Способ извлечения метана из угольного пласта

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для извлечения метана из угольного пласта. Способ извлечения метана включает вскрытие скважиной, обсадку ее трубами, тампонаж затрубного пространства, перфорацию обсадной колонны и производство гидрорасчленения с формированием системы трещин. Далее обеспечивают режим самоистечения метана из пласта и осуществляют его извлечение. После прекращения самоистечения метана в угольный пласт закачивают вещество с большей, чем у метана сорбционной способностью, например углекислый газ, в объеме, определяемом из математического выражения, учитывающего длину раскрытых при гидрорасчленении трещин, мощность пласта, фильтрующую пористость пласта, температуру закачиваемого вещества, давление последнего и начальную температуру пласта, выдерживают это вещество в пласте до прекращения процесса десорбции метана из угля, после чего метан выводят через одну из скважин. Изобретение позволит обеспечить возможность более полного извлечения метана из угольного пласта. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для извлечения метана из угольного пласта.

Известен способ дегазации угольного пласта, включающий вскрытие угольной залежи и циклическое воздействие на нее жидкостью и хладоагентом [1].

Недостатком данного способа является низкая эффективность извлечения метана с течением времени.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является известный способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважин с поверхности, нагнетание в пласт рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения, выдержку ее в пласте и оттеснение из фильтрующих трещин путем нагнетания в пласт воздуха с последующим извлечением метана при его самоистечении [2].

Основным недостатком этого способа является недостаток, указанный выше.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности более полного извлечения метана из угольного пласта. В настоящее время известные технологии позволяют извлечь из недр до 70% газа от общего количества, а данное изобретение - до 98%.

Это достигается тем, что в способе, включающем бурение скважин с поверхности, нагнетание в пласт рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения, выдержку ее в пласте и отнесение из фильтрующих трещин путем нагнетания в пласт воздуха с последующим извлечением метана при его самоистечении, после завершения процесса самоистечения метана из угольного пласта в последний закачивают вещество с большей, чем у метана сорбционной способностью в объеме, определяемом из следующего выражения: где l - длина раскрытых при гидрорасчленении трещин, м; h - мощность пласта или свиты пластов, м; m_ф - фильтрующая пористость пласта (на момент закачивания десорбирующего метан вещества); K₁ - коэффициент, учитывающий потери вещества из угольного массива (1,2-1,8); T_в - температура закачиваемого вещества, град; Z - коэффициент сверхсжимаемости вещества (0,9-0,95); P_σ - барометрическое давление, МПа;
T₀ - начальная температура пласта, ^oC;
P_зак - давление закачиваемого вещества, МПа,
затем выдерживают это вещество в пласте до прекращения процесса десорбции метана из угля, после чего метан выводят через одну из скважин. В качестве закачиваемого вещества может быть применен углекислый газ.

Таким образом обеспечивается доизвлечение ранее теряемой части метана путем обменной десорбции метана с закачиваемым веществом, имеющим более высокую сорбционную способность.

На чертеже представлен вариант схемы извлечения метана из угольного пласта по предложенному способу.

Способ заключается в следующем.

Метаносодержащий угольный пласт 1 вскрывают скважинами или одной скважиной 2 с поверхности, обсаживают ее трубками 3, тампонируют затрубное пространство 4, производят перфорацию обсадной колонны на уровне угольного пласта. Далее осуществляют нагнетание в пласт рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения. После раскрытия трещин 5 и выдержки рабочей жидкости в пласте 1 осуществляют ее оттеснение путем нагнетания в пласт воздуха. В результате чего происходит самоистечение метана из угольного пласта 1. Процесс самоистечения метана продолжается в течении нескольких лет. После этого в угольном пласте остается 25-30% метана от его первоначального количества. Для обеспечения извлечения оставшегося метана в угольный пласт закачивают вещество с большей, чем у метана сорбционной способностью в объеме, определяемом из следующего выражения:

где
l - длина раскрытых при гидрорасчленении трещин, м;
h - мощность пласта или свиты пластов, м;
m_ф - фильтрующая пористость пласта (на момент закачивания десорбирующего метан вещества);
K₁ - коэффициент, учитывающий потери вещества из угольного массива (1,2-1,8);
T_в - температура закачиваемого вещества, град;
Z - коэффициент сверхсжимаемости вещества (0,9-0,95);
P_σ - барометрическое давление, МПа;
T₀ - начальная температура пласта, ^oC;
P_зак - давление закачиваемого вещества, МПа.

В качестве закачиваемого вещества может быть использован углекислый газ. Такое количество закачиваемого вещества обеспечивает заполнение фильтрующего объема угольного пласта, что позволяет осуществить процесс десорбции метана из угля. Данное вещество выдерживают в пласте до прекращения процесса десорбции метана из угля. Окончание процесса десорбции метана в пласте устанавливают путем известных методов газодинамических испытаний скважины. После чего возобновляется процесс самоистечения метана их скважины и производят доизвлечение остатков метана.

Пример.

Метаносодержащий угольный пласт 1 вскрывают скважиной 2 и осуществляют работы по ее оборудованию с последующим гидрорасчленением пласта насосным агрегатом СИН-31. Давление нагнетания рабочей жидкости в пласт (P_нагн), объем (V) и темп ее закачки (q) определяют по известной методике в зависимости от глубины залегания пласта (H), его мощности (h), фильтрующей пористости пласта (m_ф) и радиуса заданной зоны воздействия (R).

При H = 1000 м, h = 1 м, m_ф = 6,0, R = 100 м, тогда
P_нагн = 15 МПа, V = 450 тыс.м³, q = 50 л/с.

После раскрытия трещин 5 и выдержки в течение 2-3 месяцев рабочей жидкости в пласте 1 осуществляют ее оттеснение путем нагнетания в пласт воздуха. Для этого к скважине 2 подключают компрессор КПУ-16/250. Объем нагнетаемого воздуха определяют по известной методике в зависимости от объема раскрываемых трещин после гидрорасчленения пласта. В данном примере объем нагнетания воздуха равен 500 тыс.м³.

В результате этого происходит самоистечение метана из угольного пласта 1. Процесс самоистечения метана продолжается более 5 лет. Для извлечения остатков свободного метана, который не самоистекает в результате снижения давления газа в пласте, возможно подключение вакуум-насосной станции. После этого в угольном пласте остается 25-30% метана от его первоначального количества. Для обеспечения извлечения оставшегося метана в угольный пласт закачивают вещество, например углекислый газ, с большей, чем у метана сорбционной способностью в объеме, определяемом из вышеуказанного выражения. При l = 100 м, h = 1 м, m_ф = 6,0, K₁ = 1,2, T_в = 20^oC, Z = 0,9, P_σ = 1 МПа, T₀ = 10^oC, P_зак = 12 МПа величина объема закачиваемого углекислого газа составляет 500 тыс.м³. Это количество закачиваемого вещества обеспечивает заполнение фильтрующего объема угольного пласта. Поскольку углекислый газ обладает высокой сорбционной способностью, он активно десорбирует метан из угольного пласта. Данное вещество выдерживают в пласте до прекращения процесса десорбции метана из угля. Окончание процесса десорбции метана в пласте устанавливают путем известного метода газодинамического испытания скважины. После чего возобновляется процесс самоистечения метана из пласта и производят его доизвлечение из угольного пласта через скважину 2.

Положительный эффект предложенного технического решения заключается в повышении эффективности извлечения метана из угольного пласта за счет доизвлечения оставшихся 25% сорбированного газа метана веществом с повышенной сорбционной способностью.

Источники информации
1. Авторское свидетельство N 1511435, кл. E 21 F 7/00.

2. Авторское свидетельство N 1375839, кл. E 21 F 7/00.1

Формула изобретения

1. Способ извлечения метана из угольного пласта, включающий бурение скважин с поверхности, нагнетание в пласт рабочей жидкости в режиме гидрорасчленения, выдержку ее в пласте и оттеснение из фильтрующих трещин путем нагнетания в пласт воздуха с последующим извлечением метана при его самоистечении, отличающийся тем, что после завершения процесса самоистечения метана из угольного пласта в последний закачивают вещество с большей, чем у метана, сорбционной способностью в объеме, определяемом из следующего выражения:

где l - длина раскрытых при гидрорасчленении трещин, м;
h - мощность пласта или свиты пластов, м;
m_ф - фильтрующая пористость пласта (на момент закачивания десорбирующего метан вещества);
K₁ - коэффициент, учитывающий потери вещества из угольного массива (1,2 - 1,8);
T_в - температура закачиваемого вещества, град;
Z - коэффициент сверхсжимаемости вещества (0,9 - 0,95);
P_σ- - барометрическое давление, МПа;
T₀ - начальная температура пласта, ^oC;
P_зак - давление закачиваемого вещества, МПа,
затем выдерживают это вещество в пласте до прекращения процесса десорбции метана из угля, после чего метан выводят через одну из скважин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в угольный пласт закачивают двуокись углерода.

РИСУНКИ

Рисунок 1