Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано при отработке высокогазоносных угольных пластов с низкой газопроницаемостью и газоотдачей в дегазационные скважины.

Целью изобретения является снижение природной метаноносности угольного пласта за счет воздействия на него гидравлической средой в импульсном режиме через скважину с последующим нагнетанием жидкости в пласт в статическом режиме для развития вновь образованных трещин и извлечения метана с подключением скважины к дегазационному трубопроводу.

Известен способ гидрорасчленения угольных пластов, согласно которому проводят геофизические исследования углепородной толщи, осуществляют бурение вертикальной скважины с земной поверхности, герметизируют ее устье, создают перфорацией щель в пласте угля, нагнетают рабочую жидкость в угольный пласт в режиме гидрорасчленения, выдерживают жидкость в угольном пласте и скважине, сбрасывают давление жидкости в скважине, промывают скважину, удаляя из нее буровой штыб, закачивают в пласт песок для закрепления образованных трещин, удаляют из скважины жидкость и извлекают из пласта газ (1. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2002. - 383 с.).

Этот способ весьма трудоемкий и затратный.

Известен способ гидроразрыва угольного пласта путем бурения скважины в плоскости пласта или вкрест его залегания, герметизации устья скважины, нагнетания жидкости в пласт в статическом режиме до гидроразрыва угольного массива, слива жидкости и извлечения из пласта газов (2. Инструкция по дегазации угольных шахт. Серия 05. Выпуск 22. - М.: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследования проблем промышленной безопасности», 2012. - 250 с.). К недостатку этого способа относится его низкая эффективность на газоносных пластах угля с низкой газопроницаемостью и газоотдачей в дегазационные скважины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ воздействия на угольный пласт, включающий бурение скважины вкрест пласта или в его плоскости, обсадку ее устья трубой, в которой размещают генератор импульсов, нагнетание жидкости в пласт в статическом режиме до заполнения трещин в прискважинной зоне пласта, гидроимпульсное воздействие на угольный массив с использованием газообразных продуктов химической реакции энергоносителя, периодическое циклическое воздействие импульсами высокого давления, подключение скважины к дегазационному трубопроводу и извлечение газов (3. Патент RU №2272909 С2. Способ воздействия на угольный пласт. М. кл. E21F 7/00. Бюл. №9 от 27.03.2006. Прототип).

И этому способу присущи недостатки, суть которых заключается в основном в трудноосуществимом циклическом воздействии на пласт угля, нарушающем надежную герметизацию устья скважины при периодическом формировании импульсов высокого давления, большом расходе дорогостоящего энергоносителя.

Целью изобретения является повышение эффективности воздействия на слабопроницаемый угольный пласт и повышение объемов извлечения из него газа.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что в способе воздействия на угольный пласт, включающем проведение скважины в угольном пласте, обсадку ее устья, нагнетание жидкости в пласт угля в статическом и импульсном режимах, подключение скважины к дегазационному трубопроводу и извлечении газа, нагнетание жидкости в пласт угля в статическом режиме осуществляют до и после гидроимпульсного воздействия на угольный пласт, при этом до гидроимпульсного воздействия на пласт угля жидкость нагнетают до давления, равного давлению газа в пласте, а после гидроимпульсного воздействия - при давлении жидкости, равном давлению гидроразрыва угольного пласта. Гидроимпульсное воздействие на пласт угля осуществляют при давлениях в импульсе, равных 125-150 МПа, с последующим вытеснением жидкости в массив угля через искусственно созданные и природные трещины в квазистатическом режиме. Гидроимпульсное воздействие на пласт угля производят газообразными продуктами химической реакции энергоносителя, размещенного в устье скважины.

Способ воздействия на угольный пласт осуществляют следующим образом.

На выемочном участке шахтного поля, отрабатываемом после дегазации угольного пласта, в зависимости от степени подготовки выемочного участка проводят скважину вкрест залегания пласта или в его плоскости в соответствии с положениями «Инструкции по дегазации угольных шахт» (2012 г.). В первом случае это, как правило, при отработке наклонных или крутонаклонных пластов угля, а также при отработке пологих угольных пластов при их полевой подготовке. Скважину, предназначенную для гидродинамического воздействия, проводят до пересечения пласта угля. Во втором случае скважину проводят в плоскости отрабатываемого пласта из пластовой выработки, оконтуривающей выемочный участок. Устье скважины обсаживают трубой путем, например, цементации затрубного пространства или заполнения затрубного пространства иным быстротвердеющим веществом, обеспечивающим качественную герметизацию устья скважины.

После герметизации устья скважины в скважину подают рабочую жидкость (вода, вода с добавками поверхностно-активных веществ) и нагнетают ее в пласт в статическом режиме до давления, равного давлению газа в пласте. Жидкость в пласт угля нагнетают одним из типов серийно выпускаемых насосных установок. Затем с помощью устройства, размещенного в устье скважины, например, в обсадной трубе, создают в столбе жидкости, заполнившей скважину, импульсы высокого давления, с помощью которых образуют в прискважинном массиве угля искусственные трещины и развивают природные, заполненные жидкостью при статическом режиме нагнетания, то есть при нагнетании жидкости до гидроимпульсного воздействия. Для формирования импульсов используют энергоноситель, газообразные продукты химической реакции которого воздействуют на жидкость сначала в импульсном режиме ее нагнетания, а затем - в квазистатическом режиме, вытесняя жидкость из скважины в угольный пласт при переменном падающем давлении газообразных продуктов до величины газового давления в угольном пласте.

После снижения давления газообразных продуктов до величины газового давления в пласте в скважину нагнетают жидкость в статическом режиме до давления, равного давлению, обеспечивающему гидроразрыв угольного пласта. Жидкость, поступающая в природные и искусственно созданные импульсами трещины, формирует разветвленную сеть трещин в массиве угля, примыкающего к скважине. Статический режим нагнетания жидкости в пласт при параметрах, обеспечивающих гидроразрыв пласта, осуществляют серийно выпускаемыми насосными установками с соответствующими параметрами давления и расхода жидкости. Процесс нагнетания жидкости в пласт в этом случае прекращают при снижении давления нагнетаемой жидкости на 25-30% ниже давления гидроразрыва пласта, что будет свидетельствовать о состоявшемся гидроразрыве пласта. После чего жидкость сливают из скважины и подключают скважину к дегазационному трубопроводу на время, предусмотренное нормативным документом по дегазации угольных шахт, то есть на время не менее 180 суток по извлечению газа.

Для более глубокой дегазации угольного пласта в нем, в зоне гидроразрыва могут быть проведены скважины предварительной дегазации, которые также подключают к дегазационному трубопроводу на установленное нормативным документом время извлечения метана (не менее 180 суток).

Внедрение изобретения по гидродинамическому воздействию на угольный пласт в комплексном режиме и последующей его дегазации обеспечит максимально возможное снижение метановыделения из разрабатываемого угольного пласта в горные выработки выемочного участка, повысит безопасность горных работ и производительность очистных забоев по газовому фактору.

Источники информации

1. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2002. - 383 с.

2. Инструкция по дегазации угольных шахт. Серия 05. Выпуск 22. - М.: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследования проблем промышленной безопасности», 2012. - 250 с.

3. Патент RU №2272909 С2. Способ воздействия на угольный пласт. М. кл. E21F 7/00. Бюл. №9 от 27.03.2006. Прототип.