CC BY
32
СЕМИНАР 5
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© В.А. Бобин, В.В. Гурьянов,
2001 __________________
УДК 622411.33
В.А. Бобин, В.В. Гурьянов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СКВАЖИН С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ОКОНЧАНИЕМ СТВОЛА - ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ПРОМЫСЛОВОЙ ДОБЫЧИ ГАЗА ИЗ
І ІГП АЛГПХАІГГІ II II І\Х Х/ПЛПІ І II 1\Х ПП А АТЛП
З
аблаговременное извлечение метана из угольных месторождений по технологическим особенностям более всего напоминает способы разработки традиционных газовых месторождений, но и имеет существенное отличие от последних. В то время как традиционные газовые месторождения представляют собой скопления газа, находящегося в свободной фазе, в угольных месторождениях основная часть метана находится в тесной сорбционной связи с угольным веществом.
Другой существенной особенностью угольных месторождений является малая проницаемость угольных пластов, которая, как правило, на 1-2 порядка ниже проницаемости коллекторов традиционных газовых месторождений.
Кроме того, извлечение метана из угольных пластов характеризуется большим разнообразием геологического строения метаноугольных месторождений, геомеханических и газодинамических свойств и характеристик углевмещающей толщи и угольных пластов, определяющих, в конечном счете, их проницаемость и способность к газоотдаче. Эти вопросы всегда были объектом пристального внимания ученых - горняков и производственников, особенно при решении проблем управления горным давлением, дегазации шахт и борьбе с газодинамическими явлениями при разработке угольных месторождений.
Ранее проведенные исследования показали, что заблаговременное извлечение метана из угольных пластов, не подверженных влиянию
горных работ, возможно лишь при изменении физико-механичес-ких, термодинамических и фильтрационных свойств горного массива, что может быть осуществлено при применении специальных техногенных воздействий на углевмещающую толщу (пласт).
Анализ геомеханических и газодинамических аспектов проблемы заблаговременного извлечения угольного метана показывает, что осуществление этого процесса реально и не требует больших энергетических затрат на десорбцию метана из угольного пласта.
Физическая сущность активного (техногенного) воздействия на угольный пласт состоит в том, чтобы за счет целенаправленного изменения свойств и характеристик угольного вещества перевести устойчивую природную систему «уголь-метан» в новое, метастабильное состояние.
К наиболее известным активным методам воздействия на горный массив относятся способы разгрузки пласта с помощью скважин или газосборных выработок, а также гидро- и пневморазрыва, физико-химического, виброволново-го, электро- и ультразвукового воздействия на пласт или углевмещающую толщу и ряд других способов.
Разработке этих вопросов и разновидностей техногенных воздействий в основном и были направлены исследования по проблеме заблаговременного извлечения (добычи) метана угольных пластов, проводившиеся в России в два последних десятилетия [1-6].
Известные способы заблаговременного извлечения (добычи) метана угольных пластов базируются на использовании, как и при добыче природного газа, вертикальных скважин, пробуриваемых с поверхности земли. Существенным недостатком таких скважин является незначительная площадь дренирования угольного пласта, образуемая в месте его пересечения скважиной, а также далеко не всегда эффективный угол пересечения скважины с основной системой кливаж-ных трещин угольного пласта, что снижает фильтрацию газа к скважине.
Кроме того, проведенные эксперименты и имеющийся зарубежный опыт по заблаговременному извлечению (добыче) угольного метана свидетельствует о незначительном радиусе действия вертикальных скважин (как правило, не более 200 м).
Эти недостатки могут быть устранены при применении скважин сложного профиля с горизонтальным окончанием ствола (горизонтальных скважин - ГС), бурящемуся в плоскости угольного пласта.
Опыт нефтегазовой промышленности по применению таких скважин свидетельствует, что их использование позволяет увеличивать дебит добычных скважин в 10 и более раз.
Исследования, представленные в статье, посвящены обоснованию возможности и целесообразности использования скважин с горизонтальным окончанием ствола для заблаговременного извлечения (промыс-ловой добычи) газа из метаноугольных месторождений.
Решение поставленной задачи осуществляется на основе проведения анализа и оценки эффективности применения пластовых скважин для предварительной дегазации угольных пластов; обобщения условий применения и эффективности использования горизонтальных скважин при разработке нефтяных и газовых месторождений; оценки возможности использования скважин с горизонтальным окончанием ствола для извлечения метана из угольных пластов.
Анализ эффективности применения пластовых скважин для предварительной дегазации высокогазоносных угольных пластов и борьбы с газодинамическими явлениями в шахтах показал, что бурение опережающих пластовых скважин является одним из наиболее эффективных способов снижения газовыделения как в очистных забоях, так и в подготовительных выработках угольных шахт, уступая по эффективности только опережающей отработки защитных пластов, имеющему ограниченную область применения (при разработке свиты сближенных пластов).
Доказано, что оптимальный диаметр опережающих дегазационных скважин составляет 80-250 мм, рациональным размером опережающей скважины является длина от 5-10 до 25-50 м, радиус эффективного влияния скважины оценивается величиной, равной не более десяти ее диаметров.
Обобщение условий применения и эффективности использования скважин с горизонтальным окончанием ствола при разработке нефтегазовых месторождений показало, что современные технологии и оборудование позволяют бурить скважины переменного профиля практически любой траектории с отступлением от проектной оси в пределах +1,0 м, -1,0 м (всего не более 2 м); длина горизонтального ствола может достигать 1000 м и более и зависит, в основном, от горногеологических условий проведения скважин; рациональный диаметр горизонтального ствола скважины колеблется в пределах 114,3-215,9 мм.
Проведенный анализ показал, что эффективность применения горизонтальных скважин по сравнению с вертикальными скважинами повышается при уменьшении толщины (мощности) пласта, увеличении неоднородности его строения и снижении проницаемости коллекторов. Для однородного пласта одна горизонтальная скважина может заменить 5 вертикальных скважин, а с учетом неоднородности это соотношение может составить 1:20. С увеличением длины горизонтального участка скважины с 500 м до 1000 м удельная стоимость сооружения ГС снижается на 25 %, а эффективность возрастает в 4-7 раз и более для пластов мощностью 2 м и выше.
Сопоставление эффективных параметров опережающих пластовых скважин, бурящихся в угольных шахтах с целью предварительной дегазации пластов, с оптимальными параметрами горизонтальных стволов скважин сложного профиля, применяемых в нефтегазовой промышленности, а также учет высокой эффективности их применения при добыче нефти и газа, позволяют считать обоснованным вывод о возможности и целесообразности применения скважин сложного профиля с горизонтальным окончанием ствола для заблаговременного извлечения и промысловой добычи метана угольных пластов.
С учетом особенностей геологического строения наиболее перспективных углеметановых месторождений России в Кузнецком и Печорском угольных бассейнах разработан комплекс схем вскрытия таких месторождений с применением скважин сложного профиля с горизонтальным окончанием ствола.
Этот комплекс схем вскрытия метаноугольных месторождений скважинами с горизонтальным окончанием ствола включает: схему вскрытия угольного пласта на основе технологии бурения
скважины по радиусам; схему вскрытия угольного пласта с образованием в пласте специальной техногенной добычной зоны; схему вскрытия угольного пласта горизонтальными скважинами, пробуренными по магистральным трещинам гидроразрыва; схему вскрытия угольного пласта с образованием в нем системы сквозных вертикальных трещин (газопроницаемой зоны вокруг добычной скважины); способ извлечения метана из угольного пласта с применением виброволно-вого воздействия и ряд других новых технологических решений.
Предложенные схемы вскрытия угольного пласта позволяют сформировать в пласте (углевмещающей толще или продуктивном ее интервале) зону дренирования с радиусом влия-
ния, составляющим несколько сотен метров, что обеспечивает длительность эффективной добычи угольного метана в течение нескольких лет при необходимых для промышленного использования объемах добываемого метана.
Выполненные исследования являются первой попыткой оценки возможности и целесообразности освоения ресурсов метана в метаноугольных месторождениях с применением скважин сложного профиля. Эта задача сложная и многоплановая, требующая более глубоких исследований процессов газоотдачи пластов при использовании горизонтальных скважин для однородных и неоднородных пластов с учетом влияния геологических, технических и технологических факторов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. М., "Недра", 1979, 346 с.
2. Васючков Ю.Ф. Физикохимические способы дегазации угольных пластов. М., "Недра", 1986, 255 с.
3. Сластунов С.В. Заблаговременная дегазация и добыча ме-
тана из угольных месторождений. М., Изд-во МГГУ, 1996, 273 с.
4. Трубецкой К.Н. и др. О
развитии исследований и разработок по вопросам добычи метана угольных пластов, Изд-во МГГУ, Г орный информационо-
аналитический бюллетень, 1996, вып.4, с. 13-18.
5. Современные проблемы шахтного метана (Сборник науч-
ных трудов к 70-летию проф Н.В.Ножкина).М., Изд-во МГГУ, 1999, 320 с.
6. Гурьянов ВВ., Труфанов В.Н., Матвиенко Н.Г., Бобин В.А. Формы нахождения метана в углях и геотехнологические методы дегазации угольных пластов. Ростов-на Дону, Изд-во СКНЦ ВШ, 2000, 62 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Бобин В.А. - доктор технических наук, Институт проблем комплексного освоения недр РАН Гурьянов Владимир Васильевич - профессор, доктор технических наук, Институт проблем комплексного освоения недр РАН.
