Повышение проницаемости угольного пласта при вибровоздействии через скважину с поверхности

© М.В. Павленко, А.В. Агарков, 2002

УДК 534:622.014:658.589

М.В. Павленко, А.В. Агарков

ПОВЫШЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ПРИ ВИБРОВОЗДЕЙСТВИИ ЧЕРЕЗ СКВАЖИНУ С ПОВЕРХНОСТИ

В

ибрационное воздействие через скважину с дневной поверхности на угольный пласт находится в ряду многих способов активного воздействия на массив с целью увеличения его проницаемости, создания значительной системы трещин, по которым впоследствии будет удален метан.

В связи с развитием проблемы интенсификации процесса метаноотдачи из угольного пласта детально исследуется влияние вибровоздействия на трещинно-поровую систему «уголь-метан», т.к. процесс раскрытия (расширения) трещин в угольном массиве позволит активно создавать канал для эффективного удаления газа. Развитие исследований [1, 2] по вибрационному воздействию стимулировало интерес к проведению натурных экспериментов на шахтном поле.

Проблема поведения системы «уголь-метан», заключающаяся в нахождении ее неустойчивого состояния в процессе вибрационного воздействия, мало изучена. Она тесно связана с выбором как технологических параметров воздействия, так и знанием, первоначального состояния угольного массива, его исходных параметров на момент выполнения вибровоздействия.

Сформулируем основные допущения при постановке задачи.

1. Угольный пласт с природной пористостью, с начальным уровнем пластового давления и т.д. вступает в контакт с жидкостью, поступающей через скважину с дневной поверхностью.

2. В процессе вибровоздействия знакопеременные колебания способ-

ствуют раскрытию и расширению трещин угольного массива. Изменение трещинно-порового объема при таком воздействии предполагается значительным, т.к. в процессе пульсации при вибровоздействии коэффициент проницаемости увеличивается.

3. Данный процесс может осуществляться как при больших, так и незначительных амплитудах колебания от генератора виброколебаний.

4. Процесс раскрытия трещин в угольном массиве будем считать происходящим в рамках модели, где давления воздействия на пласт будут знакопеременными, а зияния вновь образовавшихся пластовых трещин будут постоянно расти.

Как показали проведенные исследования на скважине № 4447 на поле шахты «Комсо-мольская» ОАО «Воркутауголь», процесс вибровоздействия на угольный пласт при использовании разработанной конструкции характеризуется значительной амплитудой и частотой воздействия, что приводит к различным изменениям в характере приемистости пласта (рис. 1).

С целью изучения влияния действия усилия на столб жидкости через скважину № 4447 проводились исследования с использованием различных по весу дебалансов, воздействие которых характеризуется различной энергией, что в свою очередь создает колебания, характеризующиеся различными значениями амплитуды.

В данной работе исследовалась гидродинамика в процессе вибровоздействия и выявлены характерные стадии этого процесса (рис. 2).

Вибрационное воздействие связано с динамикой изменения давления в столбе жидкости, заполнившей данную скважину. Движение поршня генератора виброколебаний, закрепленного на устье скважины, вверх характеризуется падением давления в столбе жидкости, в то время как в момент движения вниз давление возрастает. Такого типа воздействия на угольный пласт вызывают соответствующие изменения в поступлении жидкости в пласт и характеризуют в нашем случае два пути (рис. 1): кривая ОА - поглощение жидкости угольным массивом - отражает темп начального этапа поглощения; кривая АВ - поглощение жидкости при отсутствии воздействия - позволяет сравнить приемистость пласта, при этом показывает интенсивность поглощения жидкости массивом после воздействия.

При вибровоздействии жидкость поступает в первую очередь по вновь образовавшимся и наиболее проводимым пластовым трещинам, поэтому в начальный период (линия ОА) наблюдается увеличение объема закачки. Такое воздействие позволило расширить мелкие трещины, добившись взаимосмещения стенок за счет пульсирующего и непрерывно нарастающего давления в скважине. Трещины при этом расширяются, соединяясь и образуя в большинстве случаев неправильной формы дендритовую структуру.

После прекращения вибровоздействия на участке АВ интенсивность приемистости падает по причине остаточного эффекта воздействия и снижения темпа расширения пластовых трещин и приближается к нулю. В точке В при минимальной гидропроводности в зоне воздействия с целью ее увеличения производится повторное вибровоздействие, которое

Рис. 1. Характер поглощения жидкости в угольном массиве при вибровоздействии через скважину № 4447 с дневной поверхности на поле шахты «Комсо-мольская» ОАО «Воркутауголь»: I - с весом дебаланса 86 кг; II

- с весом дебаланса 52 кг

Рис. 2. Темп нарастания поглощения жидкости в процессе вибровоздействия на скважину № 4447: I - с весом дебаланса 86 кг; II - с весом дебаланса 52 кг; Ql,Q2 - объемы закачки при различных дебалансах; gl, g2

- темпы закачки при различных дебалансах; Р1, Р2 - давления, создаваемые в скважине, при различных дебалансах; п - количество циклов воздействия; t - время воздействия

отражено на участках ВА1, В1А2 и т.д. При этом общая проницаемость увеличивается за счет многократного воздействия, однако объем подачи жидкости на последующих этапах воздействия снижается по причине заполнения трещинного пространства массива. Неравномерность процесса воздействия на структуру системы низкопроницаемого газоносного угольного массива связана с много-фазностью этой системы и особенностью движения жидкости в мелких трещинах пласта. Особенностью этой неравномерности является накопление жидкости в анизотропном трещиноватом угольном массиве и характер фильтрации ее в этом трещинно-поровом объеме. Однако исследования по изучению степени насыщения жидкости в массиве в процессе вибровоздействия не проводились. При вибрационном процессе уже нельзя говорить об одномерном стационарном движении жидкости в пласте, так как в данном случае этот поток характеризуется переменными параметрами, такими как давление, скорость, направление и плотность жидкости. Сравнивая значения при использова-

нии второго по величине дебаланса, добиваемся иных параметров обработки в зоне воздействия, отличающихся объемом закачиваемой жидкости, амплитудой колебания и продолжительностью процесса, при этом длительность процесса позволила увеличить время и объем поглощенной жидкости после прекращения процесса. Следовательно, при значительном усилии воздействия на поршень (зависит от веса дебаланса) в процессе вибровоздействия характер подачи жидкости в пласт может значительно отличаться от значений, ранее полученных при меньшем усилии воздействия, т.е. при варьировании веса дебаланса установлено, что результаты получаются различными. Изменяется амплитуда, изменяется темп подачи жидкости в массив, следовательно, изменяется приемистость пласта. Необходимо отметить, что

в данном случае волновой импульс, полностью сформировавшись в скважине гидровоздействия, вызываете изменения в угольном массиве. Область воздействия на угольный пласт принята достаточно широкой, соответствующей области проникновения жидкости, а характер распределения давления в трещинно-поровом про-

странстве массива был симметричен Х = Ш2. Поэтому при более длительном воздействии и большей амплитуде в определенный момент (резонанс) давление на пласт может носить пиковый характер.

Таким образом, при распространении волнового давления в жидкости, когда временное воздействие импульса достаточно велико: (Х4 >

Lx/Сж), достигается повышенная

приемистость угольного массива, где Сж - скорость движения волны в жидкости, Lx - расстояние до границы зоны обработки пласта при вибровоздействии. За расчетную область обработки пласта принят эллипс, на границах которого (Ь0 = 0; Ро = Ргст; Lx =

^.Б; Рх = Р гст + Рвибр).

Создание мощного вибрационного воздействия на угольный пласт стимулирует значительный рост сети трещин в пласте, что в конечном итоге позволит увеличить приток газа к скважине. Практическая оценка эффективности вибровоздействия через скважину с дневной поверхности производится по изменению коэффициента приемистости после воздействия, определяемого при гидродинамических испытаниях.

Представленные результаты являются определенным этапом исследования вибрационного воздействия через скважину с дневной поверхности на угольный массив.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. - М.: Недра, 1979. - 285 с.

2. Васючков Ю.Ф., Павленко М.В. Метод интенсификации газо-

отдачи с использованием волновых полей. АБ, № 5, 1998.

М., Изд-во МГГУ, ГИ-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Павленко Михаил Васильевич — доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет. Агарков Александр Владимирович - кандидат технических наук, начальник Экспедиции «Печоруглеразведка».