Метан должен работать

Дегазация угольных пластов


Диаграммы и таблицы к статье >>>

Как известно, в недрах угольных бассейнов сосредоточена не только значительная часть ресурсов углей, но и метана

В связи с многочисленными авариями и человеческими жертвами, многомиллионными экономическими потерями, связанными с неожиданными выбросами метана на предприятиях угольной промышленности, возникает потребность в дегазации угольных пластов.

Но объемы извлекаемого метана традиционными методами настолько малы, что их нельзя приравнять даже к очень мелким месторождениям (менее 1 миллиарда м3 природного газа). Следовательно, универсальной системы применения и утилизации его нет. К тому же получаемый при дегазации метан не интересен заказчику, но последний заинтересован в его утилизации в целях снижения объемов штрафов и претензий со стороны государственных природоохранных структур.

Суть проблемы

Почему же добываемый газ (извлекаемый метан) не интересен добывающим предприятиям? Дело в том, что при традиционных методах дегазации объем извлекаемого метана не позволяет осуществлять его рентабельную утилизацию, к тому же газ извлекается в виде газовоздушной смеси, которая требует дополнительной подготовки перед использованием в промышленных целях.

Другие проблемы, с которыми сталкиваются при утилизации:

  •  высокая затратность по внедрению различных методов утилизации при длительном сроке окупаемости;
  •  территориальная удаленность и рассредоточенность источников газа;
  •  низкий дебит (с резкими колебаниями выхода сырьевого газа);
  •  короткий период активной эксплуатации (1-2 года);
  •  рост количества разрабатываемых малых и средних месторождений газа, удаленных от электрических сетей, газотранспортной инфраструктуры и рынков продукции газопереработки.

Есть решение!

Компания «Георезонанс» разработала и внедряет технологию заблаговременной дегазации угольных пластов методом плазменно-импульсного воздействия, которая позволяет избежать многих перечисленных недостатков. Как показала практика применения данной технологии, объемы и качество извлекаемого метана позволяют говорить о возможности экономически выгодного процесса утилизации.

Задачей технологии плазменно-импульсного воздействия (ПИВ) является повышение проницаемости угольных пластов за счет создания микротрещиноватости в эффективном радиусе до 250 м вокруг дегазационных скважин. Газ из сорбированного состояния переводится в свободное состояние на большой площади по всей мощности пласта и вместе с жидкостью фильтруется к скважинам. В результате инициируемых ПИВ растягивающих и сжимающих напряжений, он сам начинает инициировать ударные волны за счет кавитационных процессов.

В итоге все природные трещины и закрытые поры соединяются в единую фильтрационную сеть, что позволяет заблаговременно отбирать газ через скважины, пробуренные с дневной поверхности в запланированные купола обрушения или через специально пробуренные скважины при отсутствии купольной дегазации. Это в конечном итоге позволяет обеспечить стабильно высокий выход метана в течение длительного времени (3-4 года), что, в свою очередь, позволяет эффективно снизить высокую природную газоносность угольных пластов.

На практике

Опытное промышленное внедрение нового метода было осуществлено на шахте Ерунаковская VIII, где были пробурены 12 скважин заблаговременной дегазации. За 24 месяца дегазации были достигнуты следующие показатели:

  •  общий объем извлеченного метана — 8,1 миллионов м3 (дегазация продолжается);
  •  средний дебит скважин — 1,8 тысячи м3/сутки.

Поставлена задача к 2022 году снизить природную газоносность угольных пластов с 24,0 до 12,0 м3/тонна. В итоге общая дегазированная масса угля составит 2 420 тысяч тонн.

В результате дегазации через вертикальные скважины извлекается газ с содержанием метана 97,41% (см. график 1, таблицу 1). В связи с высоким содержанием метана, а также его высоким дебитом появляются перспективы коммерчески выгодной его утилизации.

Нужно для Кузбасса и России

Новый метод дегазации, а также благоприятные геологические особенности и условия газоносности угольных бассейнов в России являются объективной предпосылкой организации сначала в Кузбассе, а затем и в других угольных бассейнах широкомасштабной добычи метана как самостоятельного полезного ископаемого. Особенно это выгодно при параллельной заблаговременной дегазации угольных пластов для последующей быстрой и безопасной добычи угля.

Кроме прочих вариантов, ООО «Георезонанс» рассматривает проект использования извлекаемого метана в качестве газомоторного топлива. Проект предусматривает сбор выходящего из дегазационных скважин газа при помощи трубопроводов, дальнейшую транспортировку его до установки по сжижению газа контейнерного типа, а затем, с применением автозаправщиков, заправку карьерной и другой спецтехники, которая предварительно прошла процесс конверсии на двигатели смешанного типа.

Угольные компании в своем активе имеют большое количество автотранспорта. Конверсия двигателей — это уникальная возможность замены дорогого дизельного топлива природным газом. За счет этого угольные компании могли бы частично покрыть свои потребности в топливе метаном из угольных пластов и способствовать быстрому возвращению инвестиций без дополнительных денежных вливаний.

Открытия на пользу экологии

Еще совсем недавно переоборудование двигателя на двухтопливную систему выглядело экзотикой.

Чтобы перевести дизельный автомобиль на газ и дизель, необходимо подвергнуть двигатель фундаментальным изменениям: установить систему зажигания, снизить давление в камере, т.е. практически создать другой двигатель. Поэтому данная переделка не имела смысла.

Когда говорят о конверсии двигателя, прежде всего имеют в виду возможность использования газа как дополнительного топлива.

Серьезные открытия призваны в том числе повысить качество экологии Кузбасса.

В настоящий момент на рынке существуют компании, которые успешно переводят на метан грузовики фирмы Scania, КамАЗ, МАЗ, Hyundai и др. Также есть успешный опыт конверсии двигателей карьерной техники (например, карьерных БелАЗов).

Соотношение газ — дизель зависит от оборотов: чем ниже обороты мотора, тем больше впрыскивается солярки; на практике соотношение составляет 50/50 (если речь идет о метане). Такое оборудование в принципе мало чем отличается от переоборудования бензинового двигателя, за исключением важной детали — устройства, позволяющего регулировать подачу солярки. В автомобилях с разными системами подачи топлива применяются отдельные решения — электронные актуаторы или программируемые электронные блоки управления, призванные «душить» подачу дизтоплива при нажатии акселератора либо, наоборот, открывать подачу, если газ закончился или сработала система безопасности. Или же водитель принудительно перевел авто на дизель кнопкой в салоне.

Транспортные средства, оснащенные конверсионным комплектом, сохраняют суммарный крутящий момент двигателя без потерь, тем самым обеспечивая необходимую для успешного функционирования силу.

Основные преимущества газодизельного цикла:

1. Возможность работы двигателя только на одном дизельном топливе или смеси дизельного топлива с сжиженным природным газом в пропорции 1 л дизеля и 1,4 л СПГ.

2. Снижение выбросов NOх на 10‑15% в газодизельном цикле, по сравнению с работой в дизельном цикле.

3. Снижение дымности и твердых частиц в газодизельном цикле, по сравнению с работой в дизельном цикле.

4. Снижение затрат на топливо с учетом меньшей стоимости природного газа в сравнении с дизельным топливом.

5. Повышение надежности двигателя из-за сохранения эксплуатационных свойств моторного масла и уменьшения жесткости работы двигателя.

6. Снижение уровня шума на 4-5 дБ в сравнении с дизельным циклом.

Выгодно и перспективно

На основании предварительных расчетов строительство установки по сжижению газа и конверсии двигателей является рентабельным и максимально перспективным.

  •  Ожидаемые капитальные затраты: поставка, монтаж, пусконаладочные работы мобильной компактной установки сжижения газа производства России или Китая: 150 миллионов рублей.
  •  Сроки реализации — 12 месяцев.
  •  Перевод 14 самосвалов «Катерпиллер» и 28 грузовиков «Скания» на двухтопливную систему — 191,85 миллиона рублей.
  •  Сроки реализации — 6 месяцев.
  •  Итого: ожидаемые затраты на реализацию проекта (без учета расходов на дегазацию): 341,85 миллиона рублей или 5,5 миллиона долларов США со сроком исполнения 12 месяцев.
  •  Окупаемость первого проекта — 22 месяца. При условии периода дегазации 4 года по одному проекту 26 месяцев принесут чистую прибыль в размере 326 миллионов рублей.

Плюс к этому, проводимое по НИОКР строительство установки по сжижению газа и переоборудованию двигателей, согласно ПП РФ от 24.12.2008 № 988 (ред. от 06.02.2012), включаются в состав прочих расходов в размере фактических затрат с коэффициентом 1,5, и дополнительной частью дохода будет сокращение выплат за выбросы вредных веществ в атмосферу. Следовательно, налоговые выплаты будут меньше, а именно на 50% стоимости данного комплекса.

Также все затраты на комплекс мероприятий по заблаговременной дегазации, а именно технология ПИВ, являются расходами, связанными с обеспечением безопасных условий и охраны труда при добыче угля, что позволяет добывающему предприятию принимать понесенные затраты к вычету из налога на добычу полезных ископаемых (в пределах разрешенных квот) в соответствии с постановлением Правительства РФ №455 от 10.06.2011 и частично компенсировать понесенные затраты в ближайший налоговый период.

Подводя итоги, можно смело сделать вывод, что в настоящее время ресурсная база страны используется недостаточно эффективно. Внедрение комплексного решения, совмещающего внедрение масштабной заблаговременной дегазации с одновременной эффективной утилизацией извлекаемого метана позволит не только значительно повысить экономические показатели добывающих предприятий, но и сделать серьезные шаги в повышении экологической безопасности и, что крайне важно, безопасности работы шахтеров.

Ярослав Дубенков,  проектный менеджер  ООО «Георезонанс»


БИОТ-2019