Сластунов С.В., Мазаник Е.В.,

Понизов А.В., Сметанин В.С.

Разработка усовершенствованной технологии подземного гидроразрыва угольного пласта для его эффективной предварительной дегазации

Вопросам разработки эффективных технологий подземной пластовой дегазации (ППД) были посвящены работы Сергеева И.В., Забурдяева В.С., Устинова Н.И., Айруни А.Т., Преображенской Е.И., Садчикова В.А., Полевщикова Г.Я. и многих других специалистов. В этом направлении ведутся научные работы и в настоящий период [1,2].

Целью применения разработанной и испытанной в шахтных условиях технологии подземного гидроразрыва (ПодзГРП) является интенсификация метаноотдачи угольного пласта с низкой проницаемостью. Усовершенствованная по ряду основных технологических параметров технология подземного гидроразрыва из подготовительных пластовых выработок была апробирована и испытана на шахте им. Кирова АО «СУЭК-Кузбасс» в ходе поисковых экспериментальных работ, сущность которых заключалась в нагнетании рабочей жидкости в пласт под большим давлением (до 21,5 МПа и более) в установленном режиме для создания сети техногенных трещин с целью улучшения коллекторских свойств дегазируемого угольного пласта.

Главное преимущество испытанного способа гидроразрыва угольного пласта перед аналогами является простота и надежность технической реализации. В данном случае не требуется применение дорогостоящего или уникального специального оборудования (пакеров, герметизаторов различных конструкций и других устройств). Закачка рабочей жидкости гидроразрыва ведется с использованием маслостанции с темпом нагнетания до 10 л/с [3].

Эффективность новой усовершенствованной технологии подземного гидроразрыва достигается на стадии ППД повышенным съемом метана скважинами гидроразрыва и пластовыми скважинами, функционирующими в зоне влияния скважин гидроразрыва, что приводит к снижению газообильности лавы в зонах влияния скважин ПодзГРП.

Первый этап работ для определения работоспособности и эффективности разработанной схемы подземного гидроразрыва проводился на скважинах ПодзГРП-1-12 (рисунок 1), пробуренных из вентиляционной и конвейерной печи на выемочном участке 24-58 на глубину 35,5 метров диаметром 130 мм. При обсадке скважины периодически велась ее промывка для удаления бурового штыба. Герметизация скважины была проведена шахтиклеем по специальной технологии. На следующем этапе работ скважины разбуривались на проектное значение 2 ÷ 20 метров штангами диаметром 40 мм. Осуществлялся начальный замер дебита смеси из скважин, после чего производился гидроразрыв пласта в соответствии с утвержденными технологическими документами, включающими в себя проектные параметры закачки рабочей жидкости (удельный темп, объем закачки рабочей жидкости и др.).

Рисунок 1 – расположение скважин ПодзГРП на выемочном участке 24-58.

Закачка рабочей жидкости в пласт велась циклически, что в первую очередь, связано с технологическими возможностями насоса для нагнетания рабочей жидкости в пласт. После завершения процесса циклического гидроразрыва и монтажа газопровода скважины ПодзГРП-1-6 подключаются к последнему и осуществляется оценка эффективности проведенных работ по динамике дебитов метана и суммарному съему газа за весь период ППД как непосредственно из скважины ПодзГРП, так и из типовых пластовых скважин, пробуренных после гидроразрыва в зоне его влияния согласно паспорту дегазационных работ.

Представленный на рисунке 2 график выхода на режим, типичный для всех скважин №1-12, позволил сделать предварительный вывод об имевшем место характере режима закачки рабочей жидкости в угольный пласт «Болдыревский», который может быть идентифицирован как поэтапный циклический гидроразрыв.

Рисунок 2 - Выход на режим – график изменения давления во время закачки рабочей жидкости в пласт в ходе проведения ПодзГРП на скважине №2 пласта Болдыревский

Глубина залегания обработанного пласта «Болдыревский» в зонах ПодзГРП составляла 425 ÷ 466 метров. Максимальное давление нагнетания рабочей жидкости в пласт изменялось в диапазоне 16,0 ÷ 21,5 МПа. Объем закачки рабочей жидкости составлял 5÷20 м³.

Герметизация скважины надежно изолировала скважины ПодзГРП от подготовительных выработок. В результате проведенных работ было достоверно установлено, что на выемочном участке 24-58 на указанной глубине залегания пласта «Болдыревский» величина пластового (газового) давления в не разгруженном от горного давления пласте составляет 32÷33 бар. На этой величине стабилизировался рост давления газа в закрытых нормально (без отклонений) функционирующих после гидроразрыва скважинах ПодзГРП.

Схема расположения скважин ПодзГРП и типовых пластовых скважин ППД для иллюстрации методического подхода к предварительной оценке эффективности исследуемой технологии в части увеличения дебитов метана из подземных скважин пластовой дегазации в зоне ПодзГРП приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема расположения скважин ПодзГРП и типовых пластовых скважин ППД для оценки эффективности усовершенствованной технологии подземного гидроразрыва

На рисунке 4 схематично представлены результаты замеров дебитов метана из скважин ППД в зоне и вне зоны ПодзГРП (по оси абсцисс отложены порядковые номера замеров, которые проводились 2 раза в неделю, синяя линия относится к дебитам в зоне ГРП, красная – зоны сравнения).

Наблюдения показали, что средний дебит метана из 30 скважин ППД в зоне влияния скважин ПодзГРП в начальный период исследований был многократно выше аналогичного показателя в сравниваемой зоне, где ПодзГРП не проводилось, что однозначно подтверждает фактическую реализацию процесса гидроразрыва пласта с существенным повышением проницаемости последнего.

Установлено, что дебиты метана из скважин ППД в первые 6 месяцев эксплуатации в зонах влияния скважин ПодзГРП в 2-3 раза выше, чем вне их, что подтверждает достаточно высокую эффективность разработанного способа.

Рисунок 4 - Дебиты метана в скважинах ППД в зоне ПодзГРП и в зоне сравнения

На рисунке 1 было представлено расположение скважин ПодзГРП на выемочном участке 24-58 и выделены зоны ответственности разработанной технологии ПодзГРП (выделено на рисунке красным цветом) и зоны сравнения, где гидроразрыв перед ППД не применялся (выделено на рисунке синим цветом). Основная оценка эффективности технологии ПодзГРП осуществлялась в процессе ведения очистных работ лавой 24-58.

Сравнение параметров работы очистного забоя в зоне ГРП и зоне сравнения приведено в таблице.

Таблица - Сравнение параметров работы очистного забоя в зоне ГРП

и зоне сравнения

Показатели	Ед. изм.	Значения	Зона сравнения (№1+№2+№3)	Зона ГРП (№1+№2)	∆, %
Относительная газообильность	м^3/т	max	1,37	0,84	39
		среднее	1,14	0,80	30
Остановки на проветривание за сутки	мин/сут	max	129,9	71,52	45
		среднее	122,39	71,45	42
Абсолютная газообильность	м^3/мин	max	8,88	7,81	12
		среднее	8,29	7,29	12
Добыча суточная	т/сут	max	13007,14	13350	3
		среднее	10747,16	13037,07	21

Установлено, что среднее значение относительной газообильности очистного забоя снижено на 30%, добыча в среднем повышена на 20 %, а продолжительность остановок добычной техники по фактору проветривания уменьшились более, чем на 40%, что позволяет положительно оценивать перспективы дальнейшего практического применения разработанного способа.

Литература

1. Сластунов С.В., Мазаник Е.В., Ермак Г.П. Разработка новых технологических решений в области дегазации высокогазоносных угольных пластов. Труды международного научного симпозиума «Неделя Горняка – 2017», ГИАБ, СВ №1, 2017, с.154-164.

2. Сластунов С.В., Ютяев Е.П., Обоснованный выбор технологии пластовой дегазации для обеспечения безопасности подземных горных работ при интенсивной добыче угля. С.-Петербург, Записки горного института, т.223, 2017. С.125-130.

3. Сластунов С. В., Каркашадзе Г. Г., Ютяев Е. П., Мазаник Е. В. Подготовка газоносного угольного пласта к безопасной отработке. Горный журнал, №10,  2016,с.88-91