способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов через скважины

Формула изобретения

Способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов через скважины, включающий создание трещин в угольном пласте посредством циклического увеличения и снижения давления жидкости в скважине и воздействие на пласт низкочастотными импульсами давления высокой амплитуды при увеличении давления жидкости в скважине, отличающийся тем, что циклически увеличивают давление жидкости в скважине выше предела упругости разрушаемого массива, одновременно контролируют, чтобы максимальные значения напряжений, создаваемых в угольном пласте, были ниже предела прочности разрушаемого массива.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации угольных пластов с целью повышения безопасности работ в шахтах, а также для добычи метана из угольных пластов через скважины, пробуренные с поверхности или из горных выработок.

Известен способ гидроразмыва горных пород (Патент № 2014457, опубл. 1994.06.15) путем подачи прерывистой струи жидкости под давлением, причем прерывание струи жидкости осуществляют с частотой, равной резонансной частоте колебаний разрабатываемых пород.

Однако размыв породы пульсирующей струей жидкости осуществляется только в непосредственной близости от призабойной зоны, создание трещин в толще пласта возможно при генерации колебаний и их передаче по плотным твердой и жидкой фазам пласта.

Известен способ гидравлической обработки угольного пласта (Патент № 2188322, опубл. 2002.08.27), включающий нагнетание рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения с последующим сбросом устьевого давления жидкости до атмосферного, гидравлические удары создают при свободном истечении жидкости из скважины, циклически перекрывая поток.

Однако применение способа способствует созданию трещин за счет применения постоянного давления, а также гидравлических ударов при свободном истечении жидкости из скважины с образованием трещин, невозможна регулировка мощности гидроудара, количество циклов гидроударов ограничено давлением жидкости в плате, созданном при гидрорасчленении.

Известен способ гидравлической обработки угольного пласта (Патент № 2298650, опубл. 2007.05.10), который включает закачку жидкости в пласт в фильтрационном режиме, затем создание гидравлических ударов при сбросе устьевого давления жидкости до атмосферного с последующим истечением жидкости из скважины и с одновременным накоплением гидравлической энергии потока, создаваемого нагнетательным насосом, для гидравлической дезинтеграции пласта по направлениям образованных трещин. Эти процессы повторяют до образования в пластах проектных площадей гидрообработки вокруг скважины.

Однако применение способа способствует созданию кратковременных гидравлических ударов с образованием трещин при сбросе устьевого давления, не используются механизмы импульсного воздействия для развития длины трещин. При приложении значительной энергии гидроудара в обрабатываемом угольном пласте возможно возникновение напряжений, вызывающих образование переизмельченной массы, которая при следующих циклах может оказывать негативное влияние на процесс обработки.

Известен способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов (Патент № 2343275, опубл. 2009.01.10), принятый за прототип, включающий создание полости в угольном пласте посредством циклического увеличения и снижения давления жидкости в скважине и воздействие на пласт низкочастотными импульсами давления высокой амплитуды при увеличении давления жидкости в скважине.

Однако при приложении медленно нарастающего давления обычно формируется одиночная трещина, развивающаяся в зоне наименьшей прочности. При снятии давления трещина смыкается, препятствуя увеличению проницаемости пласта. При значительной амплитуде давлений возможно возникновение напряжений в угольном пласте, вызывающих образование переизмельченной массы, которая при следующих циклах может оказывать негативное влияние на процесс обработки.

Техническим результатом изобретения является развитие сети трещин пласта вокруг скважины за счет импульсов давления, амплитуда которых достаточна для создания сети расходящихся трещин, но недостаточна для хрупкого разрушения угольного пласта с образованием штыба, засоряющего образуемые трещины.

Технический результат достигается тем, что применяя способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов через скважины, включающий создание трещин в угольном пласте посредством циклического увеличения и снижения давления жидкости в скважине и воздействие на пласт низкочастотными импульсами давления высокой амплитуды при увеличении давления жидкости в скважине, циклически увеличивают давление жидкости в скважине выше предела упругости разрушаемого массива, одновременно контролируют, чтобы максимальные значения напряжений, создаваемых в угольном пласте, были ниже предела прочности разрушаемого массива.

Такой способ позволяет периодическими гидроударами создавать и развивать трещины угольного пласта, причем остаточная деформация трещин позволяет не применять проппант для их закрепления, а напряжения ниже предела прочности не разрушают уголь до состояния штыба.

Способ реализуют следующим образом. На устье скважины устанавливают вентили, первый из которых (вентиль излива) соединяет скважину со сливной емкостью, второй (вентиль долива) - с насосным агрегатом. Вентили имеют конструкцию, позволяющую их открывать и закрывать в течение малого временного периода, например, с применением пневматического привода.

При закрытом вентиле слива жидкости открывают вентиль долива. Подача в скважину жидкости способствует поддержанию на устье высокого давления. Быстрое повышение давления на устье скважины приводит в движение массу скважинной жидкости, которая при достижении зумпфа создает гидроудар с повышением давления в образующихся трещинах пласта. Под влиянием давления трещины пласта расширяются.

После наполнения и максимального расширения трещин пласта в прискважинной зоне закрывают вентиль долива и открывают вентиль излива. Скважинная жидкость начинает изливаться в сливную емкость, давление жидкости на устье падает до атмосферного, формируется волна разрежения, которая перемещается от устья к забою скважины и формирует в призабойной зоне импульс депрессии. Трещины пласта смыкаются. После излива порции скважинной жидкости повторяют операции закачки жидкости для наполнения и расширения трещин пласта и ее повторного излива.

Давление гидроудара пропорционально скорости движения центра масс скважинной жидкости. Длительность и величину прикладываемого давления выбирают с учетом физических свойств пласта и технологических условий, а также с учетом предела упругости и предела прочности разрушаемого массива.

Максимальное значение давления гидроудара должно быть выше горного давления и напряжение, создаваемое в пласте, выше предела упругости разрушаемого массива. Если максимальное напряжение в пласте выше предела упругости, то при смыкании трещин проявляется остаточная деформация фрагментов пласта. При остаточной деформации трещины пласта смыкаются неполностью, вследствие чего возможно исключение операции закрепления трещин проппантом.

Если максимальное напряжение в пласте ниже предела прочности разрушаемого массива, то развитие трещин происходит не за счет хрупкого разрушения, а только за счет усталостного разрушения пласта. В этом случае развитие трещин не сопровождается образованием большого количества угольного штыба, засоряющего образуемые трещины и снижающие показатели качества добываемого угля.

Периодическое возвратно-поступательное перемещение массы жидкости через прискважинную зону пласта способствует ее размыву, а также развитию существующих трещин, что способствует увеличению проницаемости.