Спосіб вилучення газу із підземних гірничих виробок

Реферат: Спосіб вилучення газу з підземних гірничих виробок включає буріння буровим снарядом з поверхні свердловини в породах глибиною, обумовленою глибиною розташування підземної гірничої виробки до розкриття виробки з видаленням вибуреної породи промивною рідиною на поверхню, спуск у свердловину експлуатаційної колони труб, і тампонування затрубного простору вище покрівлі виробки з перекриттям центрального каналу експлуатаційної колони труб, видачу газу через експлуатаційну колону труб на поверхню. При цьому буріння свердловини до розкриття здійснюють у два етапи, при цьому на першому етапі буріння припиняють за 2-3 метри від покрівлі виробки, після чого відкачують зі свердловини промивну рідину до досягнення статичного рівня рідини в свердловині 3-4 метри від вибою свердловини, на другому етапі буріння ведуть із місцевим промиванням з локалізацією вибуреної породи в буровому снаряді, перед тампонуванням затрубного простору експлуатаційної колони труб перекривають доступ газу з виробки в затрубний простір у місці сполучення свердловини з покрівлею виробки шляхом формування кільцеподібної перемички діаметром не менше двох діаметрів свердловини, а після тампонування затрубного простору відкривають доступ газу в експлуатаційну колону труб. Використання пропонованого способу приводить до зниження матеріальних витрат при видобутку газу з гірничих виробок за рахунок зменшення втрат газу через затрубний простір експлуатаційної колони труб при поліпшенні якості герметизації зазору між покрівлею виробки й зовнішніх стінок експлуатаційної колони труб і затрубного простору експлуатаційної колони труб. UA 97915 C2 (12) UA 97915 C2 UA 97915 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничої промисловості й може бути використаний у вугільних шахтах для дегазації вугільних пластів і видобутку газу з гірничих виробок. Відомий спосіб вилучення газу при розкритті газового або нафтового пласта (Калинин А.Г. и др. Разведочное бурение. - М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. - С. 587, рис. 22.33), що включає буріння буровим снарядом з поверхні свердловини глибиною, обумовленою глибиною залягання корисної копалини з видаленням вибуреної породи промивною рідиною на поверхню, спуск у свердловину експлуатаційної колони труб до ґрунту пласта корисної копалини й наступне тампонування затрубного простору експлуатаційної колони труб шляхом подачі під тиском тампонажного розчину в центральний канал експлуатаційної колони труб і зміни напрямку його руху в затрубний простір вище покрівлі корисної копалини. Використання відомого способу для вилучення газу з підземних гірничих виробок приводить до значних його втрат. Газ безперешкодно надходить у тріщини гірничих порід, розташованих вище покрівлі гірничої виробки, що утворилися в результаті проведення гірничої виробки, через доступ газу з виробки в затрубний простір у місці сполучення свердловини з покрівлею виробки. При цьому шарові скупчення газу можуть призвести до порушення цілісності тампонажного каменю. Крім того, під час розкриття гірничої виробки свердловиною вся промивна рідина з вибуреною породою потрапляє зі свердловини у виробки, що вимагає проведення робіт з видалення забрудненої промивної рідини з гірничої виробки, які супроводжуються додатковими матеріальними витратами й збільшенням строків уведення свердловини в експлуатацію. Спуск у свердловину експлуатаційної колони труб до ґрунту пласта корисної копалини вимагає додаткових витрат для видалення частини колони, розташованої нижче покрівлі виробки для забезпечення можливості ведення гірничих робіт. Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є спосіб дегазації виробленого простору через гірничі виробки при стовповій системі розробки (SU, № 1046543 А, кл. E21F 7/00, Е21С 41/04, опубл. 07.10.1983 p.), що включає буріння буровим снарядом у породах покрівлі свердловини з поверхні до розкриття гірничої виробки на підготовлювану до відпрацьовування ділянки, що оконтурена відкаточним і вентиляційним штреками й розрізною піччю, видалення вибуреної породи промивною рідиною на поверхню в процесі буріння свердловини, спуск у свердловину експлуатаційної колони труб, тампонування затрубного простору вище покрівлі виробки з перекриттям центрального каналу експлуатаційної колони труб, видача газу через експлуатаційну колону труб на поверхню шляхом відсмоктування зі свердловини, при цьому свердловину розташовують за розрізною піччю, а її вибій збивають із частиною вентиляційної виробки, що залишається закріпленою у виробленому просторі. Відомий спосіб не забезпечує досягнення необхідного технічного результату з наступних причин. Використання відомого способу для вилучення газу з підземних гірничих виробок призводить до значних його втрат через надходження газу в тріщини гірничих порід, розташованих вище покрівлі гірничої виробки, що утворилися в результаті проведення гірничої виробки. При цьому шарові скупчення газу можуть призвести до порушення цілісності тампонажного каменю. Тампонування затрубного простору вище покрівлі виробки з перекриттям центрального каналу експлуатаційної колони труб призводить до влучення газу в зону тріщинуватих порід, розташованих вище покрівлі гірничої виробки, що утворилася в результаті проведення гірничої виробки через відсутність герметизації зазору між експлуатаційною колоною труб і покрівлею гірничої виробки, що призводить до нераціональних втрат газу при відході частини його з виробки в затрубний простір, а не в експлуатаційну колону. При цьому шарові скупчення газу можуть призвести до порушення цілісності тампонажного каменю, що також призводить до значних втрат газу в породи, що залягають над виробками. Буріння свердловини на всю глибину до розкриття гірничої виробки призводить до надходження у виробки промивної рідини з вибуреною породою в процесі її розкриття. Це викликано тим, що при бурінні свердловини з виносом промивною рідиною вибуреної породи на поверхню, свердловина постійно заповнена промивною рідиною з вибуреною породою й при розкритті свердловиною гірничої виробки вся промивна рідина з вибуреною породою зі свердловини потрапляє у виробки, вимагаючи проведення додаткових робіт з видалення забрудненої промивної рідини з гірничої виробки, що призводить до збільшення матеріальних витрат і строків уведення свердловини в експлуатацію. У процесі спуска експлуатаційної колони труб у свердловинах можливі зсуви осі колони від осі свердловини, що призводить до нерівномірного розподілу тампонажного розчину в 1 UA 97915 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 затрубному просторі, погіршуючи герметичність тампонажного каменю в окремих місцях, що призводить до додаткових втрат газу. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу вилучення газу з підземних гірничих виробок, у якому за рахунок поліпшення якості герметизації зазору між покрівлею виробки й зовнішньою стінкою експлуатаційної колони труб і її затрубного простору забезпечується зниження втрат газу через затрубний простір експлуатаційної колони труб при зниженні попадання в гірничу виробку більшої частини промивної рідини, що приводить до зниження матеріальних витрат і прискорення строків уведення свердловини в експлуатацію. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вилучення газу з підземних гірничих виробок, що включає буріння буровим снарядом з поверхні свердловини в породах глибиною, обумовленою глибиною розташування підземної гірничої виробки до розкриття виробки з видаленням вибуреної породи промивною рідиною на поверхню, спуск у свердловину експлуатаційної колони труб, тампонування затрубного простору вище покрівлі виробки з перекриттям центрального каналу експлуатаційної колони труб, і видачу газу через експлуатаційну колону труб на поверхню, згідно з винаходом, буріння свердловини до розкриття здійснюють у два етапи, при цьому на першому етапі буріння припиняють за 2-3 метри від покрівлі виробки, після чого відкачують зі свердловини промивну рідину до досягнення статичного рівня рідини в свердловині, рівного 3-4 метри від вибою свердловини, на другому етапі буріння ведуть із місцевим промиванням з локалізацією вибуреної породи в буровому снаряді, перед тампонуванням затрубного простору експлуатаційної колони труб перекривають доступ газу з виробки в затрубний простір у місці сполучення свердловини з покрівлею виробки шляхом формування кільцеподібної перемички діаметром не менше двох діаметрів свердловини, а після тампонування затрубного простору відкривають доступ газу в експлуатаційну колону труб. Суть пропонованого способу пояснюється кресленням, на якому показана схема розміщення встаткування в свердловині при розкритті підземної гірничої виробки для вилучення газу. На кресленні показана: свердловина 1; підземна гірнича виробка 2; покрівля 3 підземної гірничої виробки; 4 - зона тріщинуватості; експлуатаційна колона 5 труб з перфорованою частиною 6; 7 - перекриваючий елемент центрального каналу експлуатаційної колони труб; зовнішній перекривач 8; 9 - місце сполучення свердловини з покрівлею виробки; кільцеподібна перемичка 10; центратор 11; затрубний простір 12. Спосіб здійснюють таким чином. Після прогнозного визначення місць розташування підземних гірничих виробок із газовими зонами здійснюють буріння буровим снарядом з поверхні однієї (вертикальної або похилої) свердловини 1 діаметром не менше 93 мм і глибиною, обумовленою глибиною розташування підземної гірничої виробки до її розкриття, що ведуть у два етапи. На першому етапі буріння здійснюють із видаленням вибуреної породи промивною рідиною на поверхню й припиняють буріння за 2-3 метри від покрівлі 3 виробки 2. Потім зі свердловини 1 відкачують промивну рідину до досягнення статичного рівня рідини в свердловині, рівного 3-4 метри від вибою свердловини. На другому етапі продовжують буріння свердловини 1, що ведуть із місцевим промиванням з локалізацією вибуреної породи в буровому снаряді шляхом напрямку її в розташований у буровому снаряді шламозбірник. По закінченні буріння здійснюють спуск у свердловину 1 експлуатаційної колони 5 труб до установки торця труби нижче місця сполучення 9 свердловини 1 з покрівлею 3 виробки 2. Потім перекривають доступ газу з виробки 2 у затрубний простір 12 у місці сполучення 9 свердловини з покрівлею виробки шляхом формування кільцеподібної перемички 10 діаметром не менш двох діаметрів свердловини. Формування перемички ведуть шляхом попереднього закріплення на нижньому торці труби ущільнювальних елементів перемички 10, які після спуску експлуатаційної колони під власною вагою переміщаються з вертикального в горизонтальне положення. Після цього експлуатаційну колону 5 труб піднімають до упора ущільнювальних елементів у покрівлю 3 виробки 2, перекриваючи доступ газу з виробки в затрубний простір 12. Момент упору ущільнювальних елементів перемички 10 у покрівлю виробки контролюють із поверхні. Після формування перемички 10 експлуатаційну колону труб фіксують на поверхні від переміщення униз при наступному тампонуванні. Потім здійснюють тампонування затрубного простору 12 вище покрівлі 3 виробки з перекриттям центрального каналу експлуатаційної колони 5 труб. Для цього тампонажний розчин під тиском подають у центральний канал експлуатаційної колони 5 труб, обладнаної перед спуском перекриваючим елементом 7 її центрального каналу, зовнішнім перекривачем 8, 2 UA 97915 C2 5 10 15 20 установленим на зовнішній поверхні колони труб нижче перфорованої частини 6 з розрахунку його розташування вище зони тріщинуватості 4 і центратором 11. Із центрального каналу колони 5 труб тампонажний розчин, дійшовши до перекривного елемента 7, змінює напрямок руху й надходить через отвори перфорованої частини 6 труб у затрубний простір 12. За допомогою зовнішнього перекривача 8, що розкривається під вагою тампонажного розчину, вона направляється по затрубному просторі нагору, заповнюючи його на висоту не менше 50 метрів від покрівлі виробки або до устя свердловини, забезпечуючи герметизацію для запобігання надходження газу з виробки 2 у затрубний простір 12 і влучення води з верхніх водоносних горизонтів у гірничі виробки. Кількість отворів визначається з умови рівності площі центрального каналу експлуатаційної колони й сумарної площі отворів. Це забезпечує рівність гідравлічних опорів при надходженні тампонажного розчину в затрубний простір, що забезпечує рівномірне витікання тампонажного розчину з отворів, що сприяє більш рівномірному розподілу тампонажного розчину в кільцевому затрубному просторі 12. Після утворення цементного каменю в затрубному просторі й у центральному каналі колони труб у зоні перфорованої частини в свердловину опускають буровий снаряд і розбурюють перекривний елемент 7 і цементний камінь у центральному каналі, звільняючи центральний канал для надходження в нього газу, забезпечуючи видачу газу через експлуатаційну колону труб на поверхню для подальшого його використання. Таким чином, використання пропонованого способу приводить до зниження матеріальних витрат при видобутку газу з гірничих виробок за рахунок зменшення втрат газу через затрубний простір експлуатаційної колони труб при поліпшенні якості герметизації зазору між покрівлею виробки й зовнішніх стінок експлуатаційної колони труб і затрубного простору експлуатаційної колони труб. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Спосіб вилучення газу з підземних гірничих виробок, що включає буріння буровим снарядом з поверхні свердловини в породах глибиною, обумовленою глибиною розташування підземної гірничої виробки до розкриття виробки з видаленням вибуреної породи промивною рідиною на поверхню, спуск у свердловину експлуатаційної колони труб, тампонування затрубного простору вище покрівлі виробки з перекриттям центрального каналу експлуатаційної колони труб, і видачу газу через експлуатаційну колону труб на поверхню, який відрізняється тим, що буріння свердловини до розкриття здійснюють у два етапи, при цьому на першому етапі буріння припиняють за 2-3 метри від покрівлі виробки, після чого відкачують зі свердловини промивну рідину до досягнення статичного рівня рідини в свердловині, рівного 3-4 метри від вибою свердловини, на другому етапі буріння ведуть із місцевим промиванням з локалізацією вибуреної породи в буровому снаряді, перед тампонуванням затрубного простору експлуатаційної колони труб перекривають доступ газу з виробки в затрубний простір у місці сполучення свердловини з покрівлею виробки шляхом формування кільцеподібної перемички діаметром не менше двох діаметрів свердловини, а після тампонування затрубного простору відкривають доступ газу в експлуатаційну колону труб. 3 UA 97915 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