Оценка газоотдачи угольных пластов при использовании горизонтальных скважин

саморазрушения с выделением газов флюидов и пыли.

Таким образом, наиболее вероятно, что в условиях больших глубин известные нам газонасыщенные или выбросоопасные угольные пласты представляют систему “уголь-газ” с уже трансформированным природным углеводородным соединением. В напряженной замкнутой углеводородной системе в результате перераспределения напряжений, роста давления, температуры и других факторов происходит распад физико-химических связей, т.е. фазовый пере-

1. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментально прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. - М.: Издательство Академии горных наук, 2000.- 519 с.

2. Шестопалов А.В. Синергетика и механодинамика краевой части газонепроницаемого угольного пласта //Горный информационно-аналитический бюллетень -М.: МГГУ, 2000.-№9. - С. 54-57.

3. Зберовский В.В. Обоснование метода и параметров активной дегазации выбросоопасных угольных пластов на больших глубинах //Вісник НГА України.- Дн-ськ, 2000. -№1. - С. 28-32.

ход и формируется граница раздела сред “твер-дое-газообраз-ное”. Замкнутая система с неустойчивым (подвижным) состоянием в краевой части испытывает сверхдеформации. В зависимости от горно-геологических условий, технологии ведения горных работ и интенсивности выемки угля происходит скачкообразное раскрытие углегазовой системы с проявлением эффекта трансформации (фазового перехода) в виде различных, известных нам, газодинамических явлений.

----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Васючков Ю.В. Развитие нетрадиционных технологий разработки угольных месторождений //Уголь, 1999.-№1. - С. 16-19.

5. Новичихин И.А., Кулешов В.М., Зайцев Ю.А. Использование защитных пологих пластов на шахтах Донбасса. - Донецк: "Донбасс", 1977. - 70 с.

6. Петров В.В., Бобрышев В.В., БокийБ.В., Ирисов С.Г. Цикличное изменение газообильности участка при увеличении нагрузки на лаву // Уголь Украины, 1998. - №3. - С. 1516.

7. Булат А.Ф., Курносов А.Т. Управление геомеха-ническими процессами при отработке угольных пластов.

- К.: Наукова Думка, 1987. - 200 с.

— Коротко об авторах --------------------------

Зберовский В.В. - ИГТМ НАН Украины, г. Днепропетровск.

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬ СКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ЛАБУНСКИЙ Методология развития компетенций персонала 08.00.05 Д.э.н.

Леонид горнодобывающего предприятия

Вячеславович

© В.Ф. Буслаев, В.П. Пятибрат, С. А. Кейн , 2004

УДК 622.411.33:533.17

В. Ф. Буслаев, В.П. Пятибрат, С. А. Кейн

ОЦЕНКА ГАЗООТДА ЧИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

Семинар № 5

~П настоящее время угленосные толщи

-Я-М считаются не только важнейшими мощными газогенерирующими формациями в земной коре, но и крупнейшими кладовыми углеводородных газов, к которым нужно только подобрать эффективный технологический ключ [1].

Угленосная толща характеризуется своеобразной формой нахождения газов, изменчивой в разрезе, резко отличной в угольных пластах и вмещающих породах. В углях преобладают сорбированные газы, составляющие около 90 % от общего объема на современной глубине разработки (до 1000—1200 м). В породах, наоборот, основная масса газа находится в свободной фазе и заключена в трещинах и порах; в обводненных зонах часть газа может находиться в растворенном состоянии. Поэтому газоемкость углей определяется главным образом их сорбционной способностью, а газонасыщенность пород связана с их пористостью и фильтрационными свойствами.

Открытые разрывные нарушения и сопутствующие им трещины могут служить дополнительными, а в ряде случаев (на участках с сильной нарушенностью) и главными каналами дегазации угольных пластов. Трещинные коллекторы пока слабо изучены в угленосных районах. Расстояние между эндогенными трещинами зависит от литологического состава и мощности слоя — чем больше мощность, тем меньше густота трещин. В аргиллитах и алевролитах расстояние между трещинами от 10 до 30 см и более, в песчаниках превышает 0,5 м, в блестящих и полублестящих углях на восточном крыле расстояние между видимыми эндогенными трещинами 1—3 мм, а на западном крыле увеличивается до 5—7 мм. Протяженность отдельных трещин в породах значительно больше, чем в углях, она достигает нескольких метров.

Существование связанного газа в угольных пластах не исключает его наличия в

свободном состоянии в микро и макро трещинах и вмещающих угольные пласты породах. Эта гипотеза позволила рассмотреть задачу притока к горизонтальной скважине газа, находящегося в угольных пластах в свободном состоянии.

Математическая постановка задачи была сформулирована доцентом кафедры разработки Ухтинского университета Пятибра-том В.П. [1].

Расчет притока газа к горизонтальной скважине в угольном анизотропном пласте осуществлялся на основании уравнений трехмерной фильтрации, принято, что фильтрация газа подчиняется закону Дарси. Числовые значения параметров при значениях которых проводились расчеты приведены в таблице.

На рис. 1 и 2 представлены результаты расчетов для пластов с проницаемостью к = =3*10" 15м2. Как видно из графика рис. 1 в течении 1-2 месяцев происходит резкое падение дебитов горизонтальной скважины от 200 тыс. м3 до 2025 тыс. м3. В дальнейшем падение дебита замедляется.

На рис. 2 представлено изменение давления вокруг горизонтальной скважины. Необходимо отметить, что распределение давления фактически не зависит от толщины пласта, так как линии для разных толщин пласта сливаются в одну. Остальное падение давления на десять лет эксплуатации происходит на расстоянии 12 км от скважины.

Для добычи низко дебитных скважин может быть использована установка циклического газлифта [2]. При наличии в газодобывающем регионе магистральных газопроводов, которые могут являться надежным источником технологического газа, газлифтный способ эксплуатации скважин является наиболее перспективным. Эта технология была разработана и испытана на Вуктыльском газоконденсатном.

Исходные данные для расчетов

№ Параметры Значение

1 Начальное давление, МПа 5

2 Давление на устье скважины, МПА 0,1

3 Проницаемость пласта, м2 3* 10-15

4 Вязкость газа (метан), Па с 1,03 10'5

5 Газовая постоянная, дж/кг К° 521

6 Пластовая температура, К° 273

7 Пористость пласта 0,10

8 Время расчета, годы, лет 10

9 Радиус скважины, м 0,1

10 Плотность угля, кг/м3 1400

Параметры апраксимации для углей III 11 ф

11 Характерная метаноемкость Wo, м3/т.г.м 41,0

12 Характерное давление Ро, МПа 1,37

Динамика изменения дебитов горизонтальной скважины при больших временах

&

и

<о

£

л

»-

200

150

100

50

0

1

1

- :

4 6

Т, годы

10

— - Н=0,5 м - - - Н=1,0 м ------Н=2,0 м

Технология циклического газлифта реализуется двумя повторяющимися в скважине циклами: в первом (цикле накопления) осуществляется процесс накопления пластового флюида в камере накопления за счет работы газожидкостного эжектора, во втором (цикле вытеснения) - подъем продукции скважины на поверхность за счет работы газлифтной системы.

Важнейшим звеном в решении проблемы извлечения (скважинной добычи) метана из угольных месторождений является научное обоснование возможности и целесообразности создания технологий повышения газопроницаемости угольных пластов [3], разра-

ботки и осуществления методов интенсификации их газо-отдачи, обеспечивающих рентабельность новых методов добычи горючего газа. Повышение проницаемости уголь-

ных пластов и их способности к газоотдаче возможно на основе использования потенциальной энергии пласта с применением менее энергоемких техногенных воздействий, таких как ультразвуковое, электровоздействие и ряд других.

На сегодняшний день единственным промышленным опробованным способом воздействия на пласт с целью повышения его газоотдачи является гидрорасчленение пласта [3] - способ эффективный, но трудоемкий, дорогостоящий и требующий значительных затрат времени (до 3-5 лет и более) на освоение каждой скважины.

Перспективны также физико-химические обработки угольных месторождений [4] (предложены МГГУ) слабо концентрированными химически активными и поверхностноактивными веществами, показавшими высокую эффективность в Карагандинском угольном бассейне при использовании в ре-

Распределение давления в пласте вдоль ствола оризонтальной скважинь Т = 10 лет

X, км

- -Н-0.6 м - - - -Н-1,0 м-------------Н-2,0 I

Рис. 2

Рис. 1

Рис. 3

жимах как гидрорасчленения, так и гидроразрыва

Для дегазации угольных пластов, на наш взгляд, эффективнее использовать вместо вертикальных горизонтальные скважины с большой протяженностью горизонтального участка и с осуществлением глубокого гидроразрыва пласта (ГРП) [5]. В этом случае капитальные затраты на бурение сокращаются, увеличивается площадь дренирования

пласта, дебит извлекаемого метана увеличивается, снижается напряжение в пласте.

При ГРП используют специальные жидкости, закачиваемые под давлением выше давления разрыва пласта с целью создания трещин, распространяющихся в направлении от ствола скважины. Эти трещины развиваются в направлении, перпендикулярном плоскости наименьшего горного напряжения в плоскости преимущественного развития трещины гидроразрыва. Удерживаемые в раскрытом состоянии проппантом, эти проводящие каналы увеличивают эффективный радиус скважины, создавая линейный режим фильтрации в трещину и в скважину. Как правило, проппант предсталяет собой природный или покрытый смолой песок, высокопрочный боксит или керамические синтетические материалы, отсортированные на ситах.

Классификация методов освоения нетрадиционных источников газа приведена на схеме рис. 3.

Таким образом, на наш взгляд, наиболее

способом извлечения попут-угольных пластов является горизонтальных скважин с протяженностью горизонтального участка 2000 метров и более, с ориентированием ствола на пересечение трещин и дизъюнктивных нарушений, с осуществлением глубокого гидроразрыва угольных пластов и вмещающих пород. Для добычи газа из низкодебитных скважин может быть использована технология циклического газлифта.

перспективным ного газа из использование

----------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Цхадая Н.Д., Буслаев В.Ф., Юдин В.М., Кейн С.А., работки нетрадиционных источников углеводородов,

Пятибрат В.П., Кузнецов Н.Н, Нор Е.В. Технология раз- основанная на использовании горизонтальных скважин.//

НТЖ "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море". - М., ВНИИОЭНГ, 2002, № 6.

2. Подюк В.Г. Разработка и испытание техники и технологии газлифтно-циклической эксплуатации обводненных газоконденсатных скважин / Ю.Г. Бураков, А.Г. Минко, С.В. Шелемей. // Сб. ИРЦ Газпром. Сер. Геол., бурение, разраб. и эксплуат. газ. и газоконденсатных месторожд. на суше и на шельфе. - М., 1997. - N 5-6

- С. 20-31.

3. Трубецкой К.Н., Стариков А.В., Гурьянов В.В. Добыча метана угольных пластов - перспективное

направление комплексного освоения георесурсов угленосных отложений. - Уголь, 2001, № 6.

4. Васючков Ю.Ф. Физико-химические основы

добычи угольного метана. // Матер. I Всерос. геофои. конф.- ярмарки " Техноэкогеофизика - новые технологии извлеченя минерально-сырьевых

ресурсов в XXI веке". - Ухта: УГТУ, 2002.

5. Буслаев В.Ф., Бахметьев П.С., Кейн С.А., Юдин В.М. Строительство скважин на Севере. - Ухта: УГТУ, 2000., 287 с.

— Коротко об авторах --------------------

Буслаев В. Ф., Пятибрат В.П., Кейн С.А. - УхГТУ, г. Ухта.

-------------------------------------- © О.Н. Малинникова, Г.Н. Фейт,

2004

УДК 622.411.33:533.17

О.Н. Малинникова, Г.Н. Фейт

ЭФФЕКТ ОБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ СОРБЦИИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ГАЗОНАСЫЩЕННОГО УГЛЯ В УСЛОВИЯХ ОБЪЕМНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

Семинар № 5

~П есь опыт дегазации угольных пластов -Я-М говорит о том, что извлечь метан из угля непросто. В зависимости от применения тех или иных методов стимуляции газоотдачи, свойств и условий залегания угольного пласта удается извлечь обычно не более 10^20 % и, в очень редких случаях, до 40^50 % газоносности пласта, т.е. всего 1^5 м /т. Между тем, практика показывает, что удельное газовыде-ление при внезапных выбросах превосходит газоносность пласта в несколько раз (рис. 1) и достигает в среднем 50-100 м3/т.

Для выяснения природы появления огромных дополнительных количеств газа при выбросе исследовались статистические свойства выборки (данные МакНИИ).из 108 внезапных выбросов, произошедших с 1977 по 1985 гг. на пласте И8 Прасковеевский шахт им. 60-летия Советской Украины и Восточная (гистограмма удельного газовыделения из этой выборки приведена на рис. 1а). Глубина разработки изменялась от 420 до 650 м, выход летучих угля в местах выбросов - от 11,1 до 16,5 %. На рис. 2 приведена зависимость количества газа Q, м3, выделившегося в этих выбросах от количества выброшенного угля Б, т.