способ обработки метаносодержащего угольного пласта через скважины с поверхности

Формула изобретения

Способ импульсного воздействия на газоносный угольный пласт, включающий бурение скважины с поверхности, цементирование затрубного пространства, обвязку устья с установкой насосных агрегатов, вскрытие пласта перфорацией, увлажнение ближней зоны пласта и его циклическую обработку пороховым газогенератором, спускаемым в скважину на геофизическом кабеле в интервал пласта, в комплексе с последующим нагнетанием в пласт рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения, отличающийся тем, что после первой обработки пласта газогенератором каждый цикл его последующего гидрорасчленения осуществляется одновременно с высокоэнергетическим импульсным воздействием заданной амплитуды и продолжительности с помощью порохового газогенератора, который спускают на геофизическом кабеле в интервал пласта до начала гидрорасчленения и включают при достижении определенных параметров гидрорасчленения - давления, темпа нагнетания, закачанного объема жидкости, при этом каждый цикл обработки заканчивается резким сбросом давления в скважине до гидростатического после извлечения геофизического кабеля и несгоревших остатков газогенератора на поверхность.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно - к категории комплексных силовых способов воздействия на метаносодержащий угольный пласт, и может быть использовано для извлечения (добычи) метана, повышения метанобезопасности подземных горных работ при высокопроизводительной добыче угля, а также при интенсификации добычи нефти, природного газа и других полезных ископаемых.

Известен способ дегазации угольного пласта знакопеременным гидровоздействием в режиме кавитации с использованием геоэнергии углегазоносного массива [1]. Основными недостатками этого способа являются:

- медленное насыщение порового объема рабочим флюидом, длительный процесс освоения скважин и низкая газоотдача пласта, низкий дебит скважин, а также нестабильность результатов, особенно в сложных горно-геологических условиях;

- неравномерность зоны воздействия, сказывающаяся в раскрытии одной-двух основных природных систем трещин, ориентированных преимущественно в одном направлении (по направлению основного кливажа);

- ограниченность размеров образующейся щелевой полости и окаймляющей ее зоны высокой трещиноватости и газопроницаемости.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ импульсного воздействия на газоносный угольный пласт с использованием пороховых газогенераторов типа ПГД. БК-100 в комплексе с последующим гидрорасчленением пласта (ГРП), включающий бурение скважины с поверхности, цементирование затрубного пространства, обвязку устья с установкой насосных агрегатов, вскрытие пласта перфорацией, увлажнение ближней зоны пласта и его циклическую обработку пороховым газогенератором, спускаемым в скважину на геофизическом кабеле в интервал пласта, в комплексе с последующим нагнетанием в пласт рабочей жидкости в режиме ГРП. При этом величина максимального давления в скважине при работе газогенератора должна возрастать от цикла к циклу пропорционально изменяющейся приемистости пласта, начиная от величины 0,1 бокового горного до примерно удвоенного горного давления [2].

Основной недостаток указанного способа - последовательное во времени воздействие применяемых методов обработки в каждом цикле: сначало газогенератором, затем ГРП, что не позволяет эффективно использовать энергию первого и осуществить относительно равномерный охват пласта воздействием.

Технический результат - увеличение проницаемости и газоотдачи метаноносных и выбросоопасных угольных пластов, снижение и равномерное распределение в них напряжений, интенсификация угледобычи.

Технический результат достигается тем, что в способе после первой обработки пласта газогенератором каждый последующий цикл его гидрорасчленения осуществляется одновременно с высокоэнергетическим импульсным воздействием заданной амплитуды и продолжительности с помощью газогенератора, который спускают на геофизическом кабеле в интервал пласта до начала гидрорасчленения и включают при достижении определенных параметров гидрорасчленения (давления и темпа нагнетания, закачанного объема жидкости), при этом каждый цикл обработки заканчивается резким сбросом давления в скважине до гидростатического после извлечения геофизического кабеля и несгоревших остатков газогенератора на поверхность.

Способ поясняется чертежами.

На фиг.1 показана технологическая схема обработки метаносодержащего угольного пласта по предложенному способу, содержащая три основных этапа: перфорацию (а), предварительную обработку газогенератором (б), комплексную обработку (в) - ГРП с одновременным использованием газогенератора, в т.ч. в варианте со спущенными насосно-компрессорными трубами и использованием малогабаритного газогенератора.

На фиг.2 показана кривая давление-время P(t) в скважине, в зоне обработки, при выполнении предложенного способа. На представленной кривой выделено пять интервалов, соответствующих тем или иным амплитудно-временным нагрузкам на пласт.

Способ заключается в следующем.

Метаносодержащий угольный пласт 1 вскрывают скважиной 2, пробуренной с поверхности 3, затем обсаживают скважину 2 ее трубами 4, цементируют затрубное пространство 5, осуществляют обвязку устья 6 с подключением к нагнетательной линии (на фиг.1 не показана) и установкой насосного(ых) агрегата(ов) 7 и технологической емкости (на фиг.1 не показана), производят вскрытие пласта 1 с помощью перфораторной станции 8 и перфоратора 9, выполняют необходимые газогидродинамические исследования, в процессе которых осуществляют увлажнение призабойной зоны пласта 1 закачкой порядка 6 м³ жидкости, затем выполняют обработку пласта газогенератором 10, при необходимости - до трех раз, и повторные газогидродинамические исследования. Параметры работы газогенератора (например, давление газообразных продуктов сгорания в зоне обработки, объем проникающих в трещины жидкости и газов, протяженность создаваемых трещин) здесь и далее рассчитывают по соответствующим компьютерным программам и инструкциям, исходя из конкретных данных о скважине и пласте.

После первой обработки пласта газогенератором, каждый цикл его последующего гидрорасчленения осуществляется одновременно с высокоэнергетическим импульсным воздействием заданной амплитуды и продолжительности с помощью порохового газогенератора, который спускают на геофизическом кабеле в интервал пласта до начала гидрорасчленения и включают при достижении определенных параметров гидрорасчленения (давления, темпа нагнетания, закачанного объема жидкости), при этом каждый цикл обработки заканчивается резким сбросом давления в скважине до гидростатического после извлечения геофизического кабеля и несгоревших остатков газогенератора на поверхность.

Так, например, устанавливают на устье 6 фонтанную арматуру 11, превентор (на фиг.1 не показан), лубрикатор 12 и выполняют несколько циклов ГРП. При этом в скважину, перед началом каждого цикла ГРП, спускается газогенератор 10 с целью газогидроимпульсного воздействия на пласт 1 с заданной амплитудой и продолжительностью. Запуск газогенератора 10 осуществляется сразу после отключения насосного(ых) агрегата(ов) 7, в условиях репрессии, созданной нагнетанием жидкости, в следующих случаях:

1) слабой приемистости пласта при заданном режиме нагнетания;

2) когда снижается или стабилизируется приемистость пласта при повышении давления нагнетания;

3) после закачки в пласт расчетного объема жидкости в заданном режиме нагнетания.

Сразу после срабатывания газогенератора 10, фиксируемого по рывку геофизического кабеля 13 и звуковому эффекту, геофизический кабель 13 извлекается на поверхность 3, после чего производится сброс давления на устье 6 до гидростатического, что способствует развитию процесса самопроизвольного разрушения угля за счет использования энергии горного давления и энергии газа, находящегося в различных формах в угле. В результате происходит кавернообразование и рост полости вокруг скважины, сопровождающееся выбросами угля и газа, разупрочнением угольного массива.

Каждый цикл комплексной обработки может сопровождаться газогидродинамическими исследованиями, позволяющими корректировать весь технологический процесс.

При предобработке пласта газогенератором 10 (фиг.2, временной интервал I) происходит образование начальной сети трещин в радиусе (R) от 10 до 30 м (фиг.1, этап б), в зависимости от количества обработок. При гидрорасчленении (фиг.2, интервал II) происходит развитие естественных систем трещин. При работе газогенератора 10 в условиях репрессии (фиг.2, интервал III) происходит рост трещин и образование разветвленной сети трещин, в т.ч. прорастание и ветвление искусственных трещин, расположенных под углом к трещинам ГРП. Время для подъема геофизического кабеля 13 и несгоревших остатков газогенератора, последующего сброса давления и спуска следующего газогенератора в скважину соответствует интервалу IV. Работа циклического газогенератора при втором цикле ГРП соответствует интервалу V.

Под воздействием кратковременного импульса давления, создаваемого газообразными продуктами горения, часть скважинной жидкости, да и самих газов, проникает в пласт по различным дефектам как «клин», расширяя и распространяя вглубь естественные трещины, образовывая новые трещины в пласте. Одновременно с этим в угле создается упругая волна сжатия, распространяющаяся со скоростью от 800 до 2000 м/с, а в жидкости, заполняющей трещины и поровые каналы, создается гидродинамическая волна давления, распространяющаяся со скоростью порядка 1500 м/с, затухание которой, в виду малой сопротивляемости жидкости деформациям сдвига, меньше, чем в породе. Обе упругие волны сжатия, распространяясь в пласте, характеризующемся определенным напряженно-деформированным состоянием, создают в нем дополнительные напряжения, которые приводят к расширению имеющихся трещин и образованию новых, в т.ч. в виде дилатансионного разуплотнения. В условиях высокой статической нагрузки на пласт, создаваемой в процессе ГРП, и полной раскрытости трещин гидрорасчленения, происходит более эффективное использование энергии газогенераторов, поскольку для изменения напряженно-деформированного состояния пласта, сопровождающегося трещинообразованием, особенно на большом удалении от скважины, требуется значительно меньшая энергия упругих волн сжатия, создаваемых газогенератором.

После выполнения определенного количества циклов обработки пласта и выдержки рабочей жидкости в пласте, как это предусматривает технологический процесс ГРП, осуществляют мероприятия по извлечению метана.

Положительный эффект предложенного способа заключается в создании единой гидравлически связанной системой макро- и микротрещин, равномерно охватывающей пласт в радиусе до 120-150 м от скважины (фиг.1, этап в) и увеличивающей проницаемость пласта на 3-4 порядка и, соответственно, его газоотдачу, что создает условия для повышения эффективности извлечения метана и метанобезопасности горных работ при высокопроизводительной добыче угля.

Источники информации

1. Патент РФ № 2159333 по классу E21B 43/295, 2000.

2. Авторское свидетельство СССР № 1765465 по классу E21F 5/2, 1990.