Научная статья на тему 'Основные закономерности выделения газа в скважину с трещиной гидроразрыва'

Основные закономерности выделения газа в скважину с трещиной гидроразрыва Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
246
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАССОПЕРЕНОС / MASS TRANSFER / HYDRAULIC FRACTURING / ФИЛЬТРАЦИЯ / SEEPAGE / ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / NUMERICAL SIMULATION / ПРОНИЦАЕМОСТЬ / PERMEABILITY / УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ / COAL SEAM / ГИДРОРАЗРЫВ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Трофимов В. А.

Рассмотрено решение задачи о массопереносе метана к трещине гидроразрыва в газоносных угольных пластах. Проведено численное моделирование фильтрационных потоков газа в угольном пласте с учетом зависимости проницаемости от газонасышенности угля и характера распределения напряжений в краевой части пласта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE MAIN REGULARITIES OF GAS EMISSIONS INTO THE HOLE WITH A CRACK OF HYDRAULIC FRACTURING

Considered the methane mass transfer to the crack of hydraulic fracturing in gaseous coal-seam. Carried out numerical simulation of seepage gas flow in coal seam based on dependence of coal permeability due to its gas saturation and the nature of the stresses distribution in the seam edge.

Текст научной работы на тему «Основные закономерности выделения газа в скважину с трещиной гидроразрыва»

© В.А. Трофимов, 2013

В.А. Трофимов

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ ГАЗА В СКВАЖИНУ С ТРЕЩИНОЙ ГИДРОРАЗРЫВА*

Рассмотрено решение задачи о массопереносе метана к трещине гидроразрыва в газоносных угольных пластах. Проведено численное моделирование фильтрационных потоков газа в угольном пласте с учетом зависимости проницаемости от газонасыщенности угля и характера распределения напряжений в краевой части пласта. Ключевые слова: массоперенос, гидроразрыв, фильтрация, численное моделирование, проницаемость, угольный пласт.

Одним из направлений, широко обсуждаемым в последнее время научной общественностью, связанной с газовой и угольной промышленностью, является извлечение метана из неразгруженных угольных пластов скважинами с земной поверхности.

Несомненно, угольные пласты содержат огромное количество метана в форме свободного и сорбированного газа. При давлении газа в пласте ниже границы газового выветривания в 20^50 и более атмосфер эта величина составляет десятки (в среднем ~30) кубометров газа на тонну угля. По общим запасам газа угольные месторождения, с учетом всей угленосной толщи, сопоставимы с газовыми. В связи с этим возникает желание каким-либо способом извлечь и использовать этот метан с наименьшими издержками. Очевидно, что наиболее простым способом достижения этой цели представляется использование скважины, пробуренной с земной поверхности и пересекающей ряд угольных пластов, либо проходящей вдоль по одному, достаточно мощному пласту.

На сегодняшний день в России пробурено несколько скважин, в частности на Талдинском участке Кузбасса на глубину

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (10—05—00392).

309

~800 м, которые уже достаточно продолжительное время находятся в опытной эксплуатации по добыче метана из неразгруженных угольных пластов. Максимальное значение дебита каждой из скважин составляет не более 104 м3/сут, при том, что на них для повышения газоотдачи были проведены гидроразрывы соответствующих пластов. Такой дебит скважины без гидроразрыва мог бы быть получен при проницаемости пласта в несколько (2^5) миллидарси.

Заметим, что вместе с газом в скважину выделяется заметное количество воды, присутствие которой заметно влияет на характер истечения газа из угольного пласта. Отметим, что количество газа, находящегося в сорбированном состоянии в уго льном веществе, определяется совокупностью физико-химических процессов, протекающих в нем с момента образования угольного пласта до настоящего времени. В соответствии с этим количеством можно говорить о максимальном сорб-ционном давлении газа в пласте, которое определяется посредством изотермы сорбции, индивидуальной для каждой марки угля, для каждого угольного пласта и получаемой экспериментальным путем.

Что касается давления воды, находящейся в угольном пласте, то оно никаким образом не связано с давлением газа в пласте и определяется в основном гидрогеологическими особенностями залегания пласта и может даже в некоторых случаях превышать геостатическое давление.

При этом, если давление воды больше максимального сорбционного давления газа, то все поры фильтрационного пространства заняты водой и в пласте полностью отсутствует свободный газ. В этом случае вода запирает его в сорбированном состоянии, не позволяя свободно фильтроваться по пласту в сторону скважины. Только после выхода части воды из фильтрационного пространства и падения ее давления, газ начинает переходить в свободное состояние и фильтроваться к скважине или свободной поверхности выработки во всё возрастающих количествах. По мере иссякания ресурса газа в пласте поток начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению со временем дебита скважины.

В связи с этим в пласте формируется фронт, движущийся с переменной, постепенно уменьшающейся скоростью от обна-

жения вглубь пласта и разделяющий области фильтрации смеси воды и газа с одной стороны от него и только воды с другой. Фактически можно считать, что за этим фронтом пласт непроницаем для газа. В этой области переносится только вода, и скорость ее фильтрации определяется величиной коэффициента пъезопроводности пласта ц, который связан с проницаемостью угля к, коэффициентами объемной сжимаемости воды рж и угольного скелета рс соотношением

ц=-рг, Р' = трж +Рс, (1)

где р'— коэффициент упругоемкости пласта, ц — вязкость жидкости, т — пористость угля.

Известно, что природная «эффективная» проницаемость угольного пласта в условиях шахтной добычи оценивается величиной порядка 10-2^10-4 мД [1]. В связи с этим, учитывая величину продуктивного интервала, с которого в угленосной толще снимается газ (~5—10 м), дебит скважины не может превышать нескольких десятков кубических метров в сутки, что на 2^3 порядка меньше наблюдаемого на практике.

В связи с этим встает вопрос о влиянии гидроразрыва на дебит скважины. При гидроразрыве на нефтяной скважине считается, что он увеличивает ее дебит в 3^5 раз в зависимости от «эффективной» протяженности трещины разрыва. При этом увеличение длины трещины сверх некоторого значения не приводит к увеличению эффективности гидроразрыва в основном из-за большой вязкости нефти для получающихся просветов между берегами трещины. Иное поведение демонстрирует газ, чья вязкость на 2^3 и более порядка меньше, чем у нефти. Кроме того, при малой газоотдаче угля эффективность гидроразрыва значительно возрастает.

При оценке притока газа к трещине гидроразрыва в качестве некоторого допущения можно считать в силу сказанного выше, что давление газа по всей ее длине постоянно и равно давлению на забое скважины (1 ат), т.е. положить проводимость трещины бесконечной [2]. В этом случае отношение дебитов скважины без гидроразрыва и с гидроразрывом практически равно отношению площадей поверхности скважины и поверхности

Рпл

^скв' Реке ,, ,, ,, ,, (г

Рис. 1

берегов трещины с поправкой на то, что в первом случае течение радиальное, а во втором — плоско-параллельное. Однако это различие невелико из-за малости зоны, охваченной этими потоками. Таким образом, трещина гидроразрыва может увеличивать газоотдачу в скважину более чем в 100 раз.

Исходя из сказанного, можно получить независимую оценку длины трещины гидроразрыва, а зная количество закачанной жидкости, и среднюю величину расхождения ее берегов А. В рассматриваемом случае для упомянутых скважин на Тал-динском участке его длина составляет ~50^100 м в сравнении с диаметром скважины ~0.2 м. При таком соотношении радиуса скважины и длины трещины гидроразрыва радиальным течением вблизи скважины можно полностью пренебречь и считать поток газа в угольном пласте плоско-параллельным, направленным перпендикулярно к трещине.

Это соответствует одномерной постановке задачи фильтрации, как это схематически отражено на рис. 1. При этом суммарный дебит скважины формируется из притока газа к поверхностям трещины гидроразрыва и в рамках принятых допущений прямо пропорционален ее удвоенной длине.

Среди всех параметров пористых сред особое место занимает коэффициент проницаемости, связывающий в той или иной форме скорость фильтрационного потока и градиент давления. Многие исследователи пытались определять в лабораторных условиях проницаемость образцов ископаемых углей при различных условиях всестороннего обжатия и по

этим данным судить о проницаемости угольных пластов и ее изменении в зависимости от изменения горного давления. Такие испытания представляют интерес для качественного описания закономерностей изменения проницаемости в зависимости от горного давления. Количественные оценки проницаемости угольных пластов в зоне влияния разгрузки от горного давления поставили вопрос о разработке специальных методов определения соответствующей кажущейся проницаемости в условиях их естественного залегания. В связи с этим в работе [1] изложены теоретические основы методов определения кажущейся проницаемости угольных пластов вне зоны влияния горных выработок и на большом количестве примеров показана методика проведения соответствующих испытаний в шахтных условиях.

Показано [3], что газоносные угольные пласты в нетронутом горном массиве непроницаемы. Там, где происходят нарушения деформированного состояния нетронутого пласта до уровня раскрытия в угле трещин, образуются проницаемые зоны. Схематически это показано на рисунке 2. При этом проницаемую и непроницаемую зоны разделяет весьма узкая область шириной в несколько размеров характерных отдельно-стей угля, в которой локализован переход от диффузионного переноса метана в угле к в основном фильтрационному. Т.е. в пределах этой области пласта шириной в несколько миллиметров формируются новые участки фильтрационного пространства. Они увеличиваются по мере оттока из них газа. При этом давление, которое устанавливается в герметически перекрытой скважине, пробуренной на пласт, и в проницаемой зоне, образовавшейся вокруг нее, ниже природного давления газа в нетронутом угольном пласте.

Одним из основных факторов [4], влияющих на формирование проницаемых зон в угольном пласте, является изменение напряженного состояния угольного пласта при проведении горных выработок, бурении скважин и других внешних воздействиях на него. В результате соответствующих деформаций разгрузки и сдвига в угле раскрываются трещины, появляются зазоры между отдельностями и из них формируется достаточно развитая система фильтрационных каналов, связывающих между собой отдельные поры. Зона, в которой сформировалась

Рис. 2

такая система каналов, является начальной газопроницаемой зоной. Она ограничена определенным уровнем изменения напряжений, которые сравнительно быстро затухают с увеличением расстояния от обнажения.

Другим основным фактором, с которым связано формирование и распространение газопроницаемой зоны в угольном пласте, является усадка (сокращение объема) самого угольного вещества в процессе выделения из него сорбированного газа. При этом отдельности, на которые пласт рассечен различными системами трещин и, которые первоначально плотно прижаты друг к другу, деформируются и при достаточно большой усадке угля между ними увеличиваются и появляются новые зазоры. Из этих зазоров так же, как и при разгрузке пласта формируется и развивается система фильтрационных каналов.

Там, где происходит процесс сорбции, наоборот, уголь набухает (увеличивается в объеме), отдельности в стесненных условиях пласта становятся более плотно прижатыми друг к другу, а зазоры между ними уменьшаются или вообще закрываются.

Движение газа в угольном пласте можно рассматривать как волну фильтрации со скачком сорбированного газа на фронте, совпадающем с движущейся границей газопроницаемой зоны. При этом определяющее значение имеет пороговая насыщенность угля газом Q*, при которой в газонепроницаемой части пласта появляются зазоры, через которые может происходить отток газа.

Поскольку Q* связано с раскрытием микротрещин и образованием зазоров между отдельностями, то естественно, что оно зависит в первую очередь от напряженного состояния, тектонической нарушенности и газоносности угольного пласта, а также от сорбционно-емкостных и сорбционно-дефор-мационных свойств угля. Поэтому, в соответствии с существенной изменчивостью углей по нарушенности и сорбцион-ным свойствам в пределах участка пласта, как по простиранию, так и по падению, будут устанавливаться на границах газопроницаемых зон разные по величине Q*. В этом одна из главных причин того, что в герметически перекрытых скважинах в пласте устанавливаются разные давления. Кроме того, в случае разгрузки пласта образование зазоров между от-дельностями и раскрытие микротрещин происходит при более высоких значениях Q*.

Угольные пласты, как правило, содержат в себе значительное количество воды. В ряде случаев вода искусственно нагнетается в пласт для борьбы с угольной пылью и внезапными выбросами угля и газа. Занимая поровое пространство угольного пласта, она может препятствовать десорбции метана и оказывает влияние на его движение.

Стабильность газоносных угольных пластов в течение длительного геологического периода, определяется практически неизменными сорбционными свойствами угля, природной пластовой водой в трещиннопорах и достаточно высоким горным давлением. Образование в пласте любой проницаемой зоны со свободной поверхностью, например, вокруг выработки или скважины, приводит к нарушению этой стабильности и, естественно, к совместному фильтрационному движению в ней воды, свободного и постепенно десорбирующе-

гося газа. При этом формирование самого потока «смеси» имеет свои принципиальные особенности. Во-первых, при исходном состоянии угольного пласта газ находится в основном в сорбированном, а при больших давлениях воды и полностью в сорбированном состоянии. Вода — в физически свободном состоянии и распределена в трещинопорах, структура которых, в общем, такова, что пласт в исходном состоянии непроницаем. Во-вторых, с момента образования проницаемого участка пласта в нем всюду по мере падения давления в фильтрационном потоке газ, сорбированный углем, переходит в свободное состояние непосредственно в трещины и поры, т.е. проявляет себя подобно непрерывно распределенным источникам. Этим, в общем, обусловлено совместное одно-скоростное движение воды и газа как смеси с изменяющейся плотностью и вязкостью.

В соответствии с этими особенностями угольных пластов рассмотрим постановку и решение задачи о фильтрации воды и газа впереди очистного забоя. Рассматривается совместное движение газа и воды в виде смеси, характеризуемой единой общей скоростью фильтрации, едиными вязкостью, плотностью и давлением.

Движение жидкости и газа в пористых средах под действием перепада давления характеризуется скоростью фильтрации и. Она определяется как расход через единичную площадку пористой среды, перпендикулярную к направлению потока. Как правило, в проницаемых зонах угольных пластов фильтрационное движение крайне медленное, и поэтому его можно считать безинерционным. Это дает основание использовать связь между скоростью фильтрации и и давлением в фильтрационном потоке р в виде линейного закона Дарси

й = - к дгаё р , (2)

где к — проницаемость, ц — вязкость.

Величина к имеет размерность площади и связана только с геометрическими параметрами пористой среды. В проницае-

мых зонах угольных пластов такими параметрами являются, например, характерные размеры открытых трещин или размеры образованных ими отдельностей. Они также как и активная пористость зависят от напряжений и концентрации сорбированного газа. Поэтому в угольных пластах, в общем

Напряжения с в угольном пласте, которые связаны с исходными напряжениями в массиве, зависят от глубины залегания пласта и могут быть произвольными, в том числе достаточно большими. В тоже время количество сорбированного углем газа ограничено его предельной сорбционной способностью Q0. Таким образом, состояние угля в координатах с) должно описываться некоторой произвольной точкой, находящейся в полуполосе 0<Q< Q0, с>0. В координатах с, Q, k зависимость (3) представляет собой поверхность проницаемости, достаточно подробно описанную в [5].

Уравнение фильтрационного движения смеси, соответствующего закону Дарси, в любой проницаемой зоне независимо от того, как она образовалась, можно записать в виде [4,5]

где p, р, ¡л — давление, плотность и вязкость смеси, QC — количество сорбированного газа в единичном объеме угля, m — пористость, k — проницаемость, г — радиус-вектор точки, t — время, э — водонасыщенность, т.е. доля пористости, занятая водой. Это уравнение отражает неразрывность фильтрационного потока и закон движения смеси.

Будем считать, что проницаемая зона является замкнутой областью в с границей Г. В целях упрощения допустим, что в процессе фильтрации абсолютная температура газа Т, как и самого пласта остается постоянной, а р и р связаны уравнением состояния [6].

к = к(с, Q).

(3)

(1)

р = рв5 + (1 - s)RT, (2)

где рв — количество воды в единице объема угля, Я — газовая постоянная. Для метана при 250С Я= 5.3102 дж/кгград.

Что касается изменения Qc, то будем сначала полагать, что уголь и газ при фильтрации находятся в состоянии сорбцион-ного равновесия, которое характеризуется соответствующей изотермой. Это относится в основном к переходным процессам со сравнительно медленным изменением давления р, а также к достаточно мелко раздробленному углю. При этом для Qc можно использовать эмпирическую зависимость Ёэнгмюра

О, = ^Ьт, (3)

1 + Ьр

где а, Ь — постоянные, определяемые по изотермам сорбции, или по данным технического анализа проб ископаемых углей.

Далее будем считать пористость и проницаемость, как параметры среды, постоянными, в то время как вязкость зависящей от водонасыщенности

ц^) = ЦвS2 + Цг (1 - s)2. (4)

В общем случае условием на границе Г области фильтрации в является линейная комбинация давления р и его производной по нормали к Г. Например, для уравнения (1) областью фильтрации в является отрезок прямой 0 < х < L <<» , а границей Г — две точки х=0 и х^. В них

«1 р + Р1 |х = 1 (0, t) , «2 р + Р2 |р = 1 (L. <), (5)

где 1 (0, t), 12 (L, t) и а1, Р1, а2, Р2 — известные функции и постоянные.

Начальным условием является распределение давления и водонасыщенности в области в

р(х,0) = Ф(х), s(х,0) = Ф1 (х), 0 <х < L, (6)

где ф(х), ф1 (х) — заданные функции.

Требуется найти распределение давления р(х^) и водона-сыщенности s(x,t) в замкнутой области в (0 < х < L), удовлетворяющее на некотором заданном промежутке времени 0 < I < tтах уравнению (1), а также граничным и начальным условиям (5), (6).

Аналитическое решение сформулированных таким образом задач можно найти только в случаях специальных видов зависимости коэффициентов уравнения (1) от х, t и р в совокупности с соответствующими граничными и начальными условиями [6].

В настоящее время достаточно эффективным подходом к решению подобных задач с нелинейным уравнением параболического типа является метод конечных разностей. При этом использование явных схем нецелесообразно, т.к. для них условие устойчивости требует очень малого шага т по времени при разумном выборе шага Ь по координате. Поэтому для численного решения уравнения (1) обычно используются неявные разностные схемы. Общий вид разностной схемы с учетом s подобен, приведенному в [6]. В свою очередь, отметим, что для нахождения сеточной функции sj использована явная разностная схема

sf1 = s¡ - к' Р+1 + р^ Д, (7)

т0^ в Дх

основанная на балансе воды, притекающей к 1-ой ячейке и вытекающей из нее на каждом шаге _/ по времени Дt.

В соответствии с конечно-разностной схемой граничные условия для нее в общем можно записать аналогично (5) в виде.

Р0 = К1Р1 + Рм = К2 РлТ-1 + . (8)

Так, например, если левая граница расчетной области (х=0) примыкает к открытому пространству в массиве горных пород, то в наиболее простом случае на ней задается постоянное давление рат. При этом в (8) следует положить к1 = 0, у1 = рат. Для такой ситуации характерно то, что истечение газа и воды из пласта не может изменить давление вблизи границы со стороны свободного пространства. Обычно это

связано с весьма большим его объемом или специальным отбором смеси на границе. Если же объем свободного пространства постоянный и сравнительно мал, то в нем будет происходить рост давления в соответствии с балансом смеси, прошедшей через границу за время t. Эта ситуация характерна, например, для закрытой скважины. Первое условие в (8) в этом случае можно записать в виде

р0 - Р1 = , (9)

где у\ — величина пропорциональная количеству смеси, прошедшему через границу за время t.

Правая граница расчетной области x=L в общем случае является подвижной, т.е. L=L(t). При х>Ь.({) пласт с исходной газонасыщенностью Омас, соответствующей давлению рмвс, непроницаем. На этой движущейся границе должно реализовы-ваться условие неразрывности потока, в соответствии с которым количество входящего в проницаемую область газа и воды из непроницаемой, определяется, в частности, диффузионным выходом газа из сорбционных частиц угля. В соответствии с (8) будем иметь

PN - PN-1 =У2, (10)

где

аЬрN

У2 =7

О -

^ мае

1 + Ьр

(11)

N У

Параметр у при расчетах — варьируемая величина, отражающая кинетику десорбции газа из угля на границе расчетной области.

Для некоторых задач, связанных с расчетом газовыделения в выработанное пространство, в случае малой величины Огр в сравнении с оттоком газа из проницаемой зоны можно положить Огр =0 и считать правую границу неподвижной. Тогда на ней будет выполняться условие

PN = р^1 . (12)

В случае учета кинетики сорбционных процессов не только на границе расчетной области, но и в каждой ее внутренней

точке решение фильтрационных задач несколько усложняется. Здесь вместо изотермы сорбции (3) следует использовать зависимость Qc от р и t, отражающую отставание по времени сорб-ционного процесса от изменения р. Например, подобное отставание можно задать уравнением

дО£ С*

= 8

Ь (а - Qc)

Р

(13)

в котором 5 — варьируемый параметр. Очевидно, что скорость изменения количества сорбированного газа в каждой точке пропорциональна разности между равновесным давлением, определяемым величиной Qc, и реальным давлением р. При этом уравнение (1) с учетом (13) примет вид

4 кр ср 1 = т,(ср+1 ^

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

дх I дх) I С т а

(14)

Соответствующим образом изменяется и разностная схема.

Рассмотрим основные закономерности массопереноса при s=0, т.е. в случае полного отсутствия воды в пласте. При этом оценим роль скорости десорбции в этих процессах.

Необходимая при расчетах изотерма сорбции метана углем задавалась соотношением (3) при значениях параметров сорбции а = 15 кг/м3, Ь = 0.1 ат1. Выбранные величины лежат в диапазоне реальных значений для сорбционных параметров угля.

Кроме того, поверхность проницаемости (3) задавалась соотношением

к = 10-

25 (1 -с)2-Q 25 (1 -с)

Q < 15

/ м

(10)

где с — напряжение, отнесенное к минимальному исходному горному давлению, при котором десорбции газа недостаточно для проявления проницаемости (0<с<1). Отметим, что максимальное значение проницаемости ктах достигается при с =0 и Q=0 и составляет 10-18м2, т.е. 10-3 мД.

При этом зависимость порогового значения сорбционной насыщенности угля Р* от напряженного состояния, задаваемого параметром ст , в соответствии с (10) имеет вид

О' = 25 (1 -ст)2. (11)

Что касается вида поверхности проницаемости и значений описывающих ее параметров для реального угля, то на сегодняшний день можно только делать о них в той или иной степени правдоподобные предположения, поскольку фактические данные практически отсутствуют. В связи с этим исключительно важными являются экспериментальные работы, направленные на построение и количественное описание этой поверхности для реального угля. Для проведения таких работ необходимо создание специальной аппаратуры и соответствующей методики. Тем не менее, некоторые общие соображения позволяют считать, что поверхность проницаемости имеет вид, приведенный на рис. 3, и качественно может описываться соотношением вида (10).

При расчетах параметров истечения газа в трещину гидроразрыва в рамках разработанного методологического подхода прослеживалось изменение во времени состояния и размеров проницаемой зоны в угольном пласте (0 < х < х), у которой левая граница х=0 соответствует поверхности трещины, правая х = х — подвижной границе проницаемой области. В начальный момент времени t=0 мгновенно создается обнажение и начинается процесс истечения газа из пласта в соответствии с закономерностями (4)-(8).

Параметры, определяющие состояние угольного пласта в начальный момент времени были равны соответственно: р=ро=50 ат, О=О0= 12.5 кг/м3, т = т0 = 0.03, а величина исходного напряжения в массиве ст (х), входящая в соотношение (10), варьировалась в пределах от 0 до 1. Кроме того, считалось, что в начальный момент времени часть массива, примыкающая к обнажению, частично разгружается от напряжений. В связи с этим было принято допущение, что в зоне разгрузки ст (х) линейно нарастает от нуля на обнажении, т.е. при х=0, до некоторой максимальной величины при х=0.5 м. Далее вглубь 322

массива по пласту (при х>0.5 м) реализуется заданное исходное напряженное состояние.

Важнейшим показателем является скорость газовыделения в скважину, выработку или трещину и характер ее изменение во времени. Этот показатель является практически единственным, поддающимся прямому замеру в натурных условиях. Именно сопоставление по этому показателю дает возможность в какой-то степени скорректировать значения исходных расчетных параметров задачи, прямое экспериментальное определение которых невозможно.

На рис. 3 в логарифмических координатах приведены зависимости от времени суммарного количества газа, вышедшего в свободное пространство трещины для некоторых выбранных значений а = 0.0, 0.1, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7.

Важно отметить, что при больших временах развития процесса суммарное газовыделение становится пропорциональным "а5, независимо от а .

Отметим тот факт, что определяющие параметры задачи были выбраны достаточно произвольно, хотя и находятся в допустимых пределах. При этом из рис. 3, отражающего накопленный

- У У У 0.0 Л, 0 25 0.4 .........................0 5 _.............................об

: у у / У У У У А ф

:

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

1 сут

Рис. 3

выход газа с 1 м2 поверхности трещины гидроразрыва, следует, что за одни сутки с этой поверхности, скажем при ст = 0.1, выходит ~0.7 м3 газа. При продуктивном интервале в 10 м и длине трещины гидроразрыва в 100 м это соответствует дебиту скважины ~1500 м3/сут, что вполне, в силу упомянутых неопределенностей в исходных данных, сопоставимо с реально наблюдаемыми дебитами.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузнецов C.B., Кригман Р.Н. Природная проницаемость угольных пластов и методы ее определения. — М.: Наука, 1978.

2. Каневская Р.Д. Математическое моделирование разработки месторождений нефти и газа с применением гидравлического разрыва пласта. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999.

3. Кузнецов C.B., Трофимов B.A. Анализ результатов измерения давления газа в угольных пластах в связи с проявлением проницаемости около скважин и горных выработок // ФТПРПИ. — 1998. — № 2.

4. Кузнецов C.B., Трофимов B.A. Природа и механизм формирования газопроницаемых зон в угольных пластах // ФТПРПИ. — 1999. — № 1.

5. Кузнецов C.B., Трофимов B.A. Основная задача теории фильтрации газа в угольных пластах // ФТПРПИ. — 1999. — № 5.

6. Кузнецов C.B., Трофимов B.A. Газодинамика угольного пласта. Численный алгоритм, частные и приближенные решения. Неделя горняка, МГГУ, 2008, — С. 304—324. ИЗШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Трофимов В.А. — Институт проблем комплексного освоения недр РАН, [email protected]

д

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.