Szkoła Eksploatacji Podziemnej

10. Analiza robót wiertniczych oraz odmetanowania.
10.1. Roboty wiertnicze.
Analizując geologię z jaką mieliśmy do czynienia podczas robót wiertniczych, to górotwór składający się ze skał osadowych. Przewiercane warstwy, to: piaskowiec, łupek zapiaszczony, łupek ilasty, łupek szary oraz węgiel.
Podczas wiercenia otworów kierunkowych z silnikiem wgłębnym, wykorzystano dwa ustawienia krzywki, a mianowicie: 0,38 oraz 0,56. Po analizie wyników z wierceń uzgodniono, iż krzywienie z ustawieniem krzywki 0,56, jest praktyczniejsze biorąc pod uwagę nasze warunki górniczo-geologiczne.
Wyniki wierceń były zróżnicowane, ponieważ zależały do wielu czynników, jak np.: skierowanie silnika wgłębnego (TOOLFACE), rodzaj skały, nacisk osiowy, strumień objętościowy wody, typ świdra, kierunek zapadania warstw oraz kąt obrócenia silnika wgłębnego wokół własnej osi podczas jego pracy. Obrócenie to, wynika z budowy silnika wgłębnego i występuje praktycznie zawsze. A więc podczas nastawiania silnika wgłębnego, trzeba wziąć pod uwagę takie zachowanie „dolnej części przewodu wiertniczego”.
Dla osiągnięcia celu wiercenia, większość prób krzywienia, prowadzone były z orientacją silnika wgłębnego do krzywienia w płaszczyźnie pionowej, a rzadziej w poziomej. Powodem tego było to, że wyjściowe kąty poziome (skierowanie rur obsadowych) otworów były zbliżone do prostopadłości wybiegu ściany, a więc zasięg otworów był bardzo duży (cały wybieg Ściany IC). Natomiast odpowiednia wysokość części otworów będących w przestrzeni roboczej ściany, była tutaj kluczowa dla osiągnięcia celu (odmetanowanie) oraz do określenia zasięgu zawału wysokiego i wpływu ciśnienia eksploatacyjnego na pracę naszych otworu.
Analizując uzyskane wartości jednostkowego kąta krzywienia, można stwierdzić, że największy wpływ na wyniki wiercenia, ma twardość skały. Jednostkowe wartości zmiany kąta krzywienia są proporcjonalne do twardości przewiercanych skał. Biorąc pod uwagę rodzaj skał, to wartości te, dla krzywienia w płaszczyźnie pionowej są następujące:
Piaskowiec Isr = 0,32°/m
Łupek zapiaszczony Isr = 0,29°/m
Łupek ilasty Isr = 0,21°/m
Łupek szary Isr = 0,17°/m
Uzyskane wartości krzywienia „w górę”, różniły się od tych „w dół” i były mniejsze gdyż pod wpływem samego ciężaru, naturalnie wygina cały przewód w kierunku działania siły grawitacji..
Wykonanie takiego krzywienia, miało miejsce w piaskowcu, gdzie Isr = 0,23°/m.
Praca (stabilność) silnika wgłębnego pod zadaną orientacją oraz kątem zawiercania o skałę, ma tutaj kluczowe znaczenie, ponieważ silnik wgłębny nie dążył nam do odchylenia w inna stronę poprzez żerdzie wiertnicze, których naturalny kierunek ugięcia był inny. Przykładem takich skał są piaskowiec oraz łupek zapiaszczony. Proces wiercenia w skałach o niższej twardości, jak np. łupek szary, łupek ilasty dawało gorsze wyniki (mniejsza intensywność krzywienia otworu). Przyczyną tego, jest niestabilność skały oraz ich słabo-zwięzłość.
Analizując uzyskane wartości jednostkowego kąta krzywienia w płaszczyźnie poziomej w funkcji twardości skał, można stwierdzić, że zależność mamy taką samą. Innym parametrem mający wpływ na uzyskanie wartość kąta poziomego, to kierunek zapadania warstw. Większości przypadków, naturalne ugięcie przewodu podczas wiercenia obrotowego, było zgodne z kierunkiem upadu warstw (upad ok 5° w kierunku południowo-zachodnim). Krzywienie otworu po wzniosie w płaszczyźnie poziomej wyniosło Isr = 0,19°/m, a więc uzyskano mniejszą wartość krzywienia jednostkowego w porównaniu z krzywieniem otworu po upadzie, gdzie Isr = 0,24°/m., również w płaszczyźnie poziomej.
Za naturalne uginanie przewodu , podczas wiercenia, może mieć również wpływ obrót przewodu podczas wiercenia obrotowego – tendencja w prawo.
Mówi się, że siły Coriolisa również mają wpływ na wyniki wiercenia, a jeśli tak, to stosunkowo niewielki.
Coriolis forces are also said to affect drilling results, and if so, this impact is relatively low.
Stosowano naciski osiowe w zakresie 11 – 20 kN oraz ciśnienie wody w przedziale 28 -35 bar. W skałach bardzo kruchych, tj. łupek szary, prowadzono wiercenie pod mniejszym ciśnieniem wody i stosunkowo mniejszym nacisku osiowym, aby uniknąć obsypywania. Wiercenie w skałach twardych, wykonywano z większymi parametrami mechanicznymi oraz hydraulicznymi.
10.2. Odmetanowanie.
Usytuowanie otworów kierunkowych (części, zbliżonych do horyzontalnych, znajdujących się nad ścianą) w różnych odległościach pionowych względem eksploatowanego pokładu 501, Ścianą IC, pozwoliło określić zależność pomiędzy usytuowaniem frontu ściany, a otworami dla rozpoczęcia ich prac i uzyskaniu pełnego przepływu, a więc określeniu wpływu ciśnienia eksploatacyjnego oraz wpływu zasięgu zawału wysokiego względem naszych otworów kierunkowych.
Analizując otwory kolejno od nieistniejącej Rozcinki Ściany IC, można zauważyć, że otwór TM 1 usytuowany w narożu Ściany IC na wysokości 9,0 – 17,0m nad stopem pokładu 501, po podłączeniu do sieci odmetanowania i przyłożeniu depresji, od razu podczas rozruchu ściany uzyskano metan z wydatkiem średnio 2,0m3/min i tak się utrzymywał aż do momentu, kiedy ściana znajdowała się na cesze ok. 160m (po wybiegu). Potem, strumień objętościowy malał jak i również w nim koncentracja metanu, aż do 25%. Możliwe, że depresja naturalna oraz odmetanowanie z wyrobiska przyścianowego, spowodowało migrację metanu w kierunku wschodnim.
Otwór TM 2, będący w odległości pionowej 25,0m oraz poziomej 26,0m na północ od nieistniejącej Rozcinki Ściany IC, rozpoczął swoją pracę przez wpływ ciśnienia eksploatacyjnego po przejechaniu ściany na ok. 20mb (ok 5m przed otworem), a wydatek stale rósł. Otwór ten, w pełni uzyskał przepływ o wysokiej koncentracji, kiedy linia frontu Ściany IC, znajdowała się w odległości ok 24m za otworem (cecha ścianowa 44mb) z wydatkiem równym 3,90m3CH4/min. Maksymalna, uzyskana wartość strumienia objętościowego metanu, to 7,1m3/min., przy przyłożonej depresji 29mmHg.
Dla otworu kierunkowego TM 4, zalegającego 44,0m nad pokładem 501, rozpoczęcie odmetanowania nastąpiło, kiedy front Ściany IC, znajdował się w odległości 56,5m za otworem, a jego strumień objętościowy wynosił wówczas 2,8m3/min. W pełni jego praca nastąpiła, kiedy front ściany usytuowany był w odległości ok. 75m za otworem i wynosiła 3,6m3CH4/min. Maksymalna wartość strumienia objętościowego metanu, osiągnęła wartość 5,2m3/min.
Analizując kolejny otwór TM 3, interwał znajdujący się nad ścianą w odległości pionowej 21,0 – 29,0m, uzyskał przepływ metanu zaraz po podłączeniu i wykonaniu próby odmetanowania. Na tamtą chwilę, front ściany znajdował w odległości 60,0m przed otw. TM 3. W pełni uzyskany wydatek metanu, uzyskał wartość 4,1m3/min i miał miejsce, kiedy front ściany znajdował się w odległości 29,0m za naszym otworem. Cały interwał, będący pod wpływem eksploatacji, przewiercany był w piaskowcu.
Ostatni nasz otworów kierunkowy TM 5, usytuowany w piaskowcu w odległości pionowej 4,0 – 22,0m., po zakończeniu wiercenia oraz podłączeniu, uzyskał śladowe ilości metanu. Front ściany znajdował się w odległości ok. 100m przed otworem, a więc gaz ten, najprawdopodobniej pochodził z samego piaskowca, którego odpowiednia wysoka przepuszczalność, pozwoliła na dopływ metanu do strefy przyotworowej. Optymalny strumień objętościowy metanu uzyskano, kiedy front ściany był w odległości 18,0m przed otworem i wynosił 4,9m3/min.
Niewykluczone, że podane wartości wydatków mogły być jeszcze wyższe, gdyby była możliwość przyłożenia większej depresji na poszczególnych otworach.
Wszystkie omawiane otwory, posiadały wysoką koncentrację, wynoszącą średnio 88%.
Całkowity średni strumień objętościowy metanu z wszystkich otworów kierunkowych, średnio wynosi 15m3/min.
Porównując odmetanowanie z otworów kierunkowych do otworów klasycznych, wierconych z wyrobiska przyścianowego, otrzymano wynik większy, co miało przełożenie na wysoką efektywność odmetanowania ściany, wynoszącej średnio 75%.
Udział odmetanowania (ilościowy metan) z otworów kierunkowych w stosunku do całości odmetanowania, dla tej ściany, wyniósł 66,88%.
Sumaryczna ilość metanu, odprowadzona pięcioma otworami kierunkowymi do końca grudnia 2019, osiągnęła wartość 1,19 mln Nm3.
Analizując aktualną lokalizacje frontu ściany, otwory kierunkowe w większości odbierają metanu z zasięgu zrobów i być może ich praca będzie trwać bardzo długo.