CC BY
25
© 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)
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
Qо
где Q0 = Н - V .
(7)
(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<
Qо
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 =
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
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)
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.
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.
