Способ дегазации угольного пласта

(7 г быть исзопасноппениеособ вклтание Из преимущ1 н промьппле ьзованоным газом ппение эфного пласразом.поверхи пласт орасчей то ив ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР635249, кл, Е 21 Р 5/ОО, 1978 еУправление свойствами и состоянием угольных пластов с целью борьбыс осовньщи опасностями в шахтах.Под общей ред.акад.В.В. РокевскогоМ.: Недра, 1984, с. 170-174.(54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГОПЛАСТА(57) Изобретение относится к у ольной промьпвпенности и можетпользовано для повышения бети горных раб Ц ьэффективностичает бурениежидкости в уг режиме обретение относится ественно угольной ности, и может быть испол для борьбы со взрывоопас в угольных шахтах. Цель изобретения - пов фективности дегазации. Способ дегазации уголь та осуществляют следующим Бурят скважину с дневи ности и вскрывают ею угол после чего производят его членение путем нагнетания жидкости, например воды, 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 больще максимального и не меньше установившегося значения давления гидрорасчленения пласта, Объем нагнетаемого газа определяется из математического выражения, учитывающего мощность пласта, радиус гидрорасчленения, фильтрующую проницаемость й пласта, давление гидрорасчлененияе и неравномерность обработки пласта. После пневмооттеснения жидкости скважина работает в режиме извлече- С ния газа из пласта. Способ позволяет повысить фазовую проницаемость пласдит к раскрытию, расширению и объединению в единую гидравлическую систеяу, ориентированную к скважине, естественных трещин пласта. В процессе гидрорасчленения фиксируют значение максимального давления гидрорасчленения пласта Р ,и его установившееся значение Р, . Воду в пласте выдерживают для завершения процесса замещения метана водой в сорбционном объеме, после чего вода оттесняется из раскрытых трещин и пор путемнагнетания в пласт воздуха или инертного газа под давлением, большим или/ЪЬ ,рР 1 Я где Р с,:с РР,. значение давления гидрорасчлененияпласта, МПа; 20барометрическое давление,МПа;радиус гидрорасчленения, м;моцность пласта, м;фильтрующаяпористостьпласта по воз духуК= 1,2-1,8 коэффициент неравномерности зоны обработки; 35К = 1,4-2,0 коэффициент, учитывающий скорость движения рабочей жидкости в .пласте засчет физико-химических сил взаимодействия в системе уголь - жидкость - 40газ. После чего воздух выдерживаютв пласте в течение интервала времени,равного времени снижения давленияв скважине до величины, превышающейв 1,1-1,2 раза величину пластового 45давления, скважину открывают и откачивают газ из толщи.,Закачка воздуха в пласт с темпом,обеспечивающим его нагнетание в пластпод давлением Р, находящимся в интервале (1), обусловлено.необходимостью обеспечения режима пневмооттеснения рабочей жидкости из фильтрующих пор и трещин, Известно, чтопроцесс гидрорасчленения угольного 55пласта характеризуют такие показатели как Ррп с с и Рсра, ствый показатель отражает фактическоемаксимальное давление нагнетания 151 43 равным установившемуся давлению в процессе гидрорасчлененпя пласта Р, но не превышающим максимального давления гидрорасчленения Р1 зафикси рованного в процессе гидрорасчленения пласта. Количество нагнетаемого воздуха обеспечивает весь фильтруюций обьем угольного пласта в зоне гидрорасчленения с учетом ее нерав номерности и резерва на возможность частичного возвращения оттесненной воды и определяется по зависимости рабочей жидкости в процессе гидро- расчленения пласта и зависит от целого ряда горно-геологических и горно-механических факторов таких, например, как естественнаятрещиноватость пласта, пластовое давление, мощность пласта, вязкость рабочей жидкости и ряда других, Для реализации режима пневморасчленения рабочей жидкости воды давления нагнетаемого воздуха в пласте не должно превышать величины Р, иначенагнетание может привести к пневморасчленению дополнительных системили разрыву пласта, что являясь само по себе полцжительным эффектом, не является .елью предлагаемого способа дегазации угольного пласта.Величина Р, , характеризует установившееся давление рабочей жидкости в процессе гидрорасчленения угольного пласта. В течение всего периода закачки значительных объемов воды эта величина находится приблизительно,на одном уровне и отражает соотношение сил, обеспечивающих ра-. диальное течение воды по пористотрециноватому пласту, от скважины к периферии, таких как сил воздействия водяных агрегатов, веса водяного столба в скважине, сил сопротивления движению воды, пластового давления и других. При давлении нагнетания воздуха превышение Р Ь Рпозволяетгрп, сгобеспечить то же самое или несколько более благоприятное соотношение сил, приложенных к рабочей жидкости, находяцейся в пласте, чтобы обеспечить дальнейшее радиальное течение воды от скважины к периферии, зонт обработкипод действием нагнетаемого воздуха, что приведет к замещению в фильтруюцем объеме пласта воды на воздух и повысит фазовую проницаемость пласта для метана, так как после стравливания давления воздуха путем открытия скважины раскрытые в процессе гидрорасчленения пласта каналы будут служить для выхода метана из пласта на поверхность.Для того, чтобы освободить от рабочей жидкости всю зону гидрорасчленения, общий объем нагнетаемого воздуха должен определяться по зависимости (Х), физический смысл которой заключается в том, что условием5 151 повьппения Фазовой проницаемости 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 (коэффициент 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.Вбздух выдерживается в пласте в течение интервала времени, равного времени снижения давления в скважине до величины, превыппающей в 1,1-1,2 раза величину пластового давления. Это необходимо для реализации энергии закаченного воздуха на пневмооттеснение 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 выдержки до разумных пределов в случае полного отсутствия утечек воздуха. При пневмооттеснении нагретый воздух заполняет раскрытьп при гидрорасчленении фильтрующий объем, однако в различных горно-геологических и горно-технических условиях этот объем отличается от теоретического, так как зависит от природной системы естественной трещиноватости угольного пласта и в направлении основных систем трещин зона трещиноватости превышает 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 взаимодействия в системе уголь - жидкость - газ, т.е. эмпирически учитывает увеличение расчетной зоны гид 1435 6рорасчленения за счет сил самодвижения. Эти данные подтверждены многочисленными экспериментальными исследованиями, однако достоверньп теоретический расчет выполнить не представляется возможным вследствие анизотропии и неоднородности свойствугленосного массива.10В зависимости от приемистости обрабатываемой зоны и времени, выделенного для его дегазации, выдержку воздуха в пласте снижают до величины1, 1-1, 2 от пластового Р, хотя видеальном случае его нужно было бывыдерживать до тех пор, пока давление не упадет до величины пластового.В реальных условиях первоначальноедавление после воздействия в пластесоставляет (7-8) Р, и оно снижается до величины (1,1-1,2) Рв течение 1-2 мес., а далее до величиныРд в течение 2-6 мес., посколькутакая выдержка газа в скважине неявляется целесообразной, так как метан начинает рассредотачиваться вмассиве. Диапазон коэффициента 1,11,2 является эмпирическим и обусловлен обобщением накопленного опытаработ по нагнетанию воздуха в пласты через скважины с поверхности,П р и м е р, После завершенияработ по оборудовании скважины гидрорасчленения, ее перфорации и вскрытия угольного пласта проводят егогидрорасчленение, Давление нагнетания рабочей жидкости в пласт, объеми темп закачки определяют по общепринятой методике. При глубине залегания пласта К , его мощности 8 м,эффективной пористости 3,5 , радиуспредполагаемой зоны воздействия175 м, давление нагнетания жидкости 45составляют соответственно 13 и 11 ИПа,темп нагнетания 70-90 л/с, а объемнагнетания 3000 мдНагнетание жидкости производят насосными агрегатами 4 АН.После нагнетания расчетного объема рабочей жидкости скважину закрывают на 2-4 мес. для равномерногоувлажнения угольного пласта и замещения метана водой в сорбцирнном объеме после чего к скважине подключается 4 компрессора КПУ/250, которыезакачивают воздух в пласт с общимтемпом 64 м /мин, обеспечивающим егонагнетание в пласт под давлением Р=. 12 ИПа. По опыту ведения горныхработ в зоне соседних, скважин гидрорасчленения коэффициент К, неравномерности отработки зоны и гидрорасчленения составляет 1,4, а коэффициент К - 1,75.Общий объем закачиваемого воздуха составляетЯ = 3,14 ф 1,75 8 0,035 12 1,4"1,75 = 10= 800000 мзПосле закачки расчетного объемавоздуха скважину закрывают и фиксируют изменение давления по манометру,установленному на скважине. После 15того, как в течение 14 сут давлениеупало с 12 до 1,7 МПа и практическистабилизировалось на этой величине,скважину открыли, после чего в течение 16 мес. вели извлечение газа 20из пласта в режиме самоистечения,а в последующем при падении дебитагаза скважину подключили к вакуумной насосной станции и извлекалигаз до подработки скважины горными 25работами,Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в повьппении эффективности дегазации угольного пласта за счетповьппения Фазовой проницаемости угольного пласта для метана й за счет осуществления пневмооттеснения рабочейжидкости из Фильтрукщих трещин и порпутем нагнетания воздуха с Расчетными давлением и объемом. На соседних,сравниваемых скважинах осуществлялось пневмовоздействие путем нагнетания в пласт воздуха одним компрессоромКПУ/250 с темпом 16 м./мин, 40давлением 9,5 МПа и общим объемом360000 м. Эффективность дегазации.быПа достигнута существенно ниже,что связано с тем, что не был реализован режим пневмооттеснения (воздух 45не оттеснял воду, а проникал в болеемелкие каналы пласта) и общий объембыл недостаточен для обработки всейзоны гидрорасчленения. Формула изо бретенияСпособ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважин, нагнетание рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения, выдержку ее в пласте, оттеснение ее из фильтрущцих пор и трещин путем закачки воздуха и извлечение газа из толщи, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения 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 установившегося давления в процессе гидрорасчленения, но не превышающим величину максимального давления гидрорасчленения пласта, а объем закачиваемого воздуха Щ ) определяют из математическоговвыраженияуде К, - радиус гидрорасчленения, м;Н - мощность пласта, м;ш - фильтрующая пористость плас 9та по воздуху,Р - давление нагнетания воздуха;вР - барометрическое давление,оМПа;К, = 1,2-1,8 - коэффициент неравномерности зоны обработки;К = 1,4-2,0 - коэффициент, учитывакиций скорость движения рабочей жидкости в пласте,причем воздух выдерживают в пласте в течение времени, равного времени снижения давления в скважине до величины, превьппающей в 1,1-1,2 раза величину пластового давления.