CC BY
14
УДК622.279.3:622.831.325.3
РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ И МЕТОДИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯМ В ДЕГАЗАЦИОННЫХ СКВАЖИНАХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Андрей Владимирович Патутин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, научный сотрудник, тел. (383)335-96-42, e-mail: andrey.patutin@gmail.com
В работе представлена методика измерения газоотдачи угольных пластов в дегазационных скважинах. Полученные данные могут использоваться для построения профиля притока газа и выявления интервалов интенсивного газовыделения, оценки пластового давления и проницаемости угольного пласта, определения радиуса влияния дегазационных скважин, необходимого для проектирования множественного направленного гидроразрыва с целью повышения дебита метана. Приведены разработанные технические решения измерений газоотдачи массива при контролируемом радиально-симметричном нагружении стенок скважины.
Ключевые слова: газоотдача, углепородный массив, метан угольных пластов, дегазационная скважина.
DEVELOPMENT OF TECHNICAL AND METHODOLOGICAL SOLUTIONS OF GAS FLOW MEASUREMENTS IN COAL SEAMS
Andrey V. Patutin
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasnyi av., Candidate of Physico-Mathematical Sciences, research associate, tel. (383)335-96-42, e-mail: andrey.patutin@gmail.com
The paper presents a method for measuring the gas recovery in coal degassing wells. The data obtained can be used to build the gas inflow profile and to identify intervals of intense gas release, for reservoir pressureand permeability of the coal seam estimation. Also the radius of the degasifi-cation wells influence required to increase the methane production rate with the help of hydraulic fracturing method may be evaluated. Developed technical solutions for measurement coal massif gas recovery with a controlled radially-symmetrical loading of the borehole walls are presented.
Key words: gas recovery, coal measure rock, coal methane, degassing well.
В настоящее время в мировой практике для эффективной дегазации угольных пластов широкое распространение получили технологии направленного бурения из подземных выработок [1]. Существующие данные подтверждают, что интенсивное газовыделение начинается сразу после начала проходки и растет по мере внедрения става вглубь массива [2]. Длина дегазационных скважин достигает нескольких сотен метров, при этом траектория скважины может проходить через зоны повышенной трещиноватости и пересекать опасные по суфлярам области в угольном пласте. В дополнение к этому, происходит значительное выделение метана, вызванное разрушением угля в процессе бурения. При существующих технических подходах невозможно определить области уг-
лепородного массива вдоль оси скважины с преимущественным типом метано-выделения; неясен вклад отдельных источников (суфляр, зона повышенной трещиноватости, разрушение угля) в общий дебет, фиксируемый на устье. Отсутствие подобной информации снижает эффективность разрабатываемых дегазационных схем, приводит к дополнительным затратам на пластовое бурение, повышает риски возникновения внезапных выбросов породы и газа при разработке месторождения.
Другой актуальной проблемой является получение достоверной информации о проницаемости углепородного массива. Проведение газодинамических исследований скважин и дальнейший анализ полученных зависимостей позволяет определять ряд параметров в газонасыщенных пластах, в том числе: пластовое и забойное давление на различных режимах, дебиты флюидов, продуктивность, свойства и характеристики коллектора. Данный подход широко используется при разработке традиционных газовых месторождений и адаптирован для оценки коллекторских свойств в горизонтальных скважинах.
Технологическая схема реализации метода индикаторных кривых в протяженной пластовой скважине включает герметизацию её определенного интервала с помощью пакеров и регулирование в нем давления газа с использованием управляемого дросселя на выходе пневматической линии из межпакерного интервала прибора для газо- и гидродинамических скважинных исследований.
В процессе измерений регистрируют зависимость выходного расхода газа от давления в исследуемом интервале скважины - так называемую индикаторную кривую. Порядок обработки данных газодинамических исследований методом индикаторных диаграмм следующий:
а) по результатам исследований строят индикаторную диаграмму - график зависимости Рпл - Рмш / Ог от выходного расхода газа О,-, где пластовое давление Рпл принимают равным значению стабилизации давления в закрытом межпакерном интервале ¡\тп при (),, = 0;
б) аппроксимируют полученный график прямолинейной зависимостью
вида
р 2 _ р 2
1 пл 1 мпи
(г
= а + Ь()г, (1)
где а, Ь - коэффициенты, подлежащие определению;
в) определяют максимальные выходные расходы газа при атмосферном давлении в исследуемом интервале скважины и при вакуумировании дегазаци-
онной скважины (( ' (давление в исследуемом интервале равно давлению в вакуумной дегазационной сети угледобывающей шахты РДЕГАЗ)
П(МАХ) _ +4Ь РпЛ~ РДЕГАЗ
- 2Ъ > ^
г) рассчитывают среднее значение пластового давления Рпл газа по формуле
Если полученное значение существенно отличается от значения пластового давления, использованного при построении графика индикаторной кривой (см. подпункт «а»), то полученное по формуле (3) среднее значение пластового давления используют для повторной обработки данных по указанной выше схеме.
Выходными данными измерений являются пластовое давление газа в зоне обильного газовыделения и ожидаемый дебит газа при подключении к дегазационной системе шахты.
Технологическая схема применения метода кривой восстановления давления включает герметизацию интервала скважины, его подключение к системе шахтной дегазации, а затем, после стабилизации давления в межпакерном интервале, изоляцию интервала и регистрацию в нем кривой восстановления давления.
В ходе проведенных теоретических исследований рассмотрено несколько технических решений реализации измерения газоотдачи углепородного массива в протяженных пластовых скважинах. Особенностью выбранных решений является их соответствие с достигнутыми раннее результатами, в том числе возможность проведения исследований при контролируемом радиально-симметричном нагружении стенок межпакерного интервала, а также применение роботизированной системы доставки в скважину прибора и сплошных гибких линий для подсоединения устройства к оборудованию, устанавливаемому в горной выработке [3]. Это многократно повышает функциональность измерений, снижает стоимость и трудозатраты на их выполнение.
На рис. 1 приведена схема трехпакерного устройства для проведения скважинных исследований. К отличительным характеристикам устройства относятся следующие:
а) три пакерных оболочки, из которых крайние используются для герметизации интервала газодинамических исследований, а центральная - для радиаль-но симметричного его нагружения;
б) одна из крайних пакерных оболочек является подвижной относительно других, что вместе с гидравлическим цилиндром хода обеспечивает самоходное передвижение прибора по стволу скважины.
Приведенные технические решения прибора для скважинных измерений газоотдачи, фильтрационных свойств и температуры углепородного массива обеспечивают его работу в двух режимах: самостоятельное передвижение в скважине к интервалу проведения измерений и непосредственное проведение измерений. К преимуществам трехпакерной схемы можно отнести две линии связи с пультом управления, а также возможность радиально симметричного нагружения стенок скважины в средней части изолированного интервала.
(3)
Рис. 1. Схема трехпакерного скважинного прибора для измерений газоотдачи при контролируемом радиальном воздействии на массив:
1 - крайняя пакерная оболочка, закрепленная на штоке цилиндра хода; 2 - центральная пакерная оболочка, закрепленная на штоке цилиндра хода; 3 - крайняя пакерная оболочка, закрепленная на цилиндре хода; 4 - гидравлический цилиндр хода; 5 - поршень цилиндра хода, соединенный со штоком; 6 - межпакерный (тестируемый) интервал скважины; 7 - шток цилиндра хода; 8 - газовая пружина; 9 - клапанная коробка; X- закрепленный конец пакерной оболочки; • - подвижный конец пакерной оболочки, герметично скользящий по штоку цилиндра хода; Л1, Л2 - линии соединения скважинного прибора с оборудованием, устанавливаемым в горной выработке
Разработанный подход измерения газоотдачи угольных пластов в шахтных условиях и технические решения его реализации позволяют проводить последовательные замеры пластового давления и оценивать дебет газа при контролируемом воздействии на углепородный массив на значительном удалении от выработки.
Работа выполнена в Институте горного дела СО РАН и поддержана Министерством образования и науки РФ в рамках проекта RFMEFI60414X0096.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Hungerford F., Ren T., Aziz N. Evolution and application of in-seam drilling for gas drainage // International Journal of Mining Science and Technology. - 2013. -Vol. 23.- P.543-553.
2. Шевченко Л.А. Газодинамические процессы в зонах влияния дегазационных скважин большой длины // III Международная научно-практическая конференция «Современные тенденции и инновации в науке и производстве», Междуреченск. - 2014. - С. 98-99.
3. Патутин А.В., Дегтярева Н.В., ШиловаТ.В., ЧечуроваР.Д., СердюковС.В.Комплекс методических и технических средств поперечного гидроразрыва в дегазационных скважинах // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. - 2015. - №2. - С. 339-343.
© А. В. Патутин, 2016
