СПОСОБ ДОБЫЧИ ГАЗА ПУТЕМ РАЗРЫХЛЕНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ЗА СЧЕТ ОБЪЕДИНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРОРЕЗАНИЯ КАНАВОК И ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕЙ В НЕСКОЛЬКО ЭТАПОВ УДАРНОЙ ВОЛНЫ ГОРЕНИЯ
METHOD OF EXTRACTING GAS BY LOOSENING A COAL BED BY COMBINING HYDRAULIC CUTTING OF GROOVES AND COMBUSTION SHOCK WAVE ACTING IN SEVERAL STEPS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к разрыхлению угольного пласта и добыче газа, а также, в частности, к способу добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения.
ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0002] Наряду с увеличением спроса на энергию и интенсивностью добычи, глубина добычи угля постепенно увеличивается. Глубокие угольные пласты характеризуются высоким напряжением в грунте, высоким давлением газа, высоким газосодержанием и низкой проницаемостью, а эффект взаимодействия всех факторов приводит к частым несчастным случаям в глубоких шахтах. Метан, содержащийся в угольных пластах, является одним из основных факторов, приводящих к частым несчастным случаям в глубоких шахтах, мировой запас метана, содержащегося в угольных пластах, достигает приблизительно 250 триллионов кубометров. Метан, содержащийся в угольных пластах, является не только высокоэффективной экологически чистой энергией, но и парниковым газом, создающим парниковый эффект в 25–30 раз больше, чем у углекислого газа, а метан, содержащийся в угольных пластах, опасен взрывом и выбросом. Для того чтобы увеличить коэффициент использования энергии и снизить вероятность возникновения несчастных случаев в шахтах, очень важно увеличить эффективность добычи газа в скважине. Добыча газа в скважине является основным средством реализации утилизации газа из угольного пласта, а также важным средством предотвращения несчастных случаев, связанных с выбросами газа. Для того чтобы увеличить эффективность добычи газа в скважине угольных пластов и уменьшить опасности взрыва и выброса газа, особенно необходимо придумать и разработать способ добычи газа, улучшенный путем разрыхления угольного пласта, который характеризуется высокой безопасностью, низкой стоимостью и простотой в эксплуатации.
[0003] Наибольшее количество угольных пластов в Китае характеризуются низкой проницаемостью, особенно, когда добыча ведется на глубоком участке, проницаемость угольных пластов низкая. Следовательно, область влияния добычи газа в обычной скважине ограничена, сброс давления низкий, поток в скважине небольшой, а коэффициент затухания высокий. Чтобы увеличить эффективность добычи газа угольного пласта, необходимо выполнить антиотражение для сброса давления на угольных пластах для увеличения области влияния добычи газа в скважине. В настоящее время технология антиотражения для сброса давления в угольных пластах в основном предусматривает технологию взрывных работ в глубоких скважинах. Однако технология взрывных работ в глубоких скважинах несет в себе определенные опасности и может стать причиной аварийных ситуаций из-за неправильной эксплуатации, поскольку подземные условия относительно сложны и изменчивы, особенно условия внутри глубоких скважин.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0004] С целью устранения недостатков в известном уровне техники, заключающихся в том, что область влияния добычи газа в скважине ограничена, сброс давления низкий, поток газа в скважине небольшой, коэффициент затухания высокий, риск большой, работа непростая и тому подобное, настоящее изобретение предоставляет способ добычи газа, улучшенный путем разрыхления угольного пласта за счет воздействующей в несколько этапов ударной волны горения в угольной шахте, который характеризуется высокой безопасностью, низкой стоимостью и простотой в эксплуатации.
Техническое решение
[0005] Конкретная техническая схема настоящего изобретения является следующей.
[0006] Способ добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения включает следующие этапы:
[0007] S1: возведение ударной скважины в угольном пласте и прорезание большого количества канавок вокруг ударной скважины посредством оборудования для прорезания канавок водяной струей высокого давления;
[0008] S2: размещение пористого цилиндра с поршнем в ударную скважину, при этом один конец трубопровода для вдувания и добычи газа вставляют через поршень в пористый цилиндр, а другой конец трубопровода для вдувания и добычи газа выходит из ударной скважины; помещение одного конца трубопровода для подачи ударной волны в пористый цилиндр и соединение другого конца трубопровода для подачи ударной волны с камерой сгорания снаружи ударной скважины, при этом трубопровод для подачи ударной волны не проходит через поршень;
2
2
[0009] S3: заделывание ударной скважины с нагнетанием N или CO в ударную скважину посредством трубопровода для вдувания и добычи газа с последующим закрытием трубопровода для вдувания газа;
[0010] S4: нагнетание горючего газа и вспомогательного газа в камеру сгорания;
2
2
[0011] S5: поджигание горючего газа в камере сгорания посредством системы управления, при этом ударную волну, генерируемую за счет горения горючего газа, подают в пористый цилиндр посредством трубопровода для подачи ударной волны для воздействия на поршень, и поршень скользит вдоль трубопровода для вдувания и добычи газа для сжатия N или CO в ударной скважине, таким образом образуют большое количество трещин вокруг ударной скважины под направляющим действием канавок;
2
2
[0012] S6: открытие трубопровода для вдувания и добычи газа для постоянного нагнетания N или CO в ударную скважину для сжатия поршня с целью возврата поршня в исходное положение и затем закрытие трубопровода для вдувания и добычи газа; и
2
2
[0013] S7: повторение этапов S5 и S6, а также уплотнение и сжатие N или CO несколько раз для образования трещин в угольном пласте, таким образом в угольном пласте вокруг ударной скважины образуют сети трещин.
[0014] Кроме того, этап S1, в частности, включает возведение ударной скважины и общей скважины в угольном пласте, при этом общая скважина расположена вокруг ударной скважины; и этап S2, в частности, включает размещение пористого цилиндра с поршнем в ударной скважине, при этом один конец трубопровода для вдувания и добычи газа вставляют через поршень в пористый цилиндр, а другой конец трубопровода для вдувания и добычи газа выходит из ударной скважины; помещение одного конца трубопровода для подачи ударной волны в пористый цилиндр и соединение другого конца трубопровода для подачи ударной волны с камерой сгорания снаружи ударной скважины, при этом трубопровод для подачи ударной волны не проходит через поршень; помещение одного конца общего трубопровода для добычи в общую скважину и заделывание скважины, а также соединение другого конца общего трубопровода для добычи с системой добычи.
[0015] Кроме того, после этапа S7 способ также включает этап S8 открытия трубопровода для вдувания и добычи газа и соединения трубопровода для вдувания и добычи газа с системой добычи для осуществления добычи газа после образования сетей трещин в угольном пласте вокруг ударной скважины.
[0016] Кроме того, в трубопроводе для подачи ударной волны также предусмотрен электромагнитный клапан, и электромагнитный клапан настраивают и регулируют посредством системы управления.
[0017] Кроме того, значение давления открытия электромагнитного клапана составляет 30 МПа.
[0018] Кроме того, горючий газ представляет собой метан, и вспомогательный газ представляет собой сухой воздух.
Преимущественный эффект
2
2
2
2
[0019] По сравнению с известным уровнем техники настоящее изобретение обладает следующими преимуществами: благодаря применению способа добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения, ударная волна с высокой температурой и высоким давлением, генерируемая в результате смешанного горения метана и сухого воздуха в камере сгорания с высокой температурой и высоким давлением, воздействует на поршень в несколько этапов для сжатия N или CO, таким образом вокруг ударной скважины под направляющим действием канавок образуется большое количество трещин, и увеличивается исходная толщина трещины, а также усиливается связность сетей трещин; канавки прорезают в скважине с помощью технологии гидравлического прорезания канавок, в угольном пласте осуществляют антиотражение для сброса давления, и увеличивают пространство хранения N или CO; благодаря осуществлению многоэтапного воздействия, сжатия и разрыхления в угольном пласте вокруг ударной скважины, исходная толщина трещины увеличивается, связность сетей трещин в угольном пласте усиливается, и область сброса давления скважины для добычи заметно расширяется; после воздействия ударной волной с высокой температурой и высоким давлением на поршень, остаточная ударная волна с высокой температурой и высоким давлением также содействует десорбции и потоку газа угольного пласта для повышения эффективности добычи газа скважины; а также способ и оборудование характеризуются высокой безопасностью, низкой стоимостью и простотой в эксплуатации, и в то же время они применимы для антиотражения для сброса давления скважины, проходящей через угольную шахту, и скважины залегания пластов, а также имеют широкую область применения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0020] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение конструкции оборудования, используемого в способе добычи газа путем разрыхления угольного пласта за счет объединения гидравлического прорезания канавок и воздействующей в несколько этапов ударной волны горения в варианте осуществления 1 настоящего изобретения и его положение при установке.
[0021] На фиг. 1, 1 – камера сгорания с высокой температурой и высоким давлением, 2 – цилиндр с сухим воздухом, 3 – цилиндр с метаном, 4 – система управления, 5 – электромагнитный клапан, 6 – трубопровод для вдувания и добычи газа, 7 – клапан, 8 – трубопровод для подачи ударной волны 9 – пористый цилиндр, 10 – общий трубопровод для добычи.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0022] Дальнейшее описание настоящего изобретения представлено ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы.
[0023] Вариант осуществления 1
[0024] Как показано на фиг. 1, оборудование для добычи газа, усиленное за счет разрыхления угольного пласта посредством воздействующей в несколько этапов ударной волны горения в подземной угольной шахте, содержит пористый цилиндр 9 с поршнем, трубопровод 6 для вдувания и добычи газа, общий трубопровод 10 для добычи, трубопровод 8 для подачи ударной волны и ударное устройство сгорания.
[0025] Один конец трубопровода 6 для вдувания и добычи газа проникает через поршень в пористый цилиндр 9 и проходит в пористый цилиндр 9, другой конец трубопровода 6 для вдувания и добычи газа выходит из пористого цилиндра 9, поршень скользит по трубопроводу 6 для вдувания и добычи газа, и в трубопроводе 6 для вдувания и добычи газа установлен клапан 7. Один конец трубопровода 8 для подачи ударной волны соединен с ударным устройством сгорания, а другой конец трубопровода для подачи ударной волны проходит в пористый цилиндр и не проходит через поршень. Общий трубопровод 10 для добычи соединен с системой добычи.
[0026] Ударное устройство сгорания содержит камеру 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением, первый трубопровод для вдувания газа, второй трубопровод для вдувания газа и систему 4 управления. Один конец первого трубопровода для вдувания газа и один конец второго трубопровода для вдувания газа, соответственно, соединены с камерой 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением, а другой конец первого трубопровода для вдувания газа и другой конец второго трубопровода для вдувания газа, соответственно, соединены с цилиндром 3 с метаном и цилиндром 2 с сухим воздухом. Устройство нагнетания системы 4 управления проходит в камеру сгорания, первый трубопровод для вдувания газа используется для нагнетания метана в камеру 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением, второй трубопровод для вдувания газа используется для нагнетания сухого воздуха в камеру 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением, и система 4 управления используется для поджигания метана в камере 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением. Электромагнитный клапан 5 установлен в трубопроводе 8 для подачи ударной волны и управляется системой 4 управления.
[0027] Вариант осуществления 2
[0028] Способ добычи газа, улучшенный путем разрыхления угольного пласта посредством ударной волны многоэтапного процесса горения в подземной угольной шахте с использованием оборудования в варианте осуществления 1, в частности, включает следующие этапы:
[0029] a. возведение общей скважины и ударной скважины попеременно в угольном пласте, при этом общая скважина расположена вокруг ударной скважины; и прорезание большого количества канавок вокруг ударной скважины с помощью оборудования для прорезания канавок водяной струей высокого давления;
[0030] b. после завершения возведения размещение пористого цилиндра 9 с поршнем в ударной скважине, при этом стенка пористого цилиндра 9 плотно примыкает к ударной скважине;
[0031] c. размещение трубопровода 6 для вдувания и добычи газа в пористый цилиндр 9, затем одновременное размещение трубопровода 6 для вдувания и добычи газа и пористого цилиндра 9 в ударную скважину, плотное соединение трубопровода 8 для подачи ударной волны с поршнем и затем выполнение операции заделывания скважины; после завершения операции заделывания скважины соединение общего трубопровода 10 для добычи с системой 11 добычи газа для добычи газа; и затем установку значения давления открытия электромагнитного клапана 5 на 30 МПа посредством системы 4 управления;
2
2
[0032] d. нагнетание большого количества N или CO в ударную скважину через трубопровод 6 для вдувания и добычи газа с использованием высоконапорного газового цилиндра и редукционного клапана, затем закрытие клапана 7 на трубопроводе 6 для вдувания и добычи газа и соединение трубопровода 6 для вдувания и добычи газа с сетью трубопроводов системы добычи;
[0033] e. нагнетание определенного количества сухого воздуха и метана в камеру 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением с помощью цилиндра 3 с метаном, цилиндра 2 с сухим воздухом и редукционного клапана и поджигание смешанного газа посредством системы 4 управления;
2
2
[0033] f. после того, как давление в камере 1 сгорания с высокой температурой и высоким давлением достигает 30 МПа, мгновенное высвобождение ударной волны с высокой температурой и высоким давлением путем автоматического запуска электромагнитного клапана 5 и воздействие на поршень посредством трубопровода 8 для подачи ударной волны, при этом поршень скользит вдоль трубопровода 6 для вдувания и добычи газа для сжатия N или CO, и, кроме того, вокруг ударной скважины образуется большое количество трещин под направляющим действием канавок, и исходная толщина трещины увеличивается для усиления связности сети трещин;
2
[0035] g. открытие клапана трубопровода для вдувания и добычи газа с нагнетанием большого количества N в ударную скважину посредством трубопровода для вдувания и добычи газа для сжатия поршня, таким образом поршень возвращается в исходное положение, и последующее закрытие клапана;
2
2
[0036] h. повторение этапов e–g, а также уплотнение и сжатие N или CO в несколько этапов для образования трещин в угольном пласте, таким образом в угольном пласте вокруг ударной скважины образуется больше сетей трещин; и
[0037] i. после снижения температуры в скважине открытие клапана 7 в трубопроводе 6 для вдувания и добычи газа и запуск системы добычи для осуществления добычи газа посредством трубопровода 6 для вдувания и добычи газа и общего трубопровода 10 для добычи.