Метан угольных пластов

Метан угольных пластов (МУП), или "рудничный газ" ‒ попутный продукт каменноугольной промышленности, вид топлива, альтернативный природному газу.

Метан как продукт углефикации

Процесс образования угля представляет собой преобразование органики (торфа) в уголь под воздействием повышенного давления и температуры. Процесс созревания породы сопровождается выделением газа, больше чем наполовину состоящего из метана (результат соединения углерода и водорода).

Чем выше степень углефикации, тем больше метана содержится в коллекторе, а именно:

• в адсорбированном состоянии, на поверхности угля;
• в свободном виде, в трещинах и порах пласта.

Самая высокая степень углефикации отмечена у таких пород, как антрацит и битуминозный уголь.

Стоит также заметить, что даже при меньшей степени пористости, чем у песчаника, каменный уголь удерживает в несколько раз больше метана в 1 м³, причём содержание вещества в общем потоке ‒ от 80 до 98 %, однако из угольного пласта извлечь его несколько сложнее.

"Рудничный газ" как фактор риска

В процессе разработки каменноугольного месторождения выделение метана становится серьёзной проблемой. Во-первых, достигая определённой концентрации, он становится взрывоопасным, во-вторых, "дикий" метан не имеет запаха, и шахтёры нередко обнаруживают его переизбыток в воздухе, уже ощущая симптомы отравления.

На современных добывающих станциях предусмотрена откачка МУП с помощью вентиляторных установок либо дегазационных трубопроводов на основе сепараторов СЦВ-7. Извлечённый таким образом метан имеет слишком большое количество абразивных примесей и очень малую концентрацию полезного вещества, потому чаще всего его сразу же утилизируют (сжигают) или используют для удовлетворения местных потребностей.

*На заре каменноугольной промышленности шахтёры брали с собой клетку с канарейкой, поскольку те обладают чрезвычайной чувствительностью к газам, в том числе метану, а также угарному газу. При том, что канарейки в состоянии бодрствования постоянно поют, можно было контролировать ситуацию: птица поёт ‒ можно работать, а если она вдруг начинала беспокоиться, или же вовсе падала, значит, пора принимать соответствующие меры и как можно скорее покидать шахту.

Промышленная добыча МУП

Целенаправленная добыча МУП в России пока что находится на этапе внедрения, так как этот ресурс лишь недавно смогли оценить по достоинству наряду с природным газом и нефтью. Но при условии, что запасы природного газа не вечны, а залежи каменноугольного метана в нашей стране ‒ одни из самых масштабных в мире, данная отрасль признана перспективной, и с недавних пор ведётся активная работа по её развитию в нашей стране.

Промышленная добыча метана из угольных пластов осуществляется скважинным методом. Помимо вертикальных скважин также успешно практикуется бурение многоствольных наклонных скважин. В работе используются управляемые роторные системы, позволяющие контролировать выход за пределы пласта.

Поскольку газоносные угольные пласты залегают достаточно глубоко, и их плотность чрезвычайно высока, а проницаемость минимальна, приток ресурса необходимо интенсифицировать искусственно. В большинстве случаев это происходит с помощью ГРП ‒ гидравлического разрыва пласта (путём нагнетания технологической жидкости под высоким давлением).

Чтобы избежать обвала пород, преждевременного закрытия возникших при ГРП трещин, а также попадания в забой грунтовых вод, в скважину вводят расклинивающий агент, чаще всего это цементный раствор с высоким содержанием кварцевого песка или керамических пропантов. Данная процедура называется тампонажем.

Российскими инженерами также был разработан метод плазменно-импульсного воздействия, при котором удаётся сохранить конструкцию скважины, минимизировать воздействие на структуру пласта и уменьшить количество механических примесей в извлекаемом газе. Метод зарекомендовал себя как наименее экономически затратный, при этом обладающий высокой производительностью.