Спосіб дегазації газоносних вугільних пластів

Спосіб дегазації газоносних вугільних пластів, який включає нагнітання робочої рідини з інактивною речовиною у вигляді водного розчину солей через свердловину, пробурену з поверхні на пласт, причому початковий тиск рідини в першому циклі нагнітання встановлюють рівним величині, що характеризує опір порід стиску, в другому циклі нагнітання ведуть при тиску, рівному добутку величини, яка характеризує опір порід стиску, на відношення початкового та кінцевого тисків у першому циклі нагнітання, а в кожному наступному циклі тиск збільшують до величини, рівної добутку величини, що характеризує опір порід стиску, на відношення тисків в попередньому та першому циклах нагнітання, а кінцевий тиск встановлюють рівним величині, яка характеризує границю пружності пласта, випуск робочої рідини в кожному циклі починають при тиску, рівному величині, яка характеризує границю пружності пласта, а закінчують при зменшенні тиску до величини, що не перевищує 0,1 гідростатичного тиску на глибині верхньої межі метанової зони, причому після завершення останнього циклу дії свердловину закривають, який відрізняється тим, що робочу рідину перед подачею в свердловину охолоджують і насичують газоподібною речовиною, наприклад азотом Винахід відноситься до гірничої промисловості і призначений для використання під час розробки газоносних вугільних пластів з метою їх дегазації Відомий спосіб циклічного пдророзчленування з використанням азоту (повітря) визначений як аналог Суть способу полягає в наступному У пласт по черзі нагнітають робочу рідину розчленування та газоподібний агент (повітря, азот і т д ) Після завершення закачування проектного об'єму "вода-азот" через інтервал часу, на протязі якого тиск на устя свердловини знизиться до тиску, що перевищує в 1,2 - 1,4 раза пластовий тиск газу в непорушеному масиві, свердловину відкривають і відпрацьована рідина виходить із свердловини (див Тимчасовий посібник із завчасної підготовки шахтних полів до ефективної розробки свердловинами з поверхні із пневмодією на світу вугільних пластів — М МП, 1991 — с 20 - 24) Відомий спосіб дозволяє розкрити і об'єднати в єдину систему природні тріщини вугільного пласта в процесі його пдророзчленування без суттєвого зниження фазової проникності пласта для газу Досвід показав, що в разі першочергового нагнітання газу досягається додатковий тиск для виносу води після завершення кожного циклу дії Однак в процесі освоєння свердловин і відробки вуглепородного масиву виявлено ділянки з низькою фазовою проникністю для метану, що є наслідком утворення меж поділу фаз між газом та водою, а також процесу набухання на обводнених ділянках, що знижує ефективність даного способу Відомий "Спосіб гідродинамічної дії на газоносний пласт", захищений патентом України № 12617А (E21F 5/00, П в № 1, 1997) Спосіб полягає в тому, що через свердловину, пробурену з поверхні в пласт, циклічно нагнітають робочу рідину з шактивною речовиною у вигляді водного розчину солей загальної концентрації 1,0% ваговий, причому початковий тиск рідини у першому циклі нагнітання встановлюють рівним величині, яка характеризує опір порід стиску, в другому циклі нагнітання ведуть при тиску, рівному добуткові величини, що характеризує опір порід стиску, на відношення початкового та кінцевого тисків у першому циклі нагнітання, а в кожному наступному циклі тиск збільшують до величини, рівної добуткові величини, що характеризує опір порід стиску, на відношення темпів нагнітання рідини в попере О 1 ю ю 52757 дньому та першому циклах нагнітання, а кінцевий тиск встановлюють рівним величині, яка характеризує границю пружності пласта, а випуск робочої рідини в кожному циклі починають при тиску, рівному величині, що характеризує границю пружності пласта, а закінчують при зменшенні тиску до величини, яка не перевищує 0,1 гідростатичного тиску на глибині верхньої межі метанової зони, причому в останньому циклі дії свердловину закривають Основним недоліком способу, визначеного як прототип, є тривалість освоєння свердловини, що негативно позначається на строках та планах ведення гірничих робіт В основу винаходу поставлено завдання створити такий спосіб дегазації газоносних вугільних пластів, у якому зміна режиму та параметрів нагнітання рідкого та газоподібного робочих агентів дозволяє активізувати процес пдродм за рахунок використання енергії газу, розчиненого в рідині, для створення додаткового тріщиноутворення та підвищення ступеня руйнування пласта і, як наслідок, інтенсифікації процесу та скорочення строків дегазації масиву Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що в способі дегазації газоносних вугільних пластів, який полягає в нагнітанні робочої рідини з шактивною речовиною у вигляді водного розчину солей через свердловину, пробурену з поверхні на пласт, причому початковий тиск рідини в першому циклі нагнітання встановлюють рівним величині, що характеризує опір порід стиску, в другому циклі нагнітання ведуть при тиску, рівному добуткові величини, яка характеризує опір порід стиску, на відношення початкового та кінцевого тисків у першому циклі нагнітання, а в кожному наступному циклі тиск збільшують до величини, рівної добуткові величини, що характеризує опір порід стиску, на відношення тисків у попередньому та першому циклах нагнітання, а кінцевий тиск встановлюють рівним величині, яка характеризує границю пружності пласта, випуск робочої рідини в кожному циклі починають при тиску, рівному величині, що характеризує границю пружності пласта, а закінчують при зменшенні тиску до величини, яка не перевищує 0,1 гідростатичного тиску на глибині верхньої межі метанової зони, причому після завершення останнього циклу дії свердловину закривають, згідно з винаходом, робочу рідину перед подачею в свердловину охолоджують і насичують газоподібною речовиною, наприклад, азотом Відомо, ЩО при певній температурі на одному й тому ж сорбенті краще сорбуються газоподібні речовини, які легше конденсуються, тобто мають вищі температури скраплення Причому сорбованість газів визначається сполученням констант, зокрема, вона залежить від полярності газових молекул та їх розчинності Отже, для розв'язання поставленого завдання необхідно використовувати гази, які мають такі властивості - близька до метану температура скраплення, - менша у порівнянні з метаном розчинність у воді, - менший, ніж у метану, радіус молекул, - співвимірна з молекулою метану полярність, - безпечні екологічні характеристики Ці властивості мають такі гази аргон, гелій, азот і т д Враховуючи, що фазова взаємодія води та азоту асоціативна, швидкість їх розділення прямо пропорцюнальна підвищенню температури Згідно З емпіричним правилом Вант-Гоффа при ЗМІНІ температури на 10°С швидкість руху газового середовища в робочій рідині зростає в 3 рази Отже, попереднє пониження температури та наявність високого тиску при насиченні газом робочої рідини з розчиненою інактивною речовиною сприяють більшому розчиненню газу В процесі витримування робочої рідини в пласті, після того, як свердловину закривають, відбувається поступове вирівнювання температур закачаної рідини та вугільного пласта, температура якого складає 25 50°С Наслідком цього процесу є інтенсивне розділення газу та рідини При цьому газ виконує роботу з деструкції поверхні вугілля, часткового заміщення та витіснення метану із сорбціиного об'єму, що сприяє прискоренню процесу дегазації Чим більша різниця температур подаваної рідини та пластової, тим більше активність бульбашок газу, тим більшу роботу вони здійснюють з тріщиноутворенням і, як наслідок, дегазації пласта На кресленні (фіг) показана технологічна схема для реалізації запропонованого способу На газоносний пласт 1 бурять, обсаджують і перфорують в заданому інтервалі 2 свердловину З з поверхні, яку фонтанною арматурою 4 та пдролінією 5 з'єднують через блок маніфольда 6 з насосними агрегатами 7-12 типу 4АН-700, водоводом 13 та з'єднаним з ним дозатором 14 шактивної речовини Газоподібний азот знаходиться в ємкості 15, з'єднаній з компресором 16 Робоча рідина проходить через охолоджувач 17, а потім змішується з азотом До блока маніфольда 6 підключена станція контролю 18 з вимірювальною апаратурою Інактивну речовину розчиняють в ємкості 19, і далі розчин поступає в дозатор 14 Контроль тиску робочої рідини та газу, які поступають у свердловину, проводять манометром 20 Для випуску робочої рідини із свердловини використовують засувки 21 і 22 Пдролінія обладнана зворотними клапанами 23 Спосіб здійснюють таким чином В процесі дослідження відібраних кернів визначають величини опору порід пласта стиску та границю пружності пласта У першому циклі нагнітання включають насосні агрегати 7-8 і по пдролінм 5 у свердловину З подають охолоджену, насичену азотом рідину з розчиненою в ній інактивною речовиною під тиском, який відповідає опорові порід пласта стиску Розчин з інактивною речовиною у водовід 13, а потім у свердловину 3 поступає з ємкості 19 через дозатор 14, а газоподібний азот з ємкості 15 подаютьу водовід компресором 16 Нагнітання здійснюють доти, поки не відбудеться падіння тиску робочої рідини до величини, що відповідає границі пружності пласта Падіння тиску, яке контролюють манометром 20, відбувається за рахунок перерозподілу рідини в тріщини, розкриті в пласті в процесі нагнітання Потім відключають всі насосні агрегати та компресор 16, закривають засувку 21, відкривають засувку 22 і проводять випуск робочої рідини доти, поки тиск не зменшиться до величини, що не перевищує 0,1 гідростатичного тиску на 52757 глибині верхньої межі метанової зони У другому циклі включають додаткові насосні агрегати і доводять тиск робочої рідини до величини, що відповідає добуткові тиску, який характеризує опір порід стиску, на величину відношення тисків початкового та кінцевого в першому циклі Нагнітання припиняють при падінні тиску до величини, яка не перевищує 0,1 гідростатичного тиску на глибині верхньої межі метанової зони, шляхом випуску рідини В третьому і наступних циклах тиск робочої рідини, що подається в свердловину, доводять до тиску, рівного добуткові тиску, який характеризує опір порід пласта стиску, на відношення тисків нагнітання в попередньому та першому циклах Як у третьому, так і в наступних циклах нагнітання припиняють при падінні тиску до величини, що відповідає границі пружності пласта, а потім зменшують до величини, яка не перевищує 0,1 гідростатичного тиску на глибині верхньої межі метанової зони, за рахунок випуску рідини із свердловини В останньому циклі нагнітання припиняють після падіння тиску до величини, що відповідає границі пружності пласта або накачуванню розрахункового об'єму рідини, після чого свердловину закривають і витримують робочу рідину в пласті не менше 6 - 12 МІСЯЦІВ Потім свердловину відкривають і проводять відкачування рідини та газу КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ нагнітання приймають на один більше від КІЛЬКОСТІ систем тріщин, яку визначають за даними геологорозвідки 22 Як шактивні речовини використовують сірчанокислий алюміній АІ2(ЗО4)з-9Н2О та сірчанокисле залізо окисне Fe2(SO4)3-9H2O, які змішують у співвідношенні 1 1 загальної концентрації 1,0% ваговий до загального об'єму накачуваної робочої рідини Перед подаванням у свердловину робочу рідину охолоджують до температури +10°С - +5°С Виходячи з досвіду пдродм на газоносні вугільні пласти з природною газоносністю X = іб.Ом 3 ^ і більшою, глибина залягання яких 400 - 1000м, для досягнення проектного радіуса обробки 100 110м КІЛЬКІСТЬ робочої рідини на 1,0т оброблених запасів змінюється в залежності від гірничогеологічних умов та ступеня метаморфізму вугілля від 10,0 до 100,Олл" У ВІДПОВІДНОСТІ з цим об'єм газу (азоту) VN2 на 1,0т оброблюваного масиву визначають із співвідношення V N 2 = (0,018- 0,030) Хм3/т, де X - природна газоносність пласта, м3л~ Цього об'єму газу буде достатньо для часткового заміщення метану в сорбціиному об'ємі вугілля, використання його енергії для створення додаткового тріщиноутворення, підвищення ступеня знеміцнення пласта та виносу робочої рідини із свердловини Використання пропонованого способу дегазації газоносних вугільних пластів дозволяє підвищити ефективність газовіддачі вуглепородного масиву, інтенсифікувати процес освоєння свердловин і, як наслідок, зменшити строки дегазації 4 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24