Спосіб видобування горючих газів з вугленосної товщі

1 Спосіб видобування горючих газів з вугленосної товщі, що включає буріння розкриваних свердловин, який відрізняється тим, що розкриту ділянку вугленосної товщі обробляють електромагнітним полем від вибою свердловини в напрямку до устя, дискретно, до виявлення штучних тріщин і утворення гідравлічної системи з свердловиною, далі видобувають горючі гази шляхом їх фільтрації по тріщинах, свердловинах 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що після видобування горючих газів здійснюють підземну газифікацію збідненого від газів вугільного пласта Винахід відноситься до гірничої справи і може бути використаний в процесі розробки корисних копалин шляхом буріння свердловин з поверхні землі чи з гірничих виробок Відомий спосіб фізико-хімічної дегазації вугленосної товщі, який включає використання ХІМІЧНО активних речовин, розчинів поверхнево-активних речовин, сорбційно-активних газів, які впливають на газовіддачу в процесі фізико-хімічної дії на вугленосну товщу [Васючков ЮФ Физикохимические способы дегазации угольных пластов -М Недра, 1996 -255с] Недолік видобування - технічна складність проведення через свердловини гідравлічної обробки вугільного пласта, ШКІДЛИВІСТЬ виробництва при відносно великих капітальних витратах Найбільш близьким технічним рішенням може бути спосіб видобування горючих газів з вугленосної товщі методом дегазації, який включає буріння дегазаційних свердловин з гірничих виробок, фільтрацію газів з тріщин, які мають природну газо проникливість [Газообильность каменноугольных шахт СССР Эффективные способы искусственной дегазации угольных пластов на больших глубинах / / A T Айруни, Р А Галазов, И В Сергеев и др - М Наука, 1987 - 200с] Основним недоліком відомого способу дегазації вугленосної товщі є низька ефективність видобутку газів, які знаходяться у вугленосній товщі в сорбованому(закупореному) стані, в практично недоступних для фільтрації ультра тонких парах і тріщинах Така технологія дегазації веде до знач них витрат електричної енергії на буріння свердловин і, ВІДПОВІДНО, капітальних витрат, подорожчанню видобутку газу з вугленосної товщі В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу видобування горючих газів з вугленосної товщі, в якому шляхом впровадження нових технологічних операцій забезпечують можливість добування газоподібних енергоносіїв безпосередньо з вугільної товщі, а також інтенсифікацію процесу видобування всіх газів з однієї і тієї ж свердловини і за рахунок цього виконати роботи при знижені капітальних витрат, підвищити безпеку робіт під час видобутку корисних копалин підземним(шахтним) способом шляхом покращення ступеня дегазації Поставлена задача вирішується тим, що у способі видобування горючих газів з вугленосної товщі, що включає буріння розкриваних свердловин, згідно винаходу розкриту ділянку вугленосної товщі обробляють від вибою свердловини у напрямку до її устя електромагнітним полем, дискретно, до виявлення штучних тріщин, що гідравлічно з'єднані зі свердловинами, далі видобувають горючі гази шляхом їх фільтрації по тріщинах, свердловинах А також виконують подальшу підземну газифікацію збідненого від газів вугільного пласта На кресленні показана схема видобування горючих газів з вугленосної товщі, де пересувний електромагнітий генератор 1, коаксіальна система передавання електромагнітної енергії 2, поверхня землі 3, керована свердловина 4, вертикальна частина керованої свердловини 5, горизонтальна СО Ю 54293 частина керованої свердловини 6, свердловинний електромагнітний випромінювач 7, електромагнітні хвилі 8, вугільний пласт 9, бічні породи 10, вибій керованої свердловини 11 Спосіб реалізується слідуючим чином Вугільний пласт 9 розкривають з поверхні землі 3 керованою свердловиною 4, яка має такі конструктивні особливості Керована свердловина 4 складається з двох частин вертикальної - 5 та горизонтальної - 6 Вертикальну частину 5 бурять по бічним(пустим) породам покрівлі 10 вугільного пласта 9 з обсадженням та цементуванням затрубного простору В процесі наближення до вугільного пласта 9 ця свердловина виположується за потрібним радіусом з ВІДПОВІДНИМ співвідношенням щодо кута падіння пласта та переходить в горизонтальне(чи інше) положення, а буріння свердловин продовжують у площині пласта Горизонтальну частину свердловини 6 не обсаджують і и стіни не закріплюють, залишають відкритими для фільтрації горючих газів З поверхні землі 3 в керовану свердловину 4 вводять коаксіальну систему передавання електромагнітної енергії 2 і свердловинний сферичний електромагнітний випромінювач 7 Для ініціювання електромагнітного впливу на вугленосну товщу використовують пересувний наземний генератор 1, від якого електромагнітну енергію передають на сферичний випромінювач 7 Свердловинний випромінювач 7 розповсюджує за ВІДПОВІДНИМ радіусом сферичні електромагнітні хвилі 8 Обробка вугленосної товщі електромагнітним полем відбувається слідуючим чином Після введення свердловинного випромінювача 7 включають поверхневий генератор 1, який передає електромагнітну енергію через коаксіальну систему 2 на випромінювач 7 Від нього поширюються сферичні симетричні хвилі 8 через вугільний пласт 9 та бокові породи 10 на значну відстань У процесі обробки електромагнітним полем у вугленосній товщі під дією дисипації енергії утворюється тепло Внаслідок електромагнітного впливу і під дією теплової енергії на вугленосну товщу відбувається розкриття і розширення природних та утворення нових тріщин у зоні обробки, тобто у вугільному пласті 9 і бокових породах 10 Внаслідок цього забезпечують підвищену газопроникливість та газовіддачу метану і летючих продуктів із обробленої вугленосної товщі Після прогрівання цієї товщі до проявлення тріщин і гідравлічного з'єднання їх із свердловиною, сферичний випромінювач 7 пересувають у напрямку до устя свердловини 4 на слідуючу дільницю і знову повторюють прогрівання Період обробки кожної ДІЛЬНИЦІ вугленосної товщі визначають контролю і фіксації безперервного притікання горючих газів із свердловини на денну поверхню Розкриту дільницю обробляють електромагнітним полем дискретно шляхом переміщення випромінювача 7 На фіг 1 показано місце знаходження випромінювача 7, який знаходиться на деякій відстані від вибою свердловини 11 Після завершення прогрівання відповідної зони масиву порід, випромінювач 7 знову пересувають у свердловині 6 ближче до и устя Таким чином, переміщуючи дискретно випромінювач 7 у горизонтальній частині керованої свердловини 4, прогрівають навколо свердловини зону вугільної товщі, цим самим створюють в цій зоні високу газопроникливість та газовіддачу вугленосної товщі Розподіл температури у вугільному пласті 9 і бокових породах 10 суттєво залежить від постійної затухання електромагнітної хвилі 8, яка є функцією параметрів електромагнітного поля та властивостей вугленосної товщі(потужності електромагнітного генератора 1 і випромінювача 7, напруженості електромагнітного поля, частоти, магнітної проникливості, електричної провідності і температуропроводності вугілля і порід, початкової пластової температури, тощо) Прогрівання навколо свердловинної зони в умовах використання електромагнітного поля може бути розповсюджено на раціональну відстань ЗО - 80м від свердловини в залежності від вибраних теплових потужностей свердловинного випромінювача 7 в діапазоні 150 - 1000кВт Нижче наведені розрахункові дані відносно можливостей прогрівання вугленосної товщі порід в електромагнітному полі на відстані 36,7м і свердловинній температурі 200°С(табл 1) Таблиця 1 Теплова потужність електромагнітного випромінювача, кВт Довгочасність обробки, сут На протязі такої обробки вугленосної товщі електромагнітні хвилі 8 безпосередньо діють на кристалічну решітку мінералів, суттєво змінюючи їх механічні властивості Це залежить від того, що дислокації, які вміщує вугленосна товща, володіють деяким електричним зарядом Тому зовнішнє електричне поле здатне впливати на дислокації, переорієнтовуючи їх чи зрушуючи у відповідному напрямку Це створює умови до тріщиноутворення і утворення гідравлічної системи з свердловиною, і в подальшому, до витіку з них метану і летючих продуктів Одночасно з цим відбувається нагрівання порід і під впливом теплової енергії на вугленосну товщу, розкриваються і розширюються 150 228 500 68,5 1000 34,2 природні тріщини екзогенного і ендогенного походження Розкриття тріщин відбувається також і за рахунок часткового стиску пластової і породної рідини і пружного стиску скелету вугленосної товщі Тріщини постійно з'єднуються в єдину гідравлічну систему, орієнтовану до свердловини В розкриті і з'єднані із свердловиною тріщини фільтруються горючі гази, які через свердловину надходять на поверхню і після газоочищення їх направляють споживачу В процесі нагрівання вугленосної товщі відбуваються слідуючі перетворення Під час нагріву вугілля електромагнітним полем до 150 - 200°С 54293 утворюються тверді, рідкі(що конденсуються при звичайній температурі) і газоподібні речовини У цьому процесі при 105 - 110°С видаляється зовнішня і майже уся гігроскопічна волога В інтервалі 100 - 200°С видаляється також колоідно-зв'язана волога і оксидовані гази(вода розкладу, метан(СЬІ4), дюксид вуглецю(СО2)) Під час нагрівання до температури 200 - 250°С продовжує виділятися вода та гази метан(СЬЦ) монооксид вуглецю(СО), водень(ЬІ2), дюксид вуглецю(СО2), азот(Ы2), непередІЛЬНІ вуглеводороди(СтНп) та cipKOBOfleHbfbbS) Ця стадія термічної деструкції являє собою ендотермічний процес, в якому тепло витрачається на випарювання вологи, виділення горючих газів, активацію макромолекул речовини вугілля та термічне розщеплення найменш міцних зв'язків В процесі нагрівання вугленосної товщі до 250 - 300°С склад основних газів такий метана(СЬЦ) 58%, водню(ЬІ2) - 7%, монооксиду вуглецю(СО) 7,2%, дюксиду вуглецю(СО2) - 20%, азоту(Ы2) - 5% Принципове значення має встановлення факту переходу вугілля у пластичний стан після початку його термічної деструкції На основі встановлених температурних меж розм'якшення вугілля одержана КІЛЬКІСТЬ летючих речовин, що виділились під час нагрівання вище 200°С(табл 2) Таблиця 2 Доля газу метану і летючих речовин, що виділились під час нагрівання вугілля до переходу його в пластичний стан Марка вугілля Г6, Г7, 1Ж26 2Ж26, К13, К10 К2, ОС Вихід горючих газів, % 42,2 - 35,2 30,1 -20,5 18,5-17,8 Як виходить з таблиці, нагрівання слід проводити лише до температури початку розм'якшення вибраної марки вугілля 315 - 420°С Подальше нагрівання підвищує пластичність вугілля і, як наслідок, до закупорювання(кольматаціі) тріщин Подібна технологія видобутку горючих газів з вугленосної товщі може бути використана і в шахтних гірничих виробках Для цього з будь-якої гірничої виробки бурять у вугленосну товщу прямолінійні свердловини Електромагнітні випромінювачі заводять у ці свердловини і за вищезазначеним методом обробляють вугленосну товщу електромагнітним полем, видобуваючи, при цьому, значні об'єми газу метану і летючих речовин Обробка вугленосної товщі може відбуватись також із вертикальних чи похилих свердловин, пробурених з поверхні землі Вплив на вугленосну товщу електромагнітним випромінювачем також розпочинають біля вибоїв свердловин Далі електромагнітний випромінювач підіймають на деяку висоту і знову продовжують обробку масиву електромагнітним полем Газ метан і летючі речовини фільтруються по створеним тріщинам в свердловини і далі рухаються на поверхню Особливості електромагнітного впливу і подальшого видобування горючих газів з вугленосної товщі є основою також для використання подальшої розробки газовупльних родовищ відомим методом свердловинної підземної газифікації вугільних пластів [Колоколов О В , Табаченко М М та ш Спосіб підземної газифікації вугілля / Патент України №18410 від 25 12 1997 Опубл в бюл №6 за 1997р] Підземна газифікація вугільних пластів дозволяє одержати вторинні енергоносм(горючі гази) Через свердловини, по яким видобувався метан і летючі речовини після електромагнітного впливу на вугленосну товщу, можливе ведення технології свердловинної підземної газифікації збіднених від газів вугільних пластів розпалення пласта, введення окислювача в зону газифікації, Температура початку розм'якшення, °С 315-330 340 - 370 390 - 420 видача утвореного газу в процесі газифікації на поверхню Запропонований спосіб видобутку горючих газів з надр Землі забезпечує різке зростання виходу газів з однієї і тієї ж пробуреної свердловини при відносно малих капітальних витратах, підвищення безпеки робіт під час видобування вугілля підземним способом Впровадження технології розробки вугленосної товщі(вупльних пластів) забезпечує високоефективну комплексну і екологічно безпечну розробку вугільних пластів Переваги даного винаходу очевидні Спосіб видобування горючих газів з вугленосної товщі дозволяє забезпечити теплове нагрівання масиву під впливом електромагнітного поля з метою підвищення процесу утворення тріщин, газопроникнення та газовіддачі масивом порід горючих газів Найкращим робочим агентом для впливу через свердловини на вугленосну товщу є електромагнітне поле, яке без перешкоди може проникати через товщу порід, підвищуючи їх газопровідність і, забезпечуючи, при цьому, доступ до віддалених від свердловин зон масиву Вплив електромагнітного поля дозволяє інтенсифікувати процес видобування горючих газів Цей вплив відбувається безперервно як на фіксованій точці пересування магнітного випромінювача, так і дискретно в процесі переміщення випромінювача з однієї фіксованої точки до другої по всій довжині горизонтальноі(вертикальноі та похилої) частини свердловин Електромагнітне поле забезпечує з'єднання відокремлених природних тріщин в єдину систему, що має гідравлічний зв'язок із свердловиною, в яку надходять горючі гази з обробленої зони вугленосної товщі Ці НОВІ якості(властивості) вугілля забезпечують проведення наступної стадії розробкивисокоефективну свердловинну підземну газифікацію вугільних пластів у порівнянні з традиційним способом розробки 54293 З економічної точки зору досить важливо, щоб з кожної окремо взятої свердловини була оброблена можливо більша площа гірничого відводу і притому на всю потужність вугленосної товщі, включаючи пласти світи, неробочі пласти і вміщуючі(бокові) породи Таким чином, технологія видобування горючих газів з вугленосної товщі забезпечує різке збіль 8 шення виходу газів з однієї свердловини при значних зниженнях капітальних витрат, а також дозволяє підвищити безпеку робіт в шахтній розробці корисних копалин, в тому числі вугільних пластів Реалізація видобутку горючих газів з гірського відводу і подальша свердловинна підземна газифікація вугільних пластів дозволяє окупити капітальні витрати за 1,0 -1,5 роки Фіг. ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24