CC BY
25
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97"
МОСКВА, МГТУ, 3.02.97 - 7.02.97
СЕМИНАР 1 " ПРОБЛЕМЫ ЗАБЛАГОВРЕМЕННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ (ДОБЫЧИ) МЕТАНА ИЗ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
К.Н. Адилов, д.т.н.
Ш.У. Ахметбеков, к.т.н.
Институт проблем комплексного освоения недр Национальная академия наук республики Казахстан
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЕСШАХТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ РЕСУРСОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГАЗОУГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Н
аучно-техническая концепция создания бесшахтной технологии основана на синтезе новых экспериментально изученных, испытанных и обоснованных результатами фундаментальных исследований физических и физико-химических процессов в сочетании с существующими, активизирующие и преобразующие в кондиционные агрегатно-подвижные состояния газоугольные пласты.
Бесшахтная технология (БТ) разработки газоугольных пластов - это новый геотехнологический метод комплексной разработки газоугольных месторождений, при котором через систему пробуренных с поверхности скважин по-стадийно извлекаются углеводородные ресурсы в технологически кондиционных агрегатно-подвижных состояниях.
Научно-техническая концепция проектирования нетрадиционных технологий комплексного освоения газоугольных месторождений основана на фундаментальных исследованиях сложных физико-химических и геомеханических процессов в горной среде. Результаты этих исследований позволяют обосновать параметры ресурсосберегающих, безотходных и экологически безопасных технологий комплексной разработки газоугольных месторождений.
Основные направления проектирования и создания технологии комплексного использования и добычи полезных
компонентов химических и ваний:
по результатам физико-геомеханических исследо-
• геотехнологические методы извлечения полезных компонентов,
• бесшахтная технология разработки газоугольных месторождений (добыча метана, подземная газификация),
• экологическое оздоровление горного производства при разработке газоугольных месторождений.
Основная цель реализации научнотехнической концепции - синтез и проектирование двух-трехстадийной БТ комплексной добычи ценных углеводородных компонентов (природного кондиционного метана, продуктов пиролиза - газоконденсата, углеводородных смол, фенола, нафталина и др.), обеспечивающей реально высокий уровень экологической чистоты, полноты извлечения полезных ископаемых и социально-экономического эффекта.
Создание I стадии БТ - технологии добычи метана как комплексного метода разработки газоугольных месторождений основано на теоретических и экспериментальных исследованиях физико-мических и физических процессов интенсификации извлечения метана из пласта через скважины с поверхности. Результаты этих ис-
следований как фундаментальных являются основными научно-техническими предпосылками создания и проектирования БТ на 1 стадии.
Интенсификация извлечения природного метана разделяется в соответствии с ее физико-химическим содержанием на три главные составные части:
• извлечение метана из сорбционного объема, где он связан с углем физико-химическими силами,
• интенсификация газоотдачи угля, обусловленной структурными изменениями угольного вещества за счет физико-химической обработки пласта,
• увеличение проницаемости пласта методами активного физического и физико-химического воздействия на угольный массив (гидрорасчленение, пневмогидровоздействие и др.).
Эффективное извлечение метана через скважины с поверхности начинается после 20 - 30% откачки рабочей жидкости воздействия от общего объема и ее закачки в угольный пласт.
Основное назначение технологии извлечения из угольного пласта через скважины с поверхности заключается в следующем:
• увеличение дебита метана,
• обеспечение получения кондиционного газа метана.
В результате силового воздействия на угольный пласт резко повышается газопроницаемость массива на 2-3 порядка, снижается сорбционная емкость угля для газа. Происходит интенсивное выделение метана из угольного пласта в скважину и затем на поверхность.
Проблемы использования метана, извлекаемого через скважины с поверхности, определяют необходимость работы скважины на потребителя. Согласование должно осуществляться по многим параметрам, основными из которых являются суммарный дебит газодобы-
вающего комплекса и рабочее давление газа, поступающего к потребителю.
В результате силового воздействия на угольный пласт повышается газопроницаемость массива на два и более порядка, снижается сорбционная емкость угля для газа. Происходит интенсивное выделение газа в скважину вместе с рабочей жидкостью воздействия. В процессе эксплуатации скважины происходит снижение проницаемости массива, особенно в прискважинной зоне, за счет выноса механического и химического разрушения угля. С целью поддержания необходимого уровня дебита газа из вертикальных скважин с поверхности необходимо проводить технологические мероприятия по восстановлению газопроницаемости пласта а его газоотдачи.
Низкие дебиты метана в процессе эксплуатации скважин с поверхности могут быть обусловлены различными причинами, которые можно разделить на две группы:
• недостаточная фазовая проницаемость обработанного пласта для газов,
• снижение проницаемости прискважинной зоны за счет его за-шламовки и заиливание за счет выноса продуктов механического и химического разрушения угля.
В связи с этим интенсификацию га-зовыделения можно разделить на методы, повышающие фазовую проницаемость массива: пневмооттеснение рабочей жидкости, повторное силовое воздействие, термо-физико-химическая обработка (ТФХО). К методам интенсификации газовыделения из скважины с поверхности, увеличивающим проницаемость пласта прискважинной зоны, относятся: повторная перфорация по обсадной колонне и угольному пласту, закачка раствора соляной кислоты, газообразного азота и циклическое пневмовоздействие.
Проведены исследования по 7 дегазационным скважинам ГРП, пройденным ранее на шахтном поле ш.им.В.И. Ленина. Результаты этих исследований позволили обосновать и изучить процессы самоистечения газа, кондиции, содержание, дебит метана и показатели стабилизации его. Изучение этих скважин позволили обосновать уровень интенсификации и параметры технологии добычи метана при устойчивом дебите его в пределах 0,55 - 1,25 м3/мин с содержанием метана 62 - 90%.
Разработаны технические условия и проект опытно-экспериметальных работ на проведение пневмогидровоздействия с циклическим знакопеременным воздействием на пласт й6 на поле шахты
им. В.И. Ленина АО “Испат-Кармет”. Технические условия и проект обоснован теоретическими исследованиями параметров и процессов интенсификации извлечения метана с газоугольного пласта, а именно, протяженность раскрытия трещин в зависимости от темпов закачки рабочей жидкости, число трещин, время расчленения пласта, объемы и давления закачиваемого сжатого воздуха, количества циклов гидро и пневмовоздействия и др. В табл. 1 приведены параметры обработки скважин по добыче метана на шахтном поле шахты им. В.И. Ленина (по методике ИПКОНа МН-АН РК и УСШМД АО “Испат-Кармет”)
Таким образом, скважина № 1 подготовлена к добыче метана с ожидаемым дебитом до 1,7 - 2,0 м3/мин. Объем закачанной воды в пласт - 4332 м3, сжатого воздуха 237,6 тыс.м3. В настоящее время ведутся подготовительные работы - установка и оснащение устьевого оборудования и аппаратуры, закладка цементной подушки под станок - качалку, наладка глубинного насоса для откачки воды с пласта и т.д.
Таким образом, научнотехническая концепция синтеза и проектирования БТ основана на принципах многостадийного геотехнологического освоения газоугольного пласта с реализацией следующей последовательности:
• на 1 стадии технологии БТ - интенсификация извлечения природного газа метана, а также обоснование параметров технологии добычи кондиционного метана с содержанием более 95% и газодобычного комплекса -модуля при дебите 4,5 м3/мин и более,
• на 2 стадии - микроструктурное преобразование пласта с последующим физико-химическим воздействием на него и преобразованием угля и углеводородных ресурсов в агрегатноподвижное состояние,
• на 3 стадии - преобразование и использование неорганических остатков угольного пласта.
Теоретические и экспериментальные исследования физико-химических процессов интенсификации извлечения метана через скважины с поверхности позволяют обосновать:
• эффективность нового, циклического гидропневмовоздействия при давлении более 1,25 -13,0 МПа в знакопеременном режиме как основного параметра технологии добычи природного метана,
• образование каверн в зоне пересечения скважины с пластом объемом более 6 м3 и протяженностью не менее 4 - 5 м,
• обеспечение стабильного дебита извлечения природного метана не менее 2,5 - 3,0 м3/мин и с содержанием не менее 90%,
• минимальный расход воды, сжатого воздуха и энергозатрат на одну скважину.
Кроме того, этими исследованиями обоснованы основные параметры технологии добычи метана как 1 стадии БТ в проектных решениях газодобычного комплекса - модуля:
• зоны интенсивного извлечения метана по площади пласта,
• сетки скважин в пределах участка пласта,
• последующей разработки пласта на 2 стадии БТ.
Область эффективного применения скважинной технологии добычи метана с использованием газодобычного комплекса:
• техногенные (бросовые) участки шахтных полей шахт им. В.И. Ленина, “Казахстанская”, “Стахановская” и др.,
• запасы Тентекской мульды, шахтного поля “Саранской - Глубокой”.
Исследования геотехнологических процессов 2 стадии разработки газоугольного пласта как поисковые позволяют обосновать целесообразность и эффективность двух-трехстадийной БТ применительно к условиям техногенных (бросовых) участков шахтных полей шахт: им. Байжанова, Топарская, и др. После 1 стадии БТ, т.е. извлечения метана, целесообразна 2 стадия БТ. Последняя основана на физико-химических процессах пиролиза продуктов газификации угольного пласта. При этом образуемая масса в агрегатно-подвижном состоянии обладает такими технологическими свойствами, как извлекаемость и транспорта-
бельность по скважинам. Причем, используются повторно скважины, по которым извлекался метан.
Бесшахтная технология (БТ) является альтернативной шахтному способу разработки газоугольных месторождений. БТ отличается от подземной разработки: а) полным отсутствием прове-
дения горных выработок под землей, а
следовательно, исключением трудоемких подземных горных работ, вентиляции, транспорта и др., б) безлюдному способу добычи полезных ископаемых из недр, в) очень малым объемом требуемых инвестиций, г) извлечение полезных ископаемых из недр в агрегатно-подвиж-ном состоянии.
© К.Н.Адилов, Ш.У.Ахметбеков
