Технические науки/ 10. Горное дело

д.т.н. Н.А. Дрижд¹, к.т.н. Ф.А. Муллагалиев², Е.Е. Акбаров²,

докторант Д.Р. Ахматнуров¹, докторант Р.А. Мусин¹

Карагандинский Государственный Технический Университет¹

ТОО «Industrial Energy Alliance»²

Испытание технологии добычи метана бурением скважины с поверхности по угольному пласту

На протяжении десятилетий метан в угольных пластах рассматривался как вредное составляющее, препятствующее увеличению интенсивности угледобычи, требующее почти половины затрат на добычу угля для создания безопасных условий труда. Огромные запасы и ресурсы углей заставили угольщиков и энергетиков взглянуть на угольные бассейны и месторождения как на хранилища не только угля, но и углеводородных газов, основным из которых является метан. Теперь большинство таких месторождений рассматриваются как метаноугольные. Но пока извлечение метана средствами шахтной дегазации является попутным, обеспечивающим в основном безопасные условия труда в горных выработках.

Примерно 70 стран располагают крупнейшими запасами угля, и более чем в 40 из них в том или ином виде началась работа по освоению метана угольных пластов. Приблизительно в 20 странах активные программы бурения либо ведутся в настоящее время, либо велись в прошлом. Признание этого нетрадиционного ресурса альтернативным источником природного газа подтверждается уровнем капиталовложений в проекты такого рода во всем мире, а главное масштабами ресурсов, значительная часть которых сосредоточена в странах СНГ и где в преспективе метаноугольные месторождения являются перспективными для создания новой отрасли, где помимо угля ведется добыча газа (рис.1). Но это потребует современных подходов к изучению угольных бассйенов.

Вместе с тем мировой опыт в области добычи метана угольных пластов показывает огромный потенциал, который содержится в имеющихся ресурсах МУП в Казахстане, для организации добычи газа в промышленных объемах.

Рис.2 Долевое распределение ресурсов метана угольных пластов, %

Так, в США дебит газодобывающих скважин в активный период их работы составляет 30-40 ты с. м /сутки, в пиковый 60-80 тыс.м³ /сутки, а в некоторых скважинах достигает 200 тыс.м3/сутки. В настоящее время добыча метана из угольных пластов в США достигла 60 млрд. м3 в год.

Сравнение геолого-структурных условий, качества и метаморфизма углей казахстанских угольных бассейнов и месторождений с продуктивными площадями угольных бассейнов США (Сан-Хуан, Пауэр Ривер) показало наличие в Карагандинском бассейне площадей, которые по таким геолого-промысловым критериям продуктивности, как угленосность свит, мощность и метаноносность угольных пластов, концентрация ресурсов метана в угольных пластах близки к американским месторождениям, что дает основание отнести эти бассейны и месторождения к перспективным для добычи метана из угольных пластов.

Термин промышленная добыча метана предусматривает извлечение газа через пробуренные с поверхности скважины из неразгруженных горными работами угольных пластов, отработка которых в перспективе не обязательна. Иначе говоря, промышленная добыча метана не связана непосредственно с добычей угля.

В Казахстане проблема извлечения метана из угольных пластов рассматривалась в ракурсе обеспечения безопасности добычи угля шахтным методом. При этом проводился комплекс дегазационных работ, включающий в себя бурение вертикальных скважин с дневной поверхности в нетронутый горными работами массив, через которые производится гидрорасчленение особо выбросоопасных пластов и их предварительная дегазация путем самоистечения метана или отсоса его вакуум-насосными станциями. Кроме того, проводилось бурение скважин из подземных горных выработок в отрабатываемое пространство и подключение их к подземной газопроводной сети вакуум-насосных станций для дегазации обрушенного массива.

Актуальность работы заключена в следующем:

- Казахстан обладает большими ресурсами метана угольных пластов, которые по некоторым оценкам достигают 2 трлн. м3.

- в республике отсутствуют собственные эффективные технологии извлечения метана из угольных пластов, имеющиеся технологии не позволяют обеспечить добычу МУП в промышленных объемах;

- мировой опыт свидетельствует о возможности организации добычи МУП в объемах сопоставимых с добычей традиционных газовых месторождений.

В рамках работы была выбрана конструкция разведочной экспериментальной скважины вертикальной с переходом на наклонно-направленную. Указанная конструкция позволяет значительно увеличить площадь соприкосновения ствола скважины с угольным пластом.

Согласно анализа проведенных исследований, экспериментальная разведочная скважина Т1, находится в 65 м северо-восточнее разведочной скважины 797 с географическими координатами (северная долгота 73°01´41´´, восточная широта 49°40´35´´), между разведочными скважинами 797 и 860. На данном участке геологического отвода, угол падения пласта варьирует от 25-27°, азимут направления 265°, что соответствует бурению вкрест простирания природной трещиноватости, что максимально увеличит газоотдачу.

В результате работы было выбрано оборудование и его параметры для бурения наклонно-направленной скважины Т1 по угольному пласту с дневной поверхности, определены параметры залегания пласта К₁₂ и его нарушенность на выбранной площадке Талдыкудукского участка. Также содержится информация о выполненных работах по бурению экспериментальной разведочной вертикальной с переходом на наклонно-направленную скважины Т1.

Разведочная экспериментальная вертикальная с переходом на наклонно-направленную скважина Т1 содержит следующие технико-эксплуатационные характеристики: глубина скважины – 802 метра; угол – 65 градусов; азимут – 265 градусов; вертикальная глубина – 504,4 метра; отход 517,5 метров.

Результаты проведенных работ могут быть использованы при проведении геологоразведочных работ по разведке и добыче метана угольных пластов в Карагандинском бассейне Карагандинской области.

Значимость проведенных работ заключается в разработке проектных решений и применении современных технических решений, ранее не использованных при извлечении метана из угольных пластов.

Литература:

1. Пучков Л.А., Красюк Н.Н. Технология отработки газообильных участков шахтных полей с добычей и утилизацией метана. - М.:МГГУ, 1995. – 122 с.

2. Сторонский Н.М., Хрюкин В.Т. Нетрадиционные ресурсы метана угленосных толщ. – Рос.хим.журнал., 2008, №6, - 63-72 с.

3. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К. С. Извлечение метана из угольных пластов М.: МГГУ, 2002, 383 с.