|
|
Законы фильтрации при гидродинамическомВоздействии на угольный пласт
На основании расчета по формулам В. Н. Щелкачева, М.Д. Миллионщикова и Ф.И. Котяхова значений критического числа Рейнольдса (Reкp) и установленных авторами опытных зависимостей P =j(Q)для большинства угольных пластов Карагандинского, Донецкого, Кузнецкого, Львовско-Волынского и Ростовского бассейнов при установившемся и неустановившемся движении жидкости в пласте получен линейный закон фильтрации. В некоторых случаях (при высоких давлениях и темпах нагнетаемой жидкости) на определенном расстоянии от скважины и шпура наблюдается отклонение от линейного закона. Таким образом, на основании расчета значений Reкp и экспериментальных исследований установлено, что для угольных пластов характерен в основном линейный закон с установившимся и неустановившимся режимами движения жидкости под действием давления при нагнетании ее в пласт. Решение задач установившегося и неустановившегося процесса по линейному закону использовано при дальнейших исследованиях. Теоретические положения воздействий в режиме Гидрорасчленения Схема распределения давления и зон различной проницаемости после гидрорасчленения пласта представлена на рис. 4.2.1. Размер зоны гидрорасчленения при прочих равных условиях определяется темпом и объемом закачки. При режиме гидрорасчленения потери жидкости составят:
где По мере раскрытия и расширения пластовых трещин в процессе гидрорасчленения, увеличения их числа и протяженности Lвозрастает фильтрационная составляющая.расхода жидкости за счет роста площади фильтрации, давления в фильтрующей зоне скважины. Далее наступает момент, когда и режим гидрорасчленения переходит в режим фильтрации, Дальнейшее увеличение площади раскрытых трещин, обычно выражаемых через их протяженность Lили радиус R,не происходит. Для увеличения протяженности (радиуса) трещин гидрорасчленения необходимо увеличить темп закачки и соответственно давление. Составляющая фильтрации в стенки скважины определяется по уравнению Дюпюи. В случае угольного пласта, учитывая малую проницаемость углей и большую разницу в площади обнажения пласта скважиной и площади трещин (на три-пять порядков), фильтрацией в стенки скважины можно пренебречь. Наиболее сложно определяется соотношение между На глубокой физической основе связь размеров трещин с показателями гидроразрыва нефтеносного пласта дана в работах советских исследователей Г.И. Баренблатта, Ю.П. Желтова, С.А. Христиановича. В угольном пласте в отличие от нефтеносного имеется большое количество естественных трещин различной степени раскрытия, протяженности и формы. Поэтому постановка задачи должна быть иной, с учетом составляющих расхода рабочей жидкости в трещины экзогенного и эндогенного происхождения. Пласт по протяженности трещины Lможет быть условно разделен на элементарные полоски, через которые последовательно начинается фильтрация жидкости в моменты времени ti соответственно продвижению рабочей жидкости по самой трещине (в зависимости от скорости раскрытия трещины). Расход через элементарную площадку f полоски определяется по формулам:
где k- проницаемость пласта, см2; f - площадь сечения полоски, см2; m - вязкость рабочей жидкости, кгс·с/см2 (1 сП = 10-8 кгс·с/см2);m- пористость пласта. Распределение давления жидкости в элементарной полоске в направлении от стенки трещины может быть принято в следующем виде: С учетом (3.31) можно написать:
Решая (3.32), получим,
Отсюда
Обозначим полный расход рабочей жидкости, отнесенный к единице мощности пласта (1 см), через q0, среднее раскрытие трещины - через b; расход через стенку одной половины трещины за счет фильтрации и заполнения составит:
Введя две безразмерные переменные и подставляя их в (3.36), получим интегральное уравнение в безразмерной форме, которое решаем с применением преобразования Лапласа. Используя теорему Э. Бореля о свертке для нахождения изображения от интеграла, получим изображение по Лапласу. Переходя от изображения к интегралу и сделав дальнейшие преобразования, получим следующую зависимость:
Путем подстановки значения у, отнесения расхода ко всей мощности пласта h и среднему числу трещин nи преобразований уравнение (3.37) приводится к виду:
где При принятых начальных условиях и максимальной Lимеем:
Теория процесса проверена при выполнении производственных экспериментов. При этом наблюдался выход рабочей жидкости в горные выработки (шахтные поля шахт им. Костенко, № 22 Карагандинского бассейна). В целях проверки соответствия данных, получаемых по уравнению (3.39), произведены контрольные расчеты по данным наблюдений при собственно гидрорасчленении и затем в шахте № 22 при отработке участка. Подстановка в уравнение (3.39)фактических данных наблюдений - протяженности, числа, раскрытия вертикальных трещин - и последующий расчет показали удовлетворительное совпадение данных, что подтверждает теорию, описывающую процесс гидрорасчленения угольного пласта. Анализ опыта дегазации угольных пластов через скважины, пробуренные с поверхности, с использованием гидрорасчленения в различных вариантах показал необходимость достижения коэффициента дегазации 0,6-0,8, освоения скважин, т. е. откачки рабочей жидкости, и извлечения газа. Исследования, выполненные на стадии научного обоснования способа снижения газоносности и выбросоопасности угольных пластов путем их гидрорасчленения, показали, что обобщенной характеристикой газодинамического и напряженного состояния угольных пластов может служить их проницаемость. На величину проницаемости оказывают определяющее влияние как природные, так и горнотехнические факторы. Выбросоопасные пласты или выбросоопасные пачки пластов характеризуются низкой природной проницаемостью порядка тысячных долей миллидарси, которая становится еще ниже под воздействием опорного давления, защемления пласта, влияния оставленных целиков и т. п. Учитывая длительность десорбции, следует признать, что основным носителем выбросоопасности является свободный газ, содержащийся в трещинах и макропорах угольного пласта. Кроме того, выбросоопасные пласты характеризуются значительной нарушенностью. Наиболее опасными являются мелкоамплитудные тектонические нарушения, через которые угольный пласт соединяется с «газовыми ловушками» во вмещающих породах. В этом случае следует иметь в виду необходимость заблаговременной профилактической обработки не только пласта, но и вмещающей его угленосной толщи. К способу гидрорасчленения, выполняемому в целях предотвращения выбросов, дополнительно предъявляются следующие требования: 1) глубокая дегазация угольных пластов и вмещающих пород, позволяющая снизить газоносность и давление газа до безопасного уровня; 2) значительное увеличение (на 1-2 порядка) гидропроводности массива и его газопроницаемости; 3) равномерная обработка массива на значительных площадях; 4) разгрузка пласта, снижение способности угля и вмещающих пород к накоплению потенциальной энергии; 5) возможность эффективной обработки участков с мелкоамплитудными нарушениями.   Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
, (3.30)
- потери за счет фильтрации в стенки скважины (до начала, процесса гидрорасчленения); 
- дополнительные потери за счет давления гидрорасчленения; 
- дополнительные потери за счет фильтрации в стенки трещин, раскрываемых при гидрорасчленении; 
- дополнительные потери на заполнение трещин, раскрываемых и расширяемых при гидрорасчленении.
.
; 
, (3.31)
; 
; 
, где РТ - давление на стенке трещины, МПа; 
- пластовое давление, МПа.
. (3.32)
. (3.33)
. (3.34)
; (3.35)
. (3.36)
. (3.37)
, (3.38)
- половина общего расхода рабочей жидкости в скважину; n- среднее число трещин расчленения.
. В случае заданной протяженности трещин Lнеобходимый общий темп закачки в скважину определится по формуле:
. (3.39)