способ комплексной разработки угольного пласта

Формула изобретения

Способ комплексной разработки угольного пласта, заключающийся в бурении системы гидравлически связанных скважин, горизонтальной поперечной и направленных, обсаженных и необсаженных по угольному пласту, осуществлении через них гидродинамического и огневого воздействия на угольный пласт, отличающийся тем, что процессы дегазации и газификации угольного пласта осуществляют последовательно посредством системы гидравлически связанных скважин, розжига угольного пласта в одной из скважин, термической проработки буровых каналов по углю противоточным перемещением очага горения, нагнетания нейтрального газа в систему гидравлически связанных скважин и тушения воспламененной зоны, извлечения угольного метана из нескольких скважин, оборудованных для дегазации, и по окончании процесса дегазации осуществляют процесс газификации угольного пласта посредством повторного розжига через дополнительно пробуренную вертикальную скважину, нагнетания дутья в направленные обсаженные скважины и отвода образовавшегося горючего газа через направленные необсаженные скважины в направлении по нормали от горизонтальной поперечной скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к проблеме использования угля в естественных условиях его залегания с получением газообразных энергоносителей.

Известен бесшахтный способ подземной газификации угля с помощью скважин, пробуренных с поверхности /1/. Использование этого способа для дегазации угольного пласта не может быть реализовано.

Известно также техническое решение по шахтной дегазации углеметановых месторождений с помощью скважин, пробуренных с поверхности и из шахтных выработок /2/. Такое решение задачи, во-первых, обеспечивает степень извлечения угольного метана всего на 20-25%, во-вторых, предусматривает последующую менее опасную выемку угля и не позволяет производить газификацию угля без бурения дополнительных скважин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ интенсификации метаноотдачи угольного пласта путем предварительной огневой проработки горизонтальных буровых каналов /3/. Однако в этом решении не предусмотрена возможность совмещения процессов дегазации и газификации угольного пласта. Технологический регламент, обеспечивающий последовательную реализацию процессов дегазации и подземной газификации в единой системе гидравлически связанных скважин, не проработан.

Целью изобретения является комплексная разработка угольного пласта путем совмещения процессов дегазации и газификации через систему одних и тех же скважин.

Поставленная цель достигается тем, что в способе комплексной разработки угольного пласта, заключающемся в бурении системы гидравлически связанных скважин, направленных и горизонтальных, обсаженных и необсаженных по угольному пласту, осуществлении через них гидродинамического и огневого воздействия на угольный пласт, процессы дегазации и газификации угольного пласта осуществляют последовательно посредством системы гидравлически связанных скважин, розжига угольного пласта в одной из скважин, термической проработки буровых каналов по углю противоточным перемещением очага горения, нагнетания нейтрального газа в систему гидравлически связанных скважин и тушения воспламененной зоны, извлечения угольного метана из нескольких скважин, оборудованных для дегазации, и по окончании процесса дегазации осуществляют процесс газификации угольного пласта посредством повторного розжига через специально пробуренную вертикальную скважину, нагнетания дутья в направленные обсаженные скважины и отвода образовавшегося горючего газа через направленные необсаженные скважины в направлении по нормали от горизонтальной поперечной скважины.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается конкретными предложениями по бурению специальной системы направленных и горизонтальных скважин, а также детальным технологическим регламентом, направленным на последовательное выполнение процессов дегазации и газификации угольного пласта, что соответствует критерию “новизна”.

Анализ формулы изобретения показал, что заявляемое изобретение соответствует критерию “существенные отличия”.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом, где представлена система направленных и горизонтальных скважин в плоскости угольного пласта, позволяющая осуществить последовательно дегазацию и газификацию угля в естественных условиях его залегания. Направленные скважины 1 обсажены на всю длину, направленные скважины 2 обсажены колонной только до входа трассы скважины в угольный пласт, горизонтальная поперечная скважина 3, пройденная по углю без обсадки, дополнительная вертикальная скважина 4, соединенная с трассой скважины 3.

Способ комплексной разработки угольного пласта реализуется следующим образом.

На угольный пласт бурят направленные скважины 1, обсаживаемые на всю длину, и направленные скважины 2, обсаживаемые колонной только до входа трассы скважины в угольный пласт. Направленные скважины 1 и 2 чередуются между собой.

Направленные скважины 1 и 2 соединяют с помощью горизонтальной поперечной скважины 3, пройденной по углю без обсадки. Все скважины соединяют в гидравлически связанную систему. Такая система скважин позволяет осуществить сначала дегазацию угольного пласта, а затем его газификацию (выгазовывание).

Для повышения эффективности первой стадии процесса дегазации термически расширяют буровые каналы скважин 2 и 3, для чего разжигают угольный пласт на горизонте скважины 3, нагнетают воздушное дутье в скважину 3 и скважины 2. Очаг горения перемещается навстречу нагнетаемому воздушному дутью, оставляя после себя термически проработанные коллекторы диаметром 0,5-0,75 м (диаметр буровых каналов 0,15-0,2 м).

После тушения нейтральным газом, например азотом, проработанные буровые каналы представляют собой искусственные коллекторы повышенной дренирующей способности, что позволяет приступить к этапу осушения этого участка угольного пласта, а затем к извлечению угольного (десорбированного) метана. Благодаря высокой дренирующей способности созданных коллекторов процессы осушения и дегазации угольного пласта осуществляются интенсивно, с высокой степенью извлечения энергоносителей.

По окончании процесса дегазации, после падения дебита метана приступают ко второй стадии процесса - подземной газификации угля. Для этого бурят дополнительную вертикальную скважину 4 в непосредственной близости от трассы скважины 3, повторно разжигают угольный пласт в забое скважины 4 и соединяют ее с трассой горизонтальной поперечной скважины 3.

Дутье нагнетают в скважины 1, а образовавшийся горючий газ отводят через скважины 2. Газификация угольного пласта происходит по нормали от горизонтальной поперечной скважины 3. Процесс газификации угля продолжают до полного выгазовывания угольного пласта, запасы которого ограничены крайними направленными скважинами 2 и горизонтальной поперечной скважиной 3.

Проблема осуществления комплексной разработки угольного пласта путем совмещения технологических процессов в настоящее время вызывает огромный интерес в странах с промышленно освоенным методом извлечения угольного метана (США, Китай, Австрия).

Заявляемое изобретение, направленное на решение проблемы последовательно проводимых процессов дегазации и подземной газификации в системе гидравлически связанных скважин, позволит получить высокий экономический эффект за счет снижения себестоимости извлекаемых энергоносителей.

Источники информации

1. Крейнин Е.В. Уголь как источник заменителя природного газа // Уголь, 2001, №7, с.17, рис.2.

2. Руководство по дегазации угольных шахт. - М.: 1990, с.186.

3. Патент №2209984, 2003-11-24 (прототип).