Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации угольных пластов с целью повышения безопасности работ в шахтах, а также для добычи метана для использования его в промышленности из угольных пластов через скважины, пробуренные с поверхности.

Известен способ освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием (Носов П.И., Сеночкин П.Д., Нурисламов Н.Б. и др. Патент №2159326, кл. E21B 43/25), в котором формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью скважины производится путем предварительной закачки флюида в скважину, создания периодических импульсов давления в призабойной зоне пласта в виде затухающей стоячей волны, перемещающейся по полости скважины, и стравливания давления при перемещении флюида по скважине из призабойной зоны пласта к дневной поверхности при резком открытии полости скважины.

Однако гидроудар имеет короткое время воздействия, в течение которого трещины пласта в течение ударного воздействия не успевают полностью раскрываться и смыкаться. Для создания трещин пласта деформация массива недостаточна.

Известен способ дегазации угольного пласта (Пучков Л.А., Сластунов С.В., Фейт Г.Н. Патент №2159333, кл. E21F 7/00), в котором выбирают место заложения трещины по условиям прочности и газоносности пласта, создают зону повышенной газопроницаемости в пласте, разгруженную от горного давления, и формируют полость за счет циклического воздействия на пласт давлением рабочей жидкости.

Однако при приложении медленно нарастающего давления обычно формируется одиночная трещина, развивающаяся в зоне наименьшей прочности. При снятии давления трещина смыкается, препятствуя увеличению проницаемости пласта.

Известен способ импульсного гидроразрыва (Шипулин А.В. Патент №2392425, кл. E21B 43/25), включающий формирование перепадов давления между призабойной зоной и полостью скважины путем создания периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся по полости скважины волны движения массы жидкости, для осуществления которого устанавливают в скважине исходное давление, при котором трещины пласта сомкнуты, затем резко подают жидкость в скважину под давлением на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта, затем прекращают закачку и осуществляют слив жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного.

Однако способ обеспечивает резкое раскрытие трещин и плавное их смыкание. Для интенсивного трещинообразования и разрушения пласта необходима быстрая деформация породы как при раскрытии, так и при смыкании трещин.

Известен способ гидравлической обработки угольного пласта (Пучков Л.А., Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г., Коликов К.С. Патент №2188322, кл. E21F 7/00), в котором воздействуют давлением рабочей жидкости на пласт в режиме гидрорасчленения, затем создают гидравлические удары при свободном истечении жидкости из скважины, циклически перекрывая поток и сбрасывая ее в атмосферу. Гидравлические удары создают при амплитуде гидравлического удара, величина которого не менее величины устьевого давления. Длительность перекрытия и сброса жидкости в каждом цикле принимают одинаковыми.

Однако мощность импульсов, создаваемых за счет прерывания излива на устье скважины, зависит от перепада скважинного и атмосферного давлений и скорости движения потока, с каждым импульсом перепад давления уменьшается, соответственно уменьшаются скорость истечения и сила гидроудара. Для создания потока изливающейся жидкости необходимо наличие в пласте трещин достаточного объема. Кроме того, импульсы давления передаются от устья в трещины пласта с затуханием, что снижает эффективность обработки.

Известен способ гидравлической обработки угольного пласта (Пучков Л.А., Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г., Коликов К.С. Патент №2298650, кл. E21F 7/00), взятый за прототип, который включает закачку жидкости в пласт в фильтрационном режиме, затем создание гидравлических ударов при сбросе устьевого давления жидкости до атмосферного с последующим истечением жидкости из скважины и с одновременным накоплением гидравлической энергии потока, создаваемого нагнетательным насосом, для гидравлической дезинтеграции пласта по направлениям образованных трещин. Эти процессы повторяют до образования в пластах проектных площадей гидрообработки вокруг скважины.

Однако давление в скважине повышается за счет закачки рабочей жидкости и заполнения свободного пространства пор и трещин в пласте в фильтрационном режиме, медленная закачка жидкости не способствует созданию и развитию трещин. Мощность импульсов, создаваемых за счет прерывания излива на устье скважины, зависит от перепада скважинного и атмосферного давлений и скорости движения потока, с постепенным уменьшением перепада давления уменьшаются скорость истечения и сила гидроудара.

Задачей изобретения является развитие сети трещин пласта вокруг скважины за счет его интенсивной деформации.

Задача решается тем, что, применяя способ гидравлической обработки угольного пласта, включающий подачу жидкости через скважину в пласт посредством нагнетательного насоса, гидроимпульсное воздействие жидкости на пласт, сброс устьевого давления жидкости до атмосферного с последующим ее истечением из скважины, одновременное с гидроимпульсным воздействием жидкости на пласт накопление гидравлической энергии потока, создаваемого нагнетательным насосом, в гидроаккумуляторе с последующей подачей аккумулированной жидкости в скважину и с периодическим повторением режимов истечения жидкости из скважины и нагнетания ее в пласт при нагнетании жидкости в пласт максимально быстро увеличивают давление на устье скважины и подачей аккумулированной жидкости поддерживают это давление в течение времени, необходимого для формирования трещин пласта, затем максимально быстро снижают устьевое давление до атмосферного и осуществляют излив скважинной жидкости, размеры и конфигурацию формируемых трещин определяют величиной и длительностью приложения давления.

Такой способ позволяет создавать и развивать трещины пласта повышением давления от гидроудара, создаваемого на забое скважины за счет инерции массы закачиваемой жидкости, и обеспечивать быстрое смыкание трещин путем периодического создания разрежения при изливе жидкости.

Способ реализуют следующим образом. На устье скважины устанавливают вентили, первый из которых, вентиль излива, соединяет скважину со сливной емкостью, второй, вентиль долива - с гидроаккумулятором, соединенным с насосным агрегатом и находящимся под давлением.

Вентили имеют конструкцию, позволяющую их открывать и закрывать в течение малого временного периода, например, с применением пневматического привода.

При закрытом вентиле слива жидкости открывают вентиль долива. Подача в скважину жидкости, накопленной в гидроаккумуляторе, способствует поддержанию на устье высокого давления. Быстрое повышение давления на устье скважины приводит в движение массу скважинной жидкости. Нижележащие слои жидкости уплотняются и также приводятся в движение. Увеличивающаяся в объеме, движущаяся с ускорением масса скважинной жидкости при достижении зумпфа создает гидроудар с повышением давления в образующихся трещинах пласта.

Высокое давление в трещинах пласта формируется за счет инерции движущейся массы скважинной жидкости. Для создания давления гидроразрыва нет необходимости в применении мощного насосного агрегата. Давление гидроудара, передаваемое в трещины пласта, пропорционально плотности жидкости, скорости потока и скорости распространения ударной волны. Трещины пласта формируются от воздействия гидроудара и расширяются за счет поддержания высокого давления жидкости. Длительность и величина прикладываемого давления зависят от физических свойств пласта и технологических условий и подбираются опытным путем.

После наполнения и максимального расширения трещин пласта в прискважинной зоне закрывают вентиль долива и открывают вентиль излива. Скважинная жидкость начинает изливаться в сливную емкость, давление жидкости на устье падает до атмосферного, формируется волна разрежения, которая перемещается от устья к забою скважины и формирует в призабойной зоне импульс депрессии. Трещины пласта смыкаются. После излива порции скважинной жидкости повторяют операции закачки жидкости для наполнения и расширения трещин пласта и ее повторного излива.

Периодическое возвратно-поступательное перемещение массы жидкости через прискважинную зону пласта способствует ее размыву, а также созданию новых и развитию существующих трещин, что способствует увеличению проницаемости.

Периодическое изменение давления в широком диапазоне способствуют максимальным раскрытию и смыканию трещин, следовательно, к их развитию и деформации. Частое изменение прилагаемого давления способствует созданию значительного количества небольших трещин, расходящихся от ствола. Длительное приложение давления способствует увеличению длины трещин. При формировании трещин происходит разрушение породы, ее дробление и вымывание.

Энергия движущейся многотонной массы жидкости оказывает воздействие на массив пласта. Колебания инфранизкой частоты имеют малое затухание, поэтому периодические изменения забойного давления передаются в виде волн низкой частоты по простиранию пластов и способствуют перераспределению напряжений в массиве, что положительно влияет на газоотдачу.

Предварительное рыхление угольного массива за счет создания развитой сети трещин при извлечении газа способствует экономии трудовых затрат при добыче полезного ископаемого.

Скважинная жидкость может содержать химические реагенты для более производительной обработки. Способ может быть применен совместно с другими видами обработки: тепловой, виброимпульсной, акустической и т.д.