CC BY
28
Е.А. Дерновая, студ., МГГУ
Сейсмоакустический метод контроля эффективности дегазации методом гидрорасчленения пластов
ближайшие десятилетия иско-Впаемый уголь сохранит решающее значение как источник энергии и как сырье. Годовой объем добычи угля в мире непрерывно увеличивается, причем особое значение имеет добыча качественных углей за счет внедрения новой техники на базе разработки ресурсосберегающих технологий отработки углегазовых месторождений. В связи с этим увеличивается глубина разработки, возрастают газообильность и выбросоопас-ность пластов, пылеобразование, самовозгораемость угля, что сдерживает рост производительности труда и повышает затраты.
С учетом остаточной газоносности отбитого угля (2-5 м3/т) последний выделит в выработки 2030 м3/т газа (метана), что при суточной добыче 8000-10000 т составит 100-200 м3/мин. Для разжижения этого газа ( метана ) до допустимой концентрации 1%, в лаву необходимо подавать 20000 м3/мин воздуха (без учета неравномерности газовыделения). При существующем среднем сечении
призабойного пространства пот 2
рядка 3 м , скорость движения воздуха в лаве составит свыше 100 м/с, что более чем в 20 раз превышает допустимые нормы.
Одним из способов снижения газовыделений в атмосферу горных выработок является дегазация угленосной толщи.
Дегазация - принудительное извлечение газа из угленосной толщи инженерными средствами и удаление его, минуя атмосферу горных выработок, с целью создания безопасных и здоровых условий труда, добычи метана и повышение на этой основе техникоэкономических и социальноэкологических показателей уголь-
ных шахт.
В настоящее время инженерная дегазация является неотъемлемой частью технологии угледобычи для большинства угольных шахт. Удельный вес газовых шахт в мире составил более 80%. Доля шахт, имеющих метанообильность свыше 15 м3/т и отрабатывающих пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа также велика и составляет около 70%.
С увеличением глубины разработки и интенсификации горных работ метановыделение в горные выработки часто увеличивается настолько, что снизить концентрацию метана в выработках до допустимых норм одной вентиляций оказывается невозможным. Для этого в шахты требуется подавать очень большое количество воздуха, что приводит к превышению его допустимых скоростей движения в выработках и, как следствие, к увеличению их сечения.
Для шахт Воркуты характерны большая глубина ведения горных работ (до 1000 м), высокая газо-обильность (до 25,0 м3/мин) и большая протяженность сети горных выработок (свыше 100 км).
Анализ горно-геологических условий, данных геологоразведки и ряд других геолого-стратигра-фических особенностей, а так же, то обстоятельство, что на шахте “Комсомольская” производится доразведка запасов угля 2 горизонта, говорят о том, что поле шахты “Комсомольская” является первоочередным объектом для испытания ресурсосберегающей технологии заблаговременного извлечения (добычи) угольного метана в Воркуте.
Природная газоносность пластов на поле шахты “Комсомоль-
ская” составляет 22 - 26 м2/т.с.б.м.
Основная доля метана в газовом балансе выемочных участков поля шахты “Комсомольская” приходится на подрабатываемую и надрабатываемую угленосную толщу. Основными источниками газовыделения в атмосферу горных выработок пласта Пц являются угольные пласты П14+13+12,
Пт, П6, П1.
Дегазация скважинами из подземных выработок в условиях ведения горных работ недостаточна по времени, так как охватывает лишь отдельные пласты на небольших участках шахтного поля. Резкие колебания концентраций отсасываемой метановоздушной смеси затрудняет использование метана, а газопроводы в шахте становятся объектами повышенной опасности.
Практика показывает, что без активных воздействий на угольный пласт глубина дегазации в ряде случаев недостаточна. Особенно это сказывается при времени эксплуатации скважин менее трех лет. С целью интенсификации отбора метана, в особенности из сорбированного объема, требуются активные воздействия.
При заблаговрменной дегазации угольных пластов путем активных воздействий в подавляющем большинстве случаев реализуется режим гидорасчленения.
Технология гидрорасчленения основана на том, что при закачке рабочей жидкости в пласт с темпом, превышающим естественную его приемистость, происходит раскрытие и расширение естественных трещин экзогенного и эндогенного происхождения. Трещины постоянно соединяются в единую гидравлическую систему, ориентиро-
ванную к скважине.
Начало гидрорасчленения фиксируется индикаторной кривой в момент нарушения линейной зависимости ДР (ф
АР = Р - Р
АЛ1 1 з 1 пл >
где Рз - давление на забое скважины; Рпл - пластовое давление; q -темп закачки.
Процесс закачки рабочей жидкости при режиме гидрорасчленения продолжается до получения необходимого радиуса R или протяженности L раскрытых трещин. При этом давление на забое скважины будет нарастать, вследствие гидравлического сопротивления при продвижении жидкости вглубь пласта.
По окончании процесса гидрорасчленения рабочая жидкость продвигается в глубь пласта за счет физико-химических сил, а остаточная удаляется. В раскрытые и соединенные со скважиной трещины фильтруется газ, который в дальнейшем поступает в газопровод.
Важнейшей гидродинамической характеристикой скважины является ее приемистость, оцениваемая покоэффициенту приемистости:
q
Кп = ---- ,
АР
Гидрорасчленение - когда темп нагнетания текучего превосходит естественную приемистость пласта, что сопровождается раскрытием и расширением пластовых трещин ( экзогенных, эндогенных, эксплуатационных ).
Раскрытие и расширение трещин приводит к резкому увеличению гидропроводности пласта и значительному повышению Кп.
Пути движения жидкости при гидрорасчленении определяются морфологией пластовых трещин и
пор, текстурой пласта, распределением напряжений в пласте и вмещающих породах, проницаемостью пласта в различных направлениях от скважины, а также градиентами давления вдоль раскрываемых и расширяемых трещин и пор, и от стенок последних в глубь массива.
Ввиду определяющей роли морфологии трещин и пор, текстуры пласта, процесс гидрорасчленения в известном смысле является неуправляемым, поскольку текстура и структура пласта не всегда известны.
Эффективность гидрорасчленения оценивается по росту приемистости скважины. Важнейшей характеристикой результатов гидрорасчленения является “остаточная” приемистость скважин.
Контроль за эффективностью гидрорасчленения производится сейсмоакустическим методом. Этот метод позволяет с помощью сейсмоакустической аппаратуры делать измерения на больших базах. Излучение в массив производится одиночным механическим ударом, взрывом, электроискровым разрядом в жидкости или с помощью источников вибрационного, гармонического и шумового излучения.
В комплект сейсмоакустиче-ской переносной аппаратуры входят сейсмоприемники, блоки записи и воспроизведения, включающий электрический усилитель и регистратор. Совокупность перечисленных элементов аппаратуры называется сейсмоакустиче-ским каналом. В качестве сейсмоприемников используются приемники электродинамического и пьезоэлектрического типов.
Усилитель выполняет следующие операции: усиление электри-
ческих сигналов (в 104 - 107 раз), их частотную фильтрацию и автоматическое регулирование усиления. Частотная фильтрация обеспечивает усиление определенных частот. Регулирование усиления служит для повышения уровня малых сигналов и малого усиления больших сигналов, что необходимо для создания равного уровня для записи сейсмограмм. Такое регулирование расширяет динамический диапазон сейсмического канала.
Регистратор с разверткой осуществляет непрерывную фиксацию изменения величины и формы сигнала во времени. Роль регистратора выполняют: осциллографы с электронно-лучевой трубкой; светолучевые осциллографы с использованием фотографической, обычной или электротермической бумаги; магнитные регистраторы, представляющие собой многоканальные магнитофоны. Запись в виде непрерывных сигналов, получаемую с помощью двух последних регистраторов, относят к аналоговой. Магнитная запись может быть представлена и в цифровом виде, если непрерывные сигналы преобразуются в двоично-цифровой код. Для каждого малого дискретного промежутка времени, выделенного из непрерывного сигнала, определяется амплитуда в цифровой форме, которая записывается затем на магнитную пленку.
Магнитная запись позволяет многократно воспроизводить зарегистрированный сигнал с введением дополнительной фильтрации, суммировать несколько сигналов и т. д.
Сейсмоакустическая аппаратура применяется на практике с числом каналов 3, 6, 12 и 24.
© Е.А. Дерновая
7 $ 1999
67
