газогенератор на твердом топливе для дегазации угольного пласта

Формула изобретения

Газогенератор для дегазации угольного пласта, включающий бронированные и небронированные трубчатые заряды из твердого топлива, размещенные на геофизическом кабеле, устройство воспламенения детонационного действия, содержащее взрывной патрон и детонирующий шнур, отличающийся тем, что устройство воспламенения детонационного действия размещено в каналах второго снизу и вышерасположенных бронированных зарядов, а в канале нижнего бронированного заряда установлено устройство воспламенения огневого действия в виде электровоспламенителя, соединенного последовательно с взрывным патроном на заданном от него расстоянии, при этом нижний торец газогенератора герметично закрыт заглушкой, причем кабель имеет несгораемое покрытие, обеспечивающее защиту его от термического воздействия продуктов горения зарядов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам силового воздействиям, использующим энергию газообразных продуктов горения твердого топлива для увеличения проницаемости и газоотдачи метаноносных и выбросоопасных угольных пластов. Оно может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа и других полезных ископаемых.

Известны газогенераторы (1, 2, 3, 4, 5), состоящие из гирлянды пороховых трубчатых или цилиндрических зарядов и устройств, инициирующих их горение. Образующиеся газообразные продукты горения создают в скважине импульсы давления продолжительностью до нескольких секунд и амплитудой, равной или превышающей горное давление, т.е. достаточные для развития природных и создания искусственных трещин.

Недостатками этих газогенераторов являются: низкая скорость нарастания давления, при которой происходит образование в пласте единичных, хотя и протяженных, трещин, т.е. нет равномерной обработки пласта, что так важно для осуществления дегазации угольного пласта; в процессе горения зарядов в условиях низкого гидростатического давления, что свойственно дегазационным скважинам, генератор под действием подъемной силы, создаваемой газообразными продуктами горения, перемещается вверх, что вызывает осложнения в скважине в виде прихватов геофизического кабеля, его деформации и обрыва и может привести к аварийным ситуациям.

Известен газогенератор, включающий бронированные и небронированные трубчатые заряды, состоящие из твердого топлива и размещенные на геофизическом кабеле, детонирующее устройство воспламенения зарядов, размещенное в канале нижнего заряда и включающее взрывной патрон, детонирующий шнур и заряд из смесевого топлива (6). Этот генератор взят нами в качестве прототипа предложенного генератора.

Этот генератор позволяет создать в пласте множество протяженных трещин и обеспечивать равномерный охват пласта трещиноватостью. Однако, как и вышеописанным газогенераторам, ему свойственно длительное горение и нежелательное и опасное перемещение вверх по скважине.

Задачей изобретения является создание многочисленных и протяженных трещин в угольном пласте в условиях низкого гидростатического давления и исключение перемещений работающего газогенератора вверх по скважине, что повышает эффективность воздействия.

Необходимый технический результат достигается тем, что газогенератор для дегазации угольного пласта включает бронированные и небронированные трубчатые заряды из твердого топлива, размещенные на геофизическом кабеле, устройство воспламенения детонационного действия, расположенное в каналах второго снизу и вышерасположенных бронированных зарядов и содержащее взрывной патрон и детонирующий шнур, а также устройство воспламенения огневого действия в виде электровоспламенителя, расположенного в канале нижнего бронированного заряда и соединенного последовательно с взрывным патроном на заданном от него расстоянии, при этом нижний торец газогенератора герметично закрыт заглушкой, причем кабель имеет несгораемое покрытие, обеспечивающее защиту его от термического воздействия продуктов горения зарядов.

На фиг.1 показан газогенератор для дегазации угольного пласта, и на фиг.2 - вид А-А на фиг.1; фиг.3 - вид Б-Б на фиг.1. Газогенератор состоит из небронированных трубчатых зарядов 1 и 2 из твердого топлива, расположенных в его верхней части, бронированных трубчатых зарядов 3 с аналогичным топливом, расположенных под небронированными зарядами, и комбинированной системы воспламенения зарядов. Генератор монтируется на геофизическом кабеле 4, проходящем через центральный канал зарядов, которые стягиваются посредством наконечников 5 и стопора 6. В качестве твердого топлива используют, например, смесевые пороха или смесевые составы типа ТКМ-60 (7), не относящиеся к классу взрывчатых веществ. Заряд 2 газогенератора выполнен многотрубчатым, что обеспечивает большую поверхность горения. Комбинированная система воспламенения зарядов расположена в центральном канале бронированных зарядов и состоит из устройства воспламенения детонационного действия, включающего взрывной патрон 7 и детонирующий шнур 8, проложенный вдоль кабеля от патрона до многотрубчатого заряда 2, и устройства воспламенения огневого действия в виде электровоспламенителя 9, который последовательно соединен с взрывным патроном. При этом электровоспламенитель установлен под устройством детонационного действия на заданном от него расстоянии, исключающем возможность воздействия продуктов детонации на воспламенение зарядов, расположенных ниже взрывного патрона, и обеспечивающем создание в центральном канале энергии газообразных продуктов горения, необходимой для предотвращения перемещения газогенератора вверх по скважине. Нижний торец газогенератора герметично закрыт заглушкой 10. Геофизический кабель имеет несгораемое защитное покрытие, обеспечивающее его защиту от термического воздействия высокотемпературных горячих газов, что позволяет извлекать из скважины несгоревшие металлические элементы газогенератора. В качестве защитного покрытия может быть использована, например, хлопчатобумажная изоляционная лента, проложенная путем нескольких проходов, которая пропитывается в скважине водой и не сгорает, обеспечивая сохранность кабеля.

Газогенератор работает следующим образом.

При обработке угольного пласта газогенератор опускают в скважину, заполненную жидкостью, в заданный интервал на геофизическом кабеле 4. Затем по кабелю подают электрический импульс на взрывной патрон 7 и электровоспламенитель 9, и они срабатывают одновременно. При срабатывании электровоспламенителя 9 процесс горения бронированного заряда 3 в интервале от нижнего торца генератора до взрывного патрона протекает послойно от поверхности центрального канала в сторону наружной поверхности, а газообразные продукты горения, истекая вверх по каналу, создают реактивную тяговую силу, которая удерживает газогенератор и геофизический кабель от перемещения вверх. За счет бронепокрытия толщина горящего свода этого заряда в два и более раз больше, чем у небронированных зарядов газогенератора, поэтому реактивная тяговая сила действует в течение всего времени горения зарядов газогенератора. При срабатывании взрывного патрона 7 детонирует шнур 8, от продуктов их детонации загорается верхняя часть бронированных зарядов 3. Горение этих зарядов происходит в режиме объемного горения, и они сгорают за 0,02-0,10 с, что позволяет создать высокую скорость нарастания импульса давления газов, равную 10⁴ МПа/с и более. Газообразные продукты горения зарядов 3, двигаясь вверх, поджигают с некоторой задержкой заряды 2 и затем 1. Горение многотрубчатых зарядов 2 происходит по всей наружной поверхности и внутри их каналов, а горение зарядов 1 - по наружной поверхности и поверхности центрального канала.

Под действием давления газообразных продуктов горения скважинная жидкость и газы проникают в пласт, раскрывая естественные и создавая новые трещины. При этом высокая скорость нарастания импульса давления обеспечивает зарождение множества трещин в пласте, а продолжительность эффективной части импульса давления увеличивает их протяженность. В результате формирования множества протяженных трещин площадь свободной поверхности пласта, через которую фильтруется газ (метан), увеличивается на несколько порядков по сравнению с обнаженной площадью пласта, вскрытой скважиной. Это позволяет повысить газоотдачу пласта.

Путем подбора количества различных типов зарядов и соответствующих расчетов задают амплитудно-временные параметры импульсов давления, создаваемых газообразными продуктами горения в скважине: максимальную величину давления, равную не менее величины горного давления в пласте, и продолжительность эффективной части импульса давления.

Как показали компьютерные расчеты, выполненные для условий залегания пластов на глубинах 200-1000 м, максимальное давление, создаваемое в скважине газогенератором, должно быть равным от 5 до 1,5 горного давления, в зависимости от глубины залегания пласта (от 200 до 1000 м и более соответственно). При указанных амплитудно-временных параметрах протяженность трещин при однократной обработке составляет 10-12 м (расчет для случая образовании 9 радиальных вертикальных трещин с раскрытием 3-6 мм).

По результатам экспериментальных работ, проведенных с газогенераторами в дегазационных скважинах и включавших последующие исследования в подземных горных выработках и лаве, установлено создание в угольном пласте многочисленных визуально наблюдаемых трещин протяженностью до 20-27 м, разупрочнение пласта в радиусе до 40-50 м, увеличение проницаемости пласта на 2-3 порядка и дебита метана в 20-30 раз.

Источники информации

1. Патент РФ № 933959, М.кл.³ E21B 43/26. Пороховой генератор давления для скважин. Беляев Б.М., Слиозберг Р.А. и др. Заявл. 06.11.1980; Опубл. 07.06.1982; Зарегистрировано 24.05.1995.

2. Чазов Г.А., Азаматов В.И. и др. Термогазохимическое воздействие на малодебитные и и осложненные скважины. М.: Недра, 1986.

3. Дуванов A.M., Гайворонский И.Н., Павленко Г.А.. Новое поколение пороховых газогенерирующих устройств для стимуляции скважин. НТВ "Каротажник", № 58, 1999, с.63.

4. Патент РФ № 2151282 по кл. МПК⁷ E21B 43/25 от 08.02.1999, Пелых Н.М. и др.

5. Сластунов С.В., Шилов А.А., Грибанов Н.И. Многотрещинный разрыв призабойной зоны пласта высокоэнергетическими носителями. ГИАБ. - М.: Изд. МГТУ, 2005, с.19-24.

6. Патент РФ № 2175059 по кл. МПК⁷ E21B 43/263 от 20.10.2001. Бюл. № 29, (прототип).

7. Дуванов A.M. Заряд газогенерирующий ЗКИ001. Технические условия ЗКИ001. 000ТУ, ООО «Стимул», 2003. - 12 с.