Моделирование и лабораторные исследования проницаемости трещиновато-пористых углей в условиях всестороннего сжатия и раскрытия трещин расклинивающим материалом

Предварительная дегазация является составной частью подземной разработки газоносных угольных пластов. Степень и темпы извлечения метана существенно влияют на эффективность и безопасность очистных работ. Значительная часть ресурсов угольного метана находится в пластах с низкой проницаемостью, и чтобы достичь экономичных дебитов, необходима стимуляция газовых скважин. Эффективным методом стимуляции дегазационных скважин является гидроразрыв угольного пласта. Долгосрочное увеличение производительности дегазационной скважины можно обеспечить только за счет использования раскрепляющих материалов (проппантов), вводимых в трещину гидроразрыва. Применение традиционных проппантов (кварцевый песок, керамические сферы), как правило, требует дополнительных дорогостоящих мероприятий (использование высоковязких жидкостей разрыва, высокие темпы закачки). Это ведет к отказу от метода гидроразрыва в пользу бурения плотной сетки протяженных дегазационных скважин. Приемлемым решением, направленным на снижение объемов бурения скважин, является использование легких проппантов с плотностью близкой к дешевым жидкостям разрыва на водной основе. В рамках проекта планируется разработать научные и методические основы интенсификации извлечения метана из газоносных угольных пластов методом гидроразрыва с использованием легких проппантов, плотность которых близка к жидкостям гидроразрыва на водной основе. При этом будут учтены характерные особенности строения угольных пластов (блочно-трещиноватое строение угольных пластов, сорбционные свойства, кливаж) и сорбционные процессы в природных газоносных углях. Прикладная значимость предусмотренных исследований состоит в повышении технико-экономических показателей шахтного гидроразрыва при дегазации угольных пластов. Решаемая научная проблема состоит в определении особенностей изменения проницаемости трещиновато-пористой сорбирующей среды в условиях горного давления при создании дренажных трещин гидроразрыва и их раскрытии легкими расклинивающими материалами. Запланированные исследования включают лабораторные и численные эксперименты по определению анизотропии проницаемости трещиновато-пористых углей, проводимости дренажных трещин гидроразрыва в углях в зависимости от свойств углей, свойств и геометрических параметров упаковки проппантов в трещине, условий напряжений, влияния ориентации и раскрытия дренажной трещины ГРП на проницемость пород и др. В результате выполнения проекта будут получены новые научные результаты. Будет разработана модель анизотропной проницаемости угольного пласта, содержащего дренажную трещину гидроразрыва с легким наполнителем. Модель учитывает напряженное состояние и структурные особенности трещиновато-пористой сорбирующей среды, физические свойства проппанта, его распределение в трещине. Также будет разработан способ формирования укрупненных частиц легкого проппанта с повышенным сцеплением между частицами в трещине гидроразрыва. Применение такого способа предотвращает вынос проппанта в дегазационную скважину и повышает проводимость дренажной трещины. Основные результаты исследований войдут в методические рекомендации по интенсификации предварительной дегазации углей методом шахтного гидроразрыва с использованием легких проппантов.