Опыт добычи метана при разработке угольных месторождений Китая

УДК 553.982.2:622.272:622.831 ОПЫТ ДОБЫЧИ МЕТАНА ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КИТАЯ THE EXPERIENCE OF METHANE PRODUCTION IN COAL FIELDS OF CHINA Копытов Александр Иванович, профессор, д.т.н. Войтов Михаил Данилович, профессор, к.т.н. Тагиев Санан Мехман оглы, студент, e-mail: tagiev_senan@mail.ru Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 650000, Россия, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28 Kopitov Alexander I., professor, Ph.D. Voitov Michael D., professor, Ph.D. Tagiev Sanan M., student, e-mail: tagiev_senan@mail.ru T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University, 28 street Vesennyaya, Kemerovo, 650000, Russian Federation Аннотация: на основании анализа зарубежных источников рассмотрена история развития метаноугольной отросли в КНР, приведен обзор современных технологий и этапов добычи метана угольных пластов, а также методов интенсификации газоотдачи при разработке угольных месторождений Китая. Ключевые слова: метан угольных пластов (МУП), метаноугольные месторож-дения Китая, горизонтальное бурение, многозабойные скважины. Энергия является основой для прогресса человеческой цивилизации и основным условием развития современного общества. Вопрос энергообеспечения является стратегически важным для Китая, поскольку эта страна стремительно развивается и модернизируется. КНР является крупнейшим в мире производителем энергии. В стране создана всеобъемлющая система энергоснабжения, включающая в себя уголь, природный газ, нефть и возобновляемые источники энергии. Тем не менее, развитие энергетики Китая по-прежнему сталкивается со многими проблемами. Энергопотребление выросло слишком быстро в последние годы экономического бума, увеличиваются нагрузки на импорт энергоносителей. Чтобы оптимизировать чрезмерное потребление энергетических ресурсов и обеспечить сбалансированное и устойчивое развитие экономики, общества и экологии, Китай наращивает усилия на разработку и внедрение инноваций в области энергосбережения, сокращения выбросов, и стремится повысить эффективность использования энергии. Важнейшим источником энергии в энергетической структуре Китая является уголь, который будет оставаться таковым и в обозримом будущем (рис. 1). Быстрое развитие угольной промышленности и огромное производство и ис-пользование угля вызвали серьезные социальные и экологические проблемы. Круп-нейшие города Китая, окутаны серым смогом, состоящим из твердых частиц, CO2, SO2, NOx и других вредных газов. Кроме того, эмиссия CO2 способствует глобальному по-теплению, поэтому вклад Китая в глобальное потепление и ухудшение экологической обстановки в мире является значительным. Добыча угля сопровождается выделением большого количества метана. Метан является фактором риска в процессе эксплуатации шахт и очень мощным парниковым газом, который выбрасывается в атмосферу через вентиляционную систему угольных шахт. В связи с этим, долгосрочная стратегия Китая заключается в рационализации энергобаланса и в применении безопасных и чистых источников энергии. Метан угольных пластов (МУП), производится одновременно с углем и традиционно рассматривался как опасный газ в процессе производства угля. Успешная коммерческая разработка и добычи угольного метана в Соединенных Штатах в конце 1980-х гг. подтолкнула Китай и другие угледобывающие державы к осознанию того, что развитие крупномасштабной индустрии МУП вполне осуществимо. Разработка метана угольных пластов стала важным направлением в энергетической стратегии для стран богатых углем. Развитие добычи МУП в промышленных масштабах имеет большое социальное и экономическое значение. Суммарные ресурсы МУП в Китае оцениваются в 30-35 трлн м3. Геологические запасы МУП сконцентрированы в северных, северо-западных, южных и северо-восточных регионах КНР и их доля от общего объема запасов составляет соответствен-но 56,3 %, 28,1 %, 14,3 % и 1,3 %. Около 90 % ресурсов метана встречаются в угольных пластах юрского, каменноугольного и пермского периода [1]. В настоящее время в КНР существует 105 угольных месторождений. Из них 43 угольных месторождения с высокой метаноностностью – больше 10 м3/т, на долю та-ких месторождений приходится 41 % от общего объема национальных ресурсов. В 29 угольных месторождениях метаноностность средняя – 8 м3/т ~ 10 м3/т, что составляет 28 % от общей суммы. В 19 угольных месторождениях содержание метана в угольных пластах составляет 6 м3/т ~ 8 м3/т, 18 % от общей суммы. В 14 угольных месторожде-ниях газоносность угольных пластов составляет 4 м3/т ~ 6 м3/т, 13 % от общей суммы. Концентрация ресурсов МУП составляет 328 млн м3 на км2. Проницаемость угольных пластов в Китае является относительно низкой, со значениями в пределах от 0,002 мД до 16 мД [2]. В Китае есть много больших угольных бассейнов с ресурсами метана более чем 1 трлн м3: бассейн Ордос (Ordos Basin), бассейн Квиншу (Qinshui Basin), бассейн Хубей (Hubei Basin), бассейн Эрлиан (Erlian Basin), бассейн Чуйче (Zhuiger Basin), бассейн Туха (Tuha Basin), бассейн Талиму (Talimu Basin). Высокопотенциальные ресурсы метана сконцентрированы в бассейне Ордос, расположенном в провинциях Шаньси и Внутренней Монголии; в бассейне Квиншу, расположенном в провинции Шаньси; и бассейн Хубей, расположенном в провинциях Анху и Ляонинг. Геологические условия залегания метана угольных пластов относи-тельно просты в бассейне Ордос, но к востоку все более усложняются. Напротив, по-тенциал рынка газа к востоку увеличивается и наиболее благоприятен в пределах бас-сейнов, приуроченных к густонаселенным промышленным северным регионам Китая . Бассейн Ордос крупнейший угольный бассейн в Китае (336700 км2). В этом бас-сейне наиболее благоприятные условия для разработки и добычи МУП. Ордос имеет сходство с бассейном Сан-Хуан и другими промышленно продуктивными площадями с МУП в США. Большая часть залежей центрального Ордоса погружена более чем на 2000 м, но периметр бассейна благоприятен по глубине для разработки МУП. Структу-ра пластов является простой с незначительными разломами и мелкими региональными погружениями внутри бассейна. Доступные ресурсы МУП в бассейне Ордос только по пермским отложениям оцениваются в 1415 – 2830 млрд м3. Запасы юрских отложений могут дополнительно приближаться к этим объемам [3]. Бассейн Квиншу (103600 км2) расположен непосредственно восточнее бассейна Ордос. Подобно Ордосу, Квиншу имеет глубину в диапазоне 500 – 1500 м, но структу-ра бассейна значительно более сложна, с многочисленными нормальными разломами и погружениями под крутыми углами [4]. Бассейн Хубей – это угольный регион включающий в себя малые, ограниченные разломами залежи каменного угля, которые простирается от провинции Анху на юге до провинции Ляонинг на севере. В связи с наличием в этом регионе большого количества угольных шахт с высокой газообильностью именно здесь были начаты испытания по извлечению МУП (табл. 1). Этому также способствовали современная инфраструктура, топография местности, а главное наличие большой потребности газа в близи региона добычи МУП [5]. Первые работы по разведке МУП и отбору керна в Китае начались в период 1990-1996 гг. На основании изучения образцов керна (рис. 3) китайские и зарубежные компании оценили многочисленные разнообразные площади и определили высокий потенциал метаноугольных месторождений. В течение этого периода при освоении эксплуатационных скважин в северном Китае применялись технологии гидравлической стимулюции и достигнут пик добычи газа в 7000 м3/сут (в среднем на скважину) из угольных пластов, залегающих на глу-бине 335 м [6]. Первые проекты добычи метана обозначили многочисленные операционные проблемы связанные с необходимостью в модернизации технологии бурения и испы-тания скважин, а также адаптацию к местным геологическим условия. С 1999 г. иностранные компании усилили амбициозную программу испытаний и оценку своих лицензионных площадей. В августе 1999 г. China United CBM Co. и нефтяные компании США (Philips Petroleum, Texaco, Arco, Saba Petroleum) подписали 6 договоров на раздел продукции по эксплуатации метаноугольных месторождений, об-щей площадью более 12717 км2, с потенциальным ресурсом МУП в 690,6 млрд м3 [7]. Общие инвестиции по 6 контрактам составили 60 млн долларов США. Правительство КНР продолжает вкладывать инвестиции в разведку и разработку ресурсов МУП и привлекает многие зарубежные компании к совместной эксплуатации метановых месторождений с применением передовых технологий. Технологии и методы бурения скважин в Китае начали развиваться и осваивать-ся относительно недавно, и большинство таких методов выполнены исходя из характе-ристик местных углей, с учетом имеющихся зарубежного опыта. В настоящее время в Китае преобладают вертикальные метаноугольные скважины (в том числе кустовые) в силу более низкой их стоимости и простоты эксплуатации. Кроме того, кустовые сква-жины лучше подходят для горных районов, и впервые были применены при разработке в угольном бассейне Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа. Технология многозабойного бурения скважин была освоена лишь недавно и сопряжена с рядом технических рисков. Преимущества многозабойных скважин – большая площадь дренирования, а также высокая производительность [8]. В основном на угольных пластах применяется бурение на депрессии или со сба-лансированным давлением, как например бурение со свободной водой, растворами с низким содержанием твердой фазы, воздухом. Цель такого бурения заключается в сни-жении ущерба пласту и увеличении объема добычи на одну скважину. Важную роль в добыче угольного метана имеют технологии цементирования. Для того, чтобы уменьшить повреждение пласта жидким цементом и обеспечить долж-ную прочность цементного кольца, применяются, в основном, цементы пониженной плотности, а также технологии, позволяющие контролировать высоту подъема бурово-го раствора вдоль ствола. Для контроля качества цементирования применяются акусти-ческий амплитудный каротаж и каротаж переменной плотности. Большинство скважин – вертикальные. Здесь наибольшее распространение по-лучил метод цементирования обсадной колонны и ее перфорирования из-за надежности и удобства применения. Традиционная технология заканчивания скважины при необсаженном забое была протестирована, но не получила широкого применения. Технология заканчивания скважины кавернообразованием была протестирована в провинциях Шаньси и Цзянси, однако их результаты далеки от идеальных. Кроме того, технология заканчивания мини-кавернами опробована в угольной шахте Шенбей (Shenbei Coal Mine), где она показала свою перспективность [9]. В процессе бурения угольный пласт легко засорить. Для снижения или предот-вращения загрязнения применяются следующие технологии: во-первых, снижение плотности бурового раствора или использование аэрированных буровых растворов при бурении с почти сбалансированным давлением, либо бурения на депрессии. Во-вторых, контролирование содержания твердых частиц и макромолекулярных примесей для предотвращения засорения ими угля. В-третьих, подбор бурового раствора, подходящего для флюидов в угольных пластах и строгий контроль его потерь, чтобы предотвратить излишнее увлажнение, повреждения от воды и нерастворимого осадка, обеспечить стабильность буровых работ [11]. В сравнении с более глубокими, традиционными нефтяными и газовыми зале-жами, угольные пласты обычно находятся под давлением ниже гидростатического. С учетом этого, если выполнить бурение на уголь при повышенном давлении, структура угля может пострадать, что будет означать значительное снижение дебитов за счет за-купорки кливажа угля и снижения его проницаемости. Наиболее распространенным методом бурения на депрессии является проведения работ с использованием воздуха или пены, в зависимости от того, какая система скважин выбрана: единичная или сдво-енная (стыковая) [10]. По сравнению с традиционной вертикальной скважиной, многозабойная сква-жина имеет несколько преимуществ: большая площадь дренирования, улучшенная проводимость, меньший вред угольному пласту, более высокие дебиты на скважину. С учетом этих особенностей, многозабойные скважины имеют широкие перспективы применения. Исследования технологии многозабойных скважин в Китае были начаты поздно. Однако в последние годы многие компании начали строить перьевидные многозабойные скважины. Среди них China United Coalbed Methane Co., CNPC, North China, CDX Co., Far East Energy Corporation (FEEC). Наиболее эффективная технология, применяемая в США – это технология буре-ния многозабойных скважин от CDX Co. (рис. 4), которая прекрасно подходит для хо-рошо развитых угольных пластов, а также наиболее приемлема для тонких пластов с низкой проницаемостью. К августу 2006 г. компанией CDX Co. было пробурено более 170 скважин такого рода [12]. В Китае первая многозабойная метаноугольная скважина – скважина DNP02 в провинции Шаньси, бассейна Киншуи (Shanxi Qinshui Basin), была пробурена в ноябре 2004 года. Темпы бурения скважины по углю достигали 90 %, самый большой угол от-клонения ствола достигает 101,47 °. Скважина выполнена бурением на депрессии с применением каротажа. Положительные результаты эксплуатации скважины DNP02 способствовали дальнейшему развитию добычи угольного метана в Китае (табл. 2) [13]. При проектировании многозабойных скважин их оптимальная конфигурация определяется, исходя из общей длины горизонтального участка, расстояния между бо-ковыми отводами и их количества. Более протяженный горизонтальный участок увеличивает площадь контакта с угольным пластом, но в то же время растут затраты на бурение, а также связанные с работой риски. В результате оценки указанных факторов уставлено, что наиболее целесообразно метаноугольные горизонтальные скважины бу-рить с поверхности с тремя-четырьмя отводами (табл. 3) [14]. 27 января 2007 года в метаноугольной области Паньжуанг округа Цзиньчэн (Panzhuang area, Jincheng) было завершено строительство группы из 6 горизонтальных скважин (рис. 5) [15]. Это первый проект, сочетающий технические характеристики кустовых и груп-пы многозабойных скважин в виде группы скважин. Впервые было выполнено бурение по углю в двух горизонтальных направлениях с поверхности через основную скважину. Протяженность по одному пласту составляет 3000 м ~ 5000 м. В настоящее время все 6 скважин находятся в эксплуатации. Средний уровень добычи на скважину свыше 50 000 м3, в некоторых скважинах превышает отметку 80 000 м3, и дебиты продолжают расти [16]. Опыт организации добычи метана при разработке угольных месторождений Ки-тая показывает, что в условиях роста энергопотребления использование полученного газа достичь устойчивого баланса в развитии экономики, общества и экологии. Данный опыт может быть использован при совершенствовании технологии до-бычи метана угольных пластов в ведущем угледобывающем регионе России – Кузбас-се, в частности в компании «Газпром добыча Кузнецк», которая осуществляет про-мышленное извлечение метана с 2008 года. УДК 553.982.2:622.272:622.831

ОПЫТ ДОБЫЧИ МЕТАНА ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КИТАЯ

THE EXPERIENCE OF METHANE PRODUCTION
IN COAL FIELDS OF CHINA

Копытов Александр Иванович, профессор, д.т.н.
Войтов Михаил Данилович, профессор, к.т.н.
Тагиев Санан Мехман оглы, студент, e-mail: tagiev_senan@mail.ru

Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 650000, Россия, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28

Kopitov Alexander I., professor, Ph.D.
Voitov Michael D., professor, Ph.D.
Tagiev Sanan M., student, e-mail: tagiev_senan@mail.ru

T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University, 28 street Vesennyaya, Kemerovo, 650000, Russian Federation

Аннотация: на основании анализа зарубежных источников рассмотрена история развития метаноугольной отросли в КНР, приведен обзор современных технологий и этапов добычи метана угольных пластов, а также методов интенсификации газоотдачи при разработке угольных месторождений Китая.

Ключевые слова: метан угольных пластов (МУП), метаноугольные месторож-дения Китая, горизонтальное бурение, многозабойные скважины.

Энергия является основой для прогресса человеческой цивилизации и основным условием развития современного общества. Вопрос энергообеспечения является стратегически важным для Китая, поскольку эта страна стремительно развивается и модернизируется. КНР является крупнейшим в мире производителем энергии. В стране создана всеобъемлющая система энергоснабжения, включающая в себя уголь, природный газ, нефть и возобновляемые источники энергии. Тем не менее, развитие энергетики Китая по-прежнему сталкивается со многими проблемами. Энергопотребление выросло слишком быстро в последние годы экономического бума, увеличиваются нагрузки на импорт энергоносителей. Чтобы оптимизировать чрезмерное потребление энергетических ресурсов и обеспечить сбалансированное и устойчивое развитие экономики, общества и экологии, Китай наращивает усилия на разработку и внедрение инноваций в области энергосбережения, сокращения выбросов, и стремится повысить эффективность использования энергии.
Важнейшим источником энергии в энергетической структуре Китая является уголь, который будет оставаться таковым и в обозримом будущем (рис. 1).

Быстрое развитие угольной промышленности и огромное производство и ис-пользование угля вызвали серьезные социальные и экологические проблемы. Круп-нейшие города Китая, окутаны серым смогом, состоящим из твердых частиц, CO2, SO2, NOx и других вредных газов. Кроме того, эмиссия CO2 способствует глобальному по-теплению, поэтому вклад Китая в глобальное потепление и ухудшение экологической обстановки в мире является значительным.
Добыча угля сопровождается выделением большого количества метана. Метан является фактором риска в процессе эксплуатации шахт и очень мощным парниковым газом, который выбрасывается в атмосферу через вентиляционную систему угольных шахт.
В связи с этим, долгосрочная стратегия Китая заключается в рационализации энергобаланса и в применении безопасных и чистых источников энергии. Метан угольных пластов (МУП), производится одновременно с углем и традиционно рассматривался как опасный газ в процессе производства угля. Успешная коммерческая разработка и добычи угольного метана в Соединенных Штатах в конце 1980-х гг. подтолкнула Китай и другие угледобывающие державы к осознанию того, что развитие крупномасштабной индустрии МУП вполне осуществимо. Разработка метана угольных пластов стала важным направлением в энергетической стратегии для стран богатых углем. Развитие добычи МУП в промышленных масштабах имеет большое социальное и экономическое значение.
Суммарные ресурсы МУП в Китае оцениваются в 30-35 трлн м3. Геологические запасы МУП сконцентрированы в северных, северо-западных, южных и северо-восточных регионах КНР и их доля от общего объема запасов составляет соответствен-но 56,3 %, 28,1 %, 14,3 % и 1,3 %. Около 90 % ресурсов метана встречаются в угольных пластах юрского, каменноугольного и пермского периода [1].
В настоящее время в КНР существует 105 угольных месторождений. Из них 43 угольных месторождения с высокой метаноностностью – больше 10 м3/т, на долю та-ких месторождений приходится 41 % от общего объема национальных ресурсов. В 29 угольных месторождениях метаноностность средняя – 8 м3/т ~ 10 м3/т, что составляет 28 % от общей суммы. В 19 угольных месторождениях содержание метана в угольных пластах составляет 6 м3/т ~ 8 м3/т, 18 % от общей суммы. В 14 угольных месторожде-ниях газоносность угольных пластов составляет 4 м3/т ~ 6 м3/т, 13 % от общей суммы. Концентрация ресурсов МУП составляет 328 млн м3 на км2. Проницаемость угольных пластов в Китае является относительно низкой, со значениями в пределах от 0,002 мД до 16 мД [2].
В Китае есть много больших угольных бассейнов с ресурсами метана более чем 1 трлн м3: бассейн Ордос (Ordos Basin), бассейн Квиншу (Qinshui Basin), бассейн Хубей (Hubei Basin), бассейн Эрлиан (Erlian Basin), бассейн Чуйче (Zhuiger Basin), бассейн Туха (Tuha Basin), бассейн Талиму (Talimu Basin).

Высокопотенциальные ресурсы метана сконцентрированы в бассейне Ордос, расположенном в провинциях Шаньси и Внутренней Монголии; в бассейне Квиншу, расположенном в провинции Шаньси; и бассейн Хубей, расположенном в провинциях Анху и Ляонинг. Геологические условия залегания метана угольных пластов относи-тельно просты в бассейне Ордос, но к востоку все более усложняются. Напротив, по-тенциал рынка газа к востоку увеличивается и наиболее благоприятен в пределах бас-сейнов, приуроченных к густонаселенным промышленным северным регионам Китая .
Бассейн Ордос крупнейший угольный бассейн в Китае (336700 км2). В этом бас-сейне наиболее благоприятные условия для разработки и добычи МУП. Ордос имеет сходство с бассейном Сан-Хуан и другими промышленно продуктивными площадями с МУП в США. Большая часть залежей центрального Ордоса погружена более чем на 2000 м, но периметр бассейна благоприятен по глубине для разработки МУП. Структу-ра пластов является простой с незначительными разломами и мелкими региональными погружениями внутри бассейна. Доступные ресурсы МУП в бассейне Ордос только по пермским отложениям оцениваются в 1415 – 2830 млрд м3. Запасы юрских отложений могут дополнительно приближаться к этим объемам [3].
Бассейн Квиншу (103600 км2) расположен непосредственно восточнее бассейна Ордос. Подобно Ордосу, Квиншу имеет глубину в диапазоне 500 – 1500 м, но структу-ра бассейна значительно более сложна, с многочисленными нормальными разломами и погружениями под крутыми углами [4].
Бассейн Хубей – это угольный регион включающий в себя малые, ограниченные разломами залежи каменного угля, которые простирается от провинции Анху на юге до провинции Ляонинг на севере. В связи с наличием в этом регионе большого количества угольных шахт с высокой газообильностью именно здесь были начаты испытания по извлечению МУП (табл. 1). Этому также способствовали современная инфраструктура, топография местности, а главное наличие большой потребности газа в близи региона добычи МУП [5].

Первые работы по разведке МУП и отбору керна в Китае начались в период 1990-1996 гг. На основании изучения образцов керна (рис. 3) китайские и зарубежные компании оценили многочисленные разнообразные площади и определили высокий потенциал метаноугольных месторождений.
В течение этого периода при освоении эксплуатационных скважин в северном Китае применялись технологии гидравлической стимулюции и достигнут пик добычи газа в 7000 м3/сут (в среднем на скважину) из угольных пластов, залегающих на глу-бине 335 м [6].
Первые проекты добычи метана обозначили многочисленные операционные проблемы связанные с необходимостью в модернизации технологии бурения и испы-тания скважин, а также адаптацию к местным геологическим условия.
С 1999 г. иностранные компании усилили амбициозную программу испытаний и оценку своих лицензионных площадей. В августе 1999 г. China United CBM Co. и нефтяные компании США (Philips Petroleum, Texaco, Arco, Saba Petroleum) подписали 6 договоров на раздел продукции по эксплуатации метаноугольных месторождений, об-щей площадью более 12717 км2, с потенциальным ресурсом МУП в 690,6 млрд м3 [7]. Общие инвестиции по 6 контрактам составили 60 млн долларов США.

Правительство КНР продолжает вкладывать инвестиции в разведку и разработку ресурсов МУП и привлекает многие зарубежные компании к совместной эксплуатации метановых месторождений с применением передовых технологий.
Технологии и методы бурения скважин в Китае начали развиваться и осваивать-ся относительно недавно, и большинство таких методов выполнены исходя из характе-ристик местных углей, с учетом имеющихся зарубежного опыта. В настоящее время в Китае преобладают вертикальные метаноугольные скважины (в том числе кустовые) в силу более низкой их стоимости и простоты эксплуатации. Кроме того, кустовые сква-жины лучше подходят для горных районов, и впервые были применены при разработке в угольном бассейне Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа. Технология многозабойного бурения скважин была освоена лишь недавно и сопряжена с рядом технических рисков. Преимущества многозабойных скважин – большая площадь дренирования, а также высокая производительность [8].
В основном на угольных пластах применяется бурение на депрессии или со сба-лансированным давлением, как например бурение со свободной водой, растворами с низким содержанием твердой фазы, воздухом. Цель такого бурения заключается в сни-жении ущерба пласту и увеличении объема добычи на одну скважину.
Важную роль в добыче угольного метана имеют технологии цементирования. Для того, чтобы уменьшить повреждение пласта жидким цементом и обеспечить долж-ную прочность цементного кольца, применяются, в основном, цементы пониженной плотности, а также технологии, позволяющие контролировать высоту подъема бурово-го раствора вдоль ствола. Для контроля качества цементирования применяются акусти-ческий амплитудный каротаж и каротаж переменной плотности.
Большинство скважин – вертикальные. Здесь наибольшее распространение по-лучил метод цементирования обсадной колонны и ее перфорирования из-за надежности и удобства применения. Традиционная технология заканчивания скважины при необсаженном забое была протестирована, но не получила широкого применения. Технология заканчивания скважины кавернообразованием была протестирована в провинциях Шаньси и Цзянси, однако их результаты далеки от идеальных. Кроме того, технология заканчивания мини-кавернами опробована в угольной шахте Шенбей (Shenbei Coal Mine), где она показала свою перспективность [9].
В процессе бурения угольный пласт легко засорить. Для снижения или предот-вращения загрязнения применяются следующие технологии: во-первых, снижение плотности бурового раствора или использование аэрированных буровых растворов при бурении с почти сбалансированным давлением, либо бурения на депрессии. Во-вторых, контролирование содержания твердых частиц и макромолекулярных примесей для предотвращения засорения ими угля. В-третьих, подбор бурового раствора, подходящего для флюидов в угольных пластах и строгий контроль его потерь, чтобы предотвратить излишнее увлажнение, повреждения от воды и нерастворимого осадка, обеспечить стабильность буровых работ [11].
В сравнении с более глубокими, традиционными нефтяными и газовыми зале-жами, угольные пласты обычно находятся под давлением ниже гидростатического. С учетом этого, если выполнить бурение на уголь при повышенном давлении, структура угля может пострадать, что будет означать значительное снижение дебитов за счет за-купорки кливажа угля и снижения его проницаемости. Наиболее распространенным методом бурения на депрессии является проведения работ с использованием воздуха или пены, в зависимости от того, какая система скважин выбрана: единичная или сдво-енная (стыковая) [10].
По сравнению с традиционной вертикальной скважиной, многозабойная сква-жина имеет несколько преимуществ: большая площадь дренирования, улучшенная проводимость, меньший вред угольному пласту, более высокие дебиты на скважину. С учетом этих особенностей, многозабойные скважины имеют широкие перспективы применения.
Исследования технологии многозабойных скважин в Китае были начаты поздно. Однако в последние годы многие компании начали строить перьевидные многозабойные скважины. Среди них China United Coalbed Methane Co., CNPC, North China, CDX Co., Far East Energy Corporation (FEEC).
Наиболее эффективная технология, применяемая в США – это технология буре-ния многозабойных скважин от CDX Co. (рис. 4), которая прекрасно подходит для хо-рошо развитых угольных пластов, а также наиболее приемлема для тонких пластов с низкой проницаемостью. К августу 2006 г. компанией CDX Co. было пробурено более 170 скважин такого рода [12].

В Китае первая многозабойная метаноугольная скважина – скважина DNP02 в провинции Шаньси, бассейна Киншуи (Shanxi Qinshui Basin), была пробурена в ноябре 2004 года. Темпы бурения скважины по углю достигали 90 %, самый большой угол от-клонения ствола достигает 101,47 °. Скважина выполнена бурением на депрессии с применением каротажа. Положительные результаты эксплуатации скважины DNP02 способствовали дальнейшему развитию добычи угольного метана в Китае (табл. 2) [13].

При проектировании многозабойных скважин их оптимальная конфигурация определяется, исходя из общей длины горизонтального участка, расстояния между бо-ковыми отводами и их количества. Более протяженный горизонтальный участок увеличивает площадь контакта с угольным пластом, но в то же время растут затраты на бурение, а также связанные с работой риски. В результате оценки указанных факторов уставлено, что наиболее целесообразно метаноугольные горизонтальные скважины бу-рить с поверхности с тремя-четырьмя отводами (табл. 3) [14].
27 января 2007 года в метаноугольной области Паньжуанг округа Цзиньчэн (Panzhuang area, Jincheng) было завершено строительство группы из 6 горизонтальных скважин (рис. 5) [15].
Это первый проект, сочетающий технические характеристики кустовых и груп-пы многозабойных скважин в виде группы скважин. Впервые было выполнено бурение по углю в двух горизонтальных направлениях с поверхности через основную скважину. Протяженность по одному пласту составляет 3000 м ~ 5000 м. В настоящее время все 6 скважин находятся в эксплуатации. Средний уровень добычи на скважину свыше 50 000 м3, в некоторых скважинах превышает отметку 80 000 м3, и дебиты продолжают расти [16].
Опыт организации добычи метана при разработке угольных месторождений Ки-тая показывает, что в условиях роста энергопотребления использование полученного газа достичь устойчивого баланса в развитии экономики, общества и экологии.
Данный опыт может быть использован при совершенствовании технологии до-бычи метана угольных пластов в ведущем угледобывающем регионе России – Кузбас-се, в частности в компании «Газпром добыча Кузнецк», которая осуществляет про-мышленное извлечение метана с 2008 года.

Скачать статью

ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ
Нажимая кнопку «Зарегистрироваться», вы соглашаетесь с условиями пользовательского соглашения
ЗАЧЕМ НУЖНА РЕГИСТРАЦИЯ?
Нажимая кнопку «Зарегистрироваться», вы соглашаетесь с условиями пользовательского соглашения
ЗАЧЕМ НУЖНА РЕГИСТРАЦИЯ?
Добавление техники

Для добавления техники в первую очередь необходимо связаться с нашим менеджером для согласования деталей процесса добавления информации. Оставьте ваши данные, и мы свяжемся с Вами.