживают их

5 трубами, например, диаметром 146 мм с толщиной стенки 8 мм, тампонируют затрубное пространство цементом. В скважину 2 опускают перфоратор на отметку 496 м (середина мощности угольного пласта), тща0 тельно промеряя длину труб при спуско- подъемных операциях, параллельно глубину спуска перфоратора в скважину контролируют с помощью фиксирования длины троса на лебедке. В случае необходи5 мости для более точной установки перфора- тора на заданную отметку можно использовать в колонне насосно-компрес- сорных труб муфту - репер. Перфорацию обсадной колонны и цементного камня осу0 ществляют известными способами. Принцип гидропескоструйной перфорации основзн на создании отверстий в обсадной колонне и цементном камне и породах при- скважинной зоны путем придания песчано5 водной струе скорости сотен метров в секунду.

Нижний предел допустимого перепада в насадках (6 мм), обеспечивающий эффективное разрушение указанных выше пре0 град, не должен быть меньше 12...14 МПа.

Время эффективного воздействия на указанные преграды не должно превышать 15,...20 минут.

Для производства гидроструйной пер5 форации устье скважины оборудуют стандартной арматурой типа IAV-700, рассчитанной на рабочее давление до 70 МПа. Прокачку водопесчаной смеси осуществляют группой насосных агрегатов 4АН- 700, развивающие давление до 70 МПа, при

меньших давлениях - цементировочными агрегатами.

Водопесчаную смесь готовят в пескос- месительном агрегате (2ПА, ЗПА и др.), который представляет собой бункер для песка емкостью 10 м3 с коническим дном.

Для обработки угольного пласта (радиус влияния нагнетательной скважины принимается 150 м) при давлении 15...25 МПа с расходом 35...65 л/с нагнетают 3500..,4000 м3 жидкости группой насосных агрегатов в количестве 8 шт.

Если проэктным заданием предусмотрено увеличение размеров зоны обработки угольного пласта, то закачанную ранее жидкость в угольный пласт по трещинам продавливают сжиганием пороховых зарядов (возможно ступенчатое сж игание пороховых зарядов) в глубь массива. Для этого в скважину на отметку 496 м на кабеле опускают стандартный снаряд АДС-6 и включают спираль-воспламенитель. Сравнительно быстрое сгорание порохового заряда за 3.3 с позволяет создать давление 30...100 МПа за счет того, что жидкость в скважине и трещинах пласта играет роль уплотнитель- ного поршня, который не успевает быстро сдвинуться с места благодаря своей инерции. При таком процессе горения осуществляется механическое воздействие на угольный пласт, приводящее к образованию в нем новых и расширению существующих трещин. Такое воздействие аналогично гидроразрыву пласта, но без закрепления образовавшихся трещин наполнителем. При ступенчатом продавливании жидкости по трещинам в глубь массива постоянно увеличивается масса порохового заряда с интервалом их сжигания не меее 2 часов. Методы предотвращения прихватов кабеля и разрыв колонны обсадных труб общеизвестны. Сущность последних состоит в необходимости поддержания уровня жидкости ниже устья скважины, примерно, на 50 м, а устье ее герметизируется специальным сальником. В гаком случае пространство над уровнем жидкости выполняет роль амортизатора или воздушного компенсатора.

Работы по применению снарядов АДС- 6 выполняют геофизические подразделения, располагающие необходимым оборудованием, аппаратурой и обученным персоналом.

После завершения работ по нагнетанию или продавливанию жидкости в глубь массива для закрепления образовавшихся в пласте в раскрытом состоянии трещин закачивают, например, 180-350 кг песка (плотность 2650 кг/м3, размер зерен от 0,5 до 1,2 мм) на 1 м3 жидкости.

Аналогиччо производят обработку угольного пласта Кю через скважины 4,6.

После выдержки жидкости в угольном пласте в течение 24 ч, снимают гидростати- 5 ческое давление столба жидкости в скважине, создавая условия для ее самоизливз и освобождения путей выхода метана из пласта. Эксплуатация скважины осуществляется любым из известных способов:

0 поршневание по обсадной колонне; порш- невание по насосно-компрессорным трубам; погружным насосом; эрлифтом; компрессором; станком-качалкой и др. Сроки эксплуатации скважины могут быть огра5 ничены временем отработки, например, панели шахтного поля.

На втором этапе работ скважины с нечетными номерами 1, 3, 5 в указанном порядке очередности бурят на породы почвы

0 разрабатываемого угольного пласта, обсаживают их трубами (146 мм), тампонируют затрубное пространство цементом. В скважину 1 опускают перфоратор на отметку 501 м (контакт пород основной и непосредст5 венной почвы угольного пласта - нижний интервал перфорации обсадной колонны) и прорезают отверстия в преграде (обсадная колонна и цементный камень).

Технология и техника для производства

0 перфорационных работ на скважинах 1,3,5 аналогичны описанным выше.

При прочности пород (сгсж 20„.30 МПа) нижний предел допустимого перепада давления в насадках (6 мм) для эффективного

5 разрушения преграды целесообразно увеличить до 18...20 МПа.

Поднимают перфоратор на поверхность и намывают песчаную пробку в скважине до отметки перфорации обсадной колонны на

0 уровне контакта пород основной и непосредственной кровли угольного пласта (491 м).

На указанной отметке, опустив перфоратор в скважину, прорезают отверстия в

5 обсадной колонне и цементном камне.

Размывают песчаную пробку в скважине. Для одновременной обработки пород почвы и кровли угольного пласта (радиус влияния скважины принимается 150 м) при

0 давлении 15...30 МПа с расходом 40...70 л/с закачивают 7500...8500 м3 жидкости группой насосных агрегатов (8 шт).

В случае необходимости увеличения размеров зоны скважинной обработки про5 дуктивной толщи применяют пороховые заряды, технология сжигания которых приведена выше.

Для закрепления образовавшихся трещин в процессе силового воздействия в

каждую зону перфорации, по опыту нефтяников, обсаДной колонны скважины закачивают 2...6 кг кварцевого песка.

Выдерживают жидкость в продуктивной толще в течение 24 ч, организовывают самоизлив жидкости из скважины за счет снятия гидростатического давления столба жидкости и приступают к эксплуатации скважины, как указано выше.

Аналогичным образом проводят весь комплекс технологических операций по обработке продуктивной толщи и эксплуатации скважин 3 и 5. Для интенсификации процесса откачки газожидкостной смеси (ГЖС) и съема метана из продуктивной толщи возможно применение любой конструкции газлифтного подъемника, работающего по двум схемам: в одном случае сжатый газ подается в межтрубное пространство, а ГЖС движется по центральной колонке труб - кольцевая; в другом случае сжатый газ подается в центральную колонну труб, а ГЖС поднимается по кольцевому пространству - центральная.,Возможно применение на скважине и кольцевой и центральной схемы газлифтного подъемника.

Преимущества предложенного способа обработки продуктивной толщи на больших площадях через скважины, пробуренные с поверхности, в сравнении с прототипом: радикальное снижение газоносности и выбро- соопасности разрабатываемого угольного пласта за счет ограничения притоков него метана из обработанных пород почвы и кровли угольного пласта и выработанного пространства лавы.

Повышение дебитностй скважин за счет съема метана из вмещающих пород угольного пласта и самого угольного пласта.

Экономический эффект в денежном выражении не подсчитывался, так как предлагаемый способ обработки продуктивной толщи имеет социальный характер и на- правлен, главным образом, на создание безопасных условий труда на предприятиях угольной промышленности.

Область применения способа - подготовка заблаговременно газоносных и вы- бросоопасных участков шахтного поля через группу скважин к безопасной и эффективной выемке угля.

Формула изобретения

1.Способ обработки продуктивной тол- щи, включающий бурение саважин с поверхности, обсадку jix трубами, тампонаж затрубного пространства, перфорацию обсадных колонн, формирование трещин в продуктивной толще подачей рабочего агента, закрепление их заполнителем, откачку рабочего агента и метана, отличающий- с я тем, что, с целью повышения безопасности ведения горных работ за счет эффективной дегазации продуктивной толщи, часть

группы скважин перфорируют на уровне середины мощности разрабатываемого угольного пласта, а часть группы скважин - на уровне контактов пород основной и непосредственной почвы и кровли угольного пласта, причем скважины с разными зонами перфорации обсадных колонн располагают в чередующемся порядке.

2.Способ по п,1, отличающийся тем, что с целью увеличения размеров зон

обработки пласта и пород его почвы и кровли, рабочий агент продавливают по образовавшимся трещинам вглубь массива сжиганием пороховых зарядов, размещенных ё скважинах у ЗРН вскрытия обсадных

колонн.

tfrr.et

Использование: отработка угольного пласта с попутной добычей метана. Сущность изобретения: с поверхности бурят группу скважин. Производят их обсадку трубами. Тампонируют затрубное пространство. Часть группы скважин перфорируют на уровне середины мощности разрабатываемого пласта, а другую часть группы скважин перфорируют на уровнях контактов пород основной и непосредственной почвы и кровли угольного пласта.. Скважины с разными зонами перфораций обсадных колонн располагают в чередую щемся порядке. По скважинам подают рабочий агент, котор ый продавливают по образовавшимся трещинам в глубь массива путем сжигания пороховых зарядов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

pAV AV/VM Xmy/A /W/A |W/xWA

ЛТ .

™1 I ЦЦ Jili т ц -. , . т- 1«дт;

.---- Д | УГ. ... -J .

Г /7

1

qptsr.s