Определение коллекторских свойств угля на основе численного моделирования и в лабораторных исследованиях

Представлен краткий аналитический обзор методов регистрации гидродинамических параметров высоконапорных потоков флюидов, распространение которых в трещиновато-поровом пространстве угольного пласта имеет импульсный характер. Рассмотрены современные модельные представления о физических процессах движения газа через образец горной породы. Описаны подходы к интерпретации результатов определения фильтрационных параметров для оценки проницаемости угольных пластов и разработки мероприятий, направленных на повышение их газоотдачи. Обсуждается разработанная численная модель, описывающая фильтрацию газа через цилиндрический образец горной породы в линейном направлении при градиенте давления на его торцах. Приведена обобщенная схема и технические характеристики экспериментального стенда для определения проницаемости угольных проб, отобранных в горных выработках действующих угольных шахт. Установлена удовлетворительная сходимость результатов сопоставительного анализа фильтрационных свойств угля, определенных в численных экспериментах при различных режимах расхода газа на выходе из образца и перепадах давления и в лабораторных условиях при изучении угольных кернов. Показана методологическая возможность совместного применения численного моделирования и лабораторных исследований проницаемости угольных пластов для повышения достоверности определения их фильтрационных свойств. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования мероприятий, направленных на повышение эффективности дегазации угольных пластов и безопасности ведения горных работ.

Тайлаков О. В., Макеев М. П., Уткаев Е. А. Определение коллекторских свойств угля на основе численного моделирования и в лабораторных исследованиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 9. – С. 99–108. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_9_0_99.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-45-420022 р_а.

Тайлаков Олег Владимирович¹ — д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, e-mail: oleg2579@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-5046-0476,
Макеев Максим Павлович¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: mmakeev@uglemetan.ru, ORCID ID: 0000-0002-9592-3646,
Уткаев Евгений Александрович¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: utkaev@uglemetan.ru,
¹ Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения РАН.

Макеев М.П., e-mail: mmakeev@uglemetan.ru.

1. Забурдяев В. С. Выделение метана из отбитого в очистном забое угля // Безопасность труда в промышленности. — 2019. — № 11. — С. 13—17. DOI: 10.24000/0409-29612019-11-13-17.

2. Wang Guofa, Ren Huaiwei, Pang Yihui, Cao Xiangang, Zhao Guorui, Chen Hongyue, Du Yibo, Mao Shanjun, Xu Yajun, Ren Shihua, Cheng Jianyuan, Liu Siping Research and engineering progress of intelligent coal mine technical system in early stages // Coal Science and Technology (Peking). 2020, vol. 48, no 7, pp. 1—27. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2020.07.001.

3. Мелехин Е. С., Кузина Е. С. Стимулирование процессов отработки высокогазоносных угольных пластов // Уголь. — 2019. — № 6. — С. 46—51. DOI: 10.18796/0041-57902019-46-50.

4. Соловьев В. Б., Перепелятник А. Н. Применение твердых окислителей для разгрузки и дегазации угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № S6. — С. 267—277. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-4-6-267-277.

5. Малашкина В. А. Исследование возможностей повышения эффективности подземной дегазации угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 9. — С. 131—137. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-09-0-131-137.

6. Клишин В. И., Тайлаков О. В., Опрук Г. Ю., Макеев М. П., Соколов С. В., Уткаев Е. А., Телегуз А. С. Экспериментальные исследования процесса разрушения угольного пласта при поинтервальном гидроразрыве // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. — Т. 6. — № 2. — С. 113—117. DOI: 10.15372/FPVGN2019060220.

7. Minghua Lin, Baiquan Lin, Wei Yang, Yang Zhao, Zheng Wang In-situ testing method of the permeability coefficient in a coal seam based on the finite volume method and its application // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2022, vol. 97, article 104370. DOI: 10.1016/j. jngse.2021.104370.

8. Исабек Т. К., Демин В. Ф., Шонтаев Д. С., Малыбаев С. К., Шонтаев А. Д., Александров А. Ю. Эффективная технология бурения опережающих дегазационных скважин на выбросоопасных угольных пластах // Уголь. — 2021. — № 6. — С. 11—14. DOI: 10.18796/0041-5790-2021-6-11-14.

9. Ширяев С. Н., Черепов А. А., Петрова О. А. Исследование зависимостей проницаемости краевой части угольного пласта от напряженно-деформированного состояния массива горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 9. — С. 62—71. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-09-0-62-71.

10. Bi Caiqin, Hu Zhifang, Tang Dazhen, Tao Shu, Zhang Jiaqiang, Tang Shuling, Huang Huazhou, Tang Yue, Yuan Yuan, Xu Yinbo, Shan Yansheng, Chi Huanpeng, Liu Wei, Zhu Hanyou, Wang Fuguog, Zhou Yang Research progress of coal measure gas and some important scientific problems // Geology in China. 2021, vol. 48, no. 2, pp. 402—423. DOI: 10.12029/gc20210205.

11. Аверин А. П., Белоусов Ф. С., Пашичев Б. Н., Трофимов В. А. Закономерности фильтрации газа через образец горной породы // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 10. — С. 100—111. DOI: 10.25018/023614932021100100.

12. Yang Hongwei, Han Bing, Qian Zhiliang Determination principle of residual gas and analysis of influencing factors on the results of laboratory measurement // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020, vol. 526, no. 1, article 012056. DOI: 10.1088/ 1755-1315/526/1/012056.

13. Рубан А. Д., Забурдяев В. С., Забурдяев Г. С., Матвиенко Н. Г. Метан в шахтах и рудниках России: прогноз, извлечение и использование. — М.: ИПКОН РАН, 2006. — 312 с.

14. Захаров В. Н., Малинникова О. Н., Трофимов В. А., Филиппов Ю. А. Зависимость проницаемости угольного пласта от газосодержания и действующих напряжений // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2016. — № 2. — С. 16— 25. DOI: 10.1134/S1062739116020345.

15. Баренблатт Г. И., Ентов В. М., Рыжик В. М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. — М.: Недра, 1972. — 288 с.

16. Гаюбов А. Т. Особенности течения флюидов в пористых средах в условиях нарушения линейного закона Дарси // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. — 2021. — № 1(302). — С. 19—28. DOI: 10.33285/2073-90282021-1(302)-19-28.

17. Тайлаков О. B., Застрелов Д. Н., Смыслов А. И., Уткаев Е. А. Физическое моделирование фильтрации флюида в угольном пласте для оценки радиуса скин-эффекта // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — СВ 6. — С. 165—169.

18. Tailakov O. V., Utkaev E. A., Makeev M. P., Smyslov A. I. Estimate of coal seams filtration properties in Kuznetsk coal basin of Russia / The International Coalbed Methane Symposium. Tuscaloosa, Alabama, 2003, pp. 298—302.

19. Тайлаков О. В., Уткаев Е. А., Макеев М. П. Определение фильтрационных свойств угольных пластов по результатам шахтных измерений // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2020. — № 6. — С. 366—370.

20. Thakur P. Advanced reservoir and production engineering for coal bed methane. Elsevier Inc., 2017, 210 p. DOI: 10.1016/C2014-0-03188-7.

21. Копытов А. И., Войтов М. Д., Тагиев С. М. Опыт добычи метана при разработке угольных месторождений Китая // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2016. — № 3. — С. 8—14.

22. Fan Yongpeng, Shu Longyong, Huo Zhonggang, Hao Jinwei, Li Yang Numerical simulation of sectional hydraulic reaming for methane extraction from coal seams // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021, vol. 95, article 104180. DOI: 10.1016/j.jngse.2021. 104180.