Подземный способ розжига угольного пласта Советский патент 1993 года по МПК E21B43/295 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к геотехнологическим способам добычи полезных ископаемых, и может быть использовано при подземной газификации углей.

Цель изобретения - повышение эффективности розжига угольного пласта в обводненных условиях или в условиях с высокой естественной влажностью.

На чертеже показана технологическая схема тодземного способа розжига обводненного пласта.

Технологическая схема подземного способа розжига угольного пласта включает скважину 1, пробуренную до почвы угольного пласта 2 с цементацией затрубного пространства 3, которая снабжена оголовком 4 с предохранительным клапаном давления 5, каналом 6 для подачи окислителя - воздуха и электрическим кабелем 7. Оголовок скважины 4 также снабжен люком 8 для подачи глинистой смеси 9 из резервуара 10. Твердая горючая смесь 11 из селитры, серы и

угля находится в резервуаре 12. Зажигательный патрон 13, расположенный в горючей смеси 11, снабжен электрическим источником питания 14. В скважине 4 также установлен герметизирующий пэкер 15.

Предлагаемый способ розжига угольного пласта осуществляется следующим образом. С поверхности бурят скважину 1 до почвы угольного пласта 2. Определяют гидростатическое давление путем замера уров- ня воды в скважине или .из гидрогеологических данных. Скважину 1 обсаживают до кровли угольного пласта, цементируют затрубное пространство 3 и оборудуют оголовком 4 с предохранительным клапаном давления 5. К оголовку сква- жины 4 подведены канал подачи окислителя - воздуха б, выводы электрического кабеля 7. Оголовок скважины 4 также оборудован герметичным люком 8 для подачи глинистых смесей 9 из резервуара 10 и засыпки горючей твердой смеси 11 из угля селитры и серы из резервуара 12. Зажига /

С

xj Ю

CJ

2

СА

тельный пзтрон 13, расположенный в горючей смеси 10, инициируется от источника питания 14. После того, как пробурили и оборудовали скважину 1, в нее подается из резервуара 10 через люк 8 глинистая смесь 9, которая заполняет вею мощность угольного пласта 2. Если в скважине 1 достаточно воды, глину засыпают в виде сухого порошка и заполняют ею необходимое пространство. Далее в скважину 1 на электрическом кабеле 7 опускают зажигательный патрон 13, предварительного замерив уровень засыпной глины в скважине. Приготовленная горючая смесь 11 из резервуар 12 подается в скважину 1 через люк 8 в необходимом количестве для создания заранее заданного давления регулировочным клапаном давления 5. После инициации электрическим током от источника питания 14 поджигается патрон 13, который воспламеняет горючую смесь 11, а образовавшиеся газы (продукты горения) в результате окисления создают давление, под действием которого глина кольматирует поровое пространство и естественно трещины в угольном пласте. Далее из скважины 1 удаляют избыток глины 9, снова размещают зажигательный патрон 13 на забое скважины 1 и вновь засыпают горючую смесь до оголовка скважины 4, затем инициируют горение, подают в канал 6 окислитель под давлением, превышающим давление пластовых вод. По мере прогорания горючей смеси из угля, селитры и серы, глина 9 в порах и трещинах рассыхается и растрескивается под действием высокой температуры (температура горения горючей смеси достигает 1200° С) и образует фильт- рационные каналы, по которым способен фильтроваться уже окислитель в виде воздуха. За счет высокой температуры и наличия окислителя воспламеняется угольный пласт. Таким образом происходит розжиг угольного пласта непосредственно на забое скважины 1. Скважина 1 снабжена герметизированным пакером 15, выдерживающим высокие давления. Пакер 15 служит для ограничения объема скважины 1 и создания необходимого давления газов при горении горючей смеси 11 в момент кольматации угольного пласта.

Твердотопливная смесь из селитры, се- ры и угля в предлагаемом техническом решении применяется в виде гранул крупностью 3-5 мм по следующим причинам:

1. Применение тонкодисперсных смесей (диаметр менее 3 мм) данного состава приводит к детонации и взрыву, что неприемлемо для способа розжига, и повышает

опасность обращения с веществами во время их приготовления, а крупнее 5 мм ухудшает реакцию окисления угля и серы.

2. В промышленности селитра произво- дится и транспортируется в гранулах с указанным размером, что позвол.яет использовать ее без предварительной подготовки.

3. Скорость движения фронта горения предлагаемой смеси в скважинах с диаметром от 46 мм до 296 мм достигает 0,74 м/ч, что в 7 раз превышает скорость движения фронта горения угля с использованием воз- душного окислителя, равную 0,1 м/ч. Смесь используется в предлагаемом техническом решении в гранулированном виде.

Пример реализации подземного способа розжига угольного пласта.

Варианты расчета розжига угольного пласта выполнены для условий Татарского буроугольного месторождения, где проектируется Красноярская опытно-промышленная станция подземной газификации угля.

Исходные данные: Н-глубина залегания

угольного пласта, м180 Рвод гидростатическое давление пластовых вод на участке, МПа 1 рп удельная плотность горных пород

подпластовой толщи, т/м32,5 DCKB - средний диаметр скважины, м 0,25 Состав горючей смеси для розжига угольного пласта в соотношении, мае. ч.: NH4N03 - аммиачная селитра 6,5 S-cepa . 2,5 С - уголь (в пересчете

на чистый углерод) .-1,0 В скважину, пробуренную с поверхности до почвы угольного пласта, обсаженную и оборудованную оголовком, подают глини- стый раствор с таким расчетом, чтобы он заполнил всю мощность пласта. В случае большого водопритока в скважину подают глинистый порошок, после его набухания опускают пакерное устройство, к которому снизу на электрическом кабеле крепится герметичный патрон с зажигательной смесью, снабженный электрозажигателем. 1 кг опускаемой смеси содержит 650 г селитры, 250 г серы и 100 г угля. Это соотношение рассчитано исходя из формулы окисления углерода:

пар

N H4N03 + S + С - СС-2 + НгО + НгЗ + №

0)

Объем Vi, занимаемый горючей смесью, р звен 0,83 л при соответствующих удельных п ютностях:

МН4Шз 0,9т/м3 S 1,96 т/м3 С 1,2 т/м3

После инициации электрозажигателем горючей смеси реакция окисления будет п эотекать по формуле (1). Удельный объем г; зов, образовавшихся в результате реагирования 1 кг (0,83 л) смеси, рассчитывается по формуле:

22.4 (т + П2 + пз + гц) 1000 „ mi Mi + ГП2 Ма + тз Мз

Vc

719,з л/кг,

1 80 + 1 12 -М-32 г,се гп1-тз 1 и щ-п4 1 - число молей ее единений, соответственно входящих в состав исходной смеси и продуктов реакции; Mi 80; №2 12; Мз 32-молекулярные массы соответствующих компонентов исходной смеси.

Давление, которое могут развить продукционные газы в замкнутом объеме, I п Vor

ГОГ

V1

1 86МПа

0

5

0

5

Ко

23,2,

Для проталкивания глинистого раствора в поры и трещины пласта необходимо создать давление Рт РВОД, а для предотвращения гидроразрыва горных пород должно выполняться неравенство Ргп Рг. Таким образом, граничное условие Ргр Рг РВОД позволяет рассчитать необходимую высоту установки пакера в скважине

Ргп А, Н 2,5 т/м3 180м - 3,7 МПа Безразмерный коэффициент ослабления давления

Рог 86 . Рт 3,7 с помощью которого определяем объем пустого пространства ниже пакера

Vnycr.n Vi Косл 0,83 23,2 19,29 л Таким образом, высота установки пакера под глинистым раствором

. Упуст.п 19.29 (- OQ n f-no „ П -fr--- - о г- - Ъ,ЈО ДМ и,Ь/О М, Оскво,DO

где SCKB площадь скважины в месте установки пакера.

Описанный способ повышает эффективность розжига угольного пласта в условиях высокой влажности или его обводненности.

плас 7.02.93. Бюл, Ne 5 Ленинградский горный институт .В.Плеханова .Д.Дядькин, В.А.Ивашкин, Н.Н.Смир- В.Б.Соловьев и Н.Г.Кащеева кафа П.В. Подземная газификация уг,: Госгортехиздат, 1960. |ПОДЗЕМНЫЙ СПОСОБ РОЗЖИГА ЬНОГО ПЛАСТА одземный способ розжига угольного а. Бурят скважину. Для удаления воды подают на всю мощность пласта глинистый раствор. Определяют в скважине уровень над глиной с давлением образующихся газов выше гидростатического, но меньше горного давления. Затем подают в скважину дробленую смесь диаметром 3-5 мм аммиачной селитры, серы и угля и поджигают ее. После кольматации забоя скважины глиной и растрескивания последней в участок канала газификации подают легковоспламеняющееся вещество - смесь аммиачной селитры, серы и угля в соотношении 6,5-2,5: : 1 с диаметром 3-5 мм.

Формула из об р е т е н и я Подземный способ розжига угольного пласта, включающий бурение скважин до поты угольного пласта, удаление воды из ме ;та розжига, подачу в участок канала га- зи жкзции легковоспламеняющегося веще- стна, зажигательного патрона и дутья,

пламенение горючего вещества и угля от

игательного патрона, о т л и ч а ю щи йтем, что предварительно определяют

вое за с J

щг ростатическое давление пласта и влажно ть угля, для удаления воды из места роз- жи -а подают глинистый раствор на всю мощность угольного пласта, определяют в

скважине уровень нзд глиной с давлением образующихся газов вышз гидростатического давления, но меньше горного давления, подают в скважину дробленую смесь диаметром 3-5 мм аммиачной селитры, серы и угля и поджигают ее, после кольмата- ции забоя скважины глиной и ее последующего растрескивания производят подачу в участок канала газификации легковоспламеняющегося вещества, в качестве которого подают смесь аммиачной селитры, серы и угля в соотношении соответственно 6,5-2,5 : 1 с диаметром 3-5 мм.