АНАЛИЗ СТРАНОВОГО ОПЫТА ПО ДОБЫЧЕ МЕТАНА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ПОМОЩЬЮ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

АНАЛИЗ СТРАНОВОГО ОПЫТА ПО ДОБЫЧЕ МЕТАНА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ПОМОЩЬЮ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Замалиев Наиль Мансурович

доктор PhD, старший преподаватель, Карагандинский технический университет,

Казахстан, г. Караганда

Казкен Алдияр Серикулы

магистрант, Карагандинский технический университет,

Казахстан, г. Караганда

Омаров Асхат Ерланович

магистрант, Карагандинский технический университет,

Казахстан, г. Караганда

Мырзахметов Дастан Кайратович

магистрант, Карагандинский технический университет,

Казахстан, г. Караганда

Искаков Байжан Даулетович

магистрант, Карагандинский технический университет,

Казахстан, г. Караганда

АННОТАЦИЯ

Проблема обеспечения безопасных условий труда на угольных предприятиях Казахстана и других стран СНГ за последние годы приобретает все более острый характер. Интенсивная отработка угольных пластов сопровождается обильными метановыделениями в горные выработки. О чем свидетельствуют крупные аварии с групповыми несчастными случаями, произошедшие в последнее время на шахтах Казахстана, России, Украины.

Улучшение безопасных условий труда и повышению производительности угольных предприятий является актуальной задачей во всех угледобывающих государствах при разработке пластов со значительной природной газоносностью.

Угольные пласты Карагандинского угольного бассейна имеют очень низкие параметры газопроницаемости и газоотдачи, что не позволяет подземной дегазацией максимально надежно обеспечить безопасность труда шахтеров. Извлечение газа метана при помощи бурения наклонно направленных скважин позволит снизить природную газоносность угольных пластов и повысить производительность горных работ при добычи угля.

Цель научной статьи

Данная статья направлена на изучение странового опыта по добыче метана угольных пластов.

Практически все государства исследуют недра земли в поисках все новых и новых запасов полезного ископаемого. В современном мире даже небольшое месторождение, какого-либо сырья может сыграть важную роль для развития региона.

В последние годы семимильными шагами развивается разработка нетрадиционных источников углеводородов, которые так же относятся к «возобновляемым», способные снизить потребность в природном газе целый регион. К «нетрадиционным», газ метан относится потому, что находится либо в сорбированном состоянии, либо залегает в структуре пласта и для его добычи недостаточно   просто   пробурить   скважину   с   поверхности.   Так   же   к «нетрадиционным» относятся газ из песчаников, газогидраты, метан угольных пластов и сланцевый газ. Газ метан находится практически во всех государствах и странах, но не во всех регионах его можно добывать, важным фактором про добычи метана угольных пластов является проницаемость горных, глубина пластов, отсутствие геологических нарушений и т.д. Передовые страны по добычи метана угольных пластов являются Китай, США, Канада, Индия, Австралия. В ряде стран государство выделяет большие деньги на гранты по развитию метаноугольной промышленности, так как видят в ней большую перспективу. В ряде стран метан угольных пластов, как и другие полезные ископаемые, занесен в промышленные запасы.

Методы промышленной добычи метана

Промышленная добыча метана угольных пластов позволит в регионе:

- уменьшить потребление природного газа;

- повысить безопасность труда шахтеров;

- снизить парниковый эффект.

Бурение скважин - это довольно трудозатратный процесс, требующий особой техники, а еще конкретных знаний, умений и навыков. В настоящее время существует несколько видов искусственно искривленных скважин, среди которых:

- наклонно-направленные;

- горизонтальные;

- многозабойные;

- многоствольные (кустовые).

Наклонно-направленное бурение – метод сооружения скважин, при котором они имеют сложный пространственный профиль, включающий в себя вертикальный верхний интервал, после которого следуют участки с заданными отклонениями от вертикали. Часто используется при разведке и добыче таких полезных ископаемых, как нефть и газ, особенно при многоствольном и кустовом бурении. С 1990-х активно развиваются технологии направленного бурения для создания скважин с горизонтальными участками длиной до единиц километров. Бурением наклонно-направленных скважин это способ строительства скважины, при которой забойная часть оказывается в точке, отклоненной по нормали, которая включает в себя вертикальный верхний участок, с последующими участками, имеющие отклонения по вертикали [1].

Развитие в 2000-х годах наклонно-направленного бурения с горизонтальными участками до 3-4 километров длиной, совместно с многостадийным гидроразрывом пласта позволило начать в Северной Америке экономически оправданную добычу газа, а затем и лёгкой нефти плотных коллекторов из сланцевых формаций [2].

Наклонно-направленные скважины строятся для:

- разведки, а также добычи традиционных и нетрадиционных месторождений газа;

- увеличения обнаженной поверхности продуктивного слоя при пластовом месторождении;

- экономии при строительстве буровых площадок;

- при ремонтных работах, авариях, связанных с отрывом буровой коронки;

- вскрытие продуктивных пластов, обходя геологические нарушение. К преимуществам можно отнести следующие моменты:

- площадь обнажения пласта, если скважина проходит вдоль его расположения;

- возможность строительства скважины в труднодоступных местах, к примеру, под населенным пунктом, озером, парковой зоны и т.д.;

- возможность бурения нескольких скважин с одной буровой площадки, тем самым экономя на строительстве самих буровых площадках;

- строительство глушащей скважины для ликвидации аварии связанной с фонтанированием скважины. В этом случае новая скважина строится на безопасном расстоянии по направлению к аварийному участку, с целью закачки раствора.

Недостатками строительства наклонно направленной скважины является:

- более сложные и дорогие конструкции для набора угла;

- закачка песка или пропанта для предотвращения слипания трещин скважин при больших углах поворота скважины.

В Казахстане наклонно направленное бурение, в большей степени формируется с применением роторного способа, забойные двигатели применяются исключительно на участках, в которых необходим набор кривизны. Мнение специалистов в области строительства скважин, как зарубежных, так и отечественных сходится в том, что винтовые забойные двигатели гораздо эффективнее, и в будущем акцент все больше и больше будет делаться именно на них.

Результат

Результат исследования показывает, что на настоящий момент в мире существует три основных способа извлечения метана из угольных пластов [3]:

• дегазация угольных шахт, снижающая объёмы выделения метана в горные выработки и обеспечивающая безопасность работы в метанообильных шахтах. В этом случае МУП разной концентрации является попутным полезным ископаемым;
• добыча метана вне полей действующих или проектируемых шахт путём бурения с поверхности специальных скважин с применением искусственных способов повышения газопроницаемости угольных пластов. Это направление является перспективным методом получения газа с высоким (75-95%) стабильным содержанием метана для широкого применения в народном хозяйстве;
• добыча метана из ликвидированных шахт [4, 5].

Дегазация заблаговременная – дегазация, осуществляемая скважинами с земной поверхности с предварительным гидрорасчленением пластов и извлечением газа из углепородного массива до начала очистных или подготовительных работ [6].

Научные и инженерные разработки по заблаговременной дегазационной подготовке угольных месторождений впервые в мире были начаты в 1957 г. профессором Московского горного института Н.В. Ножкиным. Разработанный им метод заблаговременной дегазации угольных месторождений способом гидрорасчленения является основой для последующих различных способов активных воздействий на угольный массив [7].

Выводы

Основные выводы, сделанные на основании результатов исследований следующие:

- добычей метана угольных пластов в мире в промышленных масштабах занимаются такие передовые страны как Китай, Австралия, Канада, Индия, США и Россия.

- по подсчету запасов в Центральном Казахстане имеются очень большие и практически нетронутые ресурсы метана угольных месторождений, которые, по оценкам, составляют 2-4 триллиона кубометров.

- одним из направлений стимулирования газоотдачи является бурение наклонно-направленных скважин, обеспечивающих максимальное обнажение площади пласта вдоль скважины.

- без дополнительных способов стимулирования газоотдачи, промышленная добыча газа метана угольных пластов на территории Карагандинского угольного бассейна не рентабельна.

Список литературы:

1. Горная энциклопедия: в 5 т. / под ред. Е.А. Козловского. – М.: Советская энциклопедия, 1984. – Т. 1. –558 с.
2. Rotary steerable drilling technology matures // http://www.drilling contractor.org/dcpi/2003/dc-julyaug03/July3-Rotary.pdf. 8.09.2020.
3. Горин А.С., Спектр Ю.И., Красков В.А. Перспективные технологии бурения скважин // Трубопроводный транспорт нефти. – 2003. – №11. – С. 25-32.
4. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Технология бурения нефтяных и газовых скважин. – М.: Недра, 2001. – 674 с.
5. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. – М., 1967. - 352 с.
6. Абрамов Г.С., Барычев А.В., Камнев Ю.М. и др. Опыт эксплуатации перспективы развития забойных инклинометрических систем с электромагнитным каналом связи // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». – 2001. – №1-2. – С. 20-23.
7. Березин В.Л., Зиенко А.И., Минаев В.И. Строительство предприятий нефтяной и газовой промышленности: обзор. инф. – 1984. – №3. – 55 с.