Обоснование параметров синхронного направленного гидроразрыва для интенсификации дегазации угольного пласта

• Автор: Патутин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ МЕТОДОМ ГИДРОРАЗРЫВА
1.1 Проблема метана угольных пластов и технологические схемы дегазации углепородного массива
1.2 Пути интенсификации дегазации с помощью метода гидроразрыва
1.3 Технические решения ГРП
Выводы
2 ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ПРИ НАЛИЧИИ СИСТЕМЫ ТРЕЩИН ГИДРОРАЗРЫВА
2.1 Построение модели углепородного массива
2.2 Оценка области дренирования с помощью дегазационного теста
2.3 Влияние трещин разрыва на напряженное состояние углепородного массива
2.4 Анализ полученных результатов
Выводы
3 РАЗРАБОТКА СПОСОБА СИНХРОННОГО НАПРАВЛЕННОГО ГИДРОРАЗРЫВА В ШАХТНЫХ УСЛОВИЯХ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
3.1 Разработка способа синхронного направленного гидроразрыва
3.1.1 Синхронный разрыв системы параллельных скважин
3.1.2 Исследование свойств жидкости разрыва на основе пеногеля
3.2 Разработка технических решений по скважинному оборудованию шахтного гидроразрыва
3.3 Стендовые и лабораторные испытания разработанных элементов
3.3.1 Оборудование для проведения гидроразрыва
3.3.2 Лабораторные исследования свойств пеногеля
Выводы

4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ДЕГАЗАЦИОННЫХ СКВАЖИН С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОННОГО НАПРАВЛЕННОГО ГИДРОРАЗРЫВА И ПЕНОГЕЛЕЙ В КАЧЕСТВЕ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ
4.1 Расчет системы дегазационных скважин
4.1.1 Моделирование углепородного массива
4.1.2 Методика проведения дегазационного теста
4.1.3 Оценка газоотдачи углепородного массива
4.1.4 Расчет системы скважин синхронного направленного гидроразрыва
4.2 Порядок проектирования синхронного направленного гидроразрыва
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Современное состояние подземной добычи угля характеризуется ростом глубины, газоносности и выбросоопасности разрабатываемых пластов. Увеличивается роль предварительной дегазации угля, от эффективности которой зависят безопасность и производительность подземных работ.
Основным методом интенсификации дегазации углепородного массива, не затронутого процессом разработки, является его гидроразрыв. Увеличение проницаемости пласта получают за счет образования трещин.
Одной из проблем шахтного гидроразрыва является неуправляемое развитие трещин, высокая вероятность их выхода в борта горных выработок и подсоса воздуха в дегазационные скважины. Это приводит к снижению депрессии в зоне дегазации и концентрации метана в извлекаемой газовой смеси, что усложняет его последующую утилизацию.
Другой проблемой является выполнение разрыва горных пород водой, что приводит к их обводнению, долговременному блокированию фильтрации газа, и не позволяет в полной мере использовать возможности гидроразрыва для увеличения продуктивности дегазационных скважин.
Актуальность представленной работы обусловлена необходимостью повышения эффективности предварительной дегазации угольных пластов методом гидроразрыва, в том числе, за счёт управления конфигурацией трещин и применения рабочих жидкостей гидроразрыва с малым отрицательным воздействием на газовую проницаемость пород.
Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2007-2013 годы» по теме «Проведение исследований и разработка прототипа экологически безопасной технологии добычи метана из угольных пластов и подстилающих горных пород в шахтных условиях» (государственный контракт № 16.515.1 1.5035) и Федеральной

Из таблицы 1.3 следует, что в тех случаях, когда минимальное сжатие угольного пласта имеет горизонтальную ориентацию, горизонтальный продольный разрыв (или в более общем случае, разрыв в плоскости угольного пласта) имеет ряд преимуществ, главное из которых связано с максимальным числом пересекаемых вертикальных естественных трещин и с максимальной вероятностью вскрытия разрывом нарушенных зон угольного пласта, склонных к проявлению газодинамических явлений. Однако, формирование такого разрыва является энергетически невыгодным процессом и требует применения специальных технологий его производства, которые нуждаются в отдельных исследованиях.
К сожалению, в отечественных разработках способов интенсификации дегазации и добычи углеметана, основанных на использовании ГРП, напряженному состоянию угольных пластов внимания практически не уделяется. Не используются и технологии определения НДС массива, основанные на предварительном минигидроразрыве угольного пласта, являющиеся обязательными при выполнении ГРП нефтегазовых песчаников. В отечественных информационных источниках найдено крайне мало упоминаний об измерениях напряжений в угольных пластах и вмещающих породах, хотя в мире такие работы распространены.
Многочисленные отечественные патенты устройств гидроразрыва, например [79-86], демонстрируют разнообразные идеи, в т.ч. превышающие идейный уровень импортных разработок, на фоне отсутствия технических решений, доведенных до серийного выпуска. Анализ патентной информации показал, что для создания направленных трещин применяют следующие методы:
^ориентированную перфорацию в обсаженных скважинах, например, кольцевую для создания поперечных трещин и ориентированную щелевую для создания продольных трещин;
2) инициирующие щели в необсаженных скважинах, прорезанные механическим или струйным щелеобразователем в породе на стенках