Технология расчления вспенивающимися растворами Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

скважин с поверхности. В настоящее время эти работы наиболее широко применяются в Карагандинском угольном бассейне.

На полигоне УСШМД - МГГУ в г. Шах-тинске за последние 5 лет прошли широкое испытание новые технологии извлечения метана на полях шахт им. Ленина и «Казахстанская»:

• с использованием кавернообразова-ния в призабойной зоне скважин и циклическими пневмогидроимпульсными воздействиями;

• воздействие в режиме кавитации с использованием геоэнергии газонасыщенного угленосного массива;

• воздействие с использованием вспенивающихся жидкостей и углекислого газа и ряд других.

В настоящее время на поле шахты «Комсомольская» пробурено 3 скважины на глубину 1100 м. Вскрыты особо опасные пласты «Четвертый» и «Тройной». Проведены первые этапы работ по гидроимпульсной обработке при-скважинной зоны с использованием пороховых генераторов давления и гидродинамическому воздействию в режиме

фильтрации, выполнена оценка эффективности работ путем гидродинамических испытаний по утвержденным методикам. Получено подтверждение эффективности воздействия по

раскрытию начальной сети трещин. Проведен основной этап работ по гидродинамическому воздействию на свиту пластов. В настоящее время готовится этап работ по освоению и эксплуатации обработанных скважин.

Реализация в полном объеме технических решений, утвержденных руководством ОАО «Воркутауголь», позволит увеличить в зоне обработки трех скважин нагрузку на очистной забой лав 412-Ю и 512-Ю в 1,8 - 2,2 раза, что с учетом прямого дохода от продажи метана за вычетом капитальных затрат составит 2,45 млн долл. США (расчет техникоэкономического эффекта составлен на основании фактических данных первого этапа работ).

Научно-методическое руководство работ осуществляется Московским государственным горным университетом, реализация работ - экспедицией «Печоруглеразведка».

Программой предварительного этапа работ на стадии предпроектной подготовки масштабных экспериментальных работ на первоочередных объектах по добыче угольного метана предусматривается бурение, обработка, освоение и эксплуатация 6^10 скважин на двух шахтных полях Воркутин-ского месторождения.

— Коротко об авторах

Пучков Лев Александрович - чл.-корр. РАН, ректор Московского государственного горного университета. Сластунов Сергей Викторович - профессор, доктор технических наук, проректор по научной работе Московского государственного горного университета.

Агарков А.В. - Экспедиция «Печоруглеразведка» ОАО «Воркутауголь».

----------------------------------------------------- © С.В. Сластунов, К. С. Коликов,

М. В. Шмидт, 2004

УДК 622.765.061

С.В. Сластунов, К.С. Коликов, М.В. Шмидт ТЕХНОЛОГИЯ РАСЧЛЕНИЯ ВСПЕНИВАЮЩИМИСЯ РАСТВОРАМИ

Семинар № 5

Гехнология расчленения вспенивающимися жидкостями [1] основана на реакции взаимодействия растворов сильных кислот и веществ, содержащих группы С03 или НС03 с бурным выделением углекислого газа, причем реакция химического взаимодействия этих веществ происходит внутри раскрываемых трещин и осуществляется непосредственно в процессе закачки рабочего агента в расчленяемый угольный пласт.

При обосновании новой технологии исследована динамика выделения газа при взаимодействии растворов кислот с различными веществами на специальном стенде, состоящего из мерного сосуда с водой, соединенного шлангом с емкостью. Сосуд так же имел отводную трубку, через которую происходит сброс жидкости при ее вытеснении газом, выделяющимся при взаимодействии реагентов в емкости. При исследованиях в емкость помещали необходимый объем воды и добавляли навеску солей. Затем емкость герметично соединяли шлангом с мерным сосудом. В шприц вводили необходимое количество кислоты и в момент времени ^ вводили кислоту в емкость. В процессе протекания реакции взаимодействия емкость перемешивалась. Через определенные промежутки времени с помощью мерного сосуда производили измерения объема выделившегося газа, по результатам которых строилась динамика газовыделения углекислого газа.

Исследования динамики выделения углекислого газа в процессе реакции сильной кислоты с растворами различных веществ, содержащих группу С03 и НС03 показали, что основное количество углекислого газа образуется в течение первых 1-2 минут после смешивания реагентов. Таким образом, газовыделение С02 при

закачке раствора в скважину определяется темпом закачки. В соответствии с исследованиями взаимодействия продуктов реакции с угольным пластом для промышленного использования эффекта вспенивания в процессе гидрообработки пласта были выбраны соляная кислота и пищевая сода, реагирующие по схеме 2НСЬ + №2ТО3 = 2№^ + Н2С03 Н2С03 ^ Н20 + СО2.

Расчеты показывают, что при концентрации раствора закачиваемой соды пищевой 300 г/л и темпе закачки 80 л/с, темп выделения С02 непосредственно внутри раскрываемых в периферийной части зоны воздействия трещин составит 6400 л/с, что при давлении агентов в расчленяемом массиве в 10-20 МПа составит 32-64 л/с сжатого газа. Реальный темп внедрения рабочих агентов в массиве может быть увеличен в 1,5-1,8 раз. Кроме того, за счет насыщения углекислым газом рабочая жидкость приобретает свойство сжимаемости, что повышает реализацию потенциальной энергии.

Гидрорасчленение вспенивающимися растворами и химически активными газами (С02) произведено в период с 19 по 26 июля 2002 г. через скважину ГРП-30 на поле шахты «Казахстанская» по пласту д6. Согласно проекта работы велись в следующей последовательности:

1.Гидрорасчленение водой. Гидрорасчленение проведено 19 июля при одновременной работе 78 агрегатов УН-1 630/700. Темп нагнетания воды составлял 84-63 л/с при среднем давлении на устье скважины 15,5 МПа. Объем закачанной воды соответствует проектному и составляет 3000 м3.

2.1.Закачка кислоты: 25 июля закачку первой порции соляной кислоты производили кислотным агрегатом. При этом в скважину за 4 часа было закачано 7,5 т соляной кислоты (6,2 м3). Закачку второй порции соляной кислоты в таком же объеме

Рис. 1. Изменение давления на устье скважины ГРП-30 ш. «Казахстанская:

1 - при гидрорасчленении; 2 - при расчленении вспенивающимся раствором

произвели 26 июля при совместной работе кислотного агрегата и агрегата УН-1 630/700, что позволило сократить время нагнетания порции соляной кислоты до 40-50 мин. После каждого из циклов в скважину было подано по 1,5-2 м3 воды. Всего в скважину закачано 15 т соляной кислот при давлении около 4 МПа.

2.2. Закачка раствора соды. Приготовление содового раствора выполнено в емкости объемом 24 м3. Общее количество соды соответствовало проекту и составило 10 т. Подачу раствора соды в став осуществляли двумя кислотными агрегатами, а закачку раствора соды в скважину ГРП-30 производили при одновременной работе 7-8 агрегатов УН-1 630/700. Температурные характеристики раствора соды соответствовали проектным (Т = 32-34 0С). После раствора соды в скважину без перерыва было дополнительно подано 1000 м3 воды. При темпе закачки 96-84 л/с, максимальная концентрация раствора соды составляла 300 г/л, а давление на устье скважины в процессе его закачки составляло 20,0 МПа. При переходе к закачке воды и тех же темпах давление на устье скважины снизилось до 15,0 МПа.

Взаимосвязь темпа нагнетания рабочих агентов и давления на устье скважины иллюстрирует рис. 1. Расчеты показывают, что при концентрации раствора закачиваемой соды пищевой 300 г/л и темпе закачки 80 л/с, темп выделения С02 непосредственно внутри раскрываемых в периферийной части зоны воздействия трещин составит 6400 л/с, что при давлении агентов в расчленяемом массиве в 20 МПа составит 32 л/с сжатого газа. Общее количество углекислого газа, образовавшегося в процессе реакции соды с соляной кислотой оценивается в 2670 м3. При фактических параметрах нагнетания раствора соды в скважину ГРП-30, реальный максимальный темп внедре-

Рис. 2. Дебит метана из скважин ГРП

ния рабочих агентов в угольный массив составил 128 л/с, а средний темп их внедрения в течение 30-50 минут составил около 102-110 л/с. После окончания процесса скважина была оставлена закрытой до падения давления до уровня 2 МПа, а спустя один месяц было начато освоение сформированного техногенного коллектора с откачкой рабочей жидкости станком-качалкой.

В отличие от других скважин гидрорасчленения с самого начала освоения на скважине ГРП-30 наблюдается высокий пульсирующий дебит метана, в среднем составляющий 0,55-0,70 м3/мин (рис. 2).

Достигнутая на скважине ГРП-30 эффективность извлечения метана из техногенного коллектора, сформированного при гидрорасчленении угольного пласта вспенивающимся раствором, позволяет рекомендовать этот способ как один из базовых вариантов технологий заблаговременной дегазационной подготовки разрабатываемых и добычи метана из неразрабатываемых угольных пластов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Предварительный патент РК №11340. Способ дегазации и добычи метана из угольного пласта / М.В.Шмидт, С.В.Сластунов, К.С. Коликов - Опубл. в бюл.№3, 2002 г.

__ Коротко об авторах

Сластунов Сергей Викторович - профессор, доктор технических наук, проректор по научной работе, Коликов Константин Сергеевич — доктор технических наук, доцент,

Московский государственный горный университет.

Шмидт М.В. — кандидат технических наук, НТЦ «Комир».

~ © В.А. Сысенко, 2004

УДК 622.234.5 В.А. Сысенко