Файл: Дмитриев, А. М. Прогноз природной газоносности усовершенствованными методами для проектирования угольных шахт [сотрудникам НИИ, проектно-конструкторских и проектных институтов].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.11.2024
Просмотров: 31
Скачиваний: 0
Печорском угольном бассейне - из подготовительных |
вы ра |
||||||
боток одного пласта через междупластье |
до |
другого |
плас |
||||
та, в Карагандинском |
бассейне |
- из подготовительных |
вы |
||||
работок по угольному |
пласту в |
недогазированной |
зоне. |
За |
|||
мер газового давления |
из горных выработок |
осущ ествлялся |
|||||
следующим образом . В |
пробуренную скважину (как правило, |
||||||
небольшой длины) вводили металлическую трубу |
с перфори |
||||||
рованным концом. На другой конец трубы |
навинчивали |
ма |
|||||
нометр. Всю скважину, |
за исключением газовой |
камеры |
у |
||||
забоя, заполняли герметизирующим материалом (глина, але бастр или цементный раствор) .
При зам ерах |
газового давления прямым способом основ |
||
ные трудности |
были вызваны отсутствием надежных средств |
||
герметизации |
скважин. При зам ерах давления в |
скважинах, |
|
пробуренных |
на |
угольный пласт через вмещающие |
породы, |
необходимо достаточно плотно заполнить пространство меж ду замерной трубой и стенками скважины газонепроницае мым м атериалом . При зам ерах газового давления в пласто вой скважине вокруг нее, как и вокруг любой другой выра
ботки, образуется зона частичной разгрузки массива |
от |
|||||
горного давления, а газопроницаемость массива, |
прилегаю |
|||||
щего к скважине, значительно увеличивается. |
Поэтому |
гер |
||||
метизация пластовых скважин с заполнением |
|
затрубного |
||||
пространства |
газонепроницаемыми материалами |
может |
ока |
|||
заться неэффективной, так как утечки |
г а за из |
замерной |
ка |
|||
меры м огут |
происходить именно |
через |
эту, частично разгру |
|||
женную зону. |
В результате даже |
при зам ерах |
газового дав |
|||
ления в скважинах, пробуренных из одной и той же подгото вительной выработки, получали различные значения газового
давления. |
|
|
|
|
В последние годы |
ИГД |
им. А.А. |
Скочинского разработа |
|
ны новые |
конструкции |
устройств для герметизации скважин |
||
и шпуров. |
В одной из |
них |
( ПГД-2) |
для предотвращения раз |
рыва резинового уплотняющего элемента применяются пере крывающие пластины, устанавливаемы е шарнирно в два ряда
по окружности в |
м есте закрепления резиновой трубки в м е |
|||||
таллическом патроне |
М |
. В другой конструкции |
применя |
|||
ется резиновый |
элемент, |
армированный |
капроновым кордом. |
|||
Внутри |
приборов |
проходит |
трубка, соединяющая |
замерную |
||
камеру с манометром . По |
другой трубке под давлением по |
|||||
д ается |
жидкость |
или |
га з, |
расширяющие |
резиновый |
элемент |
до его |
контакта |
со стенками скважины. |
|
|
||
22
Результаты лабораторных и шахтных испытаний показали
работоспособность этих приборов, |
простоту |
технологии |
з а |
||
меров и значительное |
сокращение |
времени |
и |
расходов |
на |
проведение замеров. |
|
|
|
|
|
В настоящ ее время |
достигнуты |
значительные |
успехи |
и |
|
при зам ере газового давления в |
геологоразведочных сква |
||||
жинах. Сотрудниками УкрНИИГаза в качестве базового при
бора использован испытатель пластов малого |
диаметра |
КИИ—65. В результате введения в компоновку |
этого снаря |
да пробоотборной камеры и газового счетчика |
удалось по |
лучить прямую информацию о пластовом давлении флюида и |
|
тем пературе пласта, дебите флюида, газонасыщ енности плас
товых |
вод. Последняя определяется путем |
отбора проб |
га за |
и воды |
с сохранением пластовых условий [ ъ ] . |
|
|
По |
вопросу изучения закономерностей |
распределения |
г а |
зового давления в угольных пластах имеются обширные те оретические исследования. Но тем не менее горногеологи ческие условия залегания угольных пластов и их свойства таковы, что не представляется возможным использовать те
оретические решения. Наибольшее распространение |
в |
насто |
|||
ящее время для ориентировочных расчетов газового |
|
давле |
|||
ния |
получила |
простая |
зависимость |
|
|
|
Р |
- 0,1 |
(Н -Н 0) + 1 ата, |
|
|
где |
Н - глубина от поверхности, м; |
|
|
||
|
Н0 - средняя глубина зоны метановых газов на иссле |
||||
|
дуемом участке, м. |
|
|
||
|
Применение этой формулы оправдано тем , что |
га зо е м - |
|||
кость углей резко возрастает в пределах от 0 до 50 |
ата, а |
||||
затем стабилизируется. Поэтому ее можно использовать для
получения максимальных величин газоносности |
на глубинах, |
|||
где угольные пласты предельно насыщены метаном. |
||||
Определение сорбционной газоем кости углей |
при высоких |
|||
давлениях в-настоящ ее время |
осущ ествляется |
следующими |
||
методами: |
|
|
|
|
объемным |
с применением |
жидкого |
м етана |
(ИГД им. |
А.А. Скочинского) ; |
|
|
|
|
объемным, |
с применением |
сж атого |
м етана ( МакНИИ); |
|
весовым (ИГД им. А.А. Скочинского). |
|
|||
Установлено, что определение сорбционной |
газоем кости |
|||
следует проводить на образцах, сохранивших пластовую вла
гу, так как газоем кость сухих углей |
значительно выше |
(рис. 2). |
|
23
Исходя из этого при изучении сорбционной газоем кости природных углей следует соблюдать следующие условия. При
работе с |
углями, влажность которых превышает 3-5%, |
оп |
||
ределение |
сорбционной |
газоем кости |
должно проводиться |
пу |
тем последовательных |
впусков га за |
для получения равновес |
||
ных точек от малых давлений до максимально заданных. По
дача |
г а за в |
образец |
угля сразу |
до |
конечного |
давления и |
|
последующие |
сбросы |
замеренных |
количеств га за м огут |
при |
|||
вести |
к изменению первоначальной |
влажности угля в |
про |
||||
цессе |
десорбции г а за |
и искажению |
результатов |
эксперимен |
|||
та. |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
2. Сорбционная м етаноем кость |
сухого |
|||
1 - |
и природного |
угля: |
2 - |
м ета |
|
м етаноем кость |
сухого |
угля; |
|||
ноемкость угля, |
сохранившего |
природную |
|||
|
влажность |
|
|
||
После определения сорбционной газоем кости углей необ ходимо провести полную дегазацию угольной пробы для ус тановления остаточной природной газоносности.
При сбросах га за и его извлечении при дегазации должна
24
улавливаться влага. |
Наличие |
вакуума или повышенной тем |
||
пературы может создать условия, препятствующие |
конден |
|||
сации водяных паров, |
и они |
м огут занимать |
в |
условиях |
опыта значительные объемы, что повлечет завышение опре деления остаточной газоносности. Улавливать влагу следу ет с помощью реактива, инертного по отношению к сорбиру
емым газам . Более подходящим для этих |
целей |
является |
||
ангидрон. |
|
|
|
|
Замер свободного пространства сорбционного сосуда |
осу |
|||
щ ествляется после полного извлечения га за |
из |
пробы |
объ |
|
емным методом с использованием гелия. При изучении |
уг |
|||
лей со значительной влажностью, зам еряя |
свободное |
про |
||
странство над сухим дегазированным углем , |
получаем |
з а |
||
вышенную величину свободного пространства, |
поскольку |
при |
||
дегазации освобождается часть порового |
пространства |
уг |
||
ля, ранее занятая влагой. В результате этого величина сор бционной газоем кости оказы вается ниже действительной, В этом случае предпочтительно применять объемный "разност
ный" |
способ. При его |
использовании |
вначале |
определяется |
||||
объем |
м етана, |
впущенный в |
сорбционную |
ампулу |
для дона- |
|||
сыщения помещенного |
в нее |
испытуемого |
образца |
угля. За |
||||
тем зам еряется объем |
м етана, впущенный в |
ту же сорбци |
||||||
онную |
ампулу, |
но уже |
с несорбирующим |
метан |
материалом, |
|||
ооъем |
которого |
точно |
соответствует |
кажущемуся |
объему |
|||
пробы |
угля. |
|
|
|
|
|
|
|
По |
разности |
полученных |
объемов |
м етана |
(отсюда "р аз |
|||
ностный" способ) определяется общая метаноемкость пробы
угля |
с природной влажностью при различном давлении газа. |
||
Как |
показали исследования, "разностный" способ |
определе |
|
ния |
общей |
метаноемкости углей с повышенной |
влажностью |
( Wnp 5%) |
является наиболее точным и менее трудоемким. |
||
При использовании этого метода отпадает необходимость оп
ределения пористости углей для расчета газа |
в |
свободной |
||
фазе. |
|
|
|
|
При определении сорбционной метаноемкости |
|
с помощью |
||
перечисленных выше методов пористость угля |
вы числяется |
|||
по экспериментально найденным величинам его |
|
истинной |
и |
|
кажущейся плотности. Истинная плотность определяется |
по |
|||
ГОСТ 2160-62, согласно которому |
установление |
этой вели |
||
чины осущ ествляется на сухом угле, |
т.е. и здесь |
|
допускается |
|
некоторая ошибка за счет природной влажности |
угля. |
И з- |
||
|
|
|
|
25 |
вестно, что в состав угольных газов |
ниже зоны |
газового |
выветривания кроме м етана входят и |
его высшие |
гомологи, |
содержание которых иногда достигает 20-30%. На современ
ных глубинах разработки высшие углеводороды |
представле |
|||
ны в основном этаном . Этаноемкость каменных |
углей |
и ан |
||
трацитов значительно выше их метаноемкости, |
поэтому не |
|||
обходимо изучать сорбционные свойства углей |
и антрацитов |
|||
но отношению к смесям м етана и этана, близким |
к их |
при |
||
родному содержанию в угольных пластах. |
|
|
|
|
Всем этим условиям наиболее соответствует |
|
сорбцион |
||
ная установка, разработанная ИГД им. |
А.А. |
Скочинского |
||
(рис. 3) . Она состоит из двух частей: |
металлической |
1-35, |
||
рассчитанной на высокие давления, и стеклянной |
38-52, ко |
|||
торая служит для измерения количеств |
газа при |
давлениях |
||
не более 1 ати. |
|
|
|
|
Рис.З. Установка для изучения сорбционной га зо - емкости углей с использованием промежуточных калиброванных емкостей
26
В металлическую часть установки входят следующие эле
менты: . цельнотянутые стальные ампулы 1-5 |
для |
помещения |
|||||
угольных образцов, рассчитанные на |
рабочие |
давления |
до |
||||
200 ат, |
имеющие емкость 500 мл и закрывающиеся |
гермети |
|||||
ческими клапанами; образцовые манометры 6-10 |
и 21-25; |
||||||
краны |
11-20 и 26-30; цельнотянутые |
стальные |
баллоны |
BI |
|||
OS для |
предварительного |
набора газа , |
рассчитанные |
на |
ра |
||
бочие |
давления до 200 ат |
и имеющие |
емкость порядка 1500 мл; |
||||
систем а металлических трубопроводов.
Стеклянная часть установки состоит из вакуумных трех
ходовых кранов 36 и 38, ловушки 37 для поглощения |
|
паров |
||||||
воды, заполненной ангидроном |
( СЕО^ )? , калиброванных |
|||||||
емкостей 39-42, |
соединительных кранов 43-50 |
и |
ртутного |
|||||
манометра 51. |
' |
|
|
|
|
|
|
|
Калиброванные емкости 39-42 и |
гребенка |
(между |
крана |
|||||
ми 38 и 47) служат для измерения |
количества |
газа . |
Правое |
|||||
укороченное колено ртутного манометра 51 соединено |
с |
из |
||||||
мерительной частью установки. Для того чтобы |
|
объем |
|
из |
||||
мерительной части во время измерений давления |
был |
|
по |
|||||
стоянным, уровень ртути в правом |
колене |
манометра |
все |
|||||
гда при зам ерах |
доводится до острия репера |
впаянного |
в |
|||||
трубку манометра с помощью кранов 49 и 50. Величина дав
ления фиксируется на металлической шкале |
с |
помощью оп |
||||
тического |
устройства с точностью до ^ 0 ,1 |
мм. |
Остаточное |
|||
давление |
при вакуумировании изм еряется |
термопарным |
ва |
|||
куумметром УТВ-49, датчиком которого |
|
является |
лам |
|||
па ЛТ—2 (52), впаянная в вакуумную линию |
стеклянной |
час |
||||
ти установки. Вакуумирование всей системы |
осущ ествляет |
|||||
ся с помощью насоса ВН—461. Вся установка |
заключена в |
|||||
воздушный терм остат, в котором нужная температура |
под |
|||||
держ ивается с помощью терморегуляторов |
|
и |
контактных |
|||
термометров. |
|
|
|
|
|
|
Стеклянные емкости 39-42 калибруются |
с помощью |
дис |
||||
тиллированной воды по весу до подсоединения |
их |
к |
уста |
|||
новке. Калибровка коммуникаций обеих частей |
|
установки, |
||||
ловушки, |
наборных металлических емкостей |
31-35 |
произво |
|||
дится любым газом после предварительной откачки. Определение сорбционной м етаноемкости природных углей
осущ ествляется |
следующим образом. Доставленные в лабо |
||
раторию ампулы |
( 1-5) |
с образцами |
углей подсоединяются к |
.металлическому |
блоку |
сорбционной |
установки. Температура |
|
|
|
27 |