usmgp-ru

выбранного насоса, в режиме фильтрации и считается законченным при подаче в пласт расчетного количества воды.

Расчет параметров производится по формулам (17.1), (17.5), (17.9), (17.15). Параметры скважины: lc = 130 м; dc = 100 мм; lГ = 15 м; LM.C. = 15 м.

Расход воды на одну скважину:

Q 0,02 1,2 15(130 15) 53 м³

Давление нагнетания: PH 75 кгс/см².

Для данных условий (m 1,2 м; A 6) при определении времени и темпа

нагнетания следует воспользоваться формулами (17.14) и (17.15). Время нагнетания

Согласно формуле (17.14) темп нагнетания в течение практически всего времени обработки не превышает 40 л/мин. Среднее значение темпа составляет

Зная время нагнетания, и принимая Tc 15 ч. определяем расстояние от очистного забоя до первой скважины:

LЗ 15 1530 2;

LЗ 20 м.

Распределение проницаемости определяется с учетом среднего значения

идиапазона ее изменения в ненарушенном массиве, а также в зонах геологического нарушения, опорного давления и разгрузки согласно рис. 5.3а,б

и5.4в,г. График изменения среднего значения коэффициента проницаемости в

сечении X1 приведен на рис.17.11.

Нагнетание моделировалось в режиме постоянного давления. При использовании каскадной обработки на скважинах каскада поддерживался приблизительно одинаковый темп подачи воды путем уменьшения давления на скважине, заложенной в зоне с большей приемистостью, с помощью следующего корректирующего равенства (здесь в качестве такой скважины принята первая):

180

коэффициента проницаемости в зоне воздействия: обработка через каскад позволяет достичь соответственной 4 7%;VR 26 32% в зонах,

расположенных между одновременно работающими скважинами, в остальных зонах эти показатели практически не изменяются. Приблизительно одинаковую равномерность обработки по всей зоне можно достичь уменьшением расстояния между соседними группами с 15 до 10 м. т.е. частичным перекрытием зон влияния скважин.

Рис 17.11. График изменения среднего значения коэффициента проницаемости в сечении Х1.

Время нагнетания воды в две скважины при каскадной обработке с одинаковым темпом составило в среднем 40 ч. темп нагнетания не превышал 30-35 л/мин, его среднее значение - 22 л/мин.

Распределение условного прироста влажности при каскадном нагнетании в зоне геологического нарушения приведено на рис. 17.12. Штриховкой показаны необработанные участки в пределах проектной зоны. Качество обработки характеризуется следующими величинами:

12,5%;VR 66,9%.

Невысокая равномерность прироста влажности, как видно из рис. 17.12 обусловлена низкой проницаемостью угля в зоне геологического нарушения. С целью исследования возможности повышения равномерности увлажнения промоделировано каскадное нагнетание по непрерывной технологии. Результаты моделирования показали существенное повышение качества обработки (рис.17.13): 5,6%;VR 31,8%. Темп нагнетания и время, требуемое

для закачки проектного объема в каждую скважину, соответствуют рассчитанным для одиночной скважины.

181

182

183

Рис. 17.14. Технологическая схема каскадного нагнетания воды в угольный пласт

184

На основании результатов моделирования разработан проект гидродинамического воздействия на угольный пласт. Технологическая схема нагнетания представлена на рис. 17.14.

В комплект технологического оборудования для нагнетания входят: 1 - насосная установка 2УГНМ; 2 - вентили-тройники; 3 - счетчики-расходомеры высокого давления (СРВД-20); 4 - манометр; 5 - герметизатор (гидрозатвор "Таурус", цементно-песчаная герметизация); 6 -рукава высокого давления; 7 - напорные рукава; 8 - вентиль регулирующий проходной. В зависимости от наличия оборудования могут быть использованы насосные установки типа НВУ-30М в комплексе с водомерами и манометрами. В зависимости наличия оборудования могут быть использованы насосные установки типа НВУ-30М в комплексе с водомерами и манометрами.

Нагнетание в ненарушенной зоне производится одновременно через две скважины, на участке геологического нарушения – через три скважины, две из которых являются нагнетательными, одна – вспомогательной. Скорректированные параметры гидродинамического воздействия приведены в табл. 17.1.

Нагнетание воды в угольный пласт в соответствии с разработанными рекомендациями позволит довести площадь обработанной области в проектной зоне до 95% и в 2 раза уменьшить коэффициент вариации прироста влажности.

Пример 2. Угольный пласт мощностью 2,3 м, одиночный, залегает в зоне обработки на глубине 650 м, сложен пятью пачками угля марки ОС различных степеней нарушенности (табл. 17.2). Угол падения пласта 15°. Кливаж развит по восстанию. Пласт отнесен к опасным по внезапным выбросам

185

Непосредственная кровля пласта - глинистый сланец, слабоустойчивый, склонный к обрушению, непосредственная почва - крепкий глинистый сланец.

Таблица 17.2

Характеристики пласта

По данным опытных нагнетаний через скважины, пробуренные: нагнетательная - по IV пачке, отточные - по II и IV пачкам, рассчитаны: коэффициент проницаемости по напластованию kx = 0,4 мд, вкрест на-

пластования kz =0,03 мд, эффективная пористость пЭ = 0,015. Давление газа в пласте РГ = 25 кгс/см².

Угольный пласт разрабатывается по сплошной системе с использованием комбайна 1ГШ68 с индивидуальной крепью. Режим работы: 4 смены по 6 часов (две добычные и две ремонтно-подготовительные).

Откаточный штрек проводился по пласту угля с подрывкой боковых пород в режиме сотрясательного взрывания со средней скоростью 30 м/мес. Ширина выработки составляет 5 м.

В забое откаточного штрека в качестве локального способа борьбы с внезапными выбросами угля и газа предусмотрено нагнетание води в режиме гидрорыхления через две короткие скважины (см. рис.17.4б) Вода нагнетается последовательно в каждую скважину или одновременно через обе скважины.

Расчет параметров производится согласно п. 17.2.1. Радиус эффективного влияния каждой скважины составляет 4 м с учетом обработки четырехметровой зоны за контуром выработки (см. рис.17.4б). Глубина герметизации с учетом недельного подвигания забоя выработки и в соответствии с условием п.17.2.1 принимается равной 7 м. Длина скважины lc = 10 м, диаметр dc = 43 мм,

величина неснижаемого опережения lH.O. = 2 м.

Расход воды на одну скважину

Q 2 0,015 2,3 4 7 3 2,8 м².

Давление нагнетания

100 кгс/см² PH 325 кгс/см²; PH.cp = 210 кгс/см².

Темп и время нагнетания:

q 12 10 4 3,14 43 3 01,4 210 3 25 8,2 л/мин; ln10433

TH 16,7 83,,52 7 ч.

В данном случае практический интерес представляет моделирование процесса распространения воды в вертикальном сечении ввиду его сложного строения.

186

Распределение проницаемости в этой плоскости приведено в табл. 17.3. При расчете принято предположение, что для первой пачки А = 1, поскольку в углях IV степени нарушенности экзогенные трещины затушевывают как трещины напластования, так и эндогенные.

Проницаемость пород кровли в соответствии с табл. 17.1 принимается равной 0,001 мд, почвы - 0,0001 мд.

Исходные данные для моделирования приведены в табл. 17.3 (для одиночной скважины). Ось Х принимается параллельной напластованию (рис. 17.15).

Рис.17.15. Распределение жидкости в плоскости перпендикулярной напластованию

187

Нагнетание осуществляется в режиме постоянного давления, приемистость прискважинных участков пласта принимается одинаковой. Поскольку породы кровли и почвы не являются непроницаемыми, на верхней и нижней границах задается условие (17.34).

Распределение прироста влажности при нагнетании через одиночную скважину, пробуренную по IV пачке, приведено на рис.17.15а. Показатели равномерности обработки: 16,4%;VR 76,2%. Нагнетание через каскад

скважин позволяет существенно повысить равномерность обработки (см. рис. 17.156), довести площадь необработанной зоны до 8,6%, коэффициент вариации условного прироста влажности - до 38,3%.

Однако, как видно из рис. 17.15б, необработанным остается уголь I пачки, являющейся наиболее нарушенной и, следовательно, наиболее выбросоопасной. Устранить этот недостаток можно, расположив скважины во II пачке. Распределение условного прироста влажности в этом случае приведено на рис.17.15в. Показатели равномерности обработки при этом также улучшились: 4,9%;VR 29,4%.

Как видно из рис. 17.15 расстояние проникновения воды в кровлю составляет не более 5 см, т.е. нагнетание не может привести к существенному ее размыву.

Исследование параметров показало, что время обработки при каскадном нагнетании составляет 6-7 часов, что соответствует рассчитанному значению для одиночной скважины.

Таким образом, моделирование нагнетания воды в угольный пласт дало возможность выбрать рациональную схему расположения скважин и способ нагнетания, позволяющие на 76% уменьшить площадь необработанной зоны и

188

в 2,6 раза - коэффициент вариации условного прироста влажности в проектной области.

17.5Средства диагностики уровня усвоения материала раздела.

17.5.1Разработатьпроекттехнологии нагнетания жидкости в угольный пласт сцелью управления его состоянием за счетповышения влажности для снижения пылегазовыделения наоснове локального способа при данных горно-геологических условиях:

–глубина разработки 800 м;

–мощностьпласта 1,4 м;

–коэффициент проницаемости 0,75 мд;

–коэффициент эффективной пористости 3,5%;

–вязкость жидкости 0,85 спз;

–высота выработки вчерне 1,9 м.

17.5.2Разработатьпроекттехнологии нагнетанияжидкости в угольного пласта для управления его состоянием путем равномерного насыщения влагой сцельюсниженияпылегазовыделенияприразработке на базе региональногоспособапри нижеследующих горно-геологических условиях:

–глубина разработки 650мг;

–мощностьпласту 1,2 м;

–длина ряда 180 м;

–скорость движения ряда 2,8 мза сутки;

–время работы насоса на протяжении суток 12 часов;

–коэффициент проницаемости 0,8 мд;

–коэффициент эффективной пористости 3,1%;

–вязкость жидкости 0,9 спз;

–коэффициент фильтрационной анизотропии пласта 8;

–давление газа в пласте 6 кГс/см2.

17.5.3Сформировать пакетвходных данных и разработать с помощьюПЭВМ проект гидравлической обработки пласта для данных условий:

–глубина разработки 450 м;

–мощностьпласту 1,5 м;

–структурно пласт представлен одной пачкой угля марки ОС;

–угол падения пласта 80;

–коэффициент проницаемости 0,45 мд;

–коэффициент эффективной пористости 2,5%;

–коэффициент фильтрационной анизотропии 7;

–разброс значений коэффициента проницаемости в зоне обработки 2545 раз;

–расстояние от стенки подготовительной выработки до пика опорного давления 12,5 м;

–давление газа в пласте 9,2 кГс/см2;

189