Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РОЗЖИГА УГОЛЬНОГО ПЛАСТА

Изобретение относится к подземной газификации угольных пластов на месте их залегания, а еще конкретнее - к розжигу угля в забое буровой скважины, в первую очередь, при первоначальном пуске подземного газогенератора в эксплуатацию. Оно может быть использовано также при термической разработке месторождений нефти и сланцев.

Известен способ розжига угольного пласта в шахтном подземном газогенераторе, заключающийся в воспламенении с помощью внешнего легковоспламеняемого источника - керосина, стопки дров, размещаемой в шахтном штреке [1].

Однако это решение может быть использовано только при шахтной подготовке подземных газогенераторов. Современная подземная газификация угля рассматривается только на бесшахтной основе, т.е. подготовка газогенератора осуществляется только с помощью различных буровых скважин. Поэтому использование этого известного решения невозможно.

Известно также техническое решение, применяемое при термической добыче нефти и заключающееся в спуске в скважину (на забой) химических реагентов на основе селитры и воспламенении ими пластовой нефти [2].

Однако использование этого способа розжига неприменимо для угольного пласта, т.к. температура воспламенения угля существенно выше, чем нефти.

Наиболее близким техническим решением и широко распространенным в практике является способ розжига угольного пласта путем забрасывания на забой вертикальной скважины раскаленного кокса [3]. Куски угля разжигаются на поверхности и через специальное шлюзовое устройство забрасываются в скважину при одновременном нагнетании в нее воздушного дутья.

Недостатками этого распространенного в практике подземной газификации угольных пластов способа розжига являются:

- разбиение кусков раскаленного кокса при спуске по длине скважины об ее стенки на мелкие части, что делает невозможным воспламенение угольной поверхности забоя скважины;

- часто приходится повторять розжиг;

- при неудачном розжиге приходится привлекать буровой станок для чистки забоя скважины;

- подобный розжиг угольного пласта возможен при длине скважины до 300-400 м, при большей длине следует ожидать полного сгорания кусочков раскаленного кокса в потоке воздуха (до падения на забой).

Задача настоящего изобретения заключается в создании универсального и малозатратного способа розжига угольного пласта в скважине, отличающегося повышенной надежностью.

Поставленная целевая задача достигается тем, что в известном способе, заключающемся в нагнетании воздушного дутья в розжиговую скважину со вскрытым угольным забоем и воспламенении в нем угольной поверхности, угольный забой при бурении розжиговой скважины вскрывают преимущественно на всю мощность угольного пласта, а нагнетание воздушного дутья ограничивают его удельной напряженностью на угольный забой от 30 до 100 нм³/ч·м². Кроме того, в качестве дутья для интенсификации розжига применяют нагретый воздух или воздух, обогащенный кислородом, а момент воспламенения угольного забоя в розжиговой скважине фиксируют по скачкообразному росту давления на ее головке.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что новое техническое решение отличается универсальностью и предельной простотой выполнения. Не требуется никаких дополнительных легковоспламеняющих веществ, необходим лишь воздух с фиксированной удельной напряженностью на угольный забой скважины. Все это соответствует критерию "новизна".

Анализ формулы изобретения показал, что заявляемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия", т.к. обеспечивает надежность розжига угольного пласта.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом, где представлена забойная часть розжиговой скважины в известном (традиционном) решении (а) и заявляемом изобретением (б). Обсадка вертикальной скважины 1, как правило, заканчивается, не доходя 0,4-0,5 м до почвы угольного пласта. В предлагаемом изобретении вскрытый угольный забой 2, например, для угольного пласта мощностью 2 м в зависимости от угла его падения составляет не менее 2 м (для горизонтального пласта).

На Южно-Абинской станции "Подземгаз" в Кузбассе на угольном пласте "VIII-Внутренний" был проведен специальный эксперимент по воспламенению угольного пласта на забое розжиговой скважины.

Был обобщен опыт по розжиговым скважинам со вскрытым угольным забоем 1,0; 1,5 и 2,0 м. Диаметр обсадки скважины 200 мм, вскрытого угольного забоя - 150 мм.

Суть эксперимента заключалась в поиске расходов воздуха, при котором угольная поверхность на забое скважины самовоспламеняется. Результаты эксперимента представлены в таблице.

Определяющим параметром была выбрана напряженность нагнетаемого воздушного дутья на единицу поверхности вскрытого угольного забоя, измеряемая величиной нм³/ч·м².

Характерно, что в опытах 1, 3, 6 и 10 не удалось воспламенить угольный пласт, а в опытах 2, 4, 5, 7, 8 и 9 он воспламенялся. Воспламенение угля соответствовало удельной напряженности в интервале от 30 до 100 нм³/ч·м². Очевидно, при удельной напряженности 20 нм³/ч·м² (опыты 1 и 6) тепловыделение малоокислительных реакций взаимодействия кислорода воздуха с угольной массой недостаточно для самовоспламенения последней. В опытах же 3 и 10 баланс тепла таков, что унос тепла с воздухом из зоны окислительных реакций с углем велик, и оставшегося тепла на вскрытом угольном забое недостаточно для воспламенения южноабинского угля (380°С).

Кроме того, повышение температуры нагнетаемого воздуха или концентрации кислорода в нем обеспечит воспламенение угля на забое скважины, а следовательно розжиг угольного пласта. Однако оба эти мероприятия затратны и требуют дополнительного оборудования.

Факт воспламенения угольного забоя фиксировался по повышению давления воздуха на головке скважины. Так, после воспламенения угля давление воздуха повышалось, как правило, с 4-5 до 6-7 МПа.

Итак, заявляемый способ розжига угольного пласта отличается от существующих способов своей универсальностью, простотой исполнения и надежностью.

Заявляемое изобретение планируется использовать в новой технологии подземной газификации углей как у нас в стране, так и при патентовании в зарубежных странах.

Источники информации

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

2. Бурже Ж. и др. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов. М.: Недра, 1989. - с.325-336.

3. Крейнин Е.В., Федоров Н.А., Звягинцев К.Н., Пьянкова Т.М. Подземная газификация угольных пластов. - М.: Недра, 1982. - с.151.