Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОГНЕВОЙ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ СБОЙКИ СКВАЖИН

Изобретение относится к подземной газификации угольных пластов и еще конкретнее к огневой фильтрационной сбойке скважин.

Известен способ огневой фильтрационной сбойки скважин, заключающийся в перемещении очага горения по угольному пласту навстречу кислородсодержащему дутью от газоотводящей скважины к нагнетательной. Создаваемый при этом канал (диаметром 1-1,5 м) является надежным первоначальным каналом газификации подземного газогенератора [1].

Недостатком известного технического решения является слабая управляемость процессом и большая доля незавершенности сбойки скважин.

Известно также техническое решение, при котором сбойку скважин осуществляют на газоотводящую скважину. В этом решении используют гидравлические особенности процесса огневой фильтрационной сбойки скважин, заключающиеся в управлении фильтрационным потоком сбоечного дутья путем создания в зоне перемещающегося очага горения минимального давления [2].

Хотя в данном техническом решении есть элементы воздействия на процесс перемещения очага горения по угольному пласту, в нем отсутствуют рекомендации по режимам управления и контроля за огневой фильтрационной сбойкой скважин.

Наиболее близким техническим решением является известное экспериментальное исследование, проведенное на Южно-Абинской станции "Подземгаз" [3]. Содержание этих экспериментов заключалось в фиксации в процессе фильтрационной сбойки скважин протока сбоечного дутья на газоотводящую скважину и прогнозе на этом основании некоторых итоговых показателей процесса сбойки скважин.

Недостатком этого известного решения является отсутствие рекомендаций по диагностике, т.е. контролю за процессом перемещения очага горения.

Целью настоящего изобретения является создание инженерных методов контроля и управления за процессом огневой фильтрационной сбойки скважин.

Поставленная цель достигается тем, что в известном техническом решении, заключающемся в нагнетании воздуха в одну из скважин, пробуренных на угольный пласт, розжиге последнего в забое другой скважины и извлечении из нее продуктов горения угля в процессе перемещения сбоечного очага горения (от газоотводящей скважины к дутьевой) навстречу фильтрующемуся по угольному пласту воздушному дутью, периодически определяют состав продуктов горения из газоотводящей скважины (при сбойке первой пары скважин). В продуктах горения определяют сумму кислородосодержащих компонентов, т.е. баланс кислорода. По нарастанию объема продуктов горения и баланса кислорода в них от 3-5 до 20-21% (объемных) контролируют приближение перемещающегося сбоечного очага горения к дутьевой скважине. При этом процесс сбойки остальных скважин на данном угольном пласте диагностируют по результатам сбойки первой пары скважин. Кроме того, с целью гарантирования завершенности процесса сбойки скважин снижают расход нагнетаемого сбоечного дутья после возрастания баланса кислорода в продуктах горения до 13-15% (объемных).

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что новое техническое решение отличается экспериментально проверенной методикой контроля за перемещением очага горения при сбойке скважин и диагностированием на основании этого ее завершенности. Все это соответствует критерию "новизна".

Анализ формулы изобретения показал, что заявляемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия", т.к. обеспечивает контроль за сбойкой скважин и позволяет гарантировать ее завершенность.

Предлагаемый способ иллюстрируется экспериментальными данными, полученными на Южно-Абинской станции "Подземгаз" и представленными на фиг.1 и 2.

На фиг.1 показаны кривые физической адсорбции кислорода воздуха при его фильтрации в угольном пласте. Кривая 1 характерна для расхода нагнетаемого воздуха 600 нм³/час, а кривая 2-1200 нм³/час. Согласно этим данным по мере фильтрации воздуха по угольному пласту концентрация кислорода в нем снижается. Так, при расходе воздуха 600 нм³/час в контрольных скважинах концентрация постепенно снижается от 21 до 2%, а расход 1200 нм³/час - от 21 до 5%, т.е. с увеличением времени контакта воздуха с углем растет и доля (процент) поглощения (адсорбции) кислорода воздушного дутья.

Эта принципиально важная, экспериментально зафиксированная зависимость явилась основой для диагностирования процесса перемещения очага горения при огневой фильтрационной сбойке вертикальных скважин.

На фиг.2 приведены результаты огневой фильтрационной сбойки скважин, удаленных друг от друга на 37 м (пласт "VIII-Внутренний" на Южно-Абинской станции "Подземгаз"). До розжига на отводящей скважине содержание кислорода составляло 5% (расход нагнетаемого воздушного дутья равнялся 1200 нм³/час). После розжига угольного пласта на газоотводящей скважине периодически измерялись количество и состав сбоечного газа. Постоянно возрастало его количество и баланс кислорода в нем (О₂+СО₂+2СО). В момент сбойки скважин все сбоечное дутье в виде газа эвакуировалось из газоотводящей скважины, а баланс кислорода в нем достигал 20-21% (объемных).

Промежуточные значения протока сбоечного газа и его состава не могут быть отнесены к конкретным расстояниям между сбиваемыми скважинами, фиксировались лишь их величины в течение всего процесса перемещения очага горения (из-за отсутствия промежуточных точек отбора). Одновременно с ростом протока сбоечного дутья В_пр, пересчитанного с замеренного количества газа, возрастал баланс кислорода в нем.

При сравнении данных фиг.1 и 2 становится очевидным, что возрастание баланса кислорода в сбоечном газе до 13-15% (объемных) свидетельствует о приближении очага горения непосредственно к нагнетательной скважине.

В практике подземной газификации бурых углей был велик процент незавершенности сбоек скважин, т.е. после перемещения очага горения в непосредственную близость к дутьевой скважине очаг горения перестает перемещаться навстречу воздушному дутью. Очевидно, вместе с ростом протока сбоечного дутья на очаг горения увеличивается унос тепла из очага горения, уменьшается прогрев угля перед ним, и очаг горения начинает перемещаться по направлению течения дутья. Отсюда незавершенность процесса сбойки скважин. Поэтому заявляемым техническим решением предусматривается снижение расхода сбоечного дутья после возрастания баланса кислорода в сбоечном газе до 13-15% (объемных). Проведенные эксперименты подтвердили эту закономерность - снижение расхода сбоечного дутья в этот момент приводило, как правило, к завершению перемещения очага горения навстречу воздушному дутью, т.е. к сбойке скважин.

Зафиксированные на данном угольном пласте основные показатели огневой фильтрационной сбойки первой пары скважин относят к сбойке остальных скважин, т.к. по мере удлинения канала газификации затруднена фиксация протока сбоечного дутья и состава сбоечного газа.

Заявляемое изобретение планируется использовать в новой технологии подземной газификации углей как в России, так и при патентовании за рубежом.

Источники информации

1. Скафа П.В. Подземная газификация углей. - М.: Госгортехиздат, 1960, - 403 с.

2. Крейнин Е.В., Фарберов И.Л. К вопросу о рациональном гидродинамическом режиме процесса огневой фильтрационной сбойки скважин // Труды ИГИАН СССР, 1960. - т.8.

3. Крейнин Е.В., Ревва М.К. Подземная газификация углей. - Кемерово: Книжное издательство, 1966, - с.14-21.