Введение к работе
Актуальность темы.
В связи с резким увеличением спроса мировой экономики на традиционные природные энергоносители и как следствие их удорожание, всё острее встает проблема добычи углеводородов из нетрадиционных объектов, в частности, метана из угольных пластов. В России в промышленных масштабах добыча метана из угольных пластов пока ведётся в ограниченных масштабах, хотя в угольных бассейнах сосредоточены значительные ресурсы метана. К настоящему времени в мире накоплен значительный опыт разработки и промысловой добычи метана на углегазовых промыслах в США, Австралии, Канады, Китая, Индии, Польши, Чехии, Новой Зеландии.
Угольный пласт представляет собой нетрадиционный коллектор трещиновато-пористого типа с системой микропор, макропор и трещин кливажа. Размеры пустот колеблются от нескольких ангстрем до миллиметров Основной объём метана (90 -*- 95 %) находится в связанном (сорбированном) состоянии в матрице или на поверхности угольного вещества. В свободном состоянии в порово-трещинном пространстве угля встречается до 5-10% метана. Одной из основных особенностей метаноугольных месторождений является генетическая связь метана с угольным пластом. При этом степень метаморфизма угля является основным параметром, определяющим количество метана, находящегося в угле в адсорбированном состоянии.
В отличие от традиционных нефтегазовых коллекторов, угольный паст как коллектор характеризуется следующими особенностями: практически отсутствием открытой пористости, присутствие в угле системы природной слоистости или трещиноватости - кливажа, низкой проницаемости и др. Фильтрационо-ёмкостные свойства углей сильно изменяются от глубины погружения угольных пластов. Установлено, что с глубиной происходит рост степени метаморфизма углей, благоприятного для промышленной добычи метана. В это же время с глубиной происходит всё большее закрытие трещин, снижение проницаемости, что может приводить к снижению эффективности добычи метана.
Задача определения промысловых характеристик угольных пластов для добычи метана по данным ГИС ранее не ставилась.
Применение методов углеразведочной геофизики для добычи угля позволяли определять вещественный и гранулометрический состав вмещающих пород, расчленять разрез скважины на однородные слои, определять их литологическую принадлежности, глубину залегания и толщины. При добыче метана из угольных пластов необходимо не только выделять угольные пласты и определять их показатели качества, а так же нужно определять физико-механические и коллекторские свойства угольных пластов.
Как показала практика использования углей в различных областях народного хозяйства, необходимо применение углей определенных марок.
При добыче метана из угольных пластов вопрос наиболее эффективного использования марочного состава углей является мало изученным.
Основные параметры геолого-технологических свойств угольных пластов, такие как: толщина, строение угольных пластов, зольность, степень метаморфизма, нарушенность, минералогический состав, определяются методами, применяемыми в углеразведке. остальные параметры, необходимые для определения свойств угольных пластов, для промышленной добычи метана раньше не определялись. Связано это с тем, что метан всегда рассматривался с одной стороны как попутное полезное ископаемое, извлекаемое в процессе ведения горных (кооптируемый газ) работ, а с ругой, как источник опасных геодинамических явлений, подлежащий удалению в процессе дегазации.
Целью работы является выявление угольных пластов и оценка их газопромысловых характеристик для ведения промышленной добычи метана по данным геолого-геофизических исследо-аний скважин на примере Кузнецкого бассейна.
Объектом изучения в диссертационной работе является Кузнецкий угольный бассейн, обедающий запасами угля перспективными для добычи метана.
Основные задачи исследований.
-
Проанализировать современное состояние геолого-геофизических исследований на угольных месторождениях для добычи метана
-
Разработать методическую схему выявления угольных пластов и оценки их промысловых характеристик по данным геолого-геофизических исследований скважин для добычи метана.
-
Определить наиболее информативные характеристики угольных пластов для последующей добычи метана из них.
-
Сформировать рациональный комплекс геофизических исследований скважин на метано-угольных месторождениях.
-
Создать литолого-генетическую модель угольного пласта для прогнозирования геолого-промысловых характеристик углей по геолого-геофизическим данным.
-
Установить закономерности изменения физико-механических и газопромысловых параметров угольных пластов для выделения первоочередных объектов добычи метана.
-
Определить критерии выделения перспективных угольных пластов для добычи метана по данным ГИС и ГТИ.
Защищаются следующие научные положения:
-
Методическая схема выявления угольных пластов и оценки их промысловых характеристик по данным геолого-геофизических исследований скважин для добычи метана.
-
Предложенная структура прямых и обратных связей в методической схеме выявления угольных пластов и оценки их промысловых характеристик по данным геолого-геофизических скважин для добычи метана является информационной основой технологии освоения метано-угольных месторождений.
-
Модифицированная диаграмма Ван Кревелена как методическая основа повышения информативности комплекса геолого-геофизических исследований на метаноугольных месторождениях для добычи метана.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые на примере Кузнецкого бассейна:
-
Разработана методическая схема выявления угольных пластов и оценки их промысловых характеристик по данным геолого-геофизических исследований скважин для добычи метана.
-
Предложен рациональный комплекс наземных и скважинных методов геофизических исследований на метаноугольных месторождениях для добычи метана.
-
Обоснованы критерии выбора первоочередных объектов добычи метана на угольных месторождениях.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
-
Разработанный способ определения газопромысловых характеристик угольных пластов по данным ГИС, позволил существенно дополнить и детализировать данные традиционного геологического опробования, используемые для подсчета запасов метана.
-
Использование результатов ГИС-прогнозирования газопромысловых характеристик совместно с результатами сейсморазведки позволило выявить площади, перспективные для промышленной добычи метана и оптимизировать точки заложения метаноугольных скважин.
-
Рационализация комплекса геофизических исследований скважин для добычи метана позволяет осуществлять снижение затрат на их исследование при подготовке участков к промышленному освоению.
-
Выявлены параметры зон трещиноватости по данным микросканирования и широкополосного акустического каротажа, позволяющие оптимизировать планирование работ методом гидроразрыва пласта.
-
Совместное использование данных ГИС и ГТИ позволяет повысить эффективность оперативного выделения метаноугольных пластов и оценки их перспективности для добычи метана.
Апробация разработанных методик и алгоритмов осуществлялась при выполнении научно-исследовательских работ по научному направлению «Добыча метана из угольных пластов в Кузбасском угольном бассейне», которая проводится в ОАО «Газпром».
Результаты работы докладывались на научно-практической конференции «Инновационный потенциал молодых специалистов ОАО «Газпром» как условие повышения эффективности разработки и эксплуатации углеводородных месторождений Ямала», которая проходила в мае 2004 г в
Ямбурге, на XI всероссийском угольном совещании «Современные проблемы развития и освоения угольной сырьевой базы России», которое проходило в ноябре 2005 г в Ростове-на-Дону, на международной конференции «Геомеханические и геодинамические аспекты повышения эффективности добычи шахтного и угольного метана, которая проходила в сентябре 2006 г. в С.-Петербурге, на симпозиуме «Неделя горняка - 2006», который проходил в январе 2006 в Москве, на X международной научно-практической конференции «Геомодель - 2008», которая проходила в сентябре 2008 г. в Геленджике, на семинаре «Добыча метана из угольных отложений. Проблемы и перспективы», который состоялся 31 марта 2010г. в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и на международной конференции «Петрофизика: современное состояние, проблемы, перспективы», которая состоялась с 27 по 28 мая 2010 года в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, на семинарах кафедры ГИС РГУ нефти и газа им.И.М. Губкина.
По теме диссертационной работы автором лично и в соавторстве опубликовано 15 печатных работ, 4 из которых входят в перечень российских рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК Российской Федерации.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения. Содержит 156 страниц машинописного текста, включая 55 рисунка, 21 таблицу. Список литературы содержит 94 наименований.
В основу диссертационной работы положены результаты исследований, выполненных соискателем в период работы в ОАО «Газпром промгаз» и в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина с 2003г. по 2010 г.
В процессе работы над диссертацией автор опирался на работы российских и зарубежных учёных и специалистов в области геологии и геофизики угленосных формаций: Анциферова А.В., Багринцевой К.И., Быкадорова B.C., Воеводы Б.И., Гамова М.И., Голицына М.В., Гречухина В.В., Гриба Н.Н., Дмитриевского А.Н., Еремина И.В., Журбицкого Б.И., Зайченко В.Ю., Зимакова Б.М., Зоненшайна Л.П., Карасевича A.M., Кизилыитейна Л.Я., Мазора Ю.Н., Мамушкина В.В., Матвеева А.К., Миронова К.В., Нагорного В.Н., Нагорного Ю.Н., Погребнова Н.И., Погребнова Н.Н., Попова В.В., Рудакова Ю.В., Тимофеева П.П., Труфанова В.М., Фоменко Н.Е., Хрюкина В.Т., Череповского В.Ф., Яковлева Д.В., Якубсона К.И., Fertl W.H., Hilche D.W., Lambert S.W., Mullen M.J., Pratt T.J., Rieke H.H. Ill, Rightmire СТ. и др.
Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю д.т.н., профессору кафедры ГИС РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина В.В. Стрельченко за постоянное внимание, ценные советы и помощь при выполнении работы, к.г-м.н А.Г. Черникову, к.г-м.н В.Т. Хрюкину за помощь по теме диссертации, всему коллективу научно-технического центра "Разработка технологий геофизической разведки и комплексного освоения малых месторождений углеводородов" и сотрудникам отдела «Проблем освоения метано-угольных месторождений» ОАО «Газпром промгаз».
