×
17.10.2019
219.017.d6de

Способ гидравлического разрыва угольного пласта

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к горному делу и может быть применено для интенсификации дегазации угольного пласта методом гидравлического разрыва. Способ включает бурение в пласте скважины, нарезание инициирующей щели на её боковой поверхности, герметизацию интервала разрыва скважины, нагнетание в интервал разрыва воды под давлением и образование в породе трещины. При этом частицы угля, образуемые при нарезании инициирующей щели, удерживают в интервале разрыва скважины, смешивают с нагнетаемой водой и полученную суспензию закачивают в трещину. Технический результат заключается в повышении эффективности интенсификации дегазации газоносных угольных пластов. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к горному делу и может быть использовано для интенсификации дегазации угольного пласта методом гидравлического разрыва.

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) является способом воздействия на породный массив, при котором в изолированный интервал скважины - интервал разрыва - нагнетают под давлением жидкость и создают тем самым в породах трещину. Для интенсификации дренирования пласта, отбора из него жидкости и газа, образуемую трещину заполняют гранулами расклинивающего материала - проппанта, препятствующего смыканию берегов трещины горным давлением пород. В известных технологиях гидравлического разрыва пласта проппант смешивают с нагнетаемой жидкостью и образуемую суспензию нагнетают под давлением в скважину и трещину через подводящие трубы и рукава высокого давления. В качестве проппанта используют керамические гранулы, песок, алюмосиликатные и стеклянные полые микросферы, которые могут быть выполнены с дополнительным полимерным покрытием.

Метод гидравлического разрыва пласта с расклиниванием образуемых трещин проппантом получил широкое распространение в нефтегазовой отрасли для повышения продуктивности

нефтегазодобывающих скважин, пробуренных с дневной поверхности.

В угледобывающей промышленности интенсификацию дренирования пластов методом гидравлического разрыва применяют для увеличения темпов и степени дегазации при подземной разработке газоносных угольных пластов. Практическое распространение получил способ гидравлического разрыва угольного пласта водой без расклинивания образуемых трещин проппантом (см. Инструкцию по дегазации угольных шахт от 01.12.2011, №679).

Результаты сравнительных опытных работ с расклиниванием и без расклинивания образуемых трещин песком показывают, что гидравлический разрыв угольного пласта водой без заполнения трещин проппантом дает лишь кратковременное увеличение дебита дегазационной скважины до 3 раз, но не оказывает практически значимого влияния на извлечение метана скважиной за весь период ее эксплуатации. Заполнение трещин гидравлического разрыва угольного пласта песком повышает дебит дегазационных скважин в 5-180 раз в течение нескольких месяцев и способствует существенному увеличению темпа и степени дегазации газоносных угольных пластов (см. например: Jeffrey R.G., Boucher С.Sand Propped Hydraulic Fracture Stimulation of Horizontal In-seam Gas Drainage Holes at Dartbrook Coal Mine // In: Coal Operators' Conference, 2004. - P. 169-179).

Для транспортирования гранул типичных проппантов (песок, керамические гранулы) жидкостью в интервал разрыва и трещину по трубам и рукавам высокого давления в протяженной субгоризонтальной дегазационной скважине нагнетаемая жидкость должна обладать высокой грузонесущей способностью, что может быть достигнуто путем повышения ее вязкости и скорости подачи. При недостаточной грузонесущей способности жидкости гранулы проппанта осаждаются в подающих трубах и рукавах высокого давления, что усложняет выполнение работ и снижает эффективность ГРП.

В отличие от нефтепромысловых ГРП, трещины для интенсификации дегазации угольных пластов имеют небольшие размеры, и для их создания высокопроизводительное насосное оборудование не требуется. К тому же, ограничения по габаритам и требование взрывобезопасного исполнения в шахтных условиях не позволяют использовать стандартное высокопроизводительное насосное нефтепромысловое оборудование гидравлического разрыва пластов.

Увеличение грузонесущей способности жидкости при использовании шахтного насосного оборудования и малых скоростей потока нагнетаемой жидкости может быть получено за счет добавления в жидкость специальных полимерных систем или гелей, но их применение ведет к усложнению и удорожанию работ. Отметим, что дегазация газоносных угольных пластов на угледобывающих шахтах является составной операцией добычи угля, а извлекаемый при этом метан не является основным полезным ископаемым. Увеличение расходов на повышение вязкости жидкости гидравлического разрыва, закупку проппантов для расклинивания образуемых трещин, повышение операционных расходов при выполнении гидравлических разрывов снижают рентабельность добычи угля. Поэтому, несмотря на результаты опытных работ, применение расклинивающих материалов при реализации способа ГРП на угледобывающих шахтах распространения не получило.

Одними из эффективных способов гидравлического разрыва угольных пластов для интенсификации их дегазации являются способы, в которых направление развития образуемой трещины в породном массиве задается предварительным нарезанием инициирующей щели - щелевого инициатора разрыва на стенках скважины. Это позволяет уменьшить риски выхода образуемой трещины в борта горной выработки и увеличения подсосов воздуха, которые возникают при вакуумировании рабочего интервала дегазационной скважины и снижают эффективность дегазации угольного пласта.

Примерами способов направленного гидравлического разрыва угольного пласта с использованием щелевого инициатора разрыва являются, например, известные способы по патентам РФ №2472941 (МПК E21F 7/00, Е21В 43/26, опубл. 20.01.2013 г.), №2602634 (МПК Е21В 43/26, опубл. 20.11.2016 г.) и №2613394 (МПК Е21В 43/26, опубл. 16.03.2017 г.). Способ по патенту РФ №2472941 включает бурение сквозных скважин в угольном массиве из оконтуривающих выработок параллельно очистному забою, нарезание на стенках указанных скважин инициирующих щелей, их герметизацию и формирование трещин гидроразрыва угля нагнетанием в них жидкости. В способе по патенту РФ №2602634 предварительное образование щелевого инициатора разрыва на стенках скважины реализуется с помощью щелеобразователя, совмещенного с буровой коронкой.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный способ гидравлического разрыва горных пород и устройство для его реализации (патент РФ №2613394, Е21В 43/26, опубл. 16.03.2017 г.), включающий бурение скважины, нарезание инициирующей щели на ее боковой поверхности, последующую герметизацию области скважины, содержащей инициирующую щель, и нагнетание рабочей жидкости под высоким давлением в загерметизированную область скважины - интервал разрыва - до образования трещины в породном массиве. В известном способе для охлаждения режущего инструмента, используемого для нарезания инициирующей щели, а также для очистки скважины и создания условий надежной герметизации интервала разрыва, скважину промывают и освобождают от образуемых при нарезании твердых частиц породы.

К недостаткам известных способов по патентам РФ №2472941, РФ №2602634 и РФ №2613394 относится смыкание берегов образуемых трещин гидравлического разрыва под действием горного давления пород. Это снижает площадь поверхности образуемой трещины, с которой метан поступает из пласта в дегазационную скважину, а также уменьшает проницаемость образуемого трещиной дренажного канала, что в совокупности уменьшает эффективность интенсификации дегазации известными способами.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении эффективности интенсификации дегазации газоносных угольных пластов способом направленного гидравлического разрыва за счет предотвращения смыкания берегов формируемых трещин под действием горного давления пород.

Поставленная задача решаются тем, что в способе гидроразрыва угольного пласта, включающем бурение в пласте скважины, нарезание инициирующей щели на ее боковой поверхности, герметизацию интервала разрыва скважины, нагнетание в интервал разрыва воды под давлением и образование в породе трещины, согласно техническому решению, частицы угля, образуемые при нарезании инициирующей щели, удерживают в интервале разрыва скважины, смешивают с нагнетаемой водой и полученную суспензию закачивают в трещину.

Указанная совокупность существенных признаков позволяет повысить эффективность дегазации за счет использования частиц угля, образующихся при нарезании инициирующей щели, в качестве расклинивающего материала, препятствующего смыканию берегов образуемой трещины горным давлением пород. Возможность смешивания частиц угля с нагнетаемой водой и образование в интервале разрыва суспензии для подачи в трещину обусловлено относительно низкой плотностью угля. Расклинивание трещины частицами, идентичными по составу и прочности материалу пласта, препятствует полному смыканию ее берегов горным давлением пород после снятия давления воды, что способствует росту дебита метана. При этом достигается значительный экономический эффект за счет того, что реализация предлагаемого способа не требует применения высокопроизводительного насосного оборудования, дорогостоящих жидкостей повышенной вязкости и дополнительных проппантов.

Частицы угля, образуемые при нарезании инициирующей щели, могут быть удержаны в интервале разрыва скважины за счет нарезания щели в предварительно загерметизированном интервале разрыва, или за счет фильтрации промывочной жидкости гравитационным или сетчатым фильтром, установленным в интервале разрыва. При этом образуемые при нарезании частицы угля остаются в интервале разрыва.

В первом случае, выносу частиц препятствует герметичность интервала разрыва, который изолирован от остальной части скважины герметизаторами. Во втором случае, с помощью фильтра, установленного в интервале разрыва, образуемые частицы отделяются от промывочной жидкости. Приведенные технические решения расширяют возможности способа для его реализации в различных горно-геологических условиях.

Смешивание частиц угля с водой с получением суспензии может выполняться путем вибрационного перемешивания, либо путем создания в загерметизированном интервале разрыва вихревого потока воды вокруг оси скважины, например, с помощью механического или гидроструйного перемешивания. Это позволит достичь равномерного распределения частиц угля в объеме образуемой суспензии перед ее подачей в трещину гидравлического разрыва угольного пласта.

Смешивание частиц угля с водой и образование суспензии может быть выполнено после создания трещины гидроразрыва при давлении воды ниже давления раскрытия трещины гидроразрыва. Это позволит повысить эффективность образования суспензии, расширить область применения способа, например, в случае, когда расклинивание трещины по методическим рекомендациям должно выполняться отдельным этапом после ее образования.

Закачка суспензии воды с частицами угля в образуемую трещину может проводиться при давлении выше давления раскрытия трещины, что приводит к ее дальнейшему росту и повышению качества дренирования угольного пласта за счет увеличения площади поступления метана из пласта.

Предлагаемый способ поясняется на фиг. 1. Для проведения гидроразрыва угольного пласта бурят скважину 1, в которую с помощью бурового става 2 подают устройство (либо комбинацию нескольких устройств) для герметизации заданного интервала скважины и нарезания инициирующей щели 4. На фиг. 1 показано подобное устройство, снабженное одним герметизатором 3 и щелеобразователем 5, установленное вблизи забоя скважины. Образующиеся в процессе нарезания частицы угля 6 удерживаются в заданном интервале скважины одним из предложенных способов. Затем в изолированный герметизатором 3 интервал нагнетается под давлением вода и происходит смешивание частиц угля 6 с образованием суспензии. Полученная суспензия образует и заполняет трещину гидравлического разрыва 7. После выполнения гидравлического разрыва и разгерметизации интервала частицы угля остаются в трещине. Это приводит к неполному смыканию берегов трещины, повышает ее проницаемость и способствует интенсификации дегазации угольного пласта.


Способ гидравлического разрыва угольного пласта
Способ гидравлического разрыва угольного пласта
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 15.
20.02.2014
№216.012.a2bf

Способ герметизации дегазационных скважин

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации газоносных горных пород при подземной добыче полезных ископаемых, преимущественно угля. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и долговечности герметизации дегазационных скважин. В способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507378
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.07.2014
№216.012.de3b

Способ направленного гидроразрыва массива горных пород

Изобретение относится к геотехнологическим способам добычи полезных ископаемых и может быть применено для разрушения, осушения, дегазации горных пород, извлечения или закачки пластовых флюидов, разгрузки горных пород от сжимающих напряжений, создания противофильтрационных экранов. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522677
Дата охранного документа: 20.07.2014
25.08.2017
№217.015.b134

Способ контроля напряжённо-деформированного состояния массива горных пород

Изобретение относится к горному делу, предназначено для осуществления контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород, в том числе имеющего блочную структуру, и может быть использовано для оценки и прогноза устойчивости горных выработок при производстве добычных работ....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613229
Дата охранного документа: 15.03.2017
13.02.2018
№218.016.2073

Полимерный состав для изоляции и укрепления горных пород

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при изоляции горных выработок от притоков воды и газа и инъекционном химическом укреплении горных пород и грунтов. Полимерный состав содержит раздельно нагнетаемые в породный массив в объемном соотношении 1:1 преполимер с короткими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641553
Дата охранного документа: 18.01.2018
13.02.2018
№218.016.20c6

Способ герметизации дегазационных скважин

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при дегазации углепородного массива скважинами, пробуренными из горных выработок. Техническим результатом является снижение подсосов воздуха из горной выработки в рабочую часть дегазационной скважины через углепородный массив. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641555
Дата охранного документа: 18.01.2018
29.05.2018
№218.016.56da

Способ прессиометрических испытаний горных пород

Изобретение относится к способу исследования скважин и может быть использовано для определения физико-механических свойств горных пород в их естественном залегании. Технический результат заключаются в повышении информативности и достоверности прессиометрических исследований необсаженных скважин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655007
Дата охранного документа: 23.05.2018
02.10.2019
№219.017.cd4c

Компрессионно-вакуумная ударная машина двойного действия

Изобретение относится к горному делу и строительству - к машинам ударного действия, применяется при отбойке монолитов, для разрушения устаревших фундаментов при реконструкции зданий и забивке свай, а также в сейсморазведке как источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах. Машина...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701006
Дата охранного документа: 24.09.2019
04.10.2019
№219.017.d1fd

Устройство для забивания стержневого элемента в грунт

Изобретение относится к горной и строительной технике, предназначено для погружения в грунт трубы-кожуха, шпунта и других металлопрокатных изделий при нанесении удара по их заднему торцу. Устройство для забивания стержневого элемента в грунт содержит ударный узел, установленный в отверстии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701903
Дата охранного документа: 02.10.2019
10.10.2019
№219.017.d3df

Безвзрывной способ отделения крупноразмерных гранитных блоков от массива

Изобретение относится к горному делу – к безвзрывным способам отделения блоков от массива высокопрочных пород природного камня и предназначено для отделения крупноразмерных гранитных блоков от массива. Безвзрывной способ отделения крупноразмерных гранитных блоков от массива включает бурение в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702483
Дата охранного документа: 08.10.2019
12.04.2023
№223.018.49e1

Буровая коронка

Изобретение относится к горному делу и строительству – к буровым инструментам, применяется при бурении скважин ударно-вращательным способом в крепких горных породах. Буровая коронка содержит корпус со шламовыми пазами и с центральным каналом, сообщенным с боковыми каналами для прохода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002759137
Дата охранного документа: 09.11.2021
Показаны записи 1-6 из 6.
20.02.2014
№216.012.a2bf

Способ герметизации дегазационных скважин

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации газоносных горных пород при подземной добыче полезных ископаемых, преимущественно угля. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и долговечности герметизации дегазационных скважин. В способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507378
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.07.2014
№216.012.de3b

Способ направленного гидроразрыва массива горных пород

Изобретение относится к геотехнологическим способам добычи полезных ископаемых и может быть применено для разрушения, осушения, дегазации горных пород, извлечения или закачки пластовых флюидов, разгрузки горных пород от сжимающих напряжений, создания противофильтрационных экранов. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522677
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.08.2014
№216.012.e622

Привод вибровозбудителя газовых скважин

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения отдачи сырья углеводородной залежи на различных стадиях ее эксплуатации путем непосредственного воздействия на залежь упругими механическими колебаниями заданной интенсивности и частоты. Обеспечивает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524707
Дата охранного документа: 10.08.2014
13.02.2018
№218.016.2073

Полимерный состав для изоляции и укрепления горных пород

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при изоляции горных выработок от притоков воды и газа и инъекционном химическом укреплении горных пород и грунтов. Полимерный состав содержит раздельно нагнетаемые в породный массив в объемном соотношении 1:1 преполимер с короткими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641553
Дата охранного документа: 18.01.2018
13.02.2018
№218.016.20c6

Способ герметизации дегазационных скважин

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при дегазации углепородного массива скважинами, пробуренными из горных выработок. Техническим результатом является снижение подсосов воздуха из горной выработки в рабочую часть дегазационной скважины через углепородный массив. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641555
Дата охранного документа: 18.01.2018
29.05.2018
№218.016.56da

Способ прессиометрических испытаний горных пород

Изобретение относится к способу исследования скважин и может быть использовано для определения физико-механических свойств горных пород в их естественном залегании. Технический результат заключаются в повышении информативности и достоверности прессиометрических исследований необсаженных скважин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655007
Дата охранного документа: 23.05.2018
+ добавить свой РИД