Көмір қабаттарының метаны

Көмір қабаттарының метаны – құрамында көмірі бар табиғи газ тәріздес болып табылады. Көмір кен орындарында газдың болуы ежелден белгілі. Бұл шахталарды пайдалану процесінде маңызды қауіп факторларының бірі. Әдетте, метан мөлшері көмірдің болуының тереңдігіне байланысты өседі. Сондықтан шахталардағы жарылыстармен байланысты апаттар қаупі төменгі көмір қабаттарында жоғары.
Шахталарды игерумен қатар, көмір өндірілгенге дейін оны газсыздандыру жолдарын үнемі іздеу жалғасуы кездейсоқ емес. Бүгінгі таңда шахталарды мәжбүрлі желдету әдісі негізгі әдіс болып қала береді. Бұл әдіс кең таралған және қолдану үшін міндетті және қарапайым болып табылады. Кейбір компаниялар метанды бетінде ұстап алады, содан кейін оны өз қажеттіліктері үшін пайдаланады. Алайда, 1970 жылдардың басына дейін, көптеген зерттеулер мен эксперименттерге қарамастан, метанды жоюдың бұл әдісі тиімсіз болып саналды, сондықтан ол кең таралмады. Бұл метанды алу процесінің өзі мұнай өндіруге көбірек ұқсайтындығына байланысты: қабаттардан суды сору үшін сорғыларды қолдану қажет. Нәтижесінде қабаттардағы қысым төмендейді, бұл көмірдің кеуектерінен газдың бөлінуіне әкеледі.

1-суретте ұңғыманы бұрғылаудан кейінгі екінші жылы ғана көмір қабаттарының метанын өндіру жоспарлы деңгейге жеткенін көруге болады. Көмірдің өткізгіштігі өте баяу. Бұл өнеркәсіптік масштабта өндірудің қолайлы көлемін қамтамасыз ету үшін жүздеген ұңғымалар қажет екенін білдіреді.

Индустриалды дамыған елдердің тәжірибесі көрсеткендей, газсыздандыру тәжірибесінің инвестициясы газдың көптігіне байланысты шахталарда тоқтап қалуды азайтуға, тау-кен жұмыстарын жүргізудің қауіпсіз жағдайларын қамтамасыз етуге, сондай-ақ газдың үлкен көлемін кәдеге жаратуға және шахталардан метан шығарындыларын азайтуға мүмкіндік береді. Көмір шахталарында газсыздандырудың практикалық мәселелері, әдетте, қолда бар білім мен әдістерді қолдану арқылы шешілуі мүмкін. Жаңа технологияларды енгізу туралы мәселені тиісті тәжірибені қолданғаннан кейін ғана және қолданыстағы әдістер мәселелердің қанағаттанарлық шешімін табуға мүмкіндік бермеген жағдайда ғана қарастыру керек. Шахталарда кез-келген технологияны енгізудің алдында қауіпсіздік шаралары және ең үздік тәжірибені қолдауды қамтамасыз ету үшін ең жақсы сынақтар болуы керек. Метан бөлу көздерін газсыздандыру жүйесінің тиімділігі монтаждау жұмыстарын, техникалық қызмет көрсетуді, тұрақты тексерулерді және мезгіл сайын қабылданатын бұрғылау жоспарларын іске асырудың арқасында арттырылуы мүмкін. Көмір шахталарында метан-ауа қоспаларын жарылыс қаупі шегінде немесе оған жақын шоғырлану кезінде тасымалдауға тыйым салынуы тиіс, себебі қауіпті тәжірибе болып табылады.

Метан көздерін газсыздандыру және онымен байланысты мәселелер
Метан бөлу көздерін газсыздандырудың мақсаты кеніш ауасына түскенге дейін оның көзінде метанның жоғары концентрациясы бар газды капттау (алу) әдісі болып табылады. Ауа ағынына түсетін газдың мөлшерін реттеу желдеткіш ауасымен түсетін газ тәріздес ластаушы заттарды белгіленген қауіпсіздік деңгейіне дейін сұйылту мүмкіндігінен асырмау қажет. Бірақ қауіпсіздіктің жоғары шегіне қол жеткізу, оның қоршаған ортаға әсерін азайту және энергия алу үшін газды максималды көлемде капттау өте орынды болып табылады. Газды капттау әдістерінің кең ауқымы бар. Дұрыс емес әдістерді таңдау немесе оларды қанағаттанарлықсыз қолдану газсыздандыру кезінде каптаудың төмен тиімділігінің және газ концентрациясы төмен ауа ағындарының шамадан тыс түсуінің себебі болып табылады. Шығару және кәдеге жарату процесінде бұл газдардың концентрациясы жарылыс қаупі шегінде болған немесе оған жақындаған жағдайларда олар қауіп көзіне айналады.

Әлемде қолданылатын метан бөлу көздерін газсыздандыру тәжірибесінің негізгі принциптері
Дүниежүзілік көмір бассейндеріндегі тау-кен геологиялық жағдайындағы айырмашылықтарға байланысты метан бөлу көздерін газсыздандырудың әртүрлі әдістерін жасауға себеп болды. Метан бөлу көздерін газсыздандыру әдістері дәстүрлі түрде алдын ала газсыздандыру және ағымдағы газсыздандыру әдістеріне бөлінеді. Алдын ала газсыздандыру тау-кен жұмыстары басталғанға дейін игеруге арналған қабаттан метанды алып тастаудан тұрады, ал ағымдағы газсыздандыру тау жыныстарының қозғалысы, оларды қысымнан босату және тау-кен жұмыстары нәтижесінде өткізгіштігінің жоғарылауы салдарынан қоршаған қабаттар бөлетін метан мен басқа газдарды капттауды қамтиды.

Қалыпты тау-кен-геологиялық жағдайда ұзаққабатты тау-кен ауданында газсыздандырудың қазіргі әдістерінің жақсы тәжірибесінің арқасында, әдетте, барлық газдың 50-ден 80 %-ға дейін ұстауға болады. Көп жағдайда бүкіл шахтадағы газдың 50 %-ын алу мақсатына қол жеткізуге болады. Ағымдағы газсыздандыру жүйелерін кез келген дерлік тау-кен жағдайында қолданғанда, ең қиындарын қоспағанда, метан концентрациясын 30 % және одан да көп қамтамасыз етуге болады, ал алдын ала газсыздандыру әдістерін қолданғанда 60 % және одан да көп концентрацияға қол жеткізіледі.

Австралия мен АҚШ-тың тәжірибесі көрсеткендей, жер бетінен бұрғылау кезінде, бұл әдісті қолдану жер асты қазбаларынан бұрғылаумен салыстырғанда тиімдірек, өйткені ұңғыманы тау-кен жұмыстары басталғанға дейін бұрғылауға болады, сондықтан тиімді газсыздандыруға кететін уақытты қысқарту ықтималдығы аз. 2-суретте тау-кен жұмыстары басталғанға дейін көмірді газсыздандыру мақсатында қолдануға болатын бұрғылау схемасы көрсетілген. Диаграммада өңдеуге арналған екі қабат алдымен эксперименттік ұңғыманы бұрғылау арқылы газсыздандырылатындығы көрсетілген, содан кейін қабаттардың әрқайсысына екі бүйірлік ұңғымалары бұрғыланады. Бүйірлік ұңғымаларды төсегеннен кейін бүйірлік ұңғымаларды кесіп өтетін тағы бір тік ұңғыма бұрғыланады. Тік ұңғымадан су мен газ шығарылады, ал эксперименттік ұңғыма тоқтайды. 2-суретте ағымдағы газсыздандырудың нұсқалары көрсетілген, бірақ бұл жағдайда да көлденең және бағытталған ұңғымалар (қабатты тазарту басталғанға дейін) негізінен бірдей схема бойынша бұрғылануы мүмкін.

Ұңғыманы бұрғылаудың үшінші әдісі– «Фишбон», ол ағылшын тілінен аударғанда балық құйрығы дегенді білдіреді.

Көлденең ұңғымалардың бір түрі – «Фишбон» технологиясы, ол негізгі ұңғымасы және инелер деп аталатын көптеген бұтақтары бар көп жақты ұңғыма. Геологиялық мақсаттарға байланысты бүйірлік бұтақтарды бір геологиялық объектінің шегінде бұрғылауға болады, мысалы, негізгі ұңғымасы немесе сумен және газбен іргелес қабаттарға кедергі келтірмей кез келген басқа қажетті аймаққа шығару [1].

Бұл сұлба 3-суретте келтірілген.
Бұл технология норвегиялық Fishbones AS компаниясы, инженер Рун Фрейрдің басшылығымен әзірленген, ол сонымен қатар компания акцияларының негізгі иесі болып табылады. Оның технологияға деген көзқарасы арнайы инфрақұрылымды қажет етпейтін және экологиялық тұрғыдан қауіпсіз болатын қабат пен ұңғыма арасындағы байланысты құру болды [2].

Бұл технологияның сипаттамалары туралы айтатын болсақ, негізгі ерекшелігі – бұл ұңғымалардың көпжақтылығы, бұл дәстүрлі ұңғымалармен салыстырғанда мұнаймен қаныққан учаскелерді қамтуды едәуір арттыруға мүмкіндік береді. Бүйірлік бұтақтардың ұзындығы 12 метрге дейін және диаметрі 10-нан 20 мм-ге дейін жетеді. Бұл бұтақтар көлденең ұңғымадан кез-келген бағытта жеке ұңғымаларды бұрғылауға қарағанда едәуір аз шығындармен созылуы мүмкін, дегенмен бұрғылау процесінің өзі әлдеқайда күрделі.

Технология әртүрлі тәсілдермен жүзеге асырылуы мүмкін. Оларға әрқашанда ортақ негізгі көлденең оқпаннан қиғаш шығатын көптеген бүйірлік жолдар болады.

«Фишбон» тармағы шөгіндіге жеткенде, ол ілмек пен тірек жиынтығымен бекітіледі, содан кейін ол бұрғылау қондырғысының сорғыларына қосылады және айдау басталады.

Құрылғының дизайны магистральдық құбырдан және инелер деп аталатын құрылғылардан тұрады. Инелер – одан шығатын кішірек диаметрлі түтіктер болып табылады. Барлық элементтерді жинау алдын ала бұрғылауды бастамай тұрып жүзеге асырылады. Құрылымды орнатқаннан кейін оған сұйықтық құйылады, қысымның жоғарылауымен магистральдық құбырдың бүйірлеріне созылған бұтақтар тау жыныстарына тікелей басылады. Осылайша, бұрғылау жұмыстарының салыстырмалы түрде аз көлемімен «балық сүйегі» технологиясы метанға қаныққан қабаттарды айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл әдіс экономикалық тұрғыдан тиімді, себебі өндірістің артуы қосымша шығынды және көп уақытты қажет етпей-ақ әр түрлі бағыттағы шығатын біліктердің есебінен болуы мүмкін.

Өндіру ауқымды тазартусыз басталуы мүмкін.
Әрбір қосалқы элементте диаметрі 7 мм болатын бір жақты үрлеу клапандары болады, олар ұңғыманың айналма кеңістігінен тығыздағышқа ағып жатқан ортаны өткізеді. Бұл сонымен қатар ұңғыманың айналмалы кеңістігіне ұңғыманың жанында орналасқан сұйықтықты алуға мүмкіндік береді.

Сондай-ақ, Fishbones AS иненің ұшында саптаманың орнына кішкене бұрғылау қашауы болатын технологияны әзірледі.

«Фишбон» ұңғыманы екі себепке байланысты ынталандыруы мүмкін. Ең алдымен, олар ұңғыманың көрінетін радиусын арттырады. Екіншіден, олар өткізбейтін қабаттарға еніп, ұңғыма оқпанының жақын аймағында жұмыс істей алады. Бұл резервуармен байланыс сапасын жақсартады, сонымен қатар ұңғыма бойындағы ағынды жақсарта алады [4].

«Фишбон» технологиясын қолданудың бірқатар артықшылықтары бар:
- Ұңғыманың құнын төмендету. Өнеркәсіптік аймақтың тереңдігіне дейін бұрғылау бір рет жүзеге асырылады, содан кейін бүйірлік жолдар қосылады.
- Өндірісті қарқынды дамыту қымбат және көп уақытты қажет ететін бұрғылау жұмыстарын қажет етпейтін, әр түрлі бағытта шығатын оқпандарды құру арқылы жүзеге асырылуы мүмкін.
- Қорларды ұлғайту немесе қайта бағалау. Маргиналды деп аталатын кен орындарын игеру қазір экономикалық тұрғыдан тиімді болып отыр. Бұл инвестициялар ағынының артуына ықпал етеді және жаңа инвесторларды тартуға мүмкіндік береді.
- Игеріліп жатқан кен орнын қамтуды үздік бақылау. Бұл тәсілмен әзірлеу үшін ұңғымалардың едәуір аз саны қажет. Бұрғылау жұмыстарының салыстырмалы түрде аз көлемімен «Фишбон» технологиясы қабаттың мұнаймен қаныққан учаскелерін қамтуды едәуір арттыруға мүмкіндік береді.

«Фишбон» технологиясын төмендегілер үшін де қолдануға болады:
- өткізгіштігі төмен резервуарларда қабат контактісін арттыру;
- өткізбейтін аралық қабаттармен бөлінген көпқабатты шөгінділердің қосылыстары үшін;
- табиғи жарылған кен орындарының қосылыстары үшін;
- жағымсыз аймақтарға ену қаупінсіз жекелеген учаскелерде, мысалы, қалыңдығы аз қабаттарда мұнайдың берілуін дәл арттыру;
- ең өнімді аймақтармен және линзалармен байланыстарын орнату;
- әртүрлі қысым режимдері бар ұңғымаларды ынталандыру;
- ұзын горизонттарда конус әсерлерін азайту.
Технологияны жаңа және қолданыстағы көлденең, бұрылған және тік ұңғымаларда корпус құбырларымен бекітілмеген учаскелерде қолдануға болады [3].

«Фишбон» технологиясының артықшылықтарының қатарында қоршаған ортаға келтірілген зиянды азайту да бар: егер ол қолданылса, қазіргі кездегі танымал әдістерге қарағанда технологиялық сұйықтықты тұтыну әлдеқайда төмен. Нәтижесінде технологиялық сұйықтықты кәдеге жарату жөніндегі іс-шараларды жүргізу қажеттілігі және оның жер асты суларына түсу қаупі азаяды. Сондай-ақ, бұрғылау шламы мен қажетті бұрғылау ерітіндісінің көлемін азайту, бұл оларды кәдеге жарату және тазарту қажеттілігіне оң әсер етеді.

Технология ұқсас мақсаттарда қолданылатын технологиялармен салыстырғанда экологиялық және экономикалық әсер ететіні анық.

Сонымен, Техас кен орындарында бұл технология өнімділік коэффициентін 30 есеге, Мессояхск кен орнында 40 %-ға арттырды, ал ECLIPSE бағдарламалық модулінде модельдеу кезінде өнімділік белгіленген жағдайларда 60 %-ға артты.

Қорытындылай келе, бұл технология әлі де тәжірибеде жеткіліксіз мөлшерде қолданылғанын, бірақ одан әрі зерттеулер мен нақты жағдайларда енгізу үшін үлкен әлеуетке ие екенін атап өтуге болады.

Сондай-ақ, технологияның артықшылықтарының бірі – оны шельфте қолдану мүмкіндігі. Дәлел – «Газпром Мұнай Шельф» компаниясы, Приразломное кен орнында, Арктикалық шельфте ең күрделі ұңғымалардың бірі бұрғыланды, бұл өндіріс тиімділігін арттырды [10].

Метанды өңдеу әдістері. Көмір қабаттарынан метан өңдеудің үш әдісі бар:
1. жұмыс қауіпсіздігін қамтамасыз ететін және метан көлемін азайтатын көмір шахталарын газсыздандыру;
2. арнайы ұңғымалардың бетінен бұрғылау жолымен жұмыс істеп тұрған немесе жобаланатын шахталардың даладан тыс қабаттарының газ өткізгіштігін арттырудың жасанды тәсілдерін қолдана отырып метан өндіру;
3. жабық шахталардан метан өндіру.

Берілген дәрісте қарастыратын бірінші әдіс – көмір метанының ең көне және тарихи алғашқы өңдеуі болып табылады. Бұл әдіс 1878 жылдан бастап Парижде жасалына бастады, ал 1901 жылы Ресейде кеніш газдарын зерттеу үшін комиссия құрылды [4]. Бұл тақырып шамамен жүз жыл бойы даму барысында болды және бәрі газдың әсерінен көмір шахталарының жарылыстарымен байланысты болды. Газсыздандыру әдісі бастапқыда шахтада жұмыс істеу қауіпсіздігі үшін жасалды, нәтижесінде шахтада жұмыс істеу кезінде экологиялық тазалық пен өндірісте метанды қолдану қосылды. Шахталарды газсыздандыру газ концентрациясын төмендетуге және оларды жер бетіне немесе тау-кен қазбаларына оқшаулауға бағытталған жұмыстар кешенін қамтыды.

Көмір шахталарында газ шығаруды басқаруды үш топқа бөлуге болады:
• газсыздандыру;
• желдету;
• тау-кен техникалық әдістері.

Шахтаны желдету кезінде негізінен екі негізгі желдету схемасы қолданылады – ағынды және қайтарымды. Бұл сонымен қатар шахтадағы метан концентрациясын азайтуға мүмкіндік береді, бірақ желдету арқылы өтетін ауаның қажетті мөлшерінде қиындық туындайды. Бұл қиындық қазбалардың қималары мен ауа қозғалысының жылдамдығының шектелуіне байланысты туындайды. Тау-кен әдісі жақсы әдіс, өйткені ол жұмыс жүйесіндегі параметрлерді өзгерту және қысымды басқару арқылы жоғары тиімді болып табылады. Бұл технологияны қатаң басқаруға байланысты шахта алаңдарын өңдеудің бастапқы кезеңдерінде ғана қолданады, бұл осы әдісті одан әрі қолдануға мүмкіндік бермейді. Газ шығаруды басқарудың мұндай әдістері үлкен экономикалық шығындарды және бір әдістен екіншісіне ұзақ ауысуды талап етеді. Қазірдің өзінде газсыздандырудың 30-дан астам әдістері мен схемалары бар.

Кеңінен тараған әдістер:
• тосқауылды газсыздандыру;
• ұңғымалар есебінен өндірілген кеңістікті газсыздандыру;
• алдын-ала газсыздандыру;
• қазылған кеңістік пен ұңғымалардың спутниктерін газсыздандыру;
• уақытылы газсыздандыру.

Тосқауылды газсыздандыру
Тосқауылды газсыздандыру әдісі тиімсіз болып келеді. Арнайы камералардан қазба осіне параллель бұрғыланған ұңғымалардан метанды алу тек 2-10 % жетеді. Бұл әдіс негізінен өңдеудің бастапқы кезеңінде ғана қолданылады.

Ұңғымалар есебінен өндірілген кеңістікті газсыздандыру
Бетінен бұрғыланған тік ұңғымалармен газсыздандыру метанды алудың технологиялық тиімді әдісі болып табылады. Бұл әдіс кеңістіктегі газды және тау-кен жұмыстарын бөлу арқылы жалпы жұмыс көлемін азайтады. Тау-кен алқабына бұрғыланған тік ұңғымалар тау-кен жұмыстарындағы барлық көздерден метан өндіруге мүмкіндік береді. Түсірілген массивтің газ өткізгіштігі бүтін массивке қарағанда 2-4 ретке жоғары және өндірілген метанның көлемі ұңғыманың сүзгі бөлігінің орналасуына, газ қысымына және массивтегі метанның таралуына байланысты. Газсыздандырудың бұл әдісін Қарағанды және Кузнецк бассейндері қолданады.

Алдын-ала газсыздандыру

Алдын ала газсыздандыру – жер бетіне метанды оқшаулап шығара отырып, тазарту жұмыстары басталғанға дейін тау-кен қазбаларынан бұрғыланған ұңғымалармен жүзеге асырылатын және игерілетін көмір қабаттарын газсыздандыру болып табылады [7].

Лава кеңістігіндегі метан деңгейін төмендету үшін көмір қабатынан каптаж есебінен алдын ала газсыздандыру схемасы қолданылады. Мұндай газсыздандыру тек жүктелген тау жотасында қолданылады.

Алдын ала газсыздандырудың артықшылықтары келесідей:
• шаңмен күресу үшін суды газсыздандыру ұңғымаларының көмегімен қабатқа айдау әсерін қолдануға болады;
• тазарту кенжарына жүктемені арттыру;
• өндіру механизмдері кезеңінде метанның бөліну пайызын төмендетуге мүмкіндік бар.

Алдын ала газсыздандырудың кемшіліктеріне келесі факторлар жатады:
• тұтқыр және сусымалы көмірмен бұрғылаудың техникалық саласындағы күрделілік;
• алдын-ала газсыздандыру шамамен 100-150 күнде жүзеге асырылады;
• қабаттардың газ өткізгіштігінің төмен болуына байланысты қолдануда шектеу бар.

Осы әдіспен өндірілген метан, оның үлесі үнемі төмендейді және қазіргі уақытта 6 % құрайды. Бұл әдіс кеңінен қолданылады және өндірілген метанның мөлшері ұңғымаларды бұрғылауды тығыздау және көмірді игеруге тарту арқылы артады. Газды көмір қабаттарының ұңғымаларын төсеу торы алдын-ала газсыздандырудың тиімділігін анықтайды. Қарапайым алдын-ала газсыздандыру схемалары жоғары өнімді лаваларды тазартудың жоғары жылдамдығымен қолдануға мүмкіндік бермейді. Тазарту жұмыстары мен қазба бағанасын дайындау арасындағы аралықтың азаюына байланысты қолдану көлемі азаяды. Алдын-ала газсыздандыру кезінде жүктелмеген қабатты газсыздандыруды ұңғыманы бұрғылау кезінде кеңістікте бағдарлау сияқты жүйелердің көмегімен дайындық жұмыстары басталғанға дейін жүргізуге болады.

Алдын-ала газсыздандыру – бұл тікелей пайдаланылған көмір қабатынан газ шығару қарқындылығын төмендетудің жалғыз әдісі. Егер пайдаланылған қабат газ шығарудың негізгі көзі болса, бұл әдіс өте жоғары деңгейдегі әдіс болып табылады. Кейбір жағдайларда шығарындылар қаупін азайту үшін алдын-ала газсыздандыру әдісі қажет. Газсыздандыру тау-кен жұмыстары басталғанға дейін жүргізілетіндіктен, тау жыныстарының жылжуы нәтижесінде газ жинау жүйелерінің бұзылу ықтималдығы болмайды. Ал болған жағдайда салыстырмалы түрде жоғары жиіліктегі газ алынады. Тау-кен жұмыстарын жүргізгенге дейін көмір блоктарын газсыздандыру кезінде, әдетте, көмір қабатының өткізгіштігі және оның газдылығы қарқынды газдың пайда болуы үшін жеткілікті болады. Бұл жағдайда, жоғары тазалықтағы газдың үздіксіз ағындары пайда болады. Игерілмеген қазбадағы қарқынды газ шығару жарықтар бойынша қабаттың орташа немесе жоғары өткізгіштігін және газды тиімді алдын-ала газсыздандыру және кәдеге жарату үшін мүмкіндіктердің болуын көрсетеді. Көмір қабатын жеткілікті газсыздандыруға кететін уақыт оның өткізгіштігіне тікелей байланысты. Көмірдің өткізгіштігі неғұрлым аз болса, газдылықты қажетті орташа мәнге дейін төмендету мақсатында газсыздандыру үшін соғұрлым көп уақыт қажет. Керісінше, өткізгіштігі төмен көмірлер үшін тау-кен жұмыстары басталғанға дейін метан газының деңгейін қалаулы мөлшерге дейін төмендету үшін ұңғымалардың едәуір көп санын бұрғылау қажет. Нәтижесінде, белгілі бір объект жағдайында алдын-ала газсыздандырудың орындылығын анықтайтын факторлар газсыздандыру уақыты мен бұрғылау шығындары болып табылады.

Дүниежүзі бойынша шахталарды алдын-ала газсыздандырудың әртүрлі әдістері қолданылады. 100-ден 200 метрге дейінгі тереңдіктегі қабаттардағы ұңғымалардың жерасты қазбаларынан бұрғылау үшін айналмалы бұрғылау барлық жерде қолданылады. Тереңдігі 1000 м немесе одан да көп ұңғымалар жер асты қазбаларынан бағытталған бұрғылау әдістерін қолдана отырып салынуы мүмкін, соның арқасында газсыздандыру жұмыстарының тиімділігін арттыру қамтамасыз етіледі. Сонымен қатар, шахталар тым терең болмаған кезде, қабаттың бетінен тікелей үлкен аудандарда бұрғылау және газсыздандыру мүмкіндігі жоғары болады. Көмір қабаттарын жер бетінен бағытталған бұрғылау әдістері өткізгіштік диапазоны 0,5 милидарсиден (мД) 10 мД-ға дейін (яғни шамамен 5*10-4 (микрометр) 10-2 (микрометр) арасында) және одан да аз өлшемде көмір қабаттарын алдын ала газсыздандыру кезінде өзінің тиімділігін дәлелдеді. Кеніштегі жалпы газдың көлемі 8000 л/сек жетуі мүмкін. Австралияда талап етілетін газды капттау тиімділігі 80 % деңгейінде жер бетінен бағытталған бұрғылаудың озық әдістерін пайдалана отырып, алдын ала және ағымдағы газсыздандыруды біріктіріп қолдану жоспарлануда.

Қазылған кеңістік пен ұңғымалардың спутниктерін газсыздандыру
Негізінен ұңғымаларды төсеу параметрлері аймақ пен негізгі жыныстардың құрылымы арасындағы қуатқа байланысты. Негізгі шатырды отырғызғаннан кейін ұңғымаларды бұрғылау конвейерлік штрек арқылы жүзеге асырылады. Бұрғылау штрек бойлық осінің 10-15° бұрышында, белгілі бір тереңдікте желдеткіш штрек ұңғымаларымен лаваға қарсы жүргізіледі және тау жыныстарының құлау аймағына бағыттталып бұрғыланады. Мұндай газсыздандыру схемасының мысалы ретінде Воркутинск бассейнінің шахталары 60 %-ға дейін тиімділікті қамтамасыз етеді.

Уақытылы газсыздандыру
Уақытылы газсыздандыру – тазарту немесе дайындық жұмыстары басталғанға дейін қабаттарды алдын-ала гидравликалық бөлшектеу және көміртегі массивінен газ алу арқылы жер бетіндегі ұңғымалармен жүзеге асырылатын газсыздандыру әдісі [7].

Уақытылы газсыздандыруды 1975 жылы тау-кен институтының профессоры Н.В. Ногкин әзірлей бастады [10]. Ол көмір массивіне әсер етудің барлық басқа әдістерінің негізі болып табылатын гидравликалық бөлшектеу әдісін ойлап тапты. Уақытылы газсыздандырудың белгілі бір кемшіліктері тереңдіктің жоғарылауымен әдістің тиімділігін төмендетеді, газсыздандыру уақыты артады және массивті біркелкі өңдеуге әкеледі.

Бұл кемшіліктер келесідей:
• гидравликалық бөлшектеу кезінде бір бағытта ашылатын бірнеше жарықшақ жүйелері;
• көмір қабатының физикалық-механикалық қасиеттері, тау-кен-геологиялық жағдайлары, қабаттың жарықтарының ашылу жағдайына, олардың бағыты мен тығыздығына әсері.

Бұл әдістің кемшіліктеріне қарамастан, ол келесі негізгі талаптарға жауап беретіндіктен ең перспективалы болып табылады:
• жоғары техникалық тиімділікке ие;
• аймақтық әсерге ие;
• негізгі тау-кен жұмыстары мен бұл әдіс уақыт пен кеңістікте бөлінеді;
• көміртекті массивтің күйін басқару үшін ол негіз бола алады.

Бұл әдіс бойынша жұмыстардың мысалы ретінде – Қарағанды және Донецк бассейндері. Бұл бассейндердегі қабаттардың табиғи өткізгіштігі миллидарсидің шағын үлестерін құрайды және көмір қабаттарының гидравликалық бөлшектенуі негізге алынады. Учаскелерде қолайлы газ беру болмайды, сондықтан тау-кен жұмыстарының қауіпсіздігі осы кен орындарының негізгі мақсаты болды.

Уақытылы газсыздандыру (тау-кен жұмыстарына дейін) қабаттарды кейіннен өңдеу кезінде тау-кен қысымынан түсірілмеген шахталардың (горизонттардың), көмір қабаттарының газдылығын төмендетудің негізгі құралы бола алады.

Қазақстанда уақытылы газсыздандыру тәжірибесі жоқ. Газбен күресудің осы технологиясын реттейтін нормативтік база жоқ. Көптеген елдерде мұндай тәжірибе оңтайлы болып табылады. Әлемдік тәжірибе 5-7 жыл ішінде жүктелмеген көмір қабаттарынан 90 %-дан астам концентрациясы бар сорбцияланған газды (60-80 %) алу мүмкіндігі туралы айтады. Болашақта көмір қорларын өңдеу кен орнында алдын-ала және ағымдағы газсыздандыру құралдарының (ұңғымаларының) көмегімен пайдаланылған және алдын-ала газсыздандырылған қабаттың (қабаттардың) жанармай құю әсерін қолдана отырып жалғасуы мүмкін. Жүктелмеген қабаттардан көмір метанын алу арқылы метан қауіпсіздігін қамтамасыз ету саласындағы көшбасшылар АҚШ-тың көмір және газ компаниялары болып табылады. Американдық және австралиялық компаниялардың тәжірибесі жер асты ұңғымаларын газсыздандырумен салыстырғанда, ұңғымаларды жер бетінен алдын ала газсыздандырудың артықшылығын көрсетеді. Сонымен қатар, ҚХР мен Австралияда метанды 80 %-ға дейін капттау тиімділігімен алдын-ала және ағымдағы газсыздандырудың аралас схемалары қолданылады. Қытайлық көмір және газ компаниялары шахталарды алдын-ала газсыздандыруды қолдана отырып, шахталарды газсыздандыруда әсерлі жетістіктерге қол жеткізіп, шахтерлердің өлімін едәуір төмендетті (6 есе).

Метанды қолданудың негізгі бағыттары
Метанды өндірудің әртүрлі әдістерінен пайдаланудың негізгі бағыттары 10-суретте көрсетілген.

Метан табиғи газ өндірудің әлемдік деңгейінде маңызды шикізат болып табылады. Метан көмірге қарағанда экологиялық таза. Ол газсыздандыру процесінде ғана емес, сонымен қатар тәуелсіз қазба ретінде де өндіріледі. Метан тәуелсіз пайдалы қазба ретінде газсыздандыру әдісіне қарағанда, оны пайдаланудың экономикалық әсерін ғана көрсетеді. Өңір билігі мен Үкімет метанды экономикалық айналымға қолдануға, сондай-ақ көмір қабаттарынан метан өндірудегі апаттылықты азайтуға және экологиялық жағдайды жақсартуға мүдделі. Экологиялық проблемалар көмір қабаттарынан метан алу жұмыстарымен тығыз байланысты. Сондықтан тау-кен экономикасында көмір өндіруші компания төлейтін атмосфераға метан шығару үшін төлемді азайту мүмкіндігін ескеру қажет. Қазақстанда алдын-ала газсыздандырудың баяу таралуының негізгі себептері алдын-ала газсыздандыру жөніндегі жұмыстар мен көмір өндіру жөніндегі жұмыстардың басталуы арасындағы уақыттың елеулі алшақтығынан туындайтын ұйымдастырушылық және қаржылық қиындықтар болып табылады. Сондай-ақ, газ өндіруші және көмір өндіруші компаниялардың бір лицензиялық учаскесінде бірлесіп жұмыс істеу үшін нормативтік және ұйымдастырушылық қиындықтар бар екенін атап өткен жөн.

5. Көмір қабаттарының метанын қолданудың негізгі бағыттары. Схеманы аяқтаңыз