Спосіб визначення міграції газів у вуглепородних масивах

Реферат: UA 122108 U UA 122108 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується гірничої промисловості, а саме - геолого-структурних і геохімічних досліджень при визначенні міграції газу у вугільних пластах і вміщуючих породах масиву, та можуть використовуватися для дегазації вуглепородних масивів на всіх етапах відпрацювання (для попередньої, поточної дегазації та дегазації відпрацьованої ділянки вугільного пласта). Відомий спосіб визначення скупчень метану на відпрацьованих ділянках (1), що включає відбір проб у відпрацьованому пласті в інтервалі 70-150 м над відпрацьованим вугільним пластом і визначення потужності пластів. Після цього будують карту потужності газоекранованих інтервалів, по яких визначають зони скупчення вільного метану. Спосіб дозволяє підвищити надійність прогнозу визначення скупченості метану для вміщуючих порід. Недоліком способу є обмеженість використання лише відпрацьованим простором вугільних шахт, що не дозволяє визначати зміну газоносності вміщуючих порід та вугільного пласта на невідпрацьованих ділянках, в період вироблення та після відпрацювання. Відомий спосіб геолого-геохімічного пошуку нафти і газу (2), який передбачає відбір проб газу з приповерхневих відкладів, визначення концентрації вуглеводневих газів та ступеню їх епігенетичності. На основі отриманих даних будують карти інтенсивності газопроявів та виділяють зони їх аномалій на поверхні. Спосіб дозволяє провести кореляцію між глибинними структурами та на поверхні, і за їх аналізом провести прогноз перспективних нафтогазоносних локальних структур. Недоліком способу є неможливість визначення зміни газового стану на певній глибині. Найбільш близьким є спосіб визначення газонасичених зон відпрацьованого простору діючих шахт (3), що включає збір та аналіз геолого-геофізичних даних в зоні відпрацьованого вугільного пласта, де визначають інтервали та зони скупчення метану, для чого відбирають проби порід із відпрацьованого (забутованого) простору, при чому відбір проводять у напрямку відпрацьованої виробки з інтервалом до 150 м, виконують лабораторний аналіз і визначають якісний та кількісний газовий склад залишкової газової складової породної суміші і на основі отриманих даних оконтурюють зони із різним складом скупчень газів. Недоліком прототипу є неможливість визначення зміни кількісних та якісних параметрів газової суміші в процесі дегазації, що відображає міграцію газів в межах визначеної зони. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення достовірності визначення газового стану вуглепородного масиву шляхом моніторингу газового стану вугільної виробки на етапах закладання лави, вироблення лави та відпрацьованого простору для встановлення оптимального режиму дегазації. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб включає отримання геолого-геохімічної інформації відпрацьованого вугільного пласта із визначенням зон скупчення вуглеводневих газів та гелію, згідно корисної моделі, додатково відбір і аналіз проб газу проводять із непорушеного масиву, в період виробки лави і техногенного колектора (відпрацьований простір), на всіх етапах дослідження лабораторно визначають кількісну зміну вуглеводневих газів (обов'язково метану та інших вуглеводневих газів), за результатами отриманих даних встановлюють зміну газового складу (вуглеводневі гази не менше 10 %) та визначають оптимальний режим дегазації. В джерелах патентної і технічної інформації не виявлені подібні ознак заявленого способу, а саме - підвищення достовірності визначення міграції у вуглепородних масивах шляхом моніторингу та оптимального його використання, що забезпечує йому нові якості закладені в основу корисної моделі. Отже, пропонований спосіб відповідає критерію "новизна", а відмінні ознаки забезпечують нові властивості - підвищення достовірності режиму дегазації в цілому. Поставлена задача запропонованого способу вирішується виконанням наступних операцій: Відбирають газові проби поетапно: під час закладання лави, під час виробки лави та у відпрацьованому просторі, що виконують протягом всього періоду функціонування виробки та по її закінченню. На кожному окремому етапі лабораторно визначають склад газового стану виробки і встановлюють доцільність та режим дегазації в залежності від зміни вмісту вуглеводневих газів (вміст вуглеводневих газів не менше 10 %). На основі зміни кількості вуглеводневих газів на кожному етапі виконання робіт визначають ділянки з найбільш швидким поповненням вуглеводневими газами, зокрема метаном, після чого встановлюють ділянки з активною сучасною міграцією газів. Дані ділянки вказують на місця придатні для дегазації (попередньої, супутньої та відпрацьованого простору). В процесі дослідження виділяють типи міграції, що дозволяють визначати тривалість оптимальної дегазації. Отримані узагальнені дані, за результатами моніторингу, дозволяють встановити ділянки із найкоротшим терміном поповнення техногенного колектору вуглеводневими газами, та пропонувати їх як перспективні для дегазації закритих шахт. 1 UA 122108 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Дослідженнями газової складової вугільних пластів Донецького басейну встановлено, що закономірне якісне поширення газоподібних вуглеводнів визначається розривними порушеннями і підтверджують не тільки дифузійне газонасичення масиву, а й темпове накопичення газу крізь розривні порушення в період їх розкриття. Суть пояснюється таким прикладом: Приклад 1 Про сучасний газовий підтік у вуглепородному масиві можна судити за зміною газового стану у підготовленому до відпрацювання масиві (пласт т 3 на шахті ім. А.Ф. Засядька) протягом місяця, при відборі проб на одній і тій ж ділянці відбулася зміна газового складу з пропано-бутанового (при азоті до 20 %, метан до 30 % газової суміші) на бутано-пропановий (при азоті до 30 %, метану до 25 % і важких вуглеводнів до 3 %) на відносно тектонічно не порушеній ділянці. Такі зміни газових показників в масиві вказують на активну сучасну газову міграцію у даній виробці. Приклад 2 Під час газодинамічної ситуації ДП ВК "Краснолиманська" була зафіксована зміна газового стану виробки від небезпечного (критично небезпечного) до можливого газового колектора у відпрацьованому просторі: - на початку: метан до 1 %, ацетилен до 0,8 %, азот більше 70 % газової суміші; - після проведення робіт по стабілізації масиву (один тиждень): метан до 0,86 %, ацетилен сліди (максимум до 0,2 %), азот до 96-98 %; - після проведення робіт по стабілізації (шість тижнів): метан до 20 %, етилен, ацетилен відсутні, азот до 70 %. На основі отриманих результатів газового стану масиву визначено сучасний підтік вуглеводневих газів у вуглепородний масив. Зважаючи на показники газової суміші, можна вважати стан масиву відносно стабільними із позитивною тенденцією до стабілізації природного газового стану (табл. 1), аналогічні процеси у воді відбуваються повільніше, що варто враховувати при проведенні гірничих робіт (табл. 2). Таким чином, після проведення робіт по стабілізації масиву, відбулося відновлення газового стану ділянки, майже ідентичне початку відпрацювання вугільного пласта. Всі наведені дані свідчать про сучасну газову міграцію не тільки в непорушених вуглегазових масивах, а й у відпрацьованому, технічно ізольованому просторі, в який гази могли мігрувати тільки вертикально, що обумовлено розташуванням виробки у вуглепородному масиві. Основною особливістю, яку доцільно врахувати, поновлення газу у техногенному колекторі (і навіть у вуглепородному масиві) відбувається більш повільно. Для оптимального використання таких зон доцільно використовувати специфічний режим, а саме чергування дегазації та періоду спокою, що дасть можливість наповнення газом колектору. Визначення режиму роботи техногенного колектору індивідуальне та базується на міграції газів у вуглепородний масив та підтверджується отриманими даними газової хроматографії, що забезпечить тривалий період його експлуатації. Таким чином, моніторинг вугільних виробок підтверджує достовірність заповнення колекторів вуглепородного масиву газами придатними для дегазації у зонах із активною сучасною газовою міграцією, яка виражається режимом їх поповнення вуглеводневими газами за даними лабораторних досліджень. 2 UA 122108 U Таблиця 1 Зміна газового стану виробки відпрацьованого простору 09.11.2015 Період Дата відбору 15.12.2015 Період проведення непередбачуваного раптового проб робіт по стабілізації масиву явища Проба Проба Проба Проба ДегазаДегазаПереКомпонент, % 12030 12031 12032 12033 ційний ційний мичка № об. 5.00 9.00 10.00 шахта став 10.24 став 10.43 1 10.07 Метан 0,266 0,276 0,381 0,356 0,039 0,027 0,455 Етан 0,010 0,004 0,003 0,006 0,011 0,002 0,008 Етен Сліди Сліди Сліди Сліди 0,000 0,000 0,000 (етилен) Етин 0,005 0,006 0,008 0,007 0,000 0,000 0,000 (ацетилен) Пропан 0,002 0,002 0,002 0,002 0,017 0,002 0,008 І-Бутан 0,000 0,000 0,000 0,000 0,004 0,001 0,002 Н-Бутан 0,001 0,001 0,001 0,001 0,017 0,002 0,006 Нео-Пентан 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 І-Пентан 0,000 0,000 0,000 0,000 0,007 0,001 0,002 Н-Пентан 0,000 0,000 0,000 0,000 0,006 0,000 0,001 Гексан+вищі 0,014 0,007 0,009 0,005 0,026 0,004 0,010 Карбон 0,620 0,610 0,745 0,770 0,092 0,083 0,140 діоксин (СО2) Водень 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,001 0,001 Сірководень 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 Кисень 19,768 21,432 21,429 19,449 6,808 20,806 20,518 Азот 79,314 77,662 77,422 79,404 78.972 79,071 78,849 18.01.2016 Період після стабілізації масиву Проба 1 Проба 2 21,322 0,245 16,321 0,198 Сліди Сліди 0,000 0,000 0,058 0,013 0,012 0,001 0,012 0,003 0,016 0,043 0,007 0,006 0,000 0,001 0,001 0,003 1,368 1,087 сліди сліди 0,000 0,000 6,947 8,193 70,003 74,149 Таблиця 2 Зміна газового стану виробки відпрацьованого простору за вмістом газу у воді Дата відбору проб 07.12.2015 15.12.2015 ДегаДегазаційДегазаційКомпонент, % ОТК кв-2 Вент. св. заційний ний став ний став об. пл. l3 d=3,5 став 10.07 10.16 10.36 (вода) (вода) (вода) Метан 0,012 0,053 0,443 0,402 0,497 Етан 0,001 0,002 0,010 0,010 0,012 Етен (етилен) Сліди 0,000 0,001 0,002 0.002 Етин (ацетилен) 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 Пропан 0,000 0,003 0,008 0,006 0,010 І-Бутан 0,000 0,001 0,002 0,001 0,002 Н-Бутан 0,000 0,003 0,005 0,003 0,006 Нео-Пентан 0,000 0,000 0,000 0,000 0.000 І-Пентан 0,000 0,002 0,002 0,001 0,002 Н-Пентан 0,000 0,001 0,001 0,001 0,001 Гексан+вищі 0,000 0,009 0,004 0,012 0,006 Карбон діоксин 0,091 0,794 1,312 3,678 2,078 (СО2) Водень 0,000 0,001 0,001 0,001 0,001 Сірководень 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 Кисень 4,622 6,675 5,013 6,808 4,877 Азот 95,274 92,456 93,198 89,075 92,506 3 22.01.2016 Проба 1 вода Проба 2 вода 0,019 0,000 Відсутній Відсутній 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,000 0,004 0,010 0,000 Відсутній Відсутній 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,000 0,004 1,363 0,907 0,001 0,000 5,928 92,684 0,001 0,000 16,750 82,327 UA 122108 U 5 Джерела інформації: 1. Патент України № 74502, МПК G01V 9/00, Е21F 7/00, публ. 15.12.2005 2. Деклараційний патент на винахід України № 62594А, МПК G01V 9/00, публ. 2003 3. Патент на корисну модель України № 99540, МПК G01V 9/00 Е21F 7/00, публ. 10.06.2015 (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб визначення міграції у вуглепородних масивах, що включає отримання геологогеохімічної інформації відпрацьованого вугільного пласта із визначенням зон скупчення вуглеводневих газів та гелію, який відрізняється тим, що додатково проводять відбір і аналіз проб газу із непорушеного масиву, в період виробки лави і техногенного колектора (відпрацьований простір), на всіх етапах дослідження лабораторно визначають кількісну зміну вуглеводневих газів (обов'язково метану та інших вуглеводневих газів), за результатами моніторингу встановлюють зміну газового складу (вуглеводневі гази не менше 10 %) та визначають оптимальний режим дегазації. Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4