способ разупрочнения угольного пласта

Формула изобретения

Способ разупрочнения угольного пласта, заключающийся в бурении на него скважин, гидравлическом разрыве через них угольного пласта путем импульсного нагнетания жидкости и воздуха, соединении скважин щелью гидроразрыва, отличающийся тем, что бурят одну центральную скважину, по периферии примерно на равноудаленном расстоянии в угольном пласте располагают другие скважины и технологический регламент разупрочнения массива угольного пласта по площади осуществляют в следующей последовательности: первоначально проводят гидравлический разрыв угольного пласта водой через центральную скважину, при этом периферийные скважины закрывают и измеряют на них статическое давление, после стабилизации давления на периферийных скважинах нагнетают воздух высокого давления в центральную скважину, повторяют многократно цикл "нагнетание воды - нагнетание воздуха" и при этом постоянно измеряют давление на всех скважинах, прекращают гидродинамическое воздействие на угольный пласт после стабилизации давления на скважинах, при постоянном темпе закачки воды и расходе периодически нагнетаемого воздуха, затем нагнетают воду через периферийные скважины одновременно или последовательно через каждую, а центральную скважину с задержкой во времени открывают в атмосферу, после этого периодически осуществляют переход с закачки воды на нагнетание воздуха и наконец измеряют количество вынесенного из центральной скважины угля, эквивалентное объему созданного в угольном пласте искусственного коллектора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, в частности к гидравлическому разрыву угольных пластов с целью создания зон повышенной дренирующей способности для извлечения угольного метана.

Известен способ гидравлического разрыва угольного пласта жидкостью [1]. Техническое решение этого известного способа впервые формулируют основы гидравлического разрыва угольного пласта водой и жидкостями повышенной вязкости. Основное направление известного способа заключалось в разработке новой технологии создания в угольном пласте узких щелей для его подземной газификации.

Ограниченность этого технического решения состоит в недостаточном разупрочнении угольного пласта, что делает невозможным его эффективную дегазацию.

Другим известным техническим решением является способ управления направленностью процесса гидравлического разрыва угольного пласта [2]. Согласно этому способу предложено гидродинамическое воздействие на серию скважин с целью соединения их в единую гидравлически связанную систему.

Недостатком этого технического решения является отсутствие параметров активной деформации угольного пласта в созданной щели гидроразрыва, что делает неэффективной последнюю для дегазации угольного массива.

Наиболее близким техническим решением является способ гидродинамического воздействия на угольный пласт, заключающийся в многократной промывке щели гидроразрыва жидкостью и продувкой воздухом [3].

Однако и это изобретение не дает рекомендаций для масштабного разупрочнения массива угольного пласта, что необходимо для эффективного извлечения из него адсорбированного метана.

Целью предлагаемого способа является создание в угольном пласте большой площадной зоны разупрочненного угля, что сделает возможным интенсифицированную метаноотдачу.

Поставленная цель достигается тем, что на угольный пласт бурят одну центральную скважину, а примерно на равноудаленном расстоянии от нее несколько периферийных скважин, при этом технологический регламент разупрочнения массива угольного пласта по площади осуществляют в следующей последовательности:

- проводят гидравлический разрыв угольного пласта водой через центральную скважину, при этом периферийные скважины закрывают и измеряют на них статическое давление;

- после стабилизации давления на периферийных скважинах нагнетают воздух высокого давления в центральную скважину;

- повторяют многократно цикл "нагнетание воды - нагнетание воздуха" и при этом постоянно измеряют давление на всех скважинах;

- прекращают гидродинамическое воздействие на угольный пласт после стабилизации давления на скважинах (при постоянном темпе закачки воды и расхода периодически нагнетаемого воздуха);

- нагнетают воду через периферийные скважины одновременно или последовательно через каждую;

- открывают с задержкой времени центральную скважину в атмосферу;

- осуществляют периодический переход с закачки воды на нагнетание воздуха;

- оценивают количество вынесенного из центральной скважины угля, эквивалентное объему созданного в угольном пласте искусственного коллектора.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что впервые предлагается геометрическое расположение скважин в угольном пласте, которое в комплексе с новой технологической последовательностью гидравлического воздействия на угольный пласт позволяет разупрочнить массив угольного пласта на большой площади. Все это, таким образом, соответствует критерию "новизны" заявляемого способа.

В известном техническом решении [3] гидродинамическое воздействие осуществлено на двух скважинах, что обуславливает только локальное воздействие на угольный пласт. В заявляемом способе предлагается гидродинамическое воздействие на массив угольного пласта на большой площади. Разупрочненная зона превращается в масштабный коллектор с высокой дренирующей поверхностью, что и необходимо для промышленной добычи угольного метана. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа изобретательскому уровню с критерием "существенных отличий".

На чертеже представлена принципиальная схема участка угольного пласта с пробуренными семью скважинами. Количество скважин на периферии может быть снижено до трех соответственно с меньшей зоной разупрочнения.

Предлагаемый способ разупрочнения угольного пласта реализуется следующим образом.

На угольный пласт бурятся несколько скважин: одна центральная 1 и несколько периферийных, удаленных от центральной примерно на одинаковое расстояние. На чертеже в качестве примера представлены шесть периферийных скважин 2.

В начале технологической последовательности осуществляют гидравлический разрыв угольного пласта через центральную скважину 1, периферийные скважины 2 закрыты. На последних непрерывно измеряют статическое давление, после его стабилизации в течение некоторого времени начинают нагнетать воздух высокого давления. Многократное повторение цикла "вода-воздух" содействуют расширению естественных микротрещин и их соединению в единую систему. В результате происходит откалывание слоев угля, расширение щели гидроразрыва и вынос угольной мелочи за пределы зоны воздействия. Давление нагнетания воды и воздуха в скважину 1 постоянно снижается, что свидетельствует о заметном снижении сопротивления созданного искусственного коллектора. На чертеже эти зоны показаны пунктиром.

После этого при закрытой центральной скважине 1 начинают нагнетать одновременно во все или последовательно в несколько периферийных скважин 2. Одновременность или последовательность задействования периферийных скважин зависит от наличия на участке технических средств по закачке воды под высоким давлением. Расход воды на каждую периферийную скважину должен составлять до 1,5-2,0 м³/мин.

После стабилизации давления на скважинах 2 открывают центральную скважину 1 в атмосферу и начинают промывку коллектора водой. При этом периодически переходят с закачки воды на нагнетание воздуха. Эта операция содействует расширению щели гидроразрыва, в первую очередь, в зоне, прилегающей к периферийным скважинам 2. Угольная мелочь выносится из открытой центральной скважины 1. Эта стадия технологического регламента показана на чертеже зонами 4, ограниченными сплошными линиями.

Количество вынесенной угольной мелочи из скважины 1 соответствует объему созданного в пласте искусственного коллектора и позволяет оценить дренирующую его способность.

В результате осуществления перечисленной технологической последовательности практически вся площадь, оконтуренная периферийными скважинами 2 (за исключением площади, не охваченной на чертеже пунктирными и сплошными линиями в зоне 3 и 4), оказывается эффективно разупрочненной и характеризующейся высокой дренирующей способностью. Приток воды и метана в нее достаточно высок, после откачки воды можно ожидать извлечение из искусственно созданного коллектора более 10 тыс. м³/ч угольного метана.

Преимущество подобных площадных коллекторов по сравнению с буровыми каналами или направленными узкими щелями гидроразрыва заключается в следующем. Приток флюида (метана и воды) в первом случае прямо пропорционален развитой поверхности узкой щели в пласте по всей площади гидродинамического воздействия, а во втором - логарифму радиуса бурового канала (In г). Естественно, что в первом случае дебит метана будет существенно выше, а степень его извлечения приблизится к 90-95%.

Испытание и реализация заявляемого способа планируется в проекте извлечения угольного метана в Южном Кузбассе. Такой проект реализуется в России впервые и будет сопровождаться большими социально-политическим, экологическим и экономическим эффектами (особенно для регионов, еще не охваченных газификацией природным газом).

Источники информации

1. Федоров Н. А. и др. Использование процесса гидравлического разрыва каменноугольных пластов на глубине больше 250 м. Труды ВНИИПромгаза, 1962, вып. 6, с. 62-78.

2. Патент 2057919, E 21 В 43/28, 1996.

3. Патент 2041347, E 21 В 43/26, 1995.