Определение газоносности сильвинитовых пластов по связанным газам и ее взаимосвязи с прочностью на сжатие

УДК 622

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОНОСНОСТИ СИЛЬВИНИТОВЫХ ПЛАСТОВ ПО СВЯЗАННЫМ ГАЗАМ И ЕЕ ВЗАИМОСВЯЗИ С ПРОЧНОСТЬЮ НА СЖАТИЕ

Е.А. Нестеров, В.Н. Токсаров, Т.А. Бикмаева, С.С. Андрейко

Пермский государственный технический университет

В процессе изучения образцов соляных пород, отобранных из кернов подземных геологических скважин, выполнены экспериментальные исследования физико-механических свойств соляных пород и их газоносности по связанным газам в пределах шахтных полей рудников СКПРУ-1, СКПРУ-2 и СКПРУ-3 ОАО «Сильвинит». Выявлены количественные зависимости между газоносностью по связанным газам и пределом прочности на одноосное сжатие.

По образцам пород из подземных геологических скважин были выполнены лабораторные опыты по определению предела прочности исследуемых образцов на одноосное сжатие и количества связанных газов в растворяемых породах.

Реализация этого способа определения газоносности возможна при использовании методики для определения газоносности растворимых пород. В основу методики положено растворение в условиях естественной конвекции растворителя при помещении пробы в его верхнем слое, чем достигается быстрое растворение пробы и исключается механическое перемешивание раствора, что повышает точность измерений.

Для этой цели применялся газовый объемомер ОГ-1М, показанный на рис. 1.

Рис. 1. Газовый объемомер: 1 - и-образный манометр;

2 - соединительный трубопровод с двухходовым краном;

3 - дозирующее устройства; 4 - держателя; 5 - герметично

закрывающийся сосуд для растворения

Сосуд для растворения состоит из корпуса, герметично закрывающегося крышкой с прижимным устройством. Внутри сосуда размещаются съемное промежуточное сетчатое днище и балласт-опора. В нижней части расположено сливное отверстие с пробкой. В верхней части имеются отверстия для подключения ниппеля и дозирующего устройства - насоса. Над промежуточным сетчатым дном в пазах балласта-опоры устанавливается лоток для пробы, который может свободно поворачиваться на 90° вокруг своей оси. Сосуд для растворения посредством ниппеля и соединительной трубки с двухходовым краном сообщается с и-образным манометром. С помощью дозирующего устройства - насоса внутреннее пространство сосуда можно уменьшать или увеличивать на величину Дv , а соответствующее увеличение давления регистрировать манометром 1.

В приборе при растворении пробы наблюдаются ее усадка в растворе и выделение связанного газа в свободное пространство прибора (пространство, занятое воздухом).

Усадка породы в пространстве определяется регистрацией приращения давления воздуха в приборе перед растворением и после полного растворения и последующим расчетом.

Исследование пород на предмет связанных газов проводится в следующей последовательности.

Манометр устанавливается в вертикальное положение и подсоединяется к сосуду для растворения резиновой трубкой с двухходовым краном. Проверяют герметичность системы. Заливают во внутрь стакана 300 см3 растворителя при заданной температуре. Сосуд с размещенным в нем лотком с пробой (буровой штыб 5 мм < 5 > 7 мм) устанавливается в вертикальном положении и герметизируется. Выравнивается давление в системе. Затем внутреннее пространство сообщается с и-образным манометром. Посредством дозирующего устройства внутреннее пространство прибора уменьшается на величину Ау , постоянную для данного опыта или серии опытов. При этом происходит приращение давления воздуха в системе Ар1 , пропорционального Ду. Далее поршень возвращается в первоначальное положение. Сосуд наклоняют относительно вертикальной оси держателя, лоток опрокидывается, и проба попадает в растворитель. Растворение соляной породы вызывает ее фазовое превращение и способствует выделению связанных газов в атмосферу прибора, что отражается на изменении давления внутри него. После полного растворения пробы регистрируют величину АрП. Затем в приборе снова устанавливают атмосферное давление и кран закрывают. Внутреннее пространство прибора уменьшают на величину Ау и снимают значение избыточного давления Ар2. Регистрируется величина атмосферного давления РБ. Полученные результаты подставляют в формулу и подсчитывают объем свободно выделившегося из пробы газа.

Общая формула для определения выделившегося газа имеет вид

dvr =

Ap

fAp,-Ap2 ) + Ap f PE + Ap^

Ap2

V Р +Apn

где Ap1 и Др2 - приращение давления газа в приборе при изменении его свободного пространства на Av = const -суммарное приращение объема свободного пространства прибора, Па; Арп - приращение давления газа в приборе, вызванное выделением газа и усадкой породы в растворе, Па; РБ - величина атмосферного давления, Па.

В формуле Арп подставляется со знаком минус при депрессии и знаком плюс при компрессии в приборе.

Результаты лабораторных опытов по определению в соляных породах количества связанных газов сводим в таблицу.

Исходя из результатов лабораторных исследований газоносности сильвинитовых пластов посредством растворения проб и определения предела прочности пород на одноосное сжатие, строятся зависимости о(дсв) (рис. 2).

В силу небольшого количества экспериментов пока рано говорить о конкретных зависимостях, но, анализируя полученные данные, качественные результаты получаются следующие:

1) газоносность продуктивных пластов по связанным газам возрастает вверх по геологическому разрезу:

(к.с.) < (Кр-Ш) < (Кр-II) < (А) < (Б);

2) газоносность к.с. значительно меньше газоносности сильвинитовых пластов;

Результаты лабораторных опытов

Порода Пласт Средн. знач. газоносности по пласту, дсв, м /м Средн. знач. газоносности по породе, дсв, м3/м3

Каменная соль А 0,023 0,033

А-Кр1 0,033

Б 0,03

Б-В 0,04

В-Г 0,026

Кр1-Кр2 0,034

Кр1-А 0,03

Кр2 0,043

Кр3 0,036

Сильвинит красный А 0,054 0,047

Кр1 0,049

Кр2 0,039

Кр3 0,065

Сильвинит пёстрый Б 0,091 0,099

В 0,106

Сильвинит полосчатый А 0,066 0,066

25

24

8?

I 23 I

е 22

а

и

21

О 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0,12

Газоносность по связанным газам, мЗ/мЗ

Рис. 2. Зависимости а(дсв) согласно результатам лабораторных исследований

3) газоносность по разрезу конкретного сильвинитово-го пласта вверх по геологическому разрезу увеличивается;

4) с увеличением газоносности по связным газам снижаются прочностные характеристики пород, а конкретно предел прочности на одноосное сжатие. Для пласта Кр-II с увеличением газоносности по связным газам от 0,018 до 0,06 см3/см3 предел прочности на одноосное сжатие уменьшился с 24,5 до 23 МПа, а для пласта АБ с увеличением газоносности по связным газам от 0,055 до 0,108 см3/см3 предел прочности на одноосное сжатие уменьшился с 23,45 до 22,5 МПа.

Список литературы

1. Кириченко А.С. Разработка метода прогнозирования и совершенствование способов предотвращения газодинамических явлений в калийных рудниках: автореферат / А.С. Кириченко. - СПб., 1993.

2. Определение избыточной газоносности соляных выбросоопасных пород и растворимых газоносных веществ: метод. указания / сост. А.С. Кириченко. - Л., 1984.

3. Кириченко А.С. Прогнозирование выбросоопасно-сти соляных пород реставрационным способом / А.С. Кириченко // Технология подземной разработки калийных месторождений. - Пермь, 1980. - С. 60.

4. Определение избыточной газоносности соляных выбросоопасных пород и растворимых газоносных веществ: метод. указания / сост. А.С. Кириченко, А.А. Яра-гин. -Л.: Изд-во ЛГИ, 1984. - 11 с.

5. Намиот Ю.А. Растворимость газов в воде: справочное пособие / Ю.А. Намиот. - М.: Недра, 1991.

6. Проскуряков Н.М. Управление газодинамическими процессами в пластах калийных руд / Н.М. Проскуряков, О.В. Ковалёв, В.В. Мещеряков. - М.: Недра, 1988. - 239 с.

7. Сиренко Ю.Г. Совершенствование технологии отработки нарушенных зон выбросоопасных калийных пластов: автореферат / Ю.Г. Сиренко. - Л., 1989.