Спосіб газифікації пласта твердого палива

Реферат: Спосіб газифікації пласта твердого палива належить до гірничої справи і може бути використаний при розробці родовищ корисних копалин шляхом підземної газифікації сланцевого, вугільного і сірчаного пластів. Згідно з винаходом в попередньо визначеній робочій зоні пласта бурять направлені свердловини, з'єднують їх в пласті і на поверхні, підключають до вакуум-насосу, заряджають та здійснюють газогідродинамічний розрив пласта пороховими газами для утворення штучних тріщин в робочій зоні й вилучають природний газ-метан вакуумним методом. В подальшому розпалюють і газифікують здегазовану робочу зону пласта для отримання генераторного газу, при цьому, в період його вилучення ведуть підготовку наступної робочої зони пласта для подальшого циклічного видобування природного і генераторного газів. Винахід забезпечує можливість видобувати безпосередньо з пласта сланцевий та генераторний гази, забезпечує інтенсифікацію процесу підземної газифікації пласта твердого палива, зниження витрат та покращення екологічного стану навколишнього середовища. UA 103855 C2 (12) UA 103855 C2 UA 103855 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний при розробці родовищ корисних копалин шляхом підземної газифікації сланцевого, вугільного і сірчаного пластів. Відомий спосіб газифікації вугільного пласта, який включає буріння направлених свердловин, збійку горизонтальних частин свердловин, подачу одними свердловинами робочих агентів і відведення іншими свердловинами генераторних газів [Авт. Св. СРСР № 1261355, кл. Е 21 С 43/00, опубл. 1986]. До недоліків відомого способу відносяться відсутність надійного зв'язку між горизонтальною ділянкою направленої свердловини і пластом, оскільки вона обладнана обсадною колоною з цементизацією затрубного простору, що призводить до періодичного затухання процесу газифікації і повторного розпалювання пласта. Найбільш близьким технічним рішенням до способу, що заявляється, є спосіб підземної газифікації твердого палива, який включає буріння вертикально-горизонтальних (направлених) свердловин з горизонтальною частиною по пласту, збійкою між ними, буріння закладної направленої свердловини по породі покрівлі пласта на місці їх найбільшого розшарування, розпалювання вугілля, одержання штучного генераторного газу і закладання здеформованих порід у зоні вигазованого простору [Патент України № 21863А, кл. Е 21 В 43/295, опублікований 17.09.2001]. Недоліками відомого способу є технічне навантаження на навколишнє середовище, необхідність відчуження землі для поверхневого комплексу підготовки, значні капітальні витрати на виконання бурових робіт й очищення газів від шкідливих домішок, що уповільнює процес газифікації, збільшує його собівартість і погіршує екологію. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу газифікації пласта твердого палива, в якому буріння в попередньо визначеній робочій зоні пласта направлених свердловин, з'єднання їх в пласті та на поверхні, підключення до вакуум-насосу, зарядження та здійснення газодинамічного розриву пласта пороховими газами, отримуючи штучні тріщини для утворення зон підвищеної проникності пласта й вилучення вакуумом природного газу метану, забезпечують можливість безпосередньо з пласта видобувати сланцевий та генераторний гази, цим забезпечується інтенсифікація процесу підземної газифікації пласта твердого палива, зниження витрат на цей процес, покращення екологічного стану навколишнього середовища. Поставлена задача вирішується тим, що у способі газифікації пласта твердого палива, який включає буріння направлених свердловин в робочій зоні пласта, з'єднання їх між собою в пласті, розпалювання пласта, подачу дуття, газифікацію пласта, вилучення генераторного газу на поверхню, згідно з винаходом передбачені наступні відміни: - направлені свердловини бурять в попередньо визначеній робочій зоні пласта; - направлені свердловини з'єднують як в пласті, так і на поверхні; - свердловини підключають до вакуум-насосу; - свердловини заряджають та здійснюють газогідродинамічний розрив пласта пороховими газами на горизонтальних дільницях свердловин для утворення зон штучної тріщинуватої пустотності і проникності в робочій зоні пласта; - вилучають вакуумом з цих зон природний сланцевий газ-метан; - потім робочу зону пласта розпалюють, газифікують здегезовану робочу зону пласта і отримують штучний генераторний газ; - в період вилучення генераторного газу ведуть підготовку наступної робочої зони пласта для подальшого циклічного видобування природного і генераторного газів. Сутність способу пояснюється технологічною схемою видобутку газу, де на: Фіг. 1 зображена технологічна схема (вид збоку); Фіг. 2 - технологічна схема (вид зверху). Технологічна схема способу газифікації пласта твердого палива, переважно свердловинного видобутку сланцевого газу з наступною газифікацією сланцевого пласта та отримання генераторного газу, складається з поверхні землі 1, попереднього підземного газогенератора 2, центральної направленої свердловини 3 газогенератора 2, крайових бокових свердловин 4 газогенератора 2, каналу 5 газифікації сланцевого пласта 6, зони 7 розпалювання пласта 6, наступного підземного газогенератора 8, центральної направленої свердловини 9 газогенератора 8, крайових бокових свердловин 10 газогенератора 8, каналу 11 газифікації пласта 6, зони 12 розпалювання пласта 6, запроектованого підземного газогенератора 13, газопроводу 14 генераторного газу, газопроводу 15 сланцевого газу, вакуум-насоса 16, газгольдера (газозбірника) 17, газопроводу 18 до споживача, межі 19 газифікації сланцевого пласта 6 попереднього газогенератора 2. Спосіб реалізують наступним чином. 1 UA 103855 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В робочій зоні пласта бурять вертикально-горизонтальні (направлені) свердловини паралельно одна одній, за винятком кінцевих частин крайових свердловин, які бурять з викривленням до з'єднання усіх свердловин між собою. Видобування сланцевого і генераторного газу відбувається у двостадійному режимі при рознесенні у часі цих процесів. На першій стадії сланцевий газ вилучають після газогідродинамічного розриву пласта пороховими газами для утворення тріщинуватого і пустотного масиву і проникності у навколосвердловинному масиві та починають вилучати з свердловин природний сланцевий газ, на другій стадії - отримують штучний генераторний газ під час газифікації сланцевого пласта. Розпочинають розробку сланцевого пласта 6 з попереднього підземного газогенератора 2, тобто з другої стадії. У зоні 7 розпалювання пласта 6 відомим методом (газовим пальником, плазмотроном, пересувними пальниками) розпалюють сланцевий пласт 6 пересувними джерелами займання. Уздовж центральної направленої свердловини 3 компресором (не показаний) нагнітають дуття (повітря, кисень, пару, та ін.) сланець займається в зоні 7, а утворений штучний генераторний газ в каналі 5 газифікації пласта 6 направляють у газовідвідні бокові свердловини 4 і далі на поверхню землі 1. Сланцевий пласт 6 вигазовують зворотним ходом від каналу 5 газифікації до межі 19 газифікації сланцевого пласта 6 попереднього підземного газогенератора 2. В процесі газифікації газогенератора 2 розпочинають підготовку наступного підземного газогенератора 8 (перша стадія). Для цього бурять направлені свердловини 9, 10 і криволінійний канал газифікації 11. Підвищення параметрів газовіддачі сланцевого масиву здійснюють шляхом штучного впливу на присвердловинну зону пласта 6. Ефективність газовіддачі пласта 6 обумовлена його газопроникністю під впливом генераторного тиску, який призводить до звуження радіуса впливу свердловин. Газовіддача гірського масиву може бути підвищена шляхом розривання сланцевого пласта 6 пороховими газовими, гідравлічним чи іншим впливами на сланцевий масив. У випадку, коли масив сланцю або вугілля обробляють через свердловини і впливу підпадає навколосвердловинна частина масиву, підвищуються параметри газовіддачі сланцевого газу (метану) за рахунок зростання тріщинуватості, пустотності і проникності сланцевих пластів. Одним з найбільш ефективних методів утворення радіальних тріщин є розрив пластів продуктами горіння порохових зарядів, які розміщають на горизонтальних дільницях направлених газів на навколосвердловинну зону пласта 6: механічний і термогазохімічний. Механічною дією створюють достатній вплив в деякій області свердловини, внаслідок якої утворюються і розвиваються тріщини і пустотності у сланцевому пласті 6. Термохімічним впливом, окрім силового навантаження газами на стінки свердловини, виконують додатково теплову обробку навколосвердловинної зони (в деяких випадках супроводжуються хімічними процесами), оскільки швидкість горіння порохових складів досить велика і допускає чутливий розвиток термодинамічних і хімічних явищ. Обидва методи засновані на зародженні під дією свердловинного тиску на пласт 6 тріщин розриву, які розвиваються внаслідок розклинюючої газорідинної дії, що проникає в тріщину. Розрахунки показують, що при спалюванні порохового заряду масою 100 кг протягом 5 с можна отримати штучні тріщини радіусом 15-20 м з розкриттям тріщин на стінки свердловини до 6-8 мм. Хімічною дією порохових зарядів (генераторів) тиску, які складені з газоподібних продуктів горіння, в основному з вуглекислого газу і хлористого водню, руйнують скелет гірської породи. Проникаючи у пари і тріщини пласта, хлористий водень взаємодіє з пластовою водою і утворює соляно-кислотний розчин концентрацією до 5 %, який розчиняє породу і збільшує залишкову розкритість пор і тріщин. Вуглекислий газ, розчиняючись у воді, знижує її в'язкість, збільшує рухливість, призводить до інтенсивного розклинюючого розриву породи. Проведені експерименти свідчать про те, що розрив пласта 6 є високоефективним методом управління фільтраційними властивостями навколосвердловинних зон пласта 6, що забезпечує інтенсивний вихід сланцевого газу з обробленого масиву. Сутність видобутку сланцевого газу (метану) полягає у наступному. Газ-метан, який знаходиться у сланцевому пласті 6, із зон стійки штучних тріщин надходить через стінки горизонтальної частини направлених свердловин і відсмоктується вакуум-насосом 16, який розташований на поверхні землі, та подається до газозбірника 17. Внаслідок обробки сланцевого пласта 6 пороховими газами забезпечується подальше зростання тріщин, що створює умови для інтенсифікації другої стадії, тобто процесу свердловинної газифікації сланцевого пласта і забезпечує підвищений вихід генераторного газу. 2 UA 103855 C2 5 10 15 20 25 Утворенню підвищеної реакційної поверхні сланцевого пласта 6 також сприяє і дегазація (відсмоктування сланцевого газу вакуум-насосом 16). Під час відсмоктування насосом 16 сланцевий газ-метан мігрує з пласта 6, залишаючи пустоти, тріщини і пари, в яких потім відбувається інтенсивний процес газифікації. Відсмоктуваний газ-метан із газогенератора 8 свердловинами 9, 10 і газопроводом 15 через вакуум-насос 16 акумулюють в газгольдері 17. Після повного виділення сланцевого газу газогенератор 8 стане готовим для подальшої газифікації другої стадії отримання генераторного газу. Двостадійний режим виробництва газоподібного палива дозволить ліквідувати втрати метану в пласті 6, який при газифікації газогенератора 8 повинен бути спалений. Збережений генераторний газ далі змішується із сланцевим газом із газозбірника 17, внаслідок чого одержуємо газоподібне паливо підвищеної калорійності (теплотворної спроможності). Надалі, в період газифікації підземного газогенератора 8, відбувається підготовка і обробка пороховими газами наступного запроектованого газогенератора 13. Така двостадійна технологічна схема розробки сланцевого пласта продовжується до повного відпрацювання визначеного сланцевого родовища. Висновки. Запропонована технологічна схема дозволяє: 1) на обробленому пороховими газами підземному газогенераторі значно підвищити вихід сланцевого газу; 2) різко зростити ступінь вигазовування сланцю в період його газифікації після дегазації пласта; 3) значно підвищити, за рахунок заздалегідної підземної дегазації наступного підземного газогенератора, теплотворну здатність генераторного газу у кожному наступному підземному газогенераторі змішуванням зі сланцевим газом, уникнути втрат сланцевого газу, який знаходиться в пласті і одночасно інтенсифікувати процес газифікації сланцю в цьому газогенераторі за рахунок збільшення реакційної поверхні масиву під час обробки його пороховими газами і наступної дегазації сланцевого пласта; 4) забезпечити зниження капітальних витрат через те, що відпадає необхідність буріння закладних свердловин і очищення сланцевого та генераторного газів від шкідливих домішок. 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 Спосіб газифікації пласта твердого палива, що включає буріння направлених свердловин в робочій зоні пласта, з'єднання їх між собою в пласті, розпалювання пласта, подачу дуття, газифікацію пласта, та вилучення генераторного газу на поверхню, який відрізняється тим, що направлені свердловини бурять в попередньо визначеній робочій зоні пласта, з'єднують їх в пласті і на поверхні, підключають до вакуум-насосу, заряджають та здійснюють газогідродинамічний розрив пласта пороховими газами для утворення штучних тріщин в робочій зоні й вилучають природний газ-метан вакуумним методом, а в подальшому розпалюють і газифікують здегазовану робочу зону пласта для отримання генераторного газу, при цьому, в період його вилучення ведуть підготовку наступної робочої зони пласта для подальшого циклічного видобування природного і генераторного газів. 3 UA 103855 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4