ГАЗОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
GAS GENERATOR FOR DEGASIFICATION OF COAL BED

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к силовым воздействиям на угольный пласт, направленным на увеличение проницаемости и газоотдачи метаноносных и выбросоопасных угольных пластов. Оно может быть использовано для добычи нефти и газа.
Известен газогенератор, включающий гирлянды пороховых трубчатых зарядов и устройство, инициирующее их горение. Образующиеся газообразные продукты горения создают в скважине импульсы давления продолжительностью до нескольких секунд и амплитудой, равной или превышающей горное давление, т.е. достаточное для развития природных и создания искусственных трещин (1).
Недостатком этого газогенератора является низкая скорость нарастания давления, при которой происходит образование в пласте не более трех трещин, что ограничивает приток газа в скважину из угольного пласта.
Известен газогенератор, включающий бронированные и небронированные трубчатые заряды, состоящие из твердого топлива и размещенные на геофизическом кабеле, детонирующее устройство воспламенения зарядов, включающее взрывной патрон, детонирующий шнур и заряд из смесевого топлива (2). Этот генератор взят нами в качестве прототипа предложенного генератора.
Этот генератор позволяет создать в пласте множество трещин. Однако в процессе горения зарядов в условиях низкого гидростатического давления, что свойственно дегазационным скважинам, газогенератор под действием подъемной силы, создаваемой газообразными продуктами горения, перемещается вверх, что вызывает осложнения в скважине в виде прихватов геофизического кабеля, его деформации и обрыва и может привести к аварийным ситуациям.
Задачей изобретения является создание многочисленных и протяженных трещин в угольном пласте в условиях низкого гидростатического давления в скважине за счет увеличения времени газогидроимпульсного воздействия на угольный пласт, что повышает его газоотдачу.
Это достигается тем, что газогенератор для дегазации угольного пласта, включающий бронированные и небронированные трубчатые заряды из твердого топлива, размещенные на геофизическом кабеле, устройство воспламенения детонационного действия, расположенное в канале нижнего бронированного заряда и содержащее взрывной патрон и детонирующий шнур, снабжен дополнительным устройством воспламенения огневого действия в виде электровоспламенителя, соединенного последовательно с взрывным патроном и установленного под устройством воспламенения детонационного действия на заданном от него расстоянии, при этом нижний торец генератора герметично закрыт заглушкой, причем кабель имеет несгораемое покрытие по длине, обеспечивающей защиту его от термического воздействия продуктов горения зарядов.
На фигуре 1 показан газогенератор для дегазации угольного пласта, на фиг.2-3 - сечение по А-А и Б-Б на фиг.1.
Газогенератор состоит из небронированных трубчатых зарядов из твердого топлива 1 и 2, расположенных в его верхней части, бронированных трубчатых зарядов 3 с аналогичным топливом, расположенных под небронированными зарядами, и системы воспламенения зарядов. Генератор монтируется на геофизическом кабеле 4, проходящем через центральный канал 5 зарядов, которые стягиваются посредством наконечников 6 и стопора 7. В качестве твердого топлива используют, например, смесевые составы типа ТКМ - 60 (3). Заряд 2 газогенератора выполнен многотрубчатым, что обеспечивает большую поверхность горения. Система воспламенения зарядов расположена в центральном канале бронированных зарядов и состоит из устройства воспламенения детонационного действия, включающего взрывной патрон 8 и детонирующий шнур 9, проложенный вдоль кабеля от патрона до многотрубчатого заряда 2, и устройства воспламенения огневого действия в биде электровоспламенителя 10, который последовательно соединен с взрывным патроном. При этом электровоспламенитель установлен под устройством детонационного действия на заданном от него расстоянии, исключающем возможность воздействия продуктов детонации на воспламенение зарядов, расположенных ниже взрывного патрона, и обеспечивающего создание в центральном канале энергии газообразных продуктов горения, необходимой для предотвращения перемещения газогенератора вверх по скважине. Нижний торец генератора герметично закрыт заглушкой 11. Геофизический кабель имеет несгораемое защитное покрытие по длине, обеспечивающей его защиту от термического воздействия высокотемпературных горячих газов, что позволяет извлекать из скважины несгоревшие металлические элементы газогенератора. В качестве защитного покрытия может быть использована, например, хлопчатобумажная изоляционная лента, проложенная в несколько проходов, которая пропитывается в скважине водой и не сгорает, обеспечивая сохранность кабеля.
Газогенератор работает следующим образом.
4
При обработке угольного пласта газогенератор опускают в скважину, заполненную жидкостью, в заданный интервал на геофизическом кабеле 4. Затем по кабелю подают электрический импульс на электровоспламенитель 10 и взрывной патрон 8, и они срабатывают одновременно. При срабатывании электровоспламенителя 10 процесс горения бронированного заряда 3 в интервале от нижнего торца генератора до взрывного патрона протекает послойно от поверхности центрального канала в сторону наружной поверхности, а газообразные продукты горения, истекая вверх по каналу, создают реактивную тяговую силу, которая удерживает газогенератор и геофизический кабель от перемещения вверх. За счет бронепокрытия этой части заряда толщина его горящего свода в два и более раз больше, чем у небронированных зарядов газогенератора. При срабатывании взрывного патрона 8 детонирует шнур 9, от продуктов их детонации загорается верхняя часть бронированных зарядов 3. Горение этих зарядов происходит в режиме объемного горения, и они сгорают за 0,02-0,10 с, что позволяет создать высокую скорость нарастания импульса давления газов, равную 10 МПа/с или более. Газообразные продукты горения зарядов 3, двигаясь вверх, поджигают с некоторой задержкой заряды 2 и затем 1. Горение многотрубчатых зарядов 2 происходит по всей наружной поверхности и внутри их каналов, а горение зарядов 1 - по наружной поверхности и поверхности центрального канала.
Как показали компьютерные расчеты, выполненные для условий залегания пластов на глубинах 200-1000 м, максимальное давление, создаваемое в скважине газогенератором, должно быть равным от 5 до 1,5 горного давления в зависимости от глубины залегания пласта (от 200 до 1000 м и более, соответственно). При указанных амплитудно-временных параметрах протяженность трещин при однократной обработке составляет 10-12 м (расчет для случая образовании 9 радиальных вертикальных трещин с раскрытием 3-6 мм).
Путем подбора массы и количества зарядов задают амплитудно-временные параметры импульсов давления газов: максимальную величину давления, равную не менее величины горного давления в пласте, и продолжительность эффективной части импульса давления - не менее 2 секунд. Под действием гидростатического давления жидкости и давления газообразных продуктов горения в скважине жидкость проникает в пласт, раскрывая естественные и создавая новые трещины. При этом высокая скорость нарастания импульса давления обеспечивает зарождение множества трещин в пласте, а продолжительность эффективной части импульса давления увеличивает их протяженность. В результате формирования множества протяженных трещин площадь свободной поверхности пласта, через которую фильтруется газ (метан), увеличивается на несколько порядков по сравнению с обнаженной площадью пласта, вскрытой скважиной. Это позволяет повысить газоотдачу пласта. В течение всего времени горения зарядов газогенератора действует реактивная тяговая сила, предотвращающая его перемещение вверх.
По результатам экспериментальных исследований, проведенных в скважинах глубиной 340 м, пробуренных с поверхности, и подземных горных выработках в процессе разработки угольного пласта, установлено создание в нем трещин протяженностью до 20-27 м, а также увеличение проницаемости пласта на 2-3 порядка и дебита скважин в 20-30 раз.
Источники информации
1. Сластунов С.В., Шилов А.А., Грибанов Н.И. Многотрещинный разрыв призабойной зоны пласта высокоэнергетическими носителями. ГИАБ, - М.: Изд. МГТУ, 2005, с.19-24.
7
2. Патент РФ №2175059 по кл. МПК Е21В 43/263 от 20.10.2001 Бюл. №29, (прототип).
3. Дуванов A.M. Заряд газогенерирующий ЗКИ001. Технические условия ЗКИ001. 000ТУ, ООО «Стимул», 2003, - 12 с.