УДК 622.831.325.3
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ДЕБИТА ГАЗА
ИЗ ДЛИННЫХ СКВАЖИН
Рассматриваются вопросы газовыделения в длинные дегазационные скважины, впервые применяемые на шахтах Кузбасса. Даются рекомендации по уточнению расчета дебита скважин с учетом периода их бурения.
Ключевые слова: угольный пласт, скважина, дебит, дегазация, эффективность.
The questions in the long degassing of gas wells, first used in Kuzbass mines. Recommendations are made to clarify the calculation of workover given period of their drilling.
Keywords: coal seam wells, flow rate, degassing efficiency.
Непрерывный рост добычи угля в Кузнецком угольном бассейне сопровождается постоянным вводом в эксплуатацию новых шах и разрезов, оснащенных высокопроизводительной техникой, сре6дствами транспорта и современной инфраструктурой. Вместе с тем рост угледобычи сопровождается также повышением потенциальной опасности и аварийности в шахтах, так как резко возрастает газообильность очистных забоев прямо зависящая от их производительности. Переход большинства шахт на новаые технологии высокопроизводительной выемки угольных пластов одним-двумя забоями, способными давать до 25-30 тыс. тонн в сутки, создал новые проблемы в управлении газовым режимом шахт, решение которых требует новых подходов, как с технической, так и с организационной точек зрения.
Одним из эффективных путей решения данной проблемы является глубокая дегазационная подготовка угольных пластов к выемке на основе новых технологических схем извлечения метана из угольного массива с помощью длинных скважин, Подобный способ предварительной дегазации был впервые применен в Кузбассе в 2011 году на шахте им. в ОАО
СУЭК-Кузбасс для дегазации межпластовой толщи над пластом Болдыревским [1]. Скважины бурились станком VLD-1000 A, впервые примененном в Кузбассе в виде куста из одной точки вдоль столба лавы 24-61, нарезанного по восстанию пласта с углом падения 8-9°, мощностью 2,25 м. Диаметр скважин 96-98 мм, длина от 100 до 650 м (рис. 1).
Рис. 1. Схема бурения длинных скважин в кровлю пласта «Болдыревский»
При бурении скважин станком VLD-1000 A может производиться контроль направления движения забоя скважины, отключения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, качества сигнала на разных глубинах от устья скважины. Кроме того траектория движения бурового инструмента фиксируется на мониторе оператора станка и может корректироваться. Концентрация метана в скважинах составляла от 71 до 87%. На рис. 2 представлены кривые газовыделения в скважины № 2, №7 и №8, так как на них велись регулярные замеры дебита газа после подключения к дегазационному магистральному трубопроводу.
Рис. 2. Дебит газа в скважины № 2, №7 и №8
Особенность работы длинных дегазационных скважин заключается в том, что интенсивное газовыделение начинается уже на стадии их бурения и продолжается довольно длительное время (несколько суток). В этот период замеры дебита метана из скважин не ведутся ввиду невозможности поставить замерные устройства у их устья, так как в скважинах находится буровой став. Однако общее количество метана, выделившегося в процессе бурения, с известным допущением можно определить расчетным путем как площадь треугольника Q1,образованного пунктирной линией, соединяющей начало координат с точкой максимума дебита по окончании бурения. Тогда, соответственно, объем газа, выделившегося в скважину после подключения к вакуум-насосу, будет аппроксимирован площадью фигуры Q2, численно равной газоотдаче из всего объема массива в пределах контура зоны влияния скважины на втором этапе ее функционирования [2].
Отношение площадей Q1 и Q2 будет давать представление о распределении объемов каптированного метана на первой и второй стадиях работы скважины, а, следовательно, и о величине той погрешности, которую мы допускаем, если не принимаем к учету показатели первого этапа. Для коротких скважин длиной до 100 м, широко применявшихся на шахтах Кузбасса в течение многих лет, это обстоятельство не имело особого значения и не приводило к серьезным ошибкам, так как время работы скважин под вакуумом в сотни раз превышало время их бурения (не более нескольких часов).
Для длинных скважин время их функционирования под вакуумом зачастую сопоставимо со временем, затрачиваемым на их бурение, или превышает его незначительно. В этом случае возникает объективная необходимость учитывать количество извлеченного газа, как на первом, так и на втором этапе их работы. Так, анализируя результаты замеров на скважине № 2 (рис. 2) рассчитанный объем метана, извлеченного за время ее работы под вакуумом (второй этап) составил 75840 м3, а в период бурения (первый этап) из нее выделилось 17200 м3, что составило 18,4% от общего дебита, но не было учтено в журналах.
Аналогичные результаты могут быть получены и по другим высокопроизводительным скважинам большой длины, а с ростом их количества объемы неучтенных газопотерь массива будут только возрастать.
Таким образом, переходя на новые технологии дегазации шахт с использованием станков направленного бурения длинных скважин, становится очевидной необходимость расчета полного дебита газа из дегазируемого массива, начиная с момента начала работы бурового станка и до полного отключения скважины от магистрального трубопровода.
На основании изложенного, необходимо заключить, что в связи с внедрением на шахтах Кузбасса новых технологий дегазации, в виде бурения длинных скважин до 1000 м, необходимо внести коррективы в методы расчета дебита скважин, позволяющих учитывать метановыделение, как на стадии бурения скважин, так и в период их функционирования под вакуумом, что позволит получить более объективную картину распределения остаточной газоносности в пределах дегазируемых участков угольных пластов и оптимизировать схемы расположения скважин в пределах шахтного поля.
Список литературы
1. Гришин технологии дегазации шахт Кузбасса / , // Безопасность жизнедеятельности. – 2014. – № 3. – С. 19-21.
2. Шевченко дебита газа в длинные скважины при направленном бурении / , , // Вестник КузГТУ. – 2013. – № 4. – С. 58-60.
Сведения об авторе
– доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой аэрологии, охраны труда и природы Кузбасского государственного технического университета им. , *****@***ru. 650000 Кемерово, ул. Весенняя, 28 КузГТУ,
,
