Введение к работе
Актуальность проблемы
Специалисты углегазового промысла рассматривают угольные пласты как нетрадиционные газовые коллекторы, имеющие существенные отличия физических свойств от традиционных газовых коллекторов. Низкая эффективность геологоразведочных работ, высокий процент низкодебитных и "сухих" эксплуатационных скважин, отсутствие надежных критериев оценки извлекаемых запасов, характерны для метаноугольных месторождений с нетрадиционными коллекторами. Учитывая специфику технологии добычи метана из угольных пластов при промысловом освоении метаноугольных месторождений, важное значение приобретает задача выявления локальных зон повышенной природной газопроницаемости углей. Кроме того, в нетрадиционных условиях метаноугольной среды необходимо обоснование дополнительных диагностически значимых критериев, характеризующих фильтрационные свойства метаноугольного коллектора и влияющих на формирование благоприятных зон повышенной газоотдачи (фильтрационной способности).
Актуальность тематики диссертационной работы определяется постоянной практической потребностью в геолого-геофизических данных о локальных зонах повышенной газоотдачи на осваиваемых углегазовым промыслом площадях в Кузбассе, а также повышенными геологическими рисками при бурении опытно-промышленных и эксплуатационных скважин. Задачи, решаемые в данной диссертационной работе, являются частью общей проблемы - организации промысловой «бесшахтной» добычи метана угольных пластов.
Целью диссертационной работы является разработка геолого-геофизических критериев выделения зон с повышенной газоотдачей угольных пластов на базе применения многоволновой сейсморазведки и ГИС при освоении метаноугольных месторождений. Это обеспечивает надежное проектирование кустов опытно-промышленных и эксплуатационных скважин для добычи метана из угольных пластов, а также группирование угольных пластов по степени их перспективности в разрезе скважины.
Основная идея работы заключается в использовании упруго-деформационных модулей (УДМ) углей в сочетании с условиями внешней нагрузки на угольный пласт, обусловленной горно-динамической обстановкой, а также дополнительных нелинейных сейсмических признаков, отражающих флюидодинамические и геодинамические эффекты в метаноугольной среде, обеспечивающих повышение достоверности прогноза благоприятных зон повышенной газоотдачи угольных пластов.
Объект и предмет исследований
Объект: Пермские отложения (верхний отдел, ерунаковская подсерия) южной части Кузбасского угольного бассейна, Талдинская брахисинклиналь.
Предмет: Физические свойства угольных пластов и вмещающих угли терригенных горных пород, особенности физико-механических и коллекторских свойств угольных пластов и способы их прогноза, взаимосвязи показателей качества углей и коллекторских свойств, эмиссионная активность системы уголь-метан-зона трещиноватости, горно-динамические условия района исследований.
Основные задачи исследований:
1. Оценка состояния вопроса по изучению метаноугольного разреза при создании углегазового промысла на геологоразведочном этапе освоения метана угольных пластов;
2. Исследование особенностей сырьевой базы метана угольных пластов и выработка современных критериев оценки перспективности объектов промысловой добычи метана. Исследование факторов, влияющих на природную газопроницаемость углей и формирующих благоприятные зоны повышенной проницаемости;
3. Разработка геолого-геофизических критериев оценки фильтрационных свойств угольных пластов, включающая:
- анализ физико-механических свойств углей и их взаимосвязи с показателями качества и газопроницаемости угольных пластов;
- оценку влияния горно-динамических условий на формирование свойств газопроницаемости угольных пластов с учетом результатов пробной добычи метана на площади Талдинская;
- выделение перспективных интервалов и классификация угольных пластов по степени перспективности на основе анализа упруго-деформационных, поглощающих и радиоактивных свойств угольных пластов.
4. Проведение специальных многоволновых сейсмических наблюдений во внутренних точках среды ПМ ВСП, специализированная обработка многоволновых данных ВСП с привлечением упруго-деформационных атрибутов волнового поля с целью прогноза благоприятных зон для добычи метана;
5. Разработка технологии выявления флюидодинамических и геодинамических эффектов в метаноугольной среде на основе изучения эмиссионной активности геосреды, экспериментальное опробование предлагаемой технологии специализированной обработки сейсмической информации.
Исходными данными для изучения физических свойств метаноугольной среды в сложных сейсмогеологических условиях Кузбасса, явились результаты опытно-методических исследований, проведенных по технологии многоволновой скважинной сейсморазведки (ПМ ВСП) на экспериментальном полигоне ОАО «Газпром промгаз» в Кузбассе, материалы ГИС 9 скважин, результаты лабораторных исследований вещества углей и вмещающих пород скв. Ум 5.2, 5.1 (323 образца), результаты техногенных испытаний (гидроразрыва) и опытной добычи метана на площадке Ум 5 (8 скважин).
Методы исследования:
комплекс скважинных исследований ГИС (АКШ, ГК, ГГК), многоволновая скважинная сейсморазведка (ПМ ВСП), лабораторные исследования физико-механических и коллекторских свойств образцов керна углей;
анализ и обобщение фактических сведений о физических и коллекторских свойствах углей по геолого-геофизическим и лабораторным данным;
при обработке экспериментальных данных применялись методы поляризационно-позиционного анализа волновых полей (ППК), спектрально-корреляционного и вейвлет анализа данных, а также алгоритмы адаптивной фильтрации в окне «живой формы».
Научная новизна работы
В процессе проведения исследований получены результаты, обладающие научной новизной:
-
Определены диапазоны изменения УДМ углей и вмещающих горных пород на Талдинской площади Кузбасса, обоснована эффективность изучения геофизическими методами УДМ для оценки качества углей – зольности и влажности.
-
Установлена взаимосвязь между упруго-деформационными модулями, горно-динамическими условиями и показаниями газоотдачи угольных пластов на Талдинской площади Кузбасса.
-
Предложена технология специализированной спектрально-энергетической обработки сейсмического волнового поля, позволяющая выявлять локальные флюидо- и геодинамические эффекты в метаноугольной среде на основе ее эмиссионной активности.
Практическая значимость
Практическая значимость проведенных исследований определяется целесообразностью и возможностью эффективного применения информации об упруго-деформационных модулях и геодинамических критериев (эмиссия, горное давление, рельеф) для выделения зон повышенной газоотдачи угольных пластов.
В результате исследования предложен рациональный комплекс обработки и объектно-ориентированной интерпретации геолого-геофизических данных на основе многоволновой скважинной сейсморазведки и ГИС в условиях метаноугольного разреза. Этот комплекс рекомендован для применения на всех этапах геологоразведочного процесса при освоении метаноугольных месторождений.
Результаты проведенных исследований использованы ОАО «Газпром промгаз» при разработке рекомендаций по обработке и интерпретации данных сейсморазведки на метаноугольных месторождениях. Результаты работы внедрены в производственную практику многоволновых сейсморазведочных работ в ОАО «Газпром промгаз».
Защищаемые положения
-
Предложенный комплекс диагностически значимых поисковых критериев, включающий физико-механические свойства (модули Юнга и сдвига, коэффициент сжимаемости), горное давление и их связи с фильтрационными свойствами угольных пластов, обеспечивающий повышение достоверности прогноза при локализации зон повышенной газоотдачи угольных пластов.
-
Разработанная технология изучения эмиссионной активности, включающая в себя разложение сейсмического волнового поля на базе адаптивных алгоритмов энергетической фильтрации, оценку геодинамического шума и «вейвлет» анализ зарегистрированного во внутренних точках среды волнового поля, позволяющая выявлять локальные флюидодинамические и геодинамические эффекты в метаноугольной среде.
-
Методика обработки многоволновой скважинной сейсморазведки ПМ ВСП в условиях метаноугольного разреза, обеспечивающая прогноз диагностически значимых упруго-деформационных параметров при изучении строения угольных пластов.
Публикации и личный вклад автора
Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных лично автором, или при его непосредственном участии. Личный вклад автора заключается:
в установлении закономерностей изменения ФМС угольных пластов, отражающих физические свойства углей;
в установлении физико-геологических факторов, в наибольшей степени влияющих на газоотдачу угольных пластов;
в определении подходов к оценке по данным ПМ ВСП и ГИС благоприятных зон для добычи метана в пределах месторождения Талдинская;
в физическом обосновании и разработке технологии выявления флюидодинамических и геодинамических эффектов в метаноугольной среде на основе методики низкочастотной резонансной эмиссии (НРСЭ);
в экспериментальной апробации предлагаемых подходов выявления благоприятных зон для добычи метана и технологии выделения эмиссионной активности метаноугольной среды.
По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, три из которых опубликованы в рекомендованных ВАК РФ журналах.
Достоверность полученных результатов подтверждается:
достаточным объемом экспериментального материала: исследовано 9 углегазовых эксплуатационных скважин на Талдинской площади Кузбасса;
положительными результатами экспериментального опробования предлагаемой технологии выявления газодинамических и геодинамических процессов в метаноугольной среде на основе методики НРСЭ на материалах ВСП, проведенного до и после гидроразрыва угольных пластов;
положительными результатами опробования технологии ПМ ВСП в условиях метаноугольного разреза с целью оценки ФМС в околскважинном пространстве;
высокой степенью сходимости результатов корреляции независимо полученных данных, характеризующих физическое состояние и условия внешней нагрузки на угольный пласт.
Реализация и апробация работы
Реализация и апробация работы осуществлялись в процессе проводимых исследований, разработанные способы интерпретации опробовались на эксперимен-тальных материалах. Основные положения и результаты работы докладывались на заседании секции Ученого Совета ОАО “Газпром промгаз” «Региональная нефтегазодобыча, разработка метаноугольных месторождений, информационно-аналитические системы» г. Москва, 2011 г. Основные положения работы докладыва-лись на следующих конференциях: IX Международная научно-практическая конфе-ренция «Геомодель», Геленджик, 2007; X Международная научно-практическая конференция «Геомодель», Геленджик, 2008; 4 Международная геолого-геофизичес-кая конференция и выставка «Санкт-Петербург – 2010, К новым открытиям через интеграцию геонаук»; IX ежегодная международная конференция и выставка по теме ВСП: трехмерная сейсморазведка, и сейсмология, «Гальперинские чтения, 2009»; 34 сессия международного семинара им. Д.Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» г. Ухта, 2007; IGRC 2011 – Международная конференция по исследованиям в газовой отрасли Международного газового союза IGU., г. Сеул 2011.
Объем и структура работы
