СПОСОБ ГАЗОДОБЫЧИ ПУТЕМ ПООЧЕРЕДНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МНОГОЭТАПНОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ УГОЛЬНОГО МАССИВА ПРИ СЖИГАНИИ С ОБРАЗОВАНИЕМ УДАРНОЙ ВОЛНЫ И НАГНЕТАНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
METHOD OF GAS PRODUCTION BY ALTERNATE USE OF MULTI-STAGE CRACKING OF COAL MASSIF DURING COMBUSTION WITH FORMATION OF SHOCK WAVE AND HEAT-CARRIER INJECTION

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001]
Настоящее изобретение относится к растрескиванию угольного массива и добыче газа, в частности к способу увеличения газодобычи путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0002]
Наряду с увеличением расхода энергии и интенсивности добычи постепенно увеличивается глубина добычи угля. Глубокие угольные пласты характеризуются высоким напряжением грунта, высоким давлением газа, высоким газосодержанием и низкой проницаемостью, а эффект перекрестной взаимосвязи всех факторов приводит к частым авариям на глубине в шахтах. Газ угольных пластов является одним из основных факторов, вызывающих стремительно развивающиеся аварии на глубине в шахте, мировой резерв метана в угольных пластах достигает примерно 250 триллионов кубометров. Метан угольных пластов является не только высокоэффективным экологически чистым источником энергии, но и парниковым газом, создаваемый парниковый эффект которого в 25-30 раз больше, чем у углекислого газа, а также метан угольных пластов подвержен опасностям взрыва и выброса. Для того чтобы увеличить коэффициент расхода энергии и снизить вероятность возникновения аварий в шахте, крайне необходимо повысить эффективность добычи газа из буровой скважины. Добыча газа из буровых скважин является основным средством реализации для извлечения подземного газа из угольной шахты, а также важным способом предотвращения аварии при утечке газа. Для того чтобы повысить эффективность добычи в угольных пластах через буровые скважины и уменьшить опасность взрыва и выброса газа, крайне необходимо разработать и усовершенствовать способ растрескивания угольного массива и увеличения добычи газа, который имеет высокую безопасность, низкие затраты и прост в применении.
[0003]
Большая часть угольных пластов на территории Китая характеризуются низкой проницаемостью, особенно когда добыча ведется в глубоких залежах, где газопроницаемость угольных пластов слабая. Поэтому степень воздействия на добычу из обычной буровой скважины ограничена, сброс давления низкий, расход буровой скважины небольшой, а коэффициент затухания высокий. Для того чтобы повысить эффективность добычи газа из угольного пласта, необходимо предотвратить отражение волн для сброса давления в угольных пластах, тем самым увеличивая степень воздействия на добычу из буровых скважин. В настоящее время технология предотвращения отражения волн для сброса давления в угольном массиве, в основном, включает технологию взрывных работ глубоких скважин. Однако технология взрывных работ глубоких скважин имеет определенные опасности и может стать причиной несчастных случаев при неправильном применении, поскольку подземные условия относительно сложны и изменчивы, особенно внутренние условия глубоких скважин.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0004]
В целях устранения недостатков в предшествующем уровне техники, заключающихся в том, что степень воздействия на добычу из буровой скважины ограничена, сброс давления низкий, расход буровой скважины небольшой, коэффициент затухания высокий, риск увеличивается, работа усложняется и тому подобное, в настоящем изобретении предложен способ увеличения газодобычи путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя в глубоких подземных угольных шахтах, который имеет высокую безопасность, низкие затраты и прост в применении.
Техническое решение
[0005]
Конкретная техническая схема настоящего изобретения выглядит следующим образом:
[0006]
Способ увеличения газодобычи путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя включает в себя следующие этапы:
[0007]
S1: строится буровая скважина в угольном пласте, предназначенная для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя;
[0008]
S2: устанавливается пористый цилиндр с поршнем в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, один конец отводной трубы для нагнетания теплоносителя и газа проходит через поршень для входа в пористый цилиндр, а другой конец отводной трубы для нагнетания теплоносителя и газа выходит из буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, при этом другой конец отводной трубы для нагнетания теплоносителя и газа соединен с трубой для нагнетания газа и трубой для нагнетания теплоносителя при помощи тройниковой муфты; один конец входной трубы ударной волны соединен с пористым цилиндром, а другой конец входной трубы ударной волны соединен с камерой сжигания за пределами буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, причем входная труба для ударной волны не проходит через поршень;
[0009]
2
2
S3: проводится работа по герметизации буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, закрывается труба для нагнетания теплоносителя, открывается труба для нагнетания газа, нагнетается N или CO в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, а затем закрывается труба для нагнетания газа;
[0010]
S4: в камеру сжигания нагнетаются горючий газ и вспомогательный газ;
[0011]
2
2
S5: при помощи системы управления поджигается горючий газ в камере сжигания, при этом ударная волна, генерируемая при сгорании горючего газа, направляется в пористый цилиндр через входную трубу ударной волны для удара по поршню, и поршень двигается вдоль отводной трубы для нагнетания теплоносителя и газа, чтобы N или CO выталкивался в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, так чтобы в угольном массиве на периферии буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, образовалось большое количество трещин;
[0012]
S6: закрывается труба для нагнетания газа, открывается труба для нагнетания теплоносителя, чтобы создать нагнетание высокотемпературных паров через отводную трубу для нагнетания теплоносителя и газа в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, и после нагнетания высокотемпературного пара в течении 2-3 часов закрывается труба для нагнетания теплоносителя; а также
[0013]
S7: отводная труба для нагнетания теплоносителя и газа соединяется к системе отвода для осуществления нагнетания газа после того, как будет снижена температура буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя. Кроме того, после этапа S7 способ также включает в себя следующие этапы:
[0014]
2
S8: при снижении концентрации нагнетаемого газа, извлекаемого системой отвода, до 25% или ниже, из системы отвода извлекается труба для нагнетания теплоносителя и газа, открывается труба для нагнетания газа, через отводную трубу для нагнетания теплоносителя и газа в буровую скважину непрерывно нагнетается большое количество N, чтобы вытолкнуть, а также вернуть поршень, а после закрывается труба для нагнетания газа; а также
[0015]
S9: повторяются этапы S4-S8, и благодаря эффекту совместного действия увеличивается добыча газа путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя.
[0016]
Кроме того, этап S1, в частности, предусматривает буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, и обычную буровую скважину, которые построены в угольном пласте, причем обычная буровая скважина расположена на периферии буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя;
[0017]
этап S2, в частности, предусматривает установку пористого цилиндра с поршнем в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, один конец отводной трубы для нагнетания теплоносителя и газа проходит через поршень для входа в пористый цилиндр, другой же конец отводной трубы для нагнетания теплоносителя и газа выходит из буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, при этом другой конец отводной трубы для нагнетания теплоносителя и газа соединен с трубой для нагнетания газа и трубой для нагнетания теплоносителя при помощи тройниковой муфты; один конец входной трубы ударной волны соединен с пористым цилиндром, а другой конец входной трубы ударной волны соединен с камерой сжигания за пределами буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, причем входная труба для ударной волны не проходит через поршень; один конец обычной отводной трубы вставляется в обычную буровую скважину и проводится работа по герметизации, а другой конец обычной отводной трубы соединяется с системой отвода.
[0018]
Кроме того, на входной трубе ударной волны также предусмотрен электромагнитный клапан, и этот электромагнитный клапан устанавливается и регулируется системой управления.
[0019]
Кроме того, значение давления в момент открытия электромагнитного клапана составляет 30 МПа.
[0020]
Кроме того, горючий газ представляет собой метан, а вспомогательный газ представляет собой сухой воздух.
Полезный эффект изобретения
[0021]
2
2
По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты: применяя способ увеличения газодобычи путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя,  ударная волна высокой температуры и высокого давления, генерируемая при смешанном сжигании метана и сухого воздуха в камере сжигания с  высокой температурой и высоким давлении, воздействует на поршень в несколько этапов, для выталкивания N или CO, таким образом что на периферии буровой скважины образуется большое количество трещин; выполняя многоэтапное сжатие за счет воздействия ударной волны и растрескивание угольных массивов на периферии буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, отверстия старых трещин увеличиваются, сообщаемость сетей трещин в угольных массивах возрастает, а объем сброса давления добывающей буровой скважины увеличивается; после того, как ударная волна высокой температуры и высокого давления воздействует на поршень, остаточная ударная волна высокой температуры и высокого давления также способствует десорбции и продвижению газа из угольного пласта, таким образом что улучшается эффективность добычи газа из буровой скважины; высокотемпературный пар закачивается в буровую скважину для дальнейшего стимулирования десорбции и продвижению газа из угольных массивов; а также этот способ имеет высокую безопасность, низкие затраты и прост в применении, и в то же время этот способ применяется, чтобы предотвратить отражение волн для сброса давления, а также десорбции и продвижению газа из угольной шахты, состоящую из подземных перекрестной буровых скважин и горизонтальных буровых скважин, а также широк в области применения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СХЕМ
[0022]
Фиг. 1 представляет собой схему структуры оборудования, используемой в способе увеличения газодобычи путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя, приведенном в варианте осуществления 1 настоящего изобретения, и в его положении установки.
[0023]
На Фиг. 1 показаны: 1-камера сжигания с высокой температурой и высоким давлением, 2-баллон с сухим воздухом, 3-баллон с метаном, 4-система управления, 5-электромагнитный клапан, 6-отводная труба для нагнетания теплоносителя и газа, 7- первый клапан, 8-входная труба ударной волны, 9-пористый цилиндр, 10-обычная отводная труба, 11-система отвода, 12-парогенерирующее устройство, 13-второй клапан.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0024]
Ниже приведено дальнейшее описание настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые схемы.
[0025]
Вариант осуществления 1
[0026]
Как показано на Фиг. 1, оборудование, используемое в работе для увеличения газодобычи путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя в глубоких подземных угольных шахтах, включает в себя пористый цилиндр 9 с поршнем, отводную трубу для нагнетания теплоносителя и газа 6, входную трубу ударной волны 8, устройство сжигания для ударного воздействия, парогенерирующее устройство 12 и систему отвода 11.
[0027]
2
Один конец трубы для нагнетания теплоносителя и газа 6 проходит через поршень в пористом цилиндре 9 и тянется по пористому цилиндру 9, при этом поршень двигается по трубе для нагнетания теплоносителя и газа. Другой конец трубы для нагнетания теплоносителя и газа 6 выходит из пористого цилиндра 9 и соединяется с трубой для нагнетания газа и трубой для нагнетания теплоносителя при помощи тройниковой муфты. Первый клапан 7 установлен на трубе для нагнетания газа, второй клапан 13 установлен на трубе для нагнетания теплоносителя, при этом труба для нагнетания газа соединена с баллоном с N, а труба для нагнетания теплоносителя соединена с парогенерирующим устройством 12. Один конец входной трубы ударной волны 8 соединен с устройством сжигания для ударного воздействия, а другой конец входной трубы ударной волны направлен в пористый цилиндр, но не проходит через поршень. Обычная отводная труба 10 соединена с системой отвода 11.
[0028]
Устройство сжигания для ударного воздействия включает в себя камеру сжигания 1 с высокой температурой и высоким давлением, первую трубу для нагнетания газа, вторую трубу для нагнетания газа и систему управления 4. Один конец первой трубы для нагнетания газа и один конец второй трубы для нагнетания газа соответственно соединены с камерой сжигания 1 с высокой температурой и высоким давлением, а другой конец первой трубы для нагнетания газа и другой конец второго трубы для нагнетания газа соответственно соединены с баллоном с метаном 3 и баллоном с сухим воздухом 2. Устройство зажигания системы управления 4 направлено на работу камеры сжигания, первая труба для нагнетания газа используется для нагнетания метана в камеру сжигания 1 с высокой температурой и высоким давлением, вторая труба для нагнетания газа используется для нагнетания сухого воздуха в камеру сжигания 1 с высокой температурой и высоким давлением, а система управления 4 используется для зажигания метана в камере сжигания 1 с высокой температурой и высоким давлением. Электромагнитный клапан 5 установлен на входной трубе ударной волны 8 и управляется системой управления 4.
[0029]
Вариант осуществления 2
Первый способ увеличения газодобычи путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя в глубоких подземных угольных шахтах выполняется с использованием оборудования в варианте осуществления 1, в котором способ включает в себя следующие конкретные этапы:
[0030]
а. обычная буровая скважина и буровая скважина, предназначенная для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, построены в угольном пласте поочередно, причем обычная буровая скважина расположена на периферии буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя;
[0031]
b. после того как строительство будет завершено, пористый цилиндр 9 с поршнем помещают в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, причем стенка пористого цилиндра 9 плотно прилипает к буровой скважине, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя;
[0032]
c. труба для нагнетания теплоносителя и газа 6 помещается в пористый цилиндр 9, после чего труба для нагнетания теплоносителя и газа 6 и пористый цилиндр 9 соответственно вместе помещаются в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, входная труба ударной волны 8 плотно соединяется с поршнем, а после выполняется работа по герметизации скважины; после завершения работы по герметизации обычная отводная труба 10 соединяется с системой отвода 11 для вывода газа; а затем система управления 4 устанавливает значение давления открытия электромагнитного клапана 5 на 30 МПа;
[0033]
2
2
d. закрывается второй клапан 13, открывается первый клапан 7, через трубу для нагнетания теплоносителя и газа 6 при помощи трубы для нагнетания газа, газового баллона высокого давления и редукционного клапана закачивается большое количество N или CO в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, а затем закрывается первый клапан 7;
[0034]
e. с помощью баллона с метаном 3, баллона с сухим воздухом 2 и редукционного клапана определенное количество сухого воздуха и метана закачивается в камеру сжигания 1 с высокой температурой и высоким давлением и смешанный газ зажигается системой управления 4;
[0035]
2
2
f. после того, как давление в камере сжигания 1 с высокой температурой и высоким давлении достигает 30 МПа, при автоматическом запуске электромагнитного клапана 5 мгновенно образуется ударная волна высокой температуры и высокого давления, и на поршень оказывается ударное воздействие посредством входной трубы ударной волны 8, причем поршень двигается вдоль трубы для нагнетания теплоносителя и газа 6, выталкивая N или CO, и, кроме того, впоследствии на периферии буровой скважины, предназначенной для ударного воздействия и нагнетаний теплоносителя, образуется большое количество трещин, а сообщность сетей трещин увеличивается;
[0036]
g. запускается парогенерирующее устройство 12, открывается второй клапан 13, от 150 до 250°С высокотемпературный пар закачивается в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, через трубу для нагнетания теплоносителя и газа 6 при помощи трубы для нагнетания теплносителя, чтобы стимулировать десорбцию газа из угольного массива, и второй клапан 13 закрывается после того, как нагнетание продлится 2-3 часа;
[0037]
h. после того как снизится температура в буровой скважине, предназначенной для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, труба для нагнетания газа соединяется с системой отвода 11, а первый клапан 7 открывается для осуществления вывода газа;
[0038]
2
2
i. при снижении концентрации нагнетаемого газа, извлекаемого системой отвода 11, до 25% или ниже, закрывается первый клапан 7, из системы отвода 11 извлекается труба для нагнетания газа; затем открывается первый клапан 7 и в буровую скважину, предназначенную для ударного воздействия и нагнетания теплоносителя, непрерывно закачивается большое количество N или CO через отводную трубу для нагнетания теплоносителя и газа 6, чтобы происходило выталкивание, а также возврат поршня, а после закрывается первый клапан 7; а также
[0039]
j. повторяются этапы e-i, и благодаря эффекту совместного действия увеличивается добыча газа из буровой скважины путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя.