Обґрунтування фізико-хімічних параметрів формування і управління вуглеводневими зонами при підземній газифікації бурих вугіль

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Анотація

Інкін О.В. Обґрунтування фізико-хімічних параметрів формування і управління вуглеводневими зонами при підземній газифікації бурих вугіль. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.02.-“Підземна розробка родовищ корисних копалин”. -Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2008.

Дисертація присвячена встановленню домінуючих фізико-хімічних факторів, що визначають динаміку формування вуглеводневих зон в породах покрівлі підземного газогенератора и обґрунтуванні технологічних заходів з видобутку рідких продуктів газифікації.

Для обґрунтування параметрів гідродинамічного видобутку рідких вуглеводнів, акумульованих в покривних породах, використано комплексний підхід, який включає аналіз фактичних даних про витоки газу на станціях ПГВ; фізичне моделювання динаміки формування вуглеводневих зон; комплекс спеціальних лабораторних аналізів; математичне моделювання масопереносу продуктів газифікації.

За результатами фізичного і математичного моделювання процесу ПГВ встановлені закономірності накопичення продуктів газифікації та визначені розміри і форма вуглеводних зон, що формуються в породах покрівлі підземного газогенератора.

Обґрунтований порядок розкриття та вигазовування ділянки вугільного пласта, який передбачає також відбір рідких продуктів газифікації з вигазованого простору і дозволяє підвищити рентабельність і ефективність ПГВ.

Ключові слова: буре вугілля, підземна газифікація, газогенератор, витоки газу, покривні породи, газо-гідродинамічні процеси, продукти газифікації, вуглеводневі зони, ерліфт.

Аннотация

Инкин А.В. Обоснование физико-химических параметров формирования и управления углеводородными зонами при подземной газификации бурых углей.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02-“Подземная разработка месторождений полезных ископаемых”. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2008.

В диссертационной работе был осуществлен анализ состояния вопроса угледобычи в Украине, на основании которого установлено, что в земных недрах находится около 70% запасов углей, сосредоточенных в некондиционных горизонтах, добыча которых неэффективна традиционными методами. В качестве альтернативного способа разработки этих месторождений выбран способ подземной газификации. Основное внимание уделено буроугольным месторождениям.

Отечественный и зарубежный научно-практический опыт выгазовывания угольных пластов показывает, что к наиболее активным управляемым факторам эффективности газификации относятся расход дутья и статическое давление в газогенераторе. Однако увеличение данных параметров вызывает резкий рост неконтролируемых утечек вырабатываемого газа. Эти потери возникают вследствие деформации пород кровли и приводят к насыщению покрывающих пород продуктами газификации, которые представляют собой ценное сырье для химической промышленности.

Для установления динамики формирования углеводородных зон в породной кровле подземного газогенератора и обоснования технологических мер по дополнительному извлечению продуктов газификации проведены экспериментальные и теоретические исследования фильтрации их жидкой и газовой фаз на различных стадиях эксплуатации подземного газогенератора.

По результатам физического моделирования процесса ПГУ установлены закономерности накопления продуктов газификации в зависимости от проницаемости покрывающих пород, а также определены размеры и состав образующихся углеводородных зон.

Исследование компонентного состава продуктов газификации с помощью метода электронного парамагнитного резонанса дало возможность установить, что жидкие продукты газификации в покрывающих породах представлены непредельными, ароматическими и парафиновыми углеводородами, причем в отдельных фракциях выпавшего конденсата содержатся преимущественно углеводороды одной группы.

Для подтверждения достоверности экспериментальных исследований обоснован комплекс математических моделей, отражающих фильтрацию вырабатываемого газа в породах кровли при газификации угольных пластов и вытеснения конденсационной смеси из вмещающих пород в выгазованное пространство после прекращения подачи дутья в газогенератор.

В результате проведенных исследований разработана технологическая схема ПГУ, позволяющая с добычей газа извлекать конденсационную смесь и использовать большинство пробуренных скважин на четырех этапах:-сбойки, подачи дутья, отвода газа, откачки смеси, что приведет к снижению капитальных затрат на газификацию угольного массива.

Использованная математическая модель эрлифта воспроизводит процесс извлечения смеси из выгазованного пространства. Полученные количественные распределения газосодержания потока и его скорости позволили установить технологические параметры, обеспечивающие добычу жидких продуктов газификации при рациональном режиме работы воздушного подъемника. Принятая последовательность переработки и топливно-химической перегонки дренируемых продуктов позволит получать различные фракции и ароматические углеводороды.

Ликвидация аномальных концентраций жидких продуктов газификации и их комплексное использование обеспечиваются предложенным сочетанием дренажа из выгазованного пространства и определенной последовательностью газификации угольного пласта. На примере горно-геологических условий Синельниковского буроугольного месторождения достигается уменьшение насыщенности вмещающих пород конденсатом на 50% при отборе вытесняемого конденсата из выгазованного пространства.

Ключевые слова: бурый уголь, подземная газификация, газогенератор, утечки газа, покрывающие породы, газо-гидродинамические процессы, продукты газификации, углеводородные зоны, эрлифт.

вуглеводневий газогенератор порода

Annotation

Inkin О.V. Grounding physical and chemical parameters of forming and controlling the areas of hydrocarbons during underground gasification of brown coal. - Manuscript.

Thesis for a degree of Candidate of technical sciences by speciality 05.15.02.- “Underground mining of deposits”. - National Mining University, Dnipropetrovsk, 2008.

Dissertation is aimed at establishment of dominating physical and chemical factors determining dynamics of hydrocarbons areas in the roof of an underground gas generator as well as grounding technological measures to extract liquid products of gasification.

To ground parameters of hydrodynamic extraction of liquid hydrocarbons, accumulated in rocks the complex approach, was used. It includes the analysis of actual data relevant to gas leakage on the stations of underground coal gasification; physical modelling of dynamics forming hydrocarbons areas; as well as the complex of special laboratory analyses; mathematical modelling of mass transport of gasification products.

As a result of physical and mathematical simulation of coal gasification the features and parameters of gasification were established product and size and form hydrocarbon areas formed in the roof of underground gas generator, were determined.

The grounded order of opening and gasifying the area of a coal seam foresees extraction of gasification liquid products of from a reaction channel, which allows increasing advantages and efficiency of gasification.

Keywords: brown coal, underground gasification, gas generator, gas leakage, covering rocks, gas and hydrodynamics, gasification products, hydrocarbon areas, airlift.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Обмеженість запасів нафти і газу в Україні призводить до того, що вугілля стає основним природним енергоносієм. Збільшення його видобутку підземним способом пов'язане з переходом гірничих робіт на великі глибини, зростанням об'єму породних відвалів, погіршенням стану повітряного басейну та, як наслідок цього, порушенням стійкості навколишнього середовища. Перспективним способом раціоналізації технології видобутку та переробки вугілля є його підземна газифікація шляхом термохімічних і масообмінних перетворень.

Вітчизняний та закордонний науково-практичний досвід вигазовування вугільних пластів вказує на першочергову важливість зниження неконтрольованих витоків утворюваного газу, величина яких може сягати30%. Вони призводять до невиробничих втрат енергії й насичення порід покрівлі газогенераторів продуктами газифікації.

Збільшення рентабельності газифікації і нейтралізація негативного впливу спалення вугілля на гірський масив вимагає оптимізації газо-гідродинамічного режиму під час і після підземної газифікації. Ефективність газифікації може бути суттєво підвищена за рахунок використання рідких вуглеводнів, акумульованих в породах покрівлі газогенераторів, шляхом їх витіснення у вигазуваний простір потоком підземних вод, що є актуальним науково-технічним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках досліджень кафедри гідрогеології та інженерної геології Національного гірничого університету і є складовою частиною міжнародного проекту „Стан і перспективи розвитку підземної газифікації вугілля (ПГВ) в Україні” (ВФ-3), Дніпропетровськ, НГАУкраїни, 2000р. Напрям досліджень відповідає Постанові Кабінету Міністрів України від 28.03.1997р. №280 „Про хід перебудови вугільної галузі”.

Мета дисертаційної роботи полягає у встановленні домінуючих фізико-хімічних факторів, що визначають динаміку формування і можливість управління вуглеводневими зонами в породах покрівлі підземного газогенератора технологічними заходами.

Задачі, розв'язані в дисертаційній роботі, полягають у наступному.

1. Встановити механізм масопереносу продуктів газифікації з урахуванням впливу колекторських властивостей та водонасиченості порід.

2. Розробити фізичну модель ПГВ, яка відображає динаміку формування вуглеводневих зон в породах покрівлі бурих вугільних пластів при їх вигазовуванні.

3. Провести моделювання газо-гідродинамічних процесів в покривних породах на різних стадіях експлуатації підземного газогенератора для вибору технологічних заходів щодо використання вуглеводневих накопичень і зменшення їх негативного впливу.

4. Обґрунтувати параметри ПГВ для мінімізації негативного впливу витоків газу та їх використання при газифікації.

Ідея роботи полягає у використанні інверсії фізико-хімічних потоків шляхом технологічного впливу на переважаючі фізико-хімічні процеси, що відбуваються у вміщуючих породах при газифікації бурого вугілля.

Об'єкт досліджень - газо-гідродинамічні процеси, що супроводжують підземне вигазовування буровугільних пластів в межах порід покрівлі.

Предмет досліджень - параметри переміщень та фазових перетворень продуктів газифікації в породах покрівлі підземного газогенератора.

Методи досліджень. Для досягнення мети й вирішення задач, що поставлені в дисертаційній роботі, використаний комплексний підхід, який включає аналіз фактичних даних про гірничо-геологічні умови буровугільних родовищ України та витоки газу на станціях ПГВ; фізичне моделювання динаміки формування вуглеводневих зон в покривних породах при підземній газифікації; комплекс спеціальних лабораторних аналізів (метод електронного парамагнітного резонансу) для визначення насиченості покриваючих порід продуктами газифікації й вивчення їх компонентного складу; математичне моделювання масопереносу продуктів газифікації в породах покрівлі для обґрунтування параметрів їх гідродинамічного видобутку.

Наукові положення, що виносяться на захист

1. У вуглевміщуючій товщі при підземній газифікації бурого вугілля міграція та фазові перетворення витоків газу формують зони накопичення продуктів газифікації в покривних породах з утворенням зони термічно змінених порід з твердими вуглецевими включеннями товщиною до 0,5м, та зони конденсації, яка насичена рідкими фракційно розподіленими вуглеводнями різних груп на відстані 0,5…2,5м від породної покрівлі підземного газогенератора, що дозволяє виділити контур гідродинамічного видобутку залишкових продуктів газифікації.

2. Зони вуглеводневого насичення, що утворюються у породній покрівлі підземного газогенератора при газифікації вугільних пластів, очищуються протягом 12…15діб після припинення дуття за рахунок витиснення накопиченого конденсату в порах гірських порід гідродинамічним потоком підземних вод у вигазований простір з коефіцієнтом вилучення конденсату до 50%, що дозволяє ліфтувати водоконденсатну суміш на денну поверхню як корисну копалину.

Наукова новизна отриманих результатів:

- уточнений механізм насичення порід покрівлі підземного газогенератора продуктами газифікації в процесі ПГВ внаслідок кольматації пор продуктами неповного згоряння, а також випадіння конденсату з газової фази внаслідок зміни термобарометричних умов;

- доведено, що заповнення порового простору покривних порід продуктами газифікації відбувається зонально, з переважанням твердих вуглецевих включень поблизу реакційного каналу та прошарків рідкого конденсату у зоні, що залягає вище;

- показано, що зменшення проникності та збільшення водонасиченості покривних порід супроводжується зниженням динамічних параметрів та температури газу який фільтрується, що призводить до підвищення насиченості конденсатом та зміщення зони його накопичення в покрівлі до породного контуру підземного газогенератора;

- розроблена фізико-математична модель фільтрації рідкої та газоподібної фаз продуктів газифікації в породах покрівлі на різних стадіях експлуатації газогенератора, на основі якої визначаються діапазони технологічних параметрів при ліквідації виникаючих вуглеводневих аномалій з додатковим видобутком корисних продуктів;

- встановлено, що зменшення насиченості покривних порід конденсатом досягається за рахунок витиснення рідких продуктів газифікації підземними водами з верхніх горизонтів і їх наступною відкачкою з вигазованого простору;

- обґрунтовані технологічні параметри ерліфта, які забезпечують раціональні режими екстрагування рідких продуктів газифікації, що витісняються у вигазований простір.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей прояву домінуючих фізико-хімічних процесів у породах покрівлі підземного газогенератора й обґрунтуванні на цій основі технологічного впливу, що ліквідує утворювані вуглеводневі аномалії.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

-обґрунтовані технологічні заходи щодо управління фізико-хімічними процесами в породах покрівлі при вигазовуванні вугільних пластів, що визначають процес залучення до видобутку рідких продуктів газифікації;

-розроблені та застосовані у проектуванні способи гідродинамічного видобутку вуглеводнів з наступним їх транспортуванням на денну поверхню;

-обґрунтований і застосований у проекті порядок розкриття та газифікації ділянки вугільного пласта, який передбачає відбір рідких продуктів газифікації з вигазованого простору, що дозволить підвищити рентабельність і екологічність підземної газифікації вугілля;

-визначена послідовність переробки вилучених продуктів газифікації, що забезпечує їх стабілізацію й паливно-хімічну перегонку на різні фракції, які надалі можуть бути використані для виробництва палива і цінних хімічних продуктів.

Практична цінність роботи полягає в обґрунтуванні методичних підходів до прогнозування параметрів газо-гідродинамічних і фізико-хімічних процесів у породній покрівлі підземного газогенератора, що створюють основу прийняття технічних рішень щодо додаткового гідравлічного видобутку рідких продуктів газифікації.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується використанням фундаментальних положень термодинаміки та гідрогазодинаміки, проведенням комплексу спеціальних лабораторних аналізів, відповідністю натурних вимірів і результатів моделювання з відхиленням не більше20%, а також впровадженням розробок у проектуванні.

Реалізація результатів роботи. Основні результати дисертаційної роботи використані в заключному звіті з міжнародного проекту «Стан і перспективи розвитку ПГВ в Україні» та технічному проекті підземної газифікації вугілля Монастирищенського родовища.

Особистий внесок автора полягає у формулюванні мети, ідеї та наукових положень роботи; виконанні вимірювань на експериментальному обладнанні й проведенні їх порівняльного аналізу із даними промислових об'єктів. Автором сформульовані підходи до побудови моделей, виконана їх апробація і розроблені раціональні технічні рішення щодо ліквідації вуглеводневих аномалій у породах покрівлі з додатковим видобутком вуглеводнів.

Апробація результатів досліджень. Основні результати досліджень доповідалися й одержали позитивну оцінку на науковій конференції «Гірничодобувна промисловість України і Польщі: Актуальні проблеми і перспективи» (Дніпропетровськ, 2004), міжнародній науково-технічній конференції «Форум гірників-2006» (Дніпропетровськ-Ялта, 2006), міжнародному науковому симпозіумі молодих учених ім. академіка В.А. Усова «Проблеми геології й освоєння надр» (Томськ, Росія, 2008).

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета й задачі досліджень, об'єкт і предмет роботи, відображені наукова новизна й основні результати, наукові положення, що виносяться на захист, а також дані про апробацію й публікацію досліджень.

У першому розділі виконаний аналіз літературних джерел з метою виявлення чинників, які впливають на ефективність вигазовування вугільних пластів, а також проаналізовані у цьому аспекті гірничо-геологічні умови буровугільних родовищ України.

Встановлено, що до найбільш активних факторів регулювання процесу газифікації відносяться витрата дуття й статичний тиск у газогенераторі. Однак збільшення даних параметрів викликає різке зростання неконтрольованих витоків утворюваного газу.

Як свідчить вітчизняний і закордонний науково-практичний досвід, втрати газу з підземного газогенератора виникають внаслідок деформації порід покрівлі й призводять до накопичення продуктів газифікації в покривних породах. При цьому відбувається хімічне забруднення підземних вод, яке у проникних гірських породах може розповсюджуватися на декілька кілометрів. Величина витоків газу сягає 30%, що значно збільшує собівартість його видобутку й знижує продуктивність станції ПГВ. Разом з тим, рідкі продукти газифікації, що насичують поровий простір покривних порід, є цінною сировиною для хімічної промисловості.

Вагомий внесок у розробку й удосконалення технології підземної газифікації вугілля внесли вчені: П.В. Скафа, Р.М. Пітін, І.Д. Юдін, И.Л. Фарберов, Г.О. Нусінов, М.К. Рева, Д.К. Семененко, Ю.В. Крейнін, М.М. Табаченко, О.В. Колоколов та ін.

Аналіз виконаних робіт свідчить про те, що питаннями відпрацьовування вугільних пластів способом підземної газифікації займалось широке коло дослідників, однак цілісної картини хімічного впливу витоків газу на вуглевмісні породи поки не існує. Це визначило основні завдання дисертаційної роботи з установлення динаміки формування вуглеводневих зон у породній покрівлі підземного газогенератора й обґрунтування технологічних заходів щодо видобутку рідких продуктів газифікації.

Другий розділ дисертації присвячений аналізу результатів експериментальних досліджень фізико-хімічних змін у породах покрівлі газогенератора в процесі вигазовування вугільних пластів.

Для вивчення компонентного складу й аналізу розподілу продуктів газифікації в породній покрівлі підземного газогенератора використаний метод фізичного моделювання. Експериментальна установка була розроблена й виготовлена з дотриманням розрахованих коефіцієнтів подібності. Моделювання процесу вигазовування вугільного пласта здійснювалося в прозорій термостійкій трубці довжиною 1 м і діаметром 0,04 м.

Під час проведення експерименту температура фіксувалась в окремих точках модельованого середовища на відстані 5, 10, 12, 15 і 20см від осередку горіння. Аналіз розподілу температури показує, що прогрівання порід відбувається інтенсивно на початку експерименту, а подальше поширення тепла істотно уповільнюється. Це пояснюється зменшенням теплопровідності порід внаслідок зміни їх фізичного стану під дією хімічного впливу газу.

Одночасно з вимірюванням температури виконувалось візуальне спостереження за станом порід над вугіллям. Проведений експеримент показав характерну гаму зміни забарвлення світлого піску за рахунок насичення його продуктами газифікації.

Визначення фільтраційних і фізичних властивостей покривних порід проводилось на стандартних установках у лабораторії кафедри гідрогеології та інженерної геології НГУ. Встановлено, що при міграції продуктів газифікації в однорідному фільтрувальному середовищі відбувається нерівномірне заповнення порового простору з формуванням декількох зон. Першою від вигазовуваного простору йде зона термічно змінених порід із твердими вуглецевими включеннями, потужність якої в натурних умовах не перевищує0,5м. Вище, на відстані 0,5…2,5м знаходиться зона конденсації, поровий простір якої частково заповнений смолистими продуктами. У зоні непорушених порід, що залягає вище, на відстані 2,5м від покрівлі, відбувається фільтраційна течія газу (табл.1).

Для вивчення впливу колекторських особливостей і водонасиченості порід на накопичення продуктів газифікації експеримент проводився для порід з різними фільтраційними властивостями. Значення абсолютної проникності змінювались від 10^-13 до 10^-11 м², водонасиченості-від 20 до 70%. Встановлено, що в породах з меншою проникністю відбувається більш інтенсивне накопичення конденсату за рахунок різкого зниження динамічних параметрів фільтрації газу.

Таблиця 1 Структура й властивості покривних порід, насичених продуктами газифікації

Як експрес-метод вивчення компонентного складу продуктів газифікації був використаний метод електронного парамагнітного резонансу з еталонними властивостями нафти й гумусу. Обробка отриманих спектрограм показала, що рідкі продукти газифікації в покривних породах представлені неорганічними, ароматичними й парафіновими вуглеводнями, причому в окремих фракціях конденсату втримуються переважно вуглеводні однієї групи.

У третьому розділі наведені результати теоретичних досліджень фільтрації продуктів газифікації у вуглевмісних породах на різних етапах експлуатації підземного газогенератора. При цьому використовувались моделі двофазної фільтрації, розроблені Л.С.Лейбензоном, І.А.Чарним, К.С.Баснієвим.

Фільтрація вироблюваного газу за вертикальною координатою(z) у часі(t) в породній покрівлі при ПГВ описується системою рівнянь, які враховують зміни тиску, конвективну теплопровідність і співвідношення параметрів стану

(1)

де-тиск і температура газу; -коефіцієнт п'єзопровідності фільтрувального середовища; -коефіцієнти проникності, теплопровідності й об'ємної теплоємності покривних порід; - щільність, в'язкість і об'ємна теплоємність фільтрівного газу; - щільність газової суміші в нормальних умовах; - коефіцієнт стиснення газу.

При розв'язанні рівняння теплопереносу передбачається, що на вхідній границі () потік тепла, що переноситься газом, дорівнює кондуктивному потоку. На віддаленні від газогенератора ставиться умова незмінності температури.

Для виявлення зони можливого утворення конденсаційної вологи в породах покрівлі використовувалась номограма вологоємності газів. Результати чисельного моделювання підтверджують зменшення вологовмісту газу від 300 до 10г/м³ на відстанях 0,1…2,5м від газогенератора. У цій зоні конденсується понад 96% рідких вуглеводнів з витоків газу ПГВ.

Математична модель витиснення конденсаційної суміші з вміщуючих порід у вигазований простір відтворює двофазну фільтрацію води й конденсату після припинення подачі дуття в газогенератор. Внаслідок підвищеного вмісту в конденсаті високомолекулярних компонентів його фільтрація описується моделлю Бінгама-Шведова для в'язкопластичної рідини, а процес витиснення - моделлю Баклі-Леверетта, яку можна застосувати внаслідок малості капілярних сил у порівнянні з силами, що виникають за рахунок градієнта тиску.

Течія конденсату описується моделлю для випадку наближення до ізотропного пористого середовища

(2)

де - швидкість фільтрації конденсату; -модуль градієнта тиску; - проникність і структурний коефіцієнт фільтруючого середовища; - граничний градієнт тиску; - в'язкість конденсату; - гранична напруга зсуву

За результатами моделювання встановлене зменшення швидкості просування фронту витиснення й об'єму конденсату, що витісняється, зі збільшенням його в'язкості.

У четвертому розділі обґрунтована технологічна схема ПГВ, що дозволяє з видобутком газу вилучати конденсаційну суміш і використовувати більшість пробурених свердловин для збійки, подачі дуття, відведення газу та відкачування суміші, що суттєво знижує витрати на комплексне відпрацювання вугільного родовища (рис. 6).

Вилучення суміші за допомогою ерліфта описується математичною моделлю. При цьому сумарний градієнт тиску в повітряному підйомнику визначається з виразу

, (3)

де-загальна втрата тиску в підйомнику; -зміни тиску, обумовлені гідростатичним стовпом суміші й тертям відповідно.

Зміна тиску, викликана силою ваги на ділянці піднімальної труби довжиною z_i, буде дорівнювати

, (4)

де -щільність газорідинної суміші; -прискорення вільного падіння.

Визначення градієнта втрат на тертя проводилось за експериментальною залежністю О.П.Крилова.

Для обґрунтування раціональних технологічних параметрів ерліфта, що характеризуються мінімумом енергії (Е_зак) на одиницю витрати рідини, використовується співвідношення

, (5)

де R_зак-питома витрата нагнітуваного повітря; Р_атм- атмосферний тиск; Р₁, Р₂-тиск на башмаку і виході з ерліфту відповідно.

Варіація параметрів в діапазоні технічних обмежень показала, що раціональний режим роботи повітряного підйомника в типових гірничо-геологічних умовах досягається (Е_зак=2,8МДж) при питомій витраті нагнітуваного повітря(R_зак=50м³) і відповідному до нього тиску біля башмака . На рис.7 наведена безрозмірна дебітна характеристика цього ерліфта в діапазоні відносних подач від () на висхідній частині кривої і на спадній гілці, що відповідає витратам повітря від барботажного до граничного. При її побудові як базисні значення були прийняті наступні витрати повітря й продуктивності ерліфта: Q_п=55,3 м³/год і Q_е=23 м³/доб.

Згідно з обґрунтованою схемою, газоводоконденсатна суміш, що видобувається, підлягає газовідокремленню в сепараторі, а далі збезводнюванню шляхом її відстоювання, після чого спрямовується на термохімічну перегонку для отримання різних фракцій і ароматичних вуглеводнів.

Вилучення продуктів газифікації з порід покрівлі газогенератора та їх комплексне використання забезпечуються запропонованим поєднанням дренажу з вигазованого простору при певній послідовності газифікації вугільного пласта. На прикладі гірничо-геологічних умов Синельниковського буровугільного родовища досягається зменшення насиченості вміщуючих порід конденсатом на 50%, при відборі витіснюваного конденсату з вигазованого простору.

Висновки

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій вирішена актуальна науково-прикладна задача встановлення закономірностей прояву домінуючих фізико-хімічних факторів, які визначають динаміку формування вуглеводневих зон над газогенератором при вигазовуванні пластів бурого вугілля, що дозволило обґрунтувати технологічні заходи щодо видобутку й використання залишкових продуктів газифікації.

Основні науково-практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному.

1. Встановлено, що насичення рідкими продуктами газифікації й формування вуглеводневих зон у покрівлі газогенератора відбувається внаслідок випадання конденсату з газової фази при різкій зміні термобаричних умов, що формує зони потужністю до 0,5м з твердими вуглецевими включеннями, до 2,5м-з вуглеводневим конденсатом та покривну зону з фільтрацією газу.

2. Продукти газифікації, як складові процесу ПГВ, досліджені в динаміці з двох позицій-перетворення й накопичення в породах покрівлі вугільних пластів і їх подальшого витиснення з пор порід потоком підземних вод у вигазований простір з наступним транспортуванням на денну поверхню.

За допомогою методів ASTM і електронного парамагнітного резонансу з еталонними парамагнітними властивостями органічних речовин визначена насиченість покривних порід продуктами газифікації, а також визначено їх компонентний склад з диференціацією у фракціях однойменних вуглеводневих груп.

3. Показано, що зменшення проникності й збільшення водонасиченості покривних порід призводить до зниження динамічних параметрів і температури газу, що підвищує насиченість конденсатом і зміщує зону його накопичення в покрівлі до породного контуру підземного газогенератора.

4. Обґрунтовано фізико-математичну модель фільтрації газової й рідкої фаз продуктів газифікації в процесі вигазовування пластів бурого вугілля, що дозволяє обґрунтувати технологічні заходи, спрямовані на ліквідацію вуглеводневих зон, з додатковим видобутком корисних продуктів.

5. Доведено, що після припинення подачі дуття в газогенератор підземні води з верхніх водоносних горизонтів проникають у шар породної покрівлі, насичений рідкими продуктами газифікації, і витісняють їх у вигазований простір протягом 12…15 діб. На цій основі обґрунтовано технологію ПГВ з відбором вуглеводневих продуктів із вигазованого простору, яка відображає послідовність розробки вугільного пласта на всіх етапах від збійки свердловин до відкачування суміші. Ця технологія дозволить отримувати рідку й газову фази продуктів газифікації, а також ліквідувати аномальні концентрації вуглеводнів у породах покрівлі.

6. Визначено технологічні параметри ерліфта, що забезпечують відбір рідких продуктів газифікації з вигазованого простору в раціональному режимі його роботи з мінімумом витрат енергії. Обґрунтована послідовність переробки видобутих продуктів газифікації на станції ПГВ забезпечує їх стабілізацію й термохімічну перегонку з подальшим використанням для виробництва палива й низки цінних хімічних продуктів.

Оцінюваний економічний ефект за рахунок комплексного використання рідкої й газової фаз продуктів газифікації, а також мінімізації наслідків витоків газу на покривні породи становить 0,515млн.грн/рік.

Список опублікованих наукових праць

1. Инкин А.В. Механизм образования рассеянной органики в угленосных отложениях /И.А. Садовенко, А.С. Поляшов, А.В. Инкин, П.Н. Петриченко, В.В. Тишков //Сб. научн. тр. НГАУ. -2000.-№10.-С. 175-178.

2. Инкин А.В. Подземная гидроэлектростанция как экологический и энергетический регулятор/ И.А. Садовенко, Ю.Т. Разумный, В.П. Пустовойтенко, А.В. Инкин //Уголь Украины. - 2002. - №5. - С. 32-34.

3. Инкин А.В. Исследование процесса миграции продуктов газификации в водонасыщенных породах / И.А. Садовенко, А.С. Поляшов, А.В. Инкин // Зб. наук. праць НГУ.-2006.-№25.-С. 103-107.

4. Инкин А.В. Моделирование фильтрации продуктов газификации в покрывающих породах / И.А. Садовенко, А.В. Инкин // Науковий вісник НГУ.- 2007.-№3. -С. 11-15.

5. Пат. 39281А Україна, МПК Е21В10/26, Е21В10/32. Пристрій для розширення свердловини/ Є.Ф. Гаврич, О.В. Інкін; заявник та патентовласник Національна гірнича академія України.-№99073970; заявл. 13.10.99; опубл. 15.06.01; Бюл. №5.

6. Инкин А.В. Управление гидрогеохимическим фоном при ведении горных работ/ И.А. Садовенко, П.Н. Петриченко, В.И. Тимощук, В.В. Тишков, А.В. Инкин //Матер. междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы комплексного освоения горнодобывающих регионов».-Днепропетровск-Кривой Рог, -2003. -С.65-71.

7. Инкин А.В. Экспериментальные исследования механизма фильтрации продуктов газификации/ И.А. Садовенко, А.С. Поляшов, А.В. Инкин // Гірничодобувна промисловість України і Польщі: Актуальні проблеми і перспективи: Матер. Українсько-Польського форуму гірників-2004. - Дніпропетровськ: НГУ, 2004. - С. 598-603.

8. Инкин А.В. Моделирование процесса вытеснения продуктов газификации из кровли подземного газогенератора/ И.А. Садовенко, А.В. Инкин //Матер. міжнар. конф. „Форум гірників - 2006”. - Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2006. - С. 117 - 122.

Размещено на Allbest.ru