3.2.4. Розрив вугільного пласта рідиною

Вода является одной из рабочих жидкостей для гидравлического разрыва угольного пласта, поэтому опытные данные о движении воды через образцы угля, находящиеся под различной внешней нагрузкойпредставляют большой интерес.

При проходе воды по порам и трещинам угля происходит вспучивание их поверхности с уменьшением объема и сечения порового пространства. В результате этого при подаче воды в уголь под постоянным давлением происходит постепенное уменьшение потока воды во времени (рис. 3.3).

С увеличением давления нагнетания поток воды увеличивается, перекрывая уменьшение потока за счет внутренних изменений в угле. Возврат к подаче воды под наименьшим из некоторых давлений дал снова присущий этому давлению и времени поток воды. Следовательно, в данных условиях подача воды под давлением в уголь не вызвала в нем необратимых структурных изменений.

Рис. 3.3. Характер изменения потока воды через образец целика каменного угля во времени при постоянном давлении воды (7 ати) и без применения внешнего давления на уголь

Уголь в определенных пределах обладает способностью выдерживать всестороннюю сжимающую нагрузку и иметь в то же время местные упругие деформации в виде расширения проходов для воды.

При одном и том же начальном давлении воды ее поток через уголь уменьшается по мере увеличения внешней нагрузки на уголь. Эту нагрузку можно сравнивать с горным давлением на пласт.

Но в тех случаях, когда давление воды (внутренняя нагрузка) превышает наружное давление на уголь (внешняя нагрузка), происходит резкий рост потока воды.

Если подача воды производилась под давлением, превышающим внешние давления (рис. 3.4), то поток воды резко возрос с А до Б и характер этого роста отличен от того, который имел место до точки А. После того, когда давление воды было снова снижено до величины, меньшей внешнего давления, величина потока не снизилась до соответствующего начального давления а составила намного большую величину - С.

Следовательно, в период повышения давления воды до величины, большей внешнего давления на уголь, в нем произошли такие структурные изменения путей прохода воды, которые лежат вне пределов упругой деформации угля.

Рис. 3.4. Изменения потока воды через образец каменного угля в результате возникновения необратимого структурного изменения путей прохода воды (250, 375, 500, 625 - величины давления на уголь)

Таким образом, можно достичь структурных изменений угля под действием потока воды с давлением выше внешнего давления, что значительно увеличивает проницаемость угольного пласта.

При одном и том же давлении поток воды параллельно напластованию угля превышает в 3—4 раза поток воды по направлению, перпендикулярному напластованию.

Однако, как показал опыт, использование полученных щелей разрыва для целей подземной газификации является не всегда приемлемым, так как, несмотря на значительное увеличение проницаемости пласта, количество применяемого дутья является недостаточным для ведения процесса. В этих случаях созданные щели разрыва, заполненные песком, необходимо подвергать огневой проработке, т. е. организовать процесс перемещения очага горения по всей их длине. Как показали специальные исследования, находящийся в щели песок затрудняет огневую проработку, а в ряде случаев не позволяет ее осуществить.

В связи с этим были проведены специальные исследования по созданию щелей разрыва без закрепления их песком. Такую щель можно уже рассматривать как канал газификации, который может работать с применением дутья низкого давления. Опытные работы, проведенные в этом направлении, тали положительные результаты, которые используются на Лисичанской и Подмосковной станциях Подземгаз.

Процесс гидроразрыва угольного пласта в этом случае осуществляется следующим образом.

В угольный пласт через забой скважины истока нагнетается вода. При этом в результате гидравлического разрыва в угольном пласте образуются щели-каналы, по которым и устремляется основная масса воды. Эти каналы соединяются с забоем скважины стока или с огневым забоем подземного газогенератора. Вода, движущаяся по щели первоначального разрыва пласта, размывает уголь и промывает себе проход значительного сечения. Этому способствует как относительно небольшая механическая прочность угля, так и специфика строения угольного пласта.

Угольный пласт состоит из отдельных кусочков угля, разделенных плоскостями напластования и кливажа. При образовании трещин гидроразрыва нарушается связь между структурными кусочками угля, и они легче вымываются из пласта потоком воды. Подачу воды при гидроразрыве угольного пласта ведут до наибольшего снижения давления, которое и служит критерием окончания процесса гидроразрыва пласта при данном расходе жидкости.

Заслуживает внимания также еще и то обстоятельство, что при проникновении канала разрыва до забоя стока происходит резкое снижение давления жидкости, в результате чего горным давлением и давлением газов, сжатых водой в пласте, вода из трещин пласта по каналу разрыва устремляется к забою стока в большом количестве. Это способствует размыву канала в угле.

Поэтому зажатие трещин горным давлением после снижения давления воды не приводит к перекрытию канала, промытого водой в теле угольного пласта.

Вслед за водой в скважину истока подают дутье и если необходимо, производят розжиг пласта на забое этой скважины.

В начальный период давление дутья достигает значительной величины, но по мере удаления воды из промытого в угле канала в результате подсушки угля и вследствие увеличения сечения канала газификации по мере прохождения по нему огневого забоя гидравлическое сопротивление канала газификации снижается до величины, позволяющей применить дутье с давлением, употребляемым для ведения газификации угля. Общая скорость создания каналов таким способом с учетом времени огневой проработки достигает 12 м/сутки.

Контрольні питання: