ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА. АЭРОГАЗОДИНАМИКА


ISSN 0536-1028 (Print) ISSN 2686-9853 (Online)

УДК 622.821.325.3
DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-37-43

Шевченко Л. А., Ткаченко Д. А. Физические аспекты массопереноса метана в зонах влияния скважин при дегазации угольных пластов // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 5. С. 37–43 (In Eng.). DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-37-43

Введение. Управление газовыделением и обеспечение аэрологической безопасности при высокопроизводительной добыче угля в очистных забоях возможно только после качественно проведенной предварительной дегазации, для чего требуется детальное изучение массопереноса метана в зоне влияния скважин.
Цель работы. На основе детального изучения газодинамического состояния угольного массива смоделировать процессы массопереноса метана к обнаженной поверхности скважины с учетом переменных значений газоносности по ее длине и времени обнажения единичных отрезков. Суммирование объемов газа, выделившегося с каждого отрезка скважины за определенное время, будет характеризовать общий дебит скважины за тот же период. Это позволит более обоснованно осуществлять проектирование предварительной дегазации угольных пластов.
Методология. Современные методы проектирования дегазации угольных пластов не учитывают дифференцированного газовыделения по длине скважины, а оперируют ее общим дебитом. Однако в структуре общего дебита газа в скважину фиксируется неравномерность начального газовыделения с каждого единичного отрезка в зависимости от его расстояния от устья скважины, что создает в целом неравномерность газоотдачи по длине скважины до тех пор, пока она не войдет в зону установившегося газового давления и газоносности. В статье предложен метод математического моделирования сложного газодинамического процесса массопереноса метана в режиме радиальной фильтрации в пределах кругового контура питания в массиве и аналогичного контура стока в скважине.
Результаты. Предложенный метод позволит рассчитать общий дебит газа из прискважинной зоны угольного пласта и на этой основе определить его остаточную газоносность, а также усовершенствовать методики проектирования дегазации угольных пластов.

Ключевые слова: скважина; угольный пласт; дебит газа; газопроницаемость; газовое давление; газоносность; радиус влияния; фильтрация.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ковалев В. А., Гришин В. Ю., Шевченко Л. А. Формирование дебита газа в длинные скважины при направленном бурении // Вестник КузГТУ. 2013. № 4. С. 58–60.
2. Шевченко Л. А., Гришин В. Ю. Дегазация выработанных пространств длинными скважинами // Известия вузов. Горный журнал. 2014. № 2. С. 10–11.
3. Shevchenko L. A. Debit gas in well as a comprehensive indicator of gas permeability of the coal seam // Coal in 21st Century: Mining Processing and Safety. The 8th Russian-Chinese Symp. Atlantis Press, Amsterdam–Paris–Beuing, 2016. P. 184–187.
4. Шинкевич М. В., Леонтьева Е. В. Моделирование техногенной структуризации вмещающего массива горных пород при ведении очистных работ // Вестник КузГТУ. 2015. № 3. С. 23–31.
5. Ромм Е. С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1966. 283 с.
6. Тарасов Б. Г., Мащенко И. Д., Рябченко А. С. О фильтрующей модели угольного пласта // Вопросы рудничной аэрологии. 1967. Вып. I. С. 71–78.
7. Керкис Е. Е. Методы изучения фильтрационных свойств горных пород. М.: Недра, 1975. 230 с.
8. Родин Р. И., Плаксин М. С. Особенности повышения газопроницаемости угольных пластов // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности: науч.-техн. журнал. 2016. № 1. С. 42–48.
9. Tailakov O. V., Zastrelov D. N., Tailakov V. O., Efremenkov A. B. Utilization prospects of coalbed methane in Kuzbass // Applied Mechanics and Materials. Vol. 756. April 2015. P. 622–625
10. Tailakov O. V., Kormin A. N., Zastrelov D. N., Utkaev E. A., Sokolov S. V. Justification of a
method for determination of gas content in coal seams to assess degasification efficiency // Coal in 21st Century: Mining Processing and Safety. The 8th Russian-Chinese Symp. China, 2016. P. 324–329.
11. Tailakov O. V., Zastrelov D. N., Utkaev E. A., Kormin A. N., Smyslov A. I. Experience for coal
mine methane utilization to generate thermal and electric power // Project on mine Disaster Prevention and Control: Taishan Academic Forum. Mining 2014. Qingdao, China, 17–20 October, 2014. P. 450–454.
12. Шевченко Л. А. Математическое моделирование газодинамического состояния угольного
пласта в зоне влияния скважины в процессе бурения // Вестник КузГТУ. 2016. № 1. С. 67–70.

: Категория: ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА. АЭРОГАЗОДИНАМИКА

Шустов Денис Владимирович

УДК 622.023.62

DOI: 10.21440/0536-1028-2019-4-55-60

Шустов Д. В. Анизотропия физико-механических свойств сланцевых пород Баженовской свиты // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 4. С. 55–60. DOI: 10.21440/0536- 1028-2019-4-55-60

Введение. Определение физико-механических свойств анизотропных глинистых пород является важной и актуальной задачей, так как отложения глин, глинистых сланцев и аргиллитов весьма часто встречаются на нефтяных и газовых месторождениях. Есть данные, что аргиллиты и сланцы создают от 70 до 90 % всех проблем, связанных со стабильностью скважин, что обусловлено особенностями их физических и механических свойств.
Цель работы. На основе испытания образцов керна слоистых аргиллитов получить характеристики анизотропии упругих свойств пород. Методология. Лабораторные исследования физико-механических свойств аргиллитов и сланцев имеют существенные особенности как в плане отбора керна и подготовки образцов, так и в методике проведения и обработки экспериментов. Эти особенности обусловлены чрезвычайно низкой проницаемостью, чувствительностью к буровым растворам на водной основе, анизотропией упругих и прочностных свойств вследствие их слоистой структуры. Рассмотрен опыт проведения испытаний образцов керна слоистых аргиллитов, выполнены испытания на оборудовании по программе консолидированно-недренированного нагружения в соответствии со стандартами ASTM.
Результаты. В результате экспериментов на образцах керна, выпиленных вдоль и поперек слоистости, изучены анизотропные упругие свойства пород, а также их зависимости от геофизических параметров.
Выводы. Анизотропия упругих свойств существенным образом влияет как на напряженно-деформированное состояние при решении конкретных задач механики сплошной среды, так и на расчетные значения исходного поля напряжений в целом. Учет параметров анизотропии, полученных в данной работе, позволит решать задачи геомеханики применительно к слоистым аргиллитам Баженовской свиты.

Ключевые слова: геомеханика; анизотропия; прочность; упругость; слоистость; аргиллиты; лабораторные испытания; керн.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Ашихмин С. Г., Кашников Ю. А., Шустов Д. В., Кухтинский А. Э. Влияние анизотропии упругих и прочностных свойств пород на устойчивость наклонной скважины // Нефтяное хозяйство. 2018. № 8. С. 21–24.
Fjaer E. et al. Petroleum related rock mechanics. 2nd edition. Elseveir, 2008. 515 с.
Вахрушева И. А., Гильманов Я. И., Костин Д. К. Современные технологии отбора и транспортировки керна как основа качественного его исследования // Научно-технический вестник ОАО НК «РОСНЕФТЬ». № 2. 2014. С. 68–70.
Тихоцкий С. А., Фокин И. В., Баюк И. О., Белобородов Д. Е., Березина И. А., Гафурова Д. Р., Дубиня Н. В., Краснова М. А., Корост Д. В., Макарова А. А., Патонин А. В., Пономарев А. В., Хамидуллин Р. А., Цельмович В. А. Комплексные лабораторные исследования керна в ЦПГИ ИФЗ РАН // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96. № 2. С. 17–32.
Amadei B. Rock anisotropy and the theory of stress measurements. Springer-Verlag, 1983.
Cheng A. H.-D. Material coffi cients of anisotropic poroelasticity. Int. J. Rock Mech. Miner. Sci. 1997. No. 34 (2). P. 199–205.
ASTM D7012-14. Standard test method for compressive strength and elastic moduli of intact rock core specimens under varying states of stress and temperatures. URL: https://www.astm.org/Standards/ D7012.htm (дата обращения 19.04.2019)
Loret B., Rizzi E., Zerfa Z. Relations between drained and undrained moduli in anisotropic poroelasticity // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2001. No. 49 (11). P. 2593–2619.
Hiroki Sone. Mechanical properties of shale gas reservoir rocks and its relation to the in-situ stress variation observed in shale gas reservoirs. PhD thesis, 2012.
Berryman J. G., Nakagawa S. Inverse problem in anisotropic poroelasticity: drained constants from undrained ultrasound measurements // Journal of the Acoustical Society of America. 2010. No. 127(2). P. 720–729.
Youn H., Tonon F. Multi-stage triaxial test on brittle rock // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2010. No. 47. P. 678–684. 12. Charlez F. Р. Rock mechanics. Petroleum applications. Vol. 2. Paris, 1997.