книги из ГПНТБ / Дмитриев, А. М. Прогноз природной газоносности усовершенствованными методами для проектирования угольных шахт [сотрудникам НИИ, проектно-конструкторских и проектных институтов]

можность потери части керна при подъеме

снаряда,

когда

га з из

нее уже выделился в газосборник.

© тот фактор

счи­

тался

весьм а сущ ественным , и многие

пробы,

имеющие

только

это т дефект, выбраковывались.

О тнесение всего

выделивш егося г а за только

к оставш е­

муся весу угля, конечно, приводит к завышению

газоносно­

сти. Однако, как показал опыт работы

с

керногазонаборни-

ком КА -61, это завышение не так велико, чтобы

только

по

этому

признаку вы браковывать пробы.

И меется

много

проб

с небольшим весом угля, по которым

получена

завыш енная

газоносность, хотя

потерь

керна при подъеме

не

было

(плотная породная

пробка

в приемном

стакан е ).

В то

же

чены представительны е данные

по

газоносности

угольных

пластов,

о то можно

объяснить

следующим

образом .

Как

правило,

объем га за ,

извлеченного

из

газосборника,

составляет

2,5—10%

всего объема полученного

га за .

Если

учесть,

что

процент

содержания

м етана

в

газе

из

газосбор ­

ника КА-61

всегда

меньше,

чем

в

га зе ,

полученном

из

керноприемника,

то

объем горючих

газов

из

газосборника

составит еще меньший процент. Таким образом,

объем

го ­

рючих газо в , выделяющихся при

подъеме

прибора,

так

не­

значителен,

что

не

может дать

завышения

газоносности

в

несколько раз,

как

это отмечалось

во многих

работах.

П оэтому необходимой величиной рейса для

любого

типа

керногазонаборника

должна быть

такая,

при

которой керно-

приемник полностью

заполняется

углем .

Как

уже

отм еча­

лось, наиболее стабильные результаты

по

газоносности

угольных пластов характерны при применении

керногазона­

борника КГН -3-58 с

полезной

длиной керноприемника 0,45

м.

Увеличение

разм ера

керноприемника (.например,

у

кернога­

зонаборника

К Г -55/120 -К -62)

до

1,2 м

не

дало

ожидаемых

результатов. Наоборот, почти всегда данные

по газоносно­

сти, полученные с помощью этих

приборов,

были

занижен­

ными по сравнению

с данными,

полученными

с

помощью

снаряда КГН -3-58.

Таким образом ,

оптимальная

длина

керноприемника

дол­

ного заполнения

его керном. Для перебурки

весьм а

тонких

пластов Донбасса

следует иметь еще более

короткий

кер -

ноприемник - 0,3

м.

Диаметр выбуриваемого керна, по всей

вероятности, не

имеет

сущ ественного

значения, В

применяющихся в настоя­

щее время

приборах

он изм еняется

от 35

(ГКМ -92) до 60 мм

(К ГН -3-58,

К Г -5 5 /1 2 0 -К -6 2 ).

Как

показали результаты

со­

поставительных опробований,

опробование

угольных пластов

этими

снарядами

позволяет получить довольно близкие

ве­

личины

природной

газоносности. Поэтому

внутренний

диа­

торого в свою

очередь определяю тся диаметром скважины.

Однако при

разработке конструкции керногазонаборника

чительном весе

керна необходимы очень

большие емкости,

а следовательно,

и длины газосборников,

что

значительно

усложняет работу с ними.

Необходимый

объем газосборника 'IX.* должен

быть равен

9- * 4» к

1ГМ 1 см 3,

Q(S0

где

9

вес пробы угля, г;

см 3 / г х).

х

природная

газоносность угля,

6,j

-

количество

поступившего в газосборник

га за

от общего

объема извлеченной

из пробы

га ­

зовой смеси,

%;

к

-

коэффициент

зап аса;

0,5 м, диаметре J 60 мм и удельном весе

1,3

г /с м 3

равен

1800 г.

Природная газоносность (максимальная)

для различных

марок углей приведена в таблице.

Под термином "природная газо н о сн о сть'

понимается

объем

всех горючих г э з о е , содержащийся

в

единице

веса

угля в

соответственны х условиях.

Количество

г а за в газосборнике 1 средний процент 4^

) от

общего объема

газовы деления,

по

данным

Ш

Всесоюзного

сопоставительного опробования

в

К узбассе,

изм еняется

для

различных типов керногазонаборников от 3,6

(К ГН -3-58)

до

8,5% ( К Г -5 5 /1 2 0 -К -6 2 ).

Марка

М аксимальная г а ­

М арка

М аксимальная га ­

угля

зоносность, м З /т

угля

зоносность, м ^ /т

Б

2 - 4

К

15-20

Д

4 - 8

ОС

20-26

Г

8 - 1 2

Т

26-32

ж

12-15

ПА

32-35

А

35-40

В то же время концентрация (средняя)

горючих

газо в

в

газосборнике

прибора КГН-3—58 достигает

70%,

а

в

газосборнике K A -6 I -

всего 36,7%. Если

учитывать

объем

только горючих газов в газосборнике, то

его

процент

от

общего

объема газовой

смеси изм еняется

от 2,5 до 5%, т .е .

Долевое

участие объема

горючих газов в

газосборнике

всех

типов приборов практически одинаково.

Анализ результатов

III Всесоюзного

сопоставительного

опробования показал, что содержание горючих газов

в

объ­

емах газовой смеси,

полученных на различных

этапах

д ега­

судить о проценте горючих газов в общем объеме

газовы —

деления по величине их концентрации в свободном

г а зе

из

керноприемника

Qcg.

Для расчета

необходимой

емкости

газосборнике lfr^

ис­

пользовано процентное

отношение г а з а

в газосборнике к об­

щему объему газовой

смеси

4 j

лучшего прибора КГН -3-58

с наибольшими

концентрациями м етана

в "колоколе' а Гр

Коэффициент

зап аса

к

принят

равным 2,5

исходя

из

батывании никогда не наблюдалось более

10% га за общего

объема

газовой

см еси угольной

пробы.

Например, при опробовании пластов, представленных кок­

совыми

углями,

емкость 'колокола"

керногазонаборника

должна

составлять

<jf

= 1800-20*4,2*2,5

= 5000 см^.

г3-

яп

+ 500

чениями удельного веса

( 1,4- 1,5 г / с м ^ ) ,

максимальной

га ­

зоносности

и

,

должна быть больше. По результатам

опробования антрацитовых пластов

участка поля шахты № 12

"Х рустальская"

Боково-Х рустальского

углепромышленного

района Донбасса

установлено,

что

4^

= 4,7%.

Вес

керна

антрацита

(при

t

= 5 0 см и

d

= 6 см)

равен

2100 г.

При максимальной газоносности этих углей

х

= 40 с м ^ /г ,

4^ = 5% и

к

= 2,5

газосборник

должен

вм естить

13 500 см ^

газа .

В

этом

случае длина газосборника при

его

внутреннем

диаметре 60 мм должна

достигать

5 м.

Чтобы сократить

емкость

( например,

до 7000 см^) и дли­

ну газосборника

прибора, целесообразно диаметр угольного

керна уменьшить до

40 мм, не изменяя другие

параметры .

При принятой емкости газосборника следует

стрем иться

к

падал в него атмосферный воздух. Добиться

этого

можно

путем выбора рациональной конструкции

снаряда и

соответ­

ствующего

способа извлечения

г а за

из

газосборника.

С ам ая

низкая концентрация

горючих

газов

в

газосбор -

нике (в среднем 36,7%) наблюдалась

в

керногазонаборнике

КА-61 на

первом

этапе опробования

приборов

в

К узбассе.

О тчасти это объясняется конструктивными

недостатками

прибора.

Низкая концентрация горючих газов в газосборнике КА-61

может быть получена и по технологическим причинам. Газ

из "колокола" этого прибора извлекается в

лабораторных

условиях,

а не на

устье скважины, как

у снарядов

КГН-3-58

и К Г -55/120 -К -62 .

На скважине проводится

только

герм е­

тей прибора через нижний торец керноприемника

вы текает

промывочная жидкость, а через отверстие в

газосборнике в

него засасы вается

воздух.

Б олее высокий процент горючих газов в

газосборниках

приборов КГН -3-58

и К Г -55/120 -К -62

объясняется

тем , что

извлечение га за из

них происходит на

устье

скважины, ког­

да нижний торец керноприемника находится

в промывочной

жидкости. Если это

условие не соблю дается,

то в

"колоко­

лах"

других

приборов

концентрация горючих газов сниж ает­

ся.

Отсюда

следует,

что более надежным, несмотря на не­

извлечения г а з а

из "колокола' на устье скважины.

Д остоверность

данных по природной газоносности зависит

также от способа

заполнения внутренних полостей кернога-

зоносности угольных пластов по пробам, отобранным

керно—

газонаборником КГ—5 5 /120-К -62, были получены

при

прове­

дении

III Всесою зного сопоставительного

опробования в Куз­

бассе

(участок "К айзакский -1—4"

по скважине

3882),

где

наблюдалось газовы деление в буровую

жидкость

из

ранее

перебуренных пластов. Это объясняется тем , что

заполне­

ние промывочной жидкостью газосборника

и керноприемника

этого

прибора

осущ ествляется на

устье

скважины в отличие

от снарядов КА-61 и КГН -3-58, в

которых это

происходит

при их

спуске

в скважину. При

закры том

верхнем выходе из

газосборника

выделяю щ ийся из

промывочной ж идкости

г а з

находятся

в открытом состоянии и газ, выделяющийся из

жидкости,

свободно уходит. Закрытие клапанов

происходит

бираться

га з , выделяющийся при бурении

угля

и

подъеме

снаряда.

Сохранность керна, необходимая для решения

вопросов

строения

пласта, и достаточный выход керна

обеспечивают­

ся соответствием буровой части снарядов

механическим ха­

рактеристикам угольных пластов. Для бурения

мягких

и

средней крепости углей хорошо зарекомендовала

себя

буро­

вая часть, работающая по типу

"ш тампа".

При бурении крепких антрацитов и плотных

вязких

углей

марок Д и Г лучший выход и сохранность керна

обеспечи­

вают буровые части, в которых керноформирующая

коронка

утоплена

по отношению к Дуровой и внутренний диаметр обе­

их коронок одинаков. Плотный керн свободно входит

в

при­

емную часть и не наруш ается,

так как на

его

кромках

от­

сутствую т

скалывающие усилия.

Таким

образом , определение

природной

газоносности

броса данных по газоносности угольных пластов,

получа­

емых современными керногазонаборниками даже

по одному

выбора критериев, по которым

можно устанавливать

пред­

ставительность

проб.

Сущ ествует

несколько методов оценки представительнос­

ти керногазового

опробования.

Один из

них

заклю чается

в

следующем [2 ].

В результате

м атематической

обработки

данных

газового

опробования устанавливаю тся

верхний

и

нижний

пределы

достоверности,

которые

получаются

введе­

нием соответствую щ их коэффициентов в

среднединамическое

значение газоносности. Все пробы, по которым

получены

значения газоносности, выходящие за пределы

достовернос­

ти, бракую тся.

По -оставшимся

пробам вновь

устанавливаю т­

возмож ность получения непредставительных проб

по техно­

логическим , техническим и лабораторным причинам.

В

донецких углеразведочных организациях

вы браковка

проб,

отобранных

керногазонаборником К А -61, проводится по

технологическим

и техническим критериям, установленным

трестом " А ртемгеология"

[ з ] .

Прежде всего оценивается качество отбора

керна.

При

этом

учитываю тся длина

рейса, выход керна

и вещ ествен­

ный состав пробы. Оптимальная длина рейса

по

угольному

пласту при

использовании

газосборника

емкостью

1600

см^

составляет

40—50 см. При

большей длине

рейса

предполага­

для сбора га за , выделяю щ егося при подъеме

керна.

Поэто­

му следует обратить внимание на объем гидрозатвора в

г а -

зосборнике. Если он менее 200 см ^, то проба

бракуется.

Опыт показал, что в случаях отбора проб малого

веса

на­

блюдаются большие завышения значений удельной

газонос­

ности углей. Поэтому все пробы, у которых вес

горючей

массы ниже 200 г, выбраковываю тся.

Р езки е искажения газоносности углей

наблюдаются

при

низком выходе керна. Практически все пробы с

выходом

керна ниже 70% должны быть забракованы .

При определении удельной газоносности углей

большие

ошибки допускаю тся в случае преобладания

в

пробе

пород­

ных

прослоев, т.е.

когда рассчитанная горючая

м асса

на­

много

ниже веса пробы. Поэтому осущ ествляется

выбраков­

ка всех тех проб, у

которых керн

содержит

более

75%

по­

родных прослоев. Затем рассм атривается

качество

герм ети ­

зации керноприемника и газосборника.

Химический

состав

га за ,

извлеченного

из газосборника,

в большинстве

случаев

должен быть близок

составу га за ,

полученному при

свобод­

ном истечении из керноприемника. Если составы

газо в

в

отдельных пробах различаю тся более

чем

на

20%

( главным

образом по СН4 ) ,то

это свидетельствует

о

неправильном

срабатывании прибора.

Газонасыщенная

угольная проба

считается

достаточно

герметичной, если в приемной коронке керноприемника

соз­

дана плотная неподвижная пробка.

В

керноприемниках

перед

их дегазацией зам еряется газовое

давление.

Пробы

с

заве ­

ление в несколько атмосфер,

что указы вает

на

хорошую

до­

полнительную герметизацию

керноприемника.

Д остоинства метода выбраковки проб

очевидны,

так

как

остаю тся пробы, отобранные

в идентичных

условиях

при

правильном срабатывании приборов. И все -таки

получается

большой разброс значений газоносности даже

по

одному

участку. В то. же время среди выбракованных

имею тся

про­

бы Ъо значениями газоносности угольных пластов,

весьм а

близкими к фактическим. Исходя из этого

целесообразно

проводить выбраковку проб в два этапа.

Вначале осущ еств­

лять оценку по технологическим и техническим

критериям.

По безусловно представительным пробам

устанавливать

по­

зоносности которых

находятся в поле

достоверности,

снова

переоценивать и, если по выходу керна

( "главному крите­

рию" выбраковки согласно методике треста

"А ртем геоло—

гия")

они удовлетворяют условиям представительности,

то

забракованные ранее

пробы принимаются

для

дальнейш его

анализа. Такой прием выбраковки, несмотря

на

то

что

он

понижает процент бракованных проб, следует

считать

фор­

мальным, поскольку

различные дефекты

отбора

и обработ­

ки проб действую т разнонаправленно.

Н епредставительные

пробы

даже по нескольким критериям

м огут

дать

значения

негерметичны е

керноприемники. Поэтому рассмотренный

по­

этапный метод

требует

усоверш енствования

критериев

до­

стоверности определения газоносности угольных пластов.

Анализ материалов

по определению газоносности

уголь­

ных пластов Донбасса

керногазонаборниками

КА-61

по

1628

ризующихся распространением углей различной

степени ме­

таморфизма (кром е высокометаморфизованных

антрацитов,

имеющих нулевую газо н о сн о сть), показал

следующее.

Все причины получения непредставительных

проб

можно

подразделить на технологические, конструктивные и

лабора­

торные.

От технологии перебуривания угольных

пластов

зависит

один из основных параметров представительности проб — их

вес. Последний определяется для данного вида керногазона-

борника длиной рейса, зависящ ей от линейных размеров кер—

ноприемника, выхода

керна и степени подготовки скважины

к прорезке угольного

пласта.

ев для выбраковки непредставительных

проб. Такие показа­

тели,

как длина рейса и выход керна,

являю тся

второсте­

пенными факторами. К тому же вес угля в пробе

определя­

ется наиболее точно, в то время как длина рейса

и

выход

керна

определяю тся с большими погрешностями,

в

особенно­

сти в

условиях глубоких скважин и при перебуривании

м яг­

ких и нарушенных угольных пластов.

Причины получения керногазонаборником КА—61

непред­

ставительных проб по технологическим факторам

указаны

выше.

При существующей длине керноприемника

этого

кер -

ногазонаборника представительным весом

угля в пробе мож­

но

считать: 200-250 г для углей марок от

Д

до

ОС, 3 0 0

г

-

для

тощих углей, 400 г - для полуантрацитов

и

500-550

г

-

для

антрацитов.

Причины низкого содержания м етана в

газе ,

извлеченном

Не следует выбраковывать также пробы, в

которых

от­

сутствует породная пробка. Во-первых, это условие

невы­

полнимо при опробовании мощных пластов угля.

Во-вторых,

как показали опыт работы геологоразведочных

организапий

Донбасса и результаты последнего сопоставительного

опро­

бования угольных пластов снарядами различного

типа,

этот

фактор не является существенным, ' потому

что

значения

газоносности

получаются вполне

сопоставимыми независимо

от

порядка

отбора

пробы,

т.е.

когда

про­

бы

получены

из верхней части пласта без породной

пробки

и

из нижней

при углублении снаряда на требуемую

величину

в

породу.

К основным конструктивным

недостаткам

керногазона—

борника КА—61 следует отнести ненадежность

герметизации

соединений керноприемной трубы с приемным

стаканом

и

последнего с

герметизирующим

колпаком.

В

основном

по

этим соединениям происходят потери г а за

из

керноприемни-

ка при его транспортировании и хранении в лаборатории.

Определить утечки

газа из керноприемника

можно толь­

разборки керногазонаборника до начала его

дегазации,

что

практически невыполнимо. Проверка сразу после

разборки

снаряда может

и не выявить негерметичность

керноприем­

ника, так как давление в нем в это время

может

быть

не­

значительным ,

потому что перед разборкой керногазонабор­

ника

керноприемник соединен через

сообщающуюся

трубку

i-азосборника с

атмосферой. Проверка прибора на

герм етич­

ность в лаборатории также может не дать

результатов;

к

этому

времени

значительная часть газа уйдет из

кернопри­

емника и давление га за

окаж ется

недостаточным

для выяв­

ления

утечек.

В

настоящ ее

время применяют

два

фактора

определения

герметичности

керноприемников:

наличие избыточного

давления

га за

в керноприемнике пе­

ред его дегазацией и, как следствие этого, свободное

г а -

зовыделение из

него;

отсутствие воды в керноприемнике после дегазации.

По этим факторам, взяты м отдельно,

нельзя

определять

герметичность

керноприемников.

Величина

избыточного дав­

ления

и объем

свободно

выделивш егося

га за

зави сят

от

та­

ких трудно учитываемых

параметров,

как

время

хранения