RU2632591C9 - Способ определения параметров массопереноса метана в угольном пласте - Google Patents
Способ определения параметров массопереноса метана в угольном пласте Download PDFInfo
- Publication number
- RU2632591C9 RU2632591C9 RU2016114996A RU2016114996A RU2632591C9 RU 2632591 C9 RU2632591 C9 RU 2632591C9 RU 2016114996 A RU2016114996 A RU 2016114996A RU 2016114996 A RU2016114996 A RU 2016114996A RU 2632591 C9 RU2632591 C9 RU 2632591C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- pressure
- methane
- chamber
- sample
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 124
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 119
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 abstract 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горному производству, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для диагностики пористости, давления и газоносности метана в угольных пластах. Предложен способ определения параметров массопереноса метана в угольном пласте, согласно которому производят отбор пробы угля в виде штыба из угольного пласта и измерение его температуры, изготовление образцов путем отсева штыба в виде гранул угля одного размера, размещение образцов в измерительную камеру, герметизацию камеры и измерение давления десорбирующегося метана в измерительную камеру. Предельную газоносность угольного пласта определяют как отношение произведения давления метана в измерительной камере и ее объема к плотности угля, атмосферному давлению, объему угольного образца и безразмерному параметру. В лабораторных условиях рассчитывают пористость угля, для чего размещают образец в камеру высокого давления, герметизируют ее, насыщают образец метаном под давлением, равным гидростатической составляющей горного давления, и температурой, равной температуре угольного пласта, до установления сорбционного равновесия. Сбрасывают давление до атмосферного, подключают камеру к измерительному устройству и фиксируют изменение давления метана из угольного образца. Рассчитывают пористость как отношение давления метана в измерительной камере и ее объема к произведению давления сорбционного равновесия, объема угольного образца и безразмерному параметру. Зная пористость, определяют давление метана в угольном пласте как отношение произведения давления метана в измерительной камере и объема измерительной камеры к произведению пористости угля, объему, занимаемому угольным образцом, и безразмерному параметру. При этом считают, что процесс кинетики десорбции газа из угольного пласта и образца идентичен. Выбирают объем измерительной камеры равным не менее 80 объемов угольного образца. Способ позволяет упростить процесс измерения и повысить точность получаемых результатов.
Description
Изобретение относится к горному производству, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для диагностики пористости, давления и газоносности метана в угольных пластах, являющихся основными параметрами массопереноса.
Известен способ определения газоносности пласта, описанный в патенте Российской Федерации №2019706, МПК E21F 5/00, заявлен 15.04.1992, опубликован 15.09.1994 г. Способ включает бурение шпуров в угольном массиве, отбор проб штыба и помещение их в герметичную емкость, измерение динамики газовыделения из штыба и определение количества газа, содержащегося в угле. Определяют теплоемкость и влажность угля в разрабатываемом пласте, плотность штыба и теплоту десорбции газа из него, геотермическую температуру горных пород, критическое значение величины снижения температуры штыба в выбросоопасных зонах пластов, имеющих аналогичные характеристики, по величине которой разрабатываемую зону пласта относят к выбросоопасным. Определяют для различных моментов времени разности температур между температурой штыба, полученного при бурении эталонного шпура в дегазованной части призабойной зоны исследуемого пласта на том же интервале бурения по длине шпура, что и при отборе исследуемой пробы бурового штыба, и температурой исследуемого штыба и максимальную величину для полученных разностей температур. Из математических выражений находят количество десорбированного газа в различные моменты времени и величину диффузионного параметра.
К недостаткам известного способа можно отнести некорректный выбор параметров, т.е. при определении газоносности угольного пласта использовались косвенные параметры, функционально не связанные с сорбционной метаноносностью угольного вещества, т.е. не учитывалось влияние сорбционных свойств угля. Параметрами, определяющими содержание метана в целом, являются пористость (открытая и закрытая) и давление. Эти параметры не учтены в приведенных расчетных формулах. Кроме того, существенным недостатком способа является отсутствие учета гранулометрического состава штыба, поскольку его размер зависит от степени выбросоопасности угля. Известно, что время истечения метана пропорционально квадрату радиуса частиц угля. Не оценивается влияние дробления на интенсивность выделения газа. Кроме того, способ не позволяет одновременно оценивать давление газа и газоносность угольного пласта.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ определения давления и метаноносности угольного пласта, описанный в патенте Украины №89740, МПК: (2009), E21F 7/00, заявлен 23.03.2009, опубликован 25.02.2010, Бюл. №4. Согласно изобретению, способ определения давления и метаноносности угольного пласта заключается в отборе пробы угля из пласта и измерении температуры, предварительном тестировании угольного пласта в лабораторных условиях. Для этого из пробы угля готовят определенное количество образцов одинаковой массы в гранулах близкого размера, каждый из образцов насыщают метаном до равновесного давления в диапазоне давлений от 0,5 до 10 МПа при температуре, равной температуре угольного пласта. Измеряют, при десорбции метана в замкнутый сосуд, количество свободного и адсорбированного метана, выделяющегося из открытых пор и трещин образца, и количество метана, выделяющегося из закрытых пор образца. Определяют метаноносность образца для каждого равновесного давления как сумму всего десорбированного метана. Фиксируют, для всех образцов, зависимость изменения давления в замкнутом сосуде при десорбции метана от величины равновесного давления насыщения и зависимость количества метана в образце от величины равновесного давления насыщения образца метаном. После чего в шахте измеряют изменение давления в замкнутом сосуде при десорбции метана из образца, а давление и метаноносность угольного пласта в месте отбора пробы определяют путем сравнения измеренной величины изменения давления в сосуде с результатами лабораторного тестирования. По фиксированной зависимости изменения давления от величины равновесного давления насыщения определяют равновесное давление метана в угольном пласте. По фиксированной зависимости количества метана в образце от величины равновесного давления насыщения определяют метаноносность угольного пласта.
Известный способ позволяет одновременно оценивать давление газа и газоносность угольного пласта по его предварительному тестированию в лабораторных условиях. Учитывает кинетику десорбции газа и сорбционные свойства угля. Позволяет определять давление и метаноносность угольного пласта непосредственно в шахте, в месте отбора пробы.
Недостатком способа является сложность его осуществления, обусловленная необходимостью проведения предварительного тестирования каждого разрабатываемого пласта в лабораторных условиях, и составление десорбционного паспорта. Для чего используется сложная установка и квалифицированный персонал для ее обслуживания, что, в свою очередь, приводит к значительным временным и материальным затратам и является экономически невыгодным. Кроме того, при построении десорбционного паспорта пласта присутствуют ошибки первого рода, возникающие за счет недостаточного учета пористости угля и соотношения объемов угольной пробы и накопительной камеры, определяющих условия формирования противодавления в контейнере, искажающего показания измеряемого давления в нем.
Задачей настоящего технического решения является усовершенствование способа определения параметров массопереноса метана в угольном пласте за счет исключения предварительного тестирования пласта в лабораторных условиях и введения новых формул для расчета параметров массопереноса метана в угольном пласте, что позволит упростить процесс измерения и повысить точность полученных результатов.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения параметров массопереноса метана в угольном пласте, включающем отбор пробы угля в виде штыба из угольного пласта и измерение его температуры, изготовление образцов путем отсева штыба в виде гранул угля одного размера, размещение образцов в измерительную камеру, герметизацию камеры и измерение давления десорбирующегося в измерительную камеру метана, определение газоносности и давления пласта, согласно изобретению, при определении параметров массопереноса считают процесс кинетики десорбции газа из угольного пласта и образца идентичным, выбирают объем измерительной камеры равным не менее 80 объемов угольного образца, предельную газоносность угольного пласта определяют как отношение произведения давления метана в измерительной камере и ее объема к плотности угля, атмосферному давлению, объему угольного образца и безразмерному параметру:
где Q - газоносность угольного пласта;
Ρk - давление метана в измерительной камере;
Vk - объем измерительной камеры;
ρ - плотность угля;
Рα - атмосферное давление;
Vy - объем, занимаемый угольным образцом;
to - время извлечения угольного штыба из пласта;
t - время от момента герметизации камеры до окончания процесса измерения, в лабораторных условиях рассчитывают пористость угля, для чего размещают образец в камеру высокого давления, герметизируют ее, насыщают образец метаном под давлением, равным гидростатической составляющей горного давления, и температурой, равной температуре угольного пласта, до установления сорбционного равновесия, сбрасывают давление до атмосферного, подключают камеру к измерительному устройству и фиксируют изменение давления метана из угольного образца, рассчитывают пористость угольного пласта как отношение давления метана в измерительной камере и ее объема к произведению давления сорбционного равновесия, объема угольного образца и безразмерному параметру:
где γ - пористость угля;
Рн - давление сорбционного равновесия;
зная пористость, определяют давление метана в угольном пласте как отношение произведения давления метана в измерительной камере и объема измерительной камеры к произведению пористости угля, объему, занимаемому угольным образцом, и безразмерному параметру:
где Рпл - давление метана в угольном пласте.
Условия, выбранные для осуществления способа, а именно выбор объема измерительной камеры не менее 80 объемов угольного образца учитывают то обстоятельство, что процессы кинетики десорбции газа из угольного пласта и образца идентичны и позволяют повысить точность полученных измерений. Происходит это за счет исключения влияния противодавления в контейнере, искажающего показания измеряемого давления в нем.
Представленная авторами формула для расчета предельной газоносности угольного пласта упрощает процесс ее определения за счет того, что отпадает необходимость составления десорбционного паспорта для каждого нового разрабатываемого угольного пласта.
Для определения давления метана в угольном пласте используют значение пористости, которую определяют в лабораторных условиях и применяют для дальнейших вычислений по формуле, предложенной авторами. Здесь используется тот факт, что пористость для конкретного угольного пласта остается неизменной. Представленная авторами зависимость получена аналитическим путем.
Имея значения параметров, а именно предельную газоносность и пористость угольного пласта, рассчитывают давление метана по введенной авторами формуле.
Пример конкретного исполнения
Испытания «Способа определения параметров массопереноса метана в угольном пласте» проводились на шахте «Комсомолец Донбасса» в подготовительном забое пласта 14. Были пробурены шпуры длиной 4.0 м, и на интервале 2.0 м был отобран штыб угля. Измеряли температуру пласта. Изготавливали образцы путем отсева штыба в виде угля массой до 20 г и размером фракций 0.4-0.5 мм, отобранных из шпуров диаметром 42 мм. Образцы помещали в камеру высокого давления и, после ее герметизации, насыщали метаном Рн под давлением 9-10 МПа в течение 14-16 суток до установления сорбционного равновесия. После этого камеру разгерметизировали и угольный образец объемом Vy=4,5 см3 помещали в герметичный контейнер объемом Vk измерительного прибора ДС-03 (ШИММ), описанного в патенте Российской Федерации №2571769, МПК E21F5/00 (2006.1), опубл. 20.12.2015 г., Бюл. №35, для определения предельной газоносности угольного пласта Q по приведенной выше формуле. Часть образцов доставляли в лабораторию для определения пористости γ, необходимой для оценки Рпл давления метана в угольном пласте.
Исходные данные и результаты измерений газоносности и пористости угольного пласта
1. Объем образца - Vy=4,5 см.
2. Объем измерительной камеры - Vk=400 см3.
3. Давление насыщения угольной пробы Рн=97⋅105 Па.
5. Плотность угля - ρ=1,3 т/м3.
6. Атмосферное давление Рα=105 Па.
7. Давление десорбирующегося метана в измерительной камере Рk=19500 Па.
8. Время полной десорбции метана из угольного образца t=250 мин.
9. Время извлечения угольного штыба из пласта to=5 мин.
Зная пористость, определяют давление метана в угольном пласте по формуле
Время на разгерметизацию образца и начало измерения процесса десорбции метана из образца не должно превышать 5 мин. Время измерения процесса десорбции метана из газонасыщенного угля должно составить 250-300 мин. В течение этого времени фиксируется рост давления, предельное значение которого Рk используется при определении пористости угля.
В случае сокращенного времени измерения, например, с помощью десорбометра ДС-03 (ШИММ) в шахтных условиях в расчетные формулы вводятся дополнительные коэффициенты, учитывающие соотношения давлений, фиксированных в лабораторных и шахтных условиях, для заданных периодов замеров.
Исходя из приведенного выше можно сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение позволяет упростить способ определения параметров массопереноса метана в угольном пласте и повысить точность получаемых результатов.
Claims (17)
- Способ определения параметров массопереноса метана в угольном пласте, включающий отбор пробы угля в виде штыба из угольного пласта и измерение его температуры, изготовление образцов путем отсева штыба в виде гранул угля одного размера, размещение образцов в измерительную камеру, герметизацию камеры и измерение давления десорбирующегося в измерительную камеру метана, определение газоносности и давления пласта, отличающийся тем, что при определении параметров массопереноса считают процесс кинетики десорбции газа из угольного пласта и образца идентичным, выбирают объем измерительной камеры равным не менее 80 объемов угольного образца, предельную газоносность угольного пласта определяют как отношение произведения давления метана в измерительной камере и ее объема к плотности угля, атмосферному давлению, объему угольного образца и безразмерному параметру:
- где Q газоносность угольного пласта;
- Pk - давление метана в измерительной камере;
- Vk - объем измерительной камеры;
- ρ - плотность угля;
- Рα - атмосферное давление;
- Vу - объем, занимаемый угольным образцом;
- to - время извлечения угольного штыба из пласта;
- t - время от момента герметизации камеры до окончания процесса измерения,
- в лабораторных условиях рассчитывают пористость угля, для чего размещают образец в камеру высокого давления, герметизируют ее, насыщают образец метаном под давлением, равным гидростатической составляющей горного давления, и температурой, равной температуре угольного пласта, до установления сорбционного равновесия, сбрасывают давление до атмосферного, подключают камеру к измерительному устройству и фиксируют изменение давления метана из угольного образца, рассчитывают пористость угольного пласта как отношение давления метана в измерительной камере и ее объема к произведению давления сорбционного равновесия, объема угольного образца и безразмерному параметру:
- где γ - пористость угля;
- Рн - давление сорбционного равновесия;
- зная пористость, определяют давление метана в угольном пласте как отношение произведения давления метана в измерительной камере и объема измерительной камеры к произведению пористости угля, объему, занимаемому угольным образцом, и безразмерному параметру:
- где Рпл - давление метана в угольном пласте.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114996A RU2632591C9 (ru) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Способ определения параметров массопереноса метана в угольном пласте |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114996A RU2632591C9 (ru) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Способ определения параметров массопереноса метана в угольном пласте |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2632591C1 RU2632591C1 (ru) | 2017-10-06 |
RU2632591C9 true RU2632591C9 (ru) | 2018-01-12 |
Family
ID=60040596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016114996A RU2632591C9 (ru) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Способ определения параметров массопереноса метана в угольном пласте |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2632591C9 (ru) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111982567B (zh) * | 2020-08-17 | 2024-02-02 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 深孔反循环取样过程中瓦斯损失量补偿模型的构建方法 |
CN113702261B (zh) * | 2021-08-25 | 2023-11-03 | 山东科技大学 | 含瓦斯煤孔隙率与变形修正的试验分析方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU836365A1 (ru) * | 1979-07-06 | 1981-06-07 | Ордена Октябрьской Революции Иордена Трудового Красного Знамениинститут Горного Дела Им. A.A.Скочинского | Способ определени газоносностиугОльНОгО плАСТА |
SU1627730A1 (ru) * | 1989-03-24 | 1991-02-15 | Институт горного дела им.А.А.Скочинского | Способ определени давлени газа в угольных пластах |
RU2019706C1 (ru) * | 1992-04-15 | 1994-09-15 | Сергей Анатольевич Радченко | Способ определения выбросоопасных зон и газоносности угольных пластов в призабойной зоне |
CN101598033A (zh) * | 2009-07-03 | 2009-12-09 | 重庆俞科矿山设备有限公司 | 一种现场预测煤与瓦斯突出的方法 |
UA89740C2 (ru) * | 2009-03-23 | 2010-02-25 | Институт Физики Горных Процессов Нан Украины | Способ определения давления и метаноносности угольного пласта |
CN104564125A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-04-29 | 河南理工大学 | 软煤储层瓦斯强化抽采对比实验装置及实验方法 |
-
2016
- 2016-04-18 RU RU2016114996A patent/RU2632591C9/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU836365A1 (ru) * | 1979-07-06 | 1981-06-07 | Ордена Октябрьской Революции Иордена Трудового Красного Знамениинститут Горного Дела Им. A.A.Скочинского | Способ определени газоносностиугОльНОгО плАСТА |
SU1627730A1 (ru) * | 1989-03-24 | 1991-02-15 | Институт горного дела им.А.А.Скочинского | Способ определени давлени газа в угольных пластах |
RU2019706C1 (ru) * | 1992-04-15 | 1994-09-15 | Сергей Анатольевич Радченко | Способ определения выбросоопасных зон и газоносности угольных пластов в призабойной зоне |
UA89740C2 (ru) * | 2009-03-23 | 2010-02-25 | Институт Физики Горных Процессов Нан Украины | Способ определения давления и метаноносности угольного пласта |
CN101598033A (zh) * | 2009-07-03 | 2009-12-09 | 重庆俞科矿山设备有限公司 | 一种现场预测煤与瓦斯突出的方法 |
CN104564125A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-04-29 | 河南理工大学 | 软煤储层瓦斯强化抽采对比实验装置及实验方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2632591C1 (ru) | 2017-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Permeability evolution in fractured coal: the roles of fracture geometry and water-content | |
CN107727679B (zh) | 一种表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征方法 | |
CN100594369C (zh) | 评估采自地下库藏的岩石切割物的物理参数的方法及装置 | |
US11513052B2 (en) | Characterization of porous materials using gas expansion induced water intrusion porosimetry | |
CN103226089B (zh) | 一种页岩气体渗透率测定方法 | |
Zhang et al. | Influence of coal particle size on coal adsorption and desorption characteristics | |
CN110687006B (zh) | 一种基于井场解析实验的岩石含气量计算方法 | |
CN108458951B (zh) | 通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法 | |
CN103344541A (zh) | 一种泥页岩总孔隙度测定方法 | |
Gaus et al. | Gas permeability tests on core plugs from unconventional reservoir rocks under controlled stress: a comparison of different transient methods | |
CN107063974B (zh) | 一种可压式粘性土渗透系数测定试验***及试验方法 | |
McPhee et al. | Routine core analysis | |
RU2526962C1 (ru) | Способ определения газокинетических характеристик угольного пласта | |
RU2632591C9 (ru) | Способ определения параметров массопереноса метана в угольном пласте | |
CN106370260A (zh) | 一种页岩含气量测试中损失气量的测量方法 | |
Szlązak et al. | Method for determining the coalbed methane content with determination the uncertainty of measurements | |
Li et al. | A new method to simultaneously measure the soil–water characteristic curve and hydraulic conductivity function using filter paper | |
Saghafi | Determination of the gas content of coal | |
RU2019706C1 (ru) | Способ определения выбросоопасных зон и газоносности угольных пластов в призабойной зоне | |
Skoczylas et al. | New instruments and methods for analysing the coal-methane system | |
Such et al. | The influence of reservoir conditions on filtration parameters of shale rocks | |
Arslan et al. | Correlation of unconfined compressive strength with Young's modulus and Poisson's ratio in gypsum from Sivas (Turkey) | |
JP2004117319A (ja) | 岩盤の原位置応力の計測方法 | |
Darłak et al. | Methodological aspects of porosity and pore space measurements in shale rocks | |
Skoczylas et al. | A simple method for measuring basic parameters of the coal—methane system under mining conditions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 28-2017 |
|
TH4A | Reissue of patent specification | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180419 |