Исследование влияния параметров конструкции скважин на эффективность извлечения метана при использовании подземного гидроразрыва

Дегазация угольных пластов – один из важных инструментов для безопасного труда шахтеров. Увеличение глубины проведения работ по добыче угля уменьшает эффективность данного инструмента за счет снижения проницаемости трещин угольного породы, что, в свою очередь, ведет к уменьшению газовыделения. Для увеличения газоотдачи используют различные методы воздействия на угольные пласты, которые влияют на зону контакта пласта со скважиной, в различной степени меняют проницаемость породы за счет естественной трещиноватости, а также создают новые системы трещин. В качестве такого метода дегазации был опробован гидроразрыв (ГРП) без пропанта через пластовые скважины, пробуренные из подготовительных выработок на шахте им. Кирова АО «СУЭК-Кузбасс» [1]. Заканчивание скважин в угольных пластах схоже с процессом в традиционных газовых коллекторах, однако в силу уникальных свойств угля в процесс были внесены корректировки. Некоторые свойства угля и сопутствующие проблемы, связанные с добычей метана из угля, включают в себя: крошимость угля, система трещин чувствительна к блокировке цементом или буровыми растворами, при заканчивании и добыче образуется нежелательный угольный шлам; в трещиноватых углях зачастую обнаруживается большее давление. Одним из основных вопросов для оценки рисков при проведении гидродинамического воздействия является обоснование конструкции скважины (выделение зоны герметизации и открытого забоя). В настоящее время в качестве одного из основных параметров скважины применяется длина герметизации скважин 35 м, гидрообработка проводится через необсаженную часть скважины длиной от 2 до 7 м [2]. Задачей исследования являлось обоснование параметров конструкции скважины на основе сопоставления гидродинамических моделей участков угольного пласта без воздействия и с воздействием, провести адаптации объемов извлечения газа по базовой модели и модели, в которой воспроизводился процесс гидравлического разрыва пласта и выполнить сравнение накопленных объемов извлеченного газа при различных схемах заканчивания. Моделирование производилось с использованием ПО TNavigator.

Коликов К. С., Фан Туан Ань, Хусаинов Р. А., Матниязова Г. И. Исследование влияния параметров конструкции скважин на эффективность извлечения метана при использовании подземного гидроразрыва // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 12. – С. 152–165. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_12_0_152.

Коликов Константин Сергеевич¹ — д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой, е-mail: kolikovks@mail.ru,
Фан Туан Ань¹ — аспират, е-mail: tuananhr1369@gmail.com,
Хусаинов Роман Артурович² — аспирант, е-mail: khusainov.p@gmail.com,
Матниязова Галина Икромовна² — аспирант, е-mail: gala.13@bk.ru,
¹ НИТУ «МИСиС»,
² РГУ Нефти и газа им. И.М. Губкина (НИУ).

Коликов К.С., e-mail: kolikovks@mail.ru.

1. Ютяев Е. П. Обоснование технологии интенсивной подземной разработки высокогазоносных угольных пластов. Автореферат диссертации на соискание учен. степени доктора техн. наук. — Кемерово: КузГТУ, 2019. — 46 с.

2. Cластунов С. В., Мазаник Е. В., Понизов А. В., Сметанин В. С. Методика проведения шахтных экспериментальных испытаний технологии передовой дегазации пласта-спутника «Подполеновский» с использованием гидроразрыва углепородной толщи // Приднепровский научный вестник. — 2017. — Т. 4. — № 11. — С. 72—83.

3. Clarkson C. R., Jordan C. L. Gierhart R. R., Seidle J. P. Production data analysis of coalbed-methane wells // SPE Reservoir Evaluation & Engineering. 2008, vol. 02, pp. 311—325. DOI: 10.2118/107705-PA.

4. Григорьев Г. А., Афанасьева Т. А. Перспективы промышленного освоения нетрадиционных ресурсов газа в России // Нефтегазовая геология. Теория и практика. — 2012. — Т. 7. — № 2. http://www.ngtp.ru/rub/9/29_2012.pdf.

5. Pavlyukov N., Melikov R., Pavlov V., Ptashniy A., Stepanov A., Kalabin A., Kuzovkov A., Gordeev A., Arzhilovskiy A., Samoilov M., Matveev D., Prokhorov A., Khamidov T., Korolev A., Loznyuk O., Shaybakov R., Gabuniya G. An integrated approach for planning of multistage hydraulic fracturing in low-permeability gas-saturated reservoirs with natural fractures / Society of Petroleum Engineers. SPE Russian Petroleum Technology Conference RPTC 2019. Moscow, 2019. DOI: 10.2118/196904-MS.

6. Кейбал А. В., Хайдина М. П. Выход на самоокупаемость заблаговременной дегазации угольных пластов: «pro et contra» // Горная промышленность. — 2014. — № 4 (116). — С. 82—88.

7. Chaohua Guo, Rongji Li, Jiwen Sun, Xin Wang, Hongji Liu A review of gas transport and adsorption mechanisms in two-component methane-carbon dioxide system // International Journal of Energy Research. 2020, vol. 44, no. 4, pp. 2499—2516.

8. Захаров В. Н., Ульянова Е. В., Малинникова О. Н., Пашичев Б. Н. Влияние петрографического состава угля на его способность к удержанию метана // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 12. — С. 88—98. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_12_0_88.

9. Turnadge Ch., Mallants D., Peeters L. Overview of aquitard and geological fault simulation approaches in regional scale assessments of coal seam gas extraction impacts. Affiliation: CSIRO, 2018, pp. 20—120.

10. Балмасов Н. Н., Баранчугов В. К., Быкадоров В. С. и др. Минерально-сырьевая база угольной промышленности. В 2-х томах. Т. 1. — М.: Изд-во МГГУ, 1999. — 633 с.

11. Тимофеев Ю. Л., Ляпков Д. П., Кейбал А. В., Кейбал А. А., Козлова А. Н. Некоторые аспекты заканчивания наклонно направленных метаноугольных скважин, пробуренных вдоль продуктивного пласта // Технологии нефти и газа. — 2011. — № 2. — С. 50—58.

12. Clarkson R. C. R., Bustin R. M. M. Coalbed methane: Current field-based evaluation methods // SPE Reservoir Evaluation & Engineering. 2011, vol. 14, no. 01, pp. 60—75. DOI: 10.2118/131791-PA.

13. Naiks S., Yang S., Bedrikovetsky P., Woolley M. Analytical modeling of the water block phenomenon in hydraulically fractured wells // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2019, vol. 62, pp. 56—70. DOI: 10.1016/j.jngse.2019.04.018.

14. Chaohua Guo, Rongji Li, Jiwen Sun, Xin Wang, Hongji Liu A review of gas transport and adsorption mechanisms in two-component methane-carbon dioxide system // International Journal of Energy Research. 2020, vol. 44, no. 4, pp. 2499—2516. DOI: 10.1002/er.5114.

15. Harms W. M., Scott E. Patent US-0850729 (1992-03-13) Method for stimulating methane production from coal seams.

16. Qin Y., Wu J., Li G., Wang Y., Shen J., Zhang B., Shen Y. Patterns and pilot project demonstration of coal measures gas production // Metan Xuebao. Journal of the China Coal Society. 2020, vol. 45. pp. 2513—2522. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.DZ20.0621.

17. Zheng L., Tao X., Wei P., Wu T., Liu H., Cao Z. Multi-reservoir production damage physical simulation system and its application in coal-measure gas production // Metan Xuebao. Journal of the China Coal Society. 2021, vol. 46, рp. 2501—2509. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs. CB21.0808.

18. Chen S., Liu Y., Zhang J., Li P., Tang X., Li Z., Dong Z., Xu L., Zhao X. Formation conditions and evolution of fractures in multiple tight rocks: Implications for unconventional reservoir exploitation // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021, vol. 200, article 108354, pp. 30—35. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108354.

19. Королева В. Н., Захарова А. А. Возможные пути повышения эффективности извлечения метана из угленосной толщи // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № S1. — С. 221—226.

20. Королева В. Н. Научное обоснование и разработка технологических решений по повышению безопасности горных работ на базе эффективной дегазации с утилизацией метана на основе газогидратных процессов. Автореферат диссертации на соискание учен. степени доктора техн. наук. — М.: МГГУ, 2005. — 44 с.

21. Сластунов С. В., Понизов А. В., Садов А. П., Хаутиев Н. П. Гидрорасчленение угольных пластов для их эффективной дегазационной подготовки через подземные скважины // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6-1. — С. 15— 25. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-61-0-15-25.

22. Сластунов С. В., Мазаник Е. В., Садов А. П. Новые технологические решения в области предварительной дегазации на основе активных воздействий на угольный пласт из подземных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — СВ 1. — С. 107—117.

23. Сластунов С. В., Ютяев Е. П., Мазаник Е. В., Садов А. П., Понизов А. В. Шахтные испытания усовершенствованной технологии подземной пластовой дегазации с использованием гидроразрыва // Уголь. — 2016. — № 11. — С. 32—37. DOI: 10.18796/0041-57902016-11-32-37.

24. Сластунов С. В., Ютяев Е. П., Мазаник Е. В., Садов А. П. Разработка и совершенствование технологий пластовой дегазации для эффективной и безопасной отработки угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — СВ 49. — С. 13—22. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-49-13-22.

25. Мазаник Е. В., Понизов А. В., Садов А. П., Сластунов С. В. Усовершенствованная технология предварительной дегазации угольных пластов на основе их гидроразрыва // Знание. — 2016. — № 5-1(34). — С. 111—116.

26. Елькин В. С. Разработка технологических схем отработки мощных пологих угольных пластов на газовых шахтах. Автореферат диссертации на соискание учен. степени кандидата техн. наук (25.00.22). — СПб.: СПбГУ, 2012. — 21 с.

27. Лупий М. Г. Обоснование технологии комплексной дегазации выемочных участков при высокоинтенсивной разработке газоносных угольных пластов. Автореферат диссертации на соискание учен. степени кандидата техн. наук. — М.: МГГУ, 2010. — 23 с.

28. Матниязова Г. И., Троеглазова А., Хайдина М. П., Оценка влияния прослоев вмещающих пород с низкой проницаемостью на извлечение метана из угольных отложений // Наука и техника в газовой промышленности. — 2018. — № 3(75). — С. 31—41.

29. Лаврухин Е. В., Карсанина М. В., Измаилов А. Ф., Герке К. М. Увеличение объемов численного моделирования в масштабе пор: метод разбиения на подкубы при выделении поросетевых моделей // NEFTEGAZ.RU. — 2019. — № 7(91). — С. 70—75.