Дебит скважин опережающей дегазации
Розроблено методику розрахунку свердловин випереджаючої дегазації. Викладено приклад розрахунку дебіту для умов шахти «Алмазна» та приведені його прогнозні показники для кількох виїмкових ділянок шахт Донбасу....
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2010
|
| Series: | Геотехническая механика |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33331 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Дебит скважин опережающей дегазации / А.П. Клец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 150-155. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-33331 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-333312012-05-28T13:23:06Z Дебит скважин опережающей дегазации Клец, А.П. Розроблено методику розрахунку свердловин випереджаючої дегазації. Викладено приклад розрахунку дебіту для умов шахти «Алмазна» та приведені його прогнозні показники для кількох виїмкових ділянок шахт Донбасу. The design procedure of bore wells of advancing methane drainage is developed. The calculation example of production rate for conditions of «Almazna» mine. The prospective indicators of production rate for some panels of mines of Donbass are resulted. 2010 Article Дебит скважин опережающей дегазации / А.П. Клец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 150-155. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33331 622.831(088.8) ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Розроблено методику розрахунку свердловин випереджаючої дегазації. Викладено приклад розрахунку дебіту для умов шахти «Алмазна» та приведені
його прогнозні показники для кількох виїмкових ділянок шахт Донбасу. |
| format |
Article |
| author |
Клец, А.П. |
| spellingShingle |
Клец, А.П. Дебит скважин опережающей дегазации Геотехническая механика |
| author_facet |
Клец, А.П. |
| author_sort |
Клец, А.П. |
| title |
Дебит скважин опережающей дегазации |
| title_short |
Дебит скважин опережающей дегазации |
| title_full |
Дебит скважин опережающей дегазации |
| title_fullStr |
Дебит скважин опережающей дегазации |
| title_full_unstemmed |
Дебит скважин опережающей дегазации |
| title_sort |
дебит скважин опережающей дегазации |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2010 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33331 |
| citation_txt |
Дебит скважин опережающей дегазации / А.П. Клец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 150-155. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT klecap debitskvažinoperežaûŝejdegazacii |
| first_indexed |
2025-07-03T14:04:58Z |
| last_indexed |
2025-07-03T14:04:58Z |
| _version_ |
1836634866115936256 |
| fulltext |
150
– для всех исследованных марок углей характерно присутствие на фоне ос-
новной матрицы аморфной фазы пор, равномерно либо хаотично расположен-
ных по всему объему образца;
– объемная доля пор колеблется от 2 до 10 %, причем нижние значения ха-
рактерны для слабометаморфизованных углей и антрацитов, а верхние – для
углей средней стадии метаморфизма (выбросоопасных);
– размеры пор также варьируют в широких пределах: от 3-5 мкм до 80-100
мкм, однако в любом случае являются достаточными для размещения в них мо-
лекул метана;
– ориентировочная оценка максимального количества метана, которое мо-
жет помещаться в поровой структуре угольного вещества, приводит к значению
15-30 м
3
/т, что на порядок ниже объемов метана, зафиксированных при газоди-
намических явлениях в угольных шахтах;
– для структуры угля характерно наличие большого количества металлосо-
держащих включений, входящих в ряд наиболее активных катализаторов син-
теза метана.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булат А. Ф. Метаногенерация в угольных пластах / А. Ф. Булат, С. И. Скипочка, Т. А. Паламарчук,
В. А. Анциферов.– Днепропетровск: «Лира ЛТД», 2010. – 328 с.
2. Жиряков В.Г. Органическая химия / В.Г. Жиряков. – М. : Химия, 1991. – 430 с.
УДК 622.831(088.8)
Канд. техн. наук А. П. Клец
(ИГТМ НАН Украины)
ДЕБИТ СКВАЖИН ОПЕРЕЖАЮЩЕЙ ДЕГАЗАЦИИ
Розроблено методику розрахунку свердловин випереджаючої дегазації. Ви-
кладено приклад розрахунку дебіту для умов шахти «Алмазна» та приведені
його прогнозні показники для кількох виїмкових ділянок шахт Донбасу.
WELLS PRODUCTION RATE OF ADVANCING METHANE DRAINAGE
The design procedure of bore wells of advancing methane drainage is developed.
The calculation example of production rate for conditions of «Almazna» mine. The
prospective indicators of production rate for some panels of mines of Donbass are
resulted.
Целью опережающей дегазации [1] является снижение показателей газонос-
ности горных пород до начала ведения горных работ по добыче угля. Это дос-
тигается путем извлечения метана из газоносных пород-коллекторов в естест-
венных условиях, когда горный массив еще не подвержен влиянию горных ра-
бот, но на выемочном участке уже начаты подготовительные работы, и прово-
дятся подготовительные выработки, из которых возможно бурение дегазацион-
ных скважин.
151
Песчаники Донбасса в нетронутом массиве в большей или меньшей мере
проницаемы. При удовлетворительных условиях они могут отдавать или про-
пускать свободный метан. Естественная проницаемость песчаников очень мала
– сотые и десятые доли миллидарси (10
-16
÷10
-17
м
2
). Поэтому скважины, про-
буренные в песчаниках Донбасса, которые залегают не в зонах геологических
структур или не разгруженные от горного давления, имеют незначительные де-
биты метана, не удовлетворяющие ни условиям дегазации, ни условиям добычи
метана. Второй причиной является малая площадь фильтрации метана из пород
в скважины, которая зависит от диаметра скважины и толщины газоносного
слоя песчаника.
В способе опережающей дегазации используется геомеханическая зона наи-
большего прогиба пород (ЗНП) с высокими фильтрационными свойствами, ко-
торая сформировалась на границе нетронутого массива с подработанными по-
родами кровли уже отработанной смежной лавы. Длина этой зоны равняется
длине выемочного столба, а высота – интервалу разгрузки углепородного мас-
сива. Эта зона характеризуется повышенной пустотностью пород, снижением
содержания воды в порово-трещинном пространстве и повышением на два по-
рядка проницаемости. Сниженное давление газа оказывает содействие фильт-
рации метана из нетронутого массива в зону ЗНП.
Дебит скважины и количество добытого метана является одним из основных
показателей опережающей дегазации. Скважины опережающей дегазации, про-
буренные в ЗНП, как показал опыт экспериментальных исследований, имеют
допустимые дебиты 0,5–2,5 м
3
/мин. [2]. При проектировании мероприятий по
опережающей дегазации величина дебита скважины определяется двумя мето-
дами. Во-первых, она о аналогии принимается равной среднему дебиту сква-
жин, когда опережающая дегазация применялась раньше в похожих геологиче-
ских и технологических условиях. Во-вторых, дебит скважины опережающей
дегазации рассчитывается по методике, приведенной ниже.
Скорость линейной фильтрации в сечении песчаника определяется из закона
Дарси, если известны величины давления газа, параметры газопроницаемости и
координаты исследуемого сечения. В работе [3] с использованием закона Бой-
ля-Мариотта для идеального газа разработана формула для определения газо-
проницаемости пород, преобразовывая которую, получаем формулу для опре-
деления объемного расхода газа за единицу времени (Q, м
3
/мин.) при фильтра-
ции метана в песчанике:
г
сплпр
Р
FРРk
Q
0
22 )(30
, (1)
где прk – коэффициент газопроницаемости песчаника, м
2
; плР , сР – соответ-
ственно давление газа в ненарушенном массиве и в исследуемом сечении пес-
чаника, Па; 0Р – атмосферное давление, Па; г – динамический коэффициент
вязкости метана в исследуемых условиях, Па с; – расстояние в сторону нена-
152
рушенного массива, на котором давление газа в песчанике будет равно пласто-
вому плР , м; F – площадь фильтрации, м
2
, которая определяется по формуле:
nmRF , (2)
где mn – мощность дегазируемого песчаника, м; R – расстояние между сква-
жинами.
Применение формулы (1) для расчетов ожидаемого дебита скважин опере-
жающей дегазации нуждается в принятии уточнений и некоторых допущений.
Первое. Фильтрация – линейная и направлена вдоль наслоения от нетронуто-
го массива к ЗНП. Линии потоков метана ортогональны площади сопряжения
ЗНП с нетронутым массивом.
Второе. Давление Рс равняется давлению газа в скважине и принимается рав-
ным атмосферному давлению Р0, а давление газа в нетронутом массиве Рпл,
равное 85 % гидростатического [6], определяется по формуле:
НgР впл 85,0 , (3)
где g – ускорение свободного падения, равняется 9,8 м/с
2
; γв – плотность во-
ды, равняется 1000 кг/м
3
; Н – глубина залегания дегазируемого песчаника, м.
Давление метана в газоносных породах нетронутого массива глубже границы
метановой зоны намного больше атмосферного давления Р0, поэтому разность
22
спл РР можно заменить на 2
плР , что почти не повлияет (в пределах погрешно-
сти) на результаты расчета по формуле (1). Тогда формула для инженерных
расчетов начальных показателей дебита метана из породы в скважину будет
иметь вид:
г
прn kRmH
Q
220586
. (4)
Величина коэффициента проницаемости прk берется из геологического от-
чета по шахте, а если данные о проницаемости песчаников отсутствуют, тогда
величина коэффициента проницаемости выбирается из таблицы 1, которая со-
ставлена согласно [4], где установлена зависимость прk от коэффициента эф-
фективной пористости епk , или определяют по графику на рис. 1.
Третье. Расстояние ℓ определяется по данным экспериментальных исследо-
ваний по формуле (4), когда известны дебиты скважин, коллекторские показа-
тели песчаников и свойства газа. Так для песчаника 3
4
1
4Smm в кровле 17 восточ-
ной и 17 западной лав на шахте им. А. Ф. Засядько, когда проницаемость пес-
чаника прk = 0,06·10
-15
м
2
( епk = 2,1 %), а средние показатели дебита скважин
153
равняются:
1c
Q = 2,84 м
3
/мин.;
2cQ = 2,06 м
3
/мин., расстояние ℓ будет равно:
ℓ1 = 232 м, ℓ2 = 320 м. На первом этапе для всех песчаников Донбасса
Таблица 1 – Значение коэффициента прk
принимаем ℓ = 275 м (среднее значение). Известно, что расстояние ℓ зависит от
проницаемости песчаника: чем больший показатель проницаемости, тем боль-
шее расстояние ℓ. Поэтому в дальнейшем после наработки экспериментальных
данных расстояние ℓ будет скорректировано для различных показателей прони-
цаемости песчаников.
Рис. 1 – Определение коэффициента проницаемости
Четвертое. Динамическая вязкость метана г зависит от его температуры и
давления и рассчитывается согласно методике, которая приведена в работе [5].
Для Донбасса геотермальный градиент равняется в среднем +3 ºС на 100 м глу-
епk , % 15
10
пр
k , м
2
1,0 0,02
2,0 0,05
3,0 0,14
4,0 0,37
5,0 1,0
6,0 2,72
154
бины, а давление свободного газа в песчаниках определено по формуле (3).
Расчеты г для разных глубин приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Значение показателя вязкости метана
г
Глубина
залегания
песчаника Н, м
Температура
пород,
ºС
Пластовое дав-
ление плР ,
МПа
Динамическая
вязкость метана
г
, Па·с·10
-5
400 29 3,4 1,08
600 35 5,1 1,10
800 41 6,8 1,13
1000 47 8,5 1,16
1200 53 10,2 1,18
1400 59 11,9 1,23
600 65 13,6 1,30
Пятое. Экспериментальными исследованиями доказано, что с повышением
расстояния между скважинами до размера R = 80 м, дебит метана увеличивает-
ся. Дальнейшее повышение расстояния R к увеличению дебита не приводит,
поэтому, если расстояние между скважинами превышает размер 80 м, в фор-
муле (4) R принимается равным 80 м.
Шестое. Если в породах кровли залегают две или больше газоносные породы,
которые отвечают критериям геологических объектов опережающей дегазации,
тогда расчеты проводятся для каждой породы отдельно, а результат суммиру-
ются для всей скважины, cQ , м
3
/мин.
ic QQQQ 21 . (5)
Пример расчета дебита скважины опережающей дегазации для условий вы-
емочного участка 6 южной лавы по пласту 3 на шахте «Алмазная» ГП «Доб-
ропольеуголь».
В углепородном массиве кровли лавы для опережающей дегазации выбраны
два геологических объекта: газоносные песчаники 76 S и 5
1
4 S . Характери-
стики песчаников, необходимые для расчета, приведены в таблице 3.
Таблица 3 –Характеристики песчаников
Наименование Показатель
Индекс песчаника 76 S
5
1
4 S
Глубина залегания Н, м 770 810
Мощность песчаника, пm , м 16,0 21,0
Коэффициент эффективной пористости, епk , % 3,0 2,0
Проектное расстояние между скважинами R = 80 м. По графику на рис. 1 и из
таблицы 2 определяются соответственно показатели проницаемости и динами-
ческой вязкости газа. Для песчаника 76 S прk = 1,4·10
-16
м
2
, а
г = 1,12·10
-5
Па·с. Для песчаника 5
1
4 S прk = 0,5·10
-16
м
2
, а г = 1,13·10
-5
Па·с.
155
По формуле (4) определяется дебит метана в скважину: из песчаника 76 S
Q1 = 0,74 м
3
/мин., а из песчаника 5
1
4 S Q2 = 0,38 м
3
/мин. Суммарный дебит ме-
тана из скважины по формуле (5) составляет Qс = 1,12 м
3
/мин.
Прогнозные показатели дебита скважин опережающей дегазации на некото-
рых выемочных участках приведены в таблице 4.
Сравнение расчетных величин с показателями дебита скважин при проведе-
нии экспериментальных работ по внедрению способа опережающей дегазации
на шахте им. А.Ф. Засядько [2], показывает их удовлетворительную сходи-
мость, что позволяет сделать вывод о достоверности выполняемых расчетов.
Реализация метода определения дебита скважин дает возможность прогнозиро-
вать объемы извлекаемого метана на выемочных участках, что является исход-
ным материалом для проектирования участковых дегазационных систем и пла-
нирования мероприятий по использованию метана. В дальнейшем, по мере на-
копления фактического материала по результатам опережающей дегазации,
этот метод будет усовершенствоваться с целью повышения его точности. Ос-
новные положения метода будут включены в стандарт Минуглепрома Украины
по правилам применения способа опережающей дегазации, разрабатываемый
специалистами МакНИИ, АП «Шахта им. А. Ф. Засядько» и ИГТМ НАН Ук-
раины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. К 75821 Україна, Е 21 F 7/00. Спосіб випереджаючої дегазації порід покрівлі високонавантажених
лав / А. Ф. Булат, Ю. Л. Звягільський, І. О. Єфремов [та ін.] ; заявники і патентоволодарі: Ін-т геотехиічної ме-
ханіки ім. М. С. Полякова НАН України, Орендне підприємство «Шахта ім. О.Ф. Засядька». – № 20041108929;
заявл. 01.11.04; надрук. 15.05.05, Бюл. № 5.
2. Клец А. П. Экспериментальные исследования способа опережающей дегазации высоконагруженных лав
/ А. П. Клец, И. А. Ефремов, Б. В. Бокий // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Ук-
раины. – Днепропетровск, 2008. – Вып. № 80. – С. 72 – 77.
3. Яремійчук Р. Освоєння та дослідження свердловин / Р. Яремійчук, В. Возний. – Львів, 1994. – 440 с.
4. Геологические факторы выбросоопасности пород Донбасса / В. Е. Забигайло, А. З. Широков, И. С. Белый
[и др.]. – К. : Наук. Думка, 1974. – 270 с.
5. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных месторождений. – М. : Недра,
1980. – 303 с.
6. Забигайло В. Е. Выбросоопасность горных пород Донбасса / В. Е. Забигайло, В. В. Лукинов,
А. З. Широков. – К. : Наук. думка, 1983. – 288 с.
Таблица 4– Прогнозные показатели дебита скважин опережающей дегазации
Шахта Лава, пласт
Длина
лавы,
м
Индекс
песча-
ника
Глубина
залегания
песчаника
Н, м
Тол-
щина
песча-
ника
пm , м
Коеф. эф-
фективной
пористо-
сти пеk , %
Прони-
цаемость,
прk ,
м
2
·10
-15
Динамиче-
ская вяз-
кость мета-
на, г ,
Па·с·10
-5
Дебит
скважины
cQ , м
3
/мин.
«Алмазная» ГП
«Добропольеуголь»
6 южная, 3 ,
гор. 550 г
280
76 S
5
1
4 S
770
810
16,0
21,0
3,0
2,0
0,14
0,05
1,12
1,13
0,74
1,12
0,38
им. В.М. Бажанова
ГП «Макеевуголь»
8 западная ук-
лонного поля,
3m
250 1
44SmM 1180 19,0 2,6 0,10 1,18 1,41
«Бутовская»
ГП «Макеевуголь»
5 западная, 1n 215 1
11Snn 1037 31,7 1,8 0,04 1,16 0,75
«Красноармейская-
Западная № 1»
5 южная бл. 2,
4d
300 1
44Sdd 570 17,3 3,6 0,25 1,10 0,82
«Чайкино»
ГП «Макеевуголь»
4 западная ук-
лонного поля,
3m
230
1
44Smm 1090 37,0 2,4 0,08 1,17 1,89
им. А.Ф. Засядько 18 западная, 3m 310
1
4
0
4 Smm
3
4
1
4Smm
1260
1243
8,0
26,0
2,18
2,04
0,07
0,05
1,19
1,19
0,45
1,46
1,01
|