Научная статья на тему 'Метод определения проницаемости зон активного воздействия на угольный пласт и вмещающие породы'

Метод определения проницаемости зон активного воздействия на угольный пласт и вмещающие породы Текст научной статьи по специальности «Горное дело»

CC BY
54
13
Поделиться
Ключевые слова
ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПЛАСТОВ / РАСХОД РАБОЧЕГО АГЕНТА / ДАВЛЕНИЕ НАГНЕТАНИЯ

Аннотация научной статьи по горному делу, автор научной работы — Карпов В. М., Баловцев С. В., Мешалова Т. В.

Рассмотрен метод определения проницаемости зон активного воздействия на угольный пласт и вмещающие породы с целью повышения эффективности заблаговременной дегазации.

Похожие темы научных работ по горному делу , автор научной работы — Карпов В.М., Баловцев С.В., Мешалова Т.В.,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Метод определения проницаемости зон активного воздействия на угольный пласт и вмещающие породы»

© В.М. Карпов, С.В. Баловцев, Т.В. Мешалова, 2011

В.М. Карпов, С.В. Баловцев, Т.В. Мешалова

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЗОН АКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ И ВМЕЩАЮЩИЕ ПОРОДЫ

Рассмотрен метод определения проницаемости зон активного воздействия на угольный пласт и вмещающие породы с целью повышения эффективности заблаговременной дегазации.

Ключевые слова: проницаемость пластов, расход рабочего агента, давление нагнетания, гидростатическое давление, дегазация.

Суг ст

уществующие методы определения проницаемости пла-'стов горных пород с использованием нагнетательных скважин основаны на изменении режима их работы [1]. Это приводит к непроизводительным перерывам основного режима основного режима работы скважин длительностью до 3 - 4 суток на каждое определение проницаемости. Поэтому в настоящей статье предлагается метод определения проницаемости пласта горных пород непосредственно в режиме нагнетания рабочего агента, что может быть использовано в процессе гидро- и пневморасчленения, кислотной и тепловой обработки, акустического разрыва при нагнетании рабочего агента в скважину с изменяющимися параметрами давления и расхода.

В основу предлагаемого метода положено классическое определение проницаемости пористой среды. При фильтрации через участок площадью 1 м2, длиной 1 м, перепаде давления 1 Па расход фильтруемой среды вязкостью 1 Пас составляет 1 м /с:

к = Л (1)

АPF

где q - объемный расход фильтруемой среды, л - динамическая вязкость фильтруемой среды, Ь - длина фильтрующего участка, F - площадь фильтрации, АР - перепад давления на входе и выходе фильтрующего участка.

Если в уравнении (1) q - фактический расход рабочего агента в пористой среде (qt); Ь - глубина скважины (Н); F - сечение скважины (S); АР - фактическое давление рабочего агента (Р() при входе в пласт, то проницаемость определяется по формуле:

к = ^, (2)

Р^ ' '

Если скважина не имеет сообщения с пластом, то при нагнетании в нее жидкости давление в устье составит

Ро = Рн , (3)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где Р0 - давление на устье скважины, не сообщающейся с пластом, Рн - регистрируемое давление нагнетания.

При условии сообщения скважины с пластом происходит утечка рабочего агента из скважины в пласт и регистрируемое фактическое давление нагнетания будет несколько меньше того, которое наблюдалось бы при закрытой скважине:

Ро = Рн + Р1, (4)

где Р( - давление рабочего агента в пласте.

Р = Ро ~ Рн , (5)

Определив Р0, можно рассчитать фактическое давление рабочего агента в пласте.

Давление Р0 среды в закрытой скважине определяется из соотношения величин ее сжатия S0 и сжимаемости ¡3 :

V

Р = 7 (6)

Сжатие среды S0 в закрытой скважине находят как разницу между объемом закачанного рабочего агента Qt и объемом скважины Q0, заполненной рабочим агентом, отнесенной к объему рабочего агента в скважине Q0,

V 0 =

& ~ !2о

где Q0 = Н - V .

(7)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(8)

Сжимаемость нагнетаемой среды можно найти по таблицам или вычислить по формуле

3 = -^Т, (9)

Р-с

где с - скорость звука в нагнетаемой среде (для воды с = 1500м/с, для воздуха с = 330м/с, для метана с = 270м/с) [2]. Таким образом, давление Р0 в закрытой скважине составит

Р0 = Р- с 2

Qt - Q<

л

(10)

Фактическое сжатие Sн нагнетаемой среды в сообщающуюся с пластом скважину, согласно формуле (6), составит Р

Sн = 3-Рн =-РН^ . (11)

Р-с

Но фактическое сжатие Sн нагнетаемой среды есть разность между сжатием V0 среды в закрытой скважине и сжатием АS среды, ушедшей в пласт:

Sн =

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Qо Qо

(12)

(13)

где АQ - объем среды, ушедшей в пласт. Согласно формулам (6) и (7)

АS =

АQ _Р - Рн

Р-с

н

Л

^ - <2о

Qо у

Р

Qо Р-с Р-с

Объем среды, ушедшей в пласт, составит

Фактический расход рабочего агента в пласт в единицу времени с учетом гидростатического давления (pgH ) составит

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

при его давлении в пласте

(Г) _ Л _1_ П^ггНЛП Л

р - Р-с с

& - (1 + 3(Н)00

— Р-и

(16)

(17)

У

(1 + pH )Q0

где Ю0* = (1 + PpgH)Q0 - объем скважины, заполненной рабочим агентом, At - период нагнетания рабочего агента Qt в скважину. Проницаемость пласта в процессе нагнетания равна

к = ]0^, - (1+Р( Рн + pgн Юо Ь-н

1 Г 0, — & ^ — РН

_ 3 * о О) Н

м

(18)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1

Р• с

- сжимаемость нагнетаемой среды, 1/Па, л - вяз-

кость нагнетаемой среды, Па - с, р - плотность нагнетаемой среды, кг/м3, с - скорость звука в нагнетаемой среде, м/с, Н - глубина скважины, м, £ - сечение скважины, м2, Ю0 - объем скважины, м3, - текущий объем нагнетания, м3, Рн - текущее давление

нагнетания, Па, At - текущее время нагнетания объема , с.

Уравнение (18) позволяет определить проницаемость зон активного воздействия на пласт и эффективность заблаговременной дегазации угленосной толщи и попутной добычи шахтного метана.

------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Муравьев В.М. Справочник мастера по добыче нефти. М.: Недра,

1995.

2. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. - Л.: Химия, 1992.

3. Анпилогов Ю.Г. Определение основных параметров гидрорасчленения при заблаговременной дегазационной подготовке угольных пластов // Метан. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. - М.: МГГУ, 2007. - № ОВ 13. - С. 76-82.

4. Кашапов К.С., Шмидт М.В. Заблаговременная дегазация особовыбросоопасного пласта Д6 на шахтах Карагандинского бассейна // Метан. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. - М.: МГГУ, 2007. -№ ОВ 13. - С. 260-269.

5. Пучков Л.А., Сластунов С.В. Состояние и перспективы решения основных проблем угольного метана // Метан. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. - М.: МГГУ, 2009. - № ОВ 11. - С. 9-16.

6. Малашкина В.А. Дегазационные установки. - М.: МГГУ, 2007. - 190 с.

7. Ушаков К.З., Малашкина В.А. Гидравлика. - М.: МГГУ, 2009. - 414 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ІІ5ГД=1

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------

Карпов В.М. - доцент кафедры «Аэрология и охрана труда», Московский государственный горный университет,

Баловцев С.В. - старший преподаватель кафедры «Аэрология и охрана труда», Московский государственный горный университет,

Мешалова Т.В. - консультант отдела управления по надзору в горной металлургической и нефтегазодобывающей промышленности Ростехнадзора РФ.