ПИ и ЭГ   ГГФ   ДонНТУ   Портал магистров

Антропова Елена Андреевна

Горно-геологический факультет

Кафедра «Полезных ископаемых и экологической геологии»

Специальность «Геологическая съемка, поиск и разведка»

Закономерности распределения природной газоносности на поле шахты Октябрьский рудник

Научный руководитель: д.г.н., проф. Волкова Татьяна Петровна

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: январь 2015 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

СОДЕРЖАНИЕ

• 1. Общая характеристика работы
•  1.1. Актуальность исследований
•  1.2. Связь работы с научными программами, планами, темами
•  1.3. Цели и задачи исследования
•  1.4. Предмет и объект исследования
•  1.5. Методы исследований
•  1.6. Научная новизна
•  1.7. Практическая ценность
•  1.8. Апробация результатов
•  1.9. Публикации
• 2. Содержание работы
•  2.1. Обзор исследований по теме
•  2.2. Геологическая характеристика исследуемого месторождения
•  2.3. Методика обработки экспериментальных данных
•  2.4. Ожидаемые результаты
•  2.5. Список использованной литературы

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность темы

Топливно-энергетическое и сырьевое обеспечение народного хозяйства Украины неразрывно связано с наращиванием добычи угля и освоением газовых ресурсов Донецкого бассейна.

В последнее время практически все угледобывающие страны мира проявляют большой интерес к метану угольных месторождений. Причинами такого интереса является следующее. Во-первых, шахтный метан - очень опасное явление, который значительно ухудшает условия труда на шахтах. Его выделение в горные выработки требует использования сложных систем вентиляции c большихми энергозатратами. Во-вторых, метан угольных месторождений является ценным углеводородным сырьем, аналогичным природному газу нефтегазовых месторождений. Усилия специалистов направлены на утилизацию метана угольных месторождений и его использование в качестве энергетического сырья. Все это значительно улучшит экономическую эффективность работы угольной отрасли. В-третьих, метан, который при ведении горных работ выбрасывается в атмосферу, является парниковым газом. Поскольку они способствуют изменению климата Земли и другим опасным природным процессам, его выбросы ограничиваются Киотским протоколом для всех стран мира. Решение всех этих проблем особенно актуально для Украины, где уголь является основным энергетическим сырьем, обеспечивающим энергетическую безопасность государства на долгую перспективу. В этой связи проблема комплексной разработки углегазовых месторождений региона приобретает важное экономическое и социальное значение.

Для решения этих проблем необходим более глубокий и детальный анализ распределения природной газоносности угольных пластов и газонасыщенности углевмещающих пород на поле шахты Октябрьский рудник.

1.2. Связь работы с научными программами, планами, темами

В мае 1996 года Верховная Рада Украины приняла постановление № 191 про подготовку национальной энергетической программы. Согласно этому документу в 1998 году была создана Государственная программа добычи сопутствующего газа метана из угольных месторождений Донбасса (в 1998 – 2010 гг.). Позднее Кабинетом Министров Украины были приняты соответствующие постановления о развитии промышленной добычи метана из угольных месторождений Донбасса (постановление от 27 сентября 2000 года № 1463). Об утверждении Программы повышения безопасности труда на угольных шахтах (постановление № 939 от 6.07.2002).

1.3. Цели и задачи исследования

Целью работы является изучение закономерностей распределения газоносности на поле шахты Октябрьский рудник.

Задачи исследований:

1. Выявление факторов, влияющих на газоносность угольных месторождений, по литературным источникам;
2. Получение статистических характеристик изучаемого объекта;
3. Пространственный анализ распределения показателя газоносности;
4. Оценка степени влияния известных геологических факторов на объекте исследования;
5. Прогнозирование локальных скоплений газа в угленосной толще на поле шахты Октябрьский рудник.

1.4. Предмет и объект исследования

Объект исследования – поле шахты Октябрьский рудник в Донецком угольном бассейне. Предмет исследования – геологические факторы распределения газоносности угольных пластов (k8).

1.5. Методы исследований

Методами исследований являются:

1. Формационный анализ;
2. Структурно-тектонический анализ;
3. Статистический анализ;
4. Пространственно-статистический анализ;
5. Литолого-стратиграфический анализ.

1.6. Научная новизна

Оценка локального влияния геологических факторов газоносности на поле шахты Октябрьский рудник с целью дальнейшего прогнозирования локальных скоплений газа в угленосной толще.

1.7. Практическая ценность

Изучение пространственных особенностей распределения природной газоносности на поле шахты Октябрьский рудник позволит выделить наиболее продуктивные газообильные структуры для извлечения метана.

1.8. Апробация результатов

Результаты исследований докладывались на VIІ Международной научно-практической конференции ДОНБАСС-2020: ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГЛАЗАМИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ.

1.9. Публикации

Планируется публикация 1 статьи в сборнике Наукові праці ДонНТУ, серія гірничо-геологічна, 2014 р.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Обзор исследований по теме

Угольные месторождения давно рассматриваются как комплексные газоугольные. Современные технологии позволяют добывать и экономически эффективно использовать не только уголь, но и газ угольных месторождений. Яркий пример применения и развития таких технологий демонстрируют Европа. Компания Green Gaz работает в Европе с угольніми месторождениями Чехии (Остравский угольный бассейн), Польши (Силезский угольный бассейн) и Германии (Рурский угольный бассейн). Добыча и утилизация шахтного метана производится непрерывно в процессе отработки угольных пластов. Специальная государственная программа решила этот сложный вопрос еще в 90-е годы прошлого столетия. С тех пор эти технологии широко внедрены по всей Европе и продолжают совершенствоваться (рис.1).

США последние десятилетия активно наращивают добычу метана из сланцевых толщ. В настоящее время она составляет не менее 40% от общей добычи природного газа в этой стране. Однако этот газ стоит значительно дороже, чем газ классических нефтегазовых месторождений и в Европе не пользуется спросом. В качестве инвестиционной программы Великобритания (компания Шелл) и США (компания Халибартон) предложили свои технологии добычи сланцевого газа местодом гидроразрыва Украине (рис.2). При этом в пробуренные глубокие (3-5 км) скважины нагнетается вода со специальными химическими добавками (проппантами) Под высоким давлением производится разрыв газосодержащих пород (сланцевых толщ, уплотненных песчаников). Газ собирается в определенном направлении к скважине с утилизационной установкой(рис.2). В настоящеее время в Донбассе идет процесс разведки месторождения газа уплотненных песчаников.

Себестоимость разработки залежей нетрадиционного газа значительно выше, чем традиционных месторождений, вследствие больших затрат на буровые работы, приобретение земельных участков и обеспечение соблюдения экологических норм.

Украина самостоятельно не способна выполнять проекты по освоению залежей нетрадиционного газа. Они могут быть реализованы только благодаря привлечению технологического оборудования, опыта и инвестиций со стороны ведущих компаний мира.

При условии создания благоприятного инвестиционного климата для реализации проектов прогнозированный объем добычи нетрадиционного газа в Украине будет составлять в 2020 г. около 2, а в 2030 г. – 10 млрд.куб.м.

Промышленная разработка газогидратных пластов усложняет необходимость бурения под водой на больших глубинах и вероятность неуправляемой деградации пласта с рассеиванием метана в окружающей среде. Это может привести к разрушению экосистемы в местах выхода метана и создания оползнеопасных зон в местах освоения.

Несмотря на предостережения, это направление газообеспечения не стоит считать неперспективным, ведь активная работа научных центров многих стран, на протяжении следующих десяти лет может помочь найти решение, которое сделает добычу газогидратов конкурентоспособной при минимально негативном влиянии на окружающую среду [7].

Украина имеет большие и почти неразработанные ресурсы метана угольных месторождений. Самыми перспективными для освоения месторождений являются Донецкий и Львовско-Волынский угольные бассейны. Введение технологий использования шахтного метана для угольной отрасли Украины является чрезвычайно актуальным вопросом, как с точки зрения экологии, так и обеспечения энергетических потребностей страны. Особенно большое значение имеет отбор шахтного газа для создания безопасных условий работы на шахтах. Однако, до сих пор задача сопутствующего извлечения метана при добыче угля не решена. На наш взгляд, основными причинами этого стали:
- недостаточная изученность распределения запасов метана в угольной толще;
- высокая стоимость проектов и отсутствие инвестиций для технологического и научного изучения и совершенствования процесса;
- отсутствие специальной техники, технологий и инфраструктуры;
- сложные горно-геологические условия добычи угольных пластов;
- отсутствие финансирования и активной поддержки со стороны государства;
- распыленная между органами государственной власти ответственность за развитие рынка метана угольных месторождений.

Изучение газоносности разных угольных месторождений в значительной степени расширило представление о влиянии метаморфизма и глубин залегания углей, особенностей строения бассейнов и, в частности, физико-механических свойств угленосных толщ на современную их газоносность. Была установлена зависимость газоносности пластов также от: степени их тектонической нарушенности и наличия мощных отложений, перекрывающих угленосные толщи; от изменения литологического состава вмещающих пород; от присутствия водоносных горизонтов вблизи угольных пластов и т.п [2].

В работах Черницына Н.В. важнейшими геологическими факторами, оказавшими наиболее существенное влияние на газоносность, являются степень метаморфизма углей, глубина их залегания, литотип вмещающих пород, структурно-тектонические, гидрогеологические, термобарические условия идр. [5].

Распределение природных газов в угленосных отложениях Донецко –Макеевского района весьма неравномерное, о чем свидетельствует, прежде всего, изменение глубины залегания поверхности метановой зоны. Наиболее высокие отметки ее (130-150 м) приурочены к восточной части района. К западу отмечается общее погружение поверхности метановой зоны до глубины 600-800 м.

Центральная часть Донецко-Макеевского района с углями от жирных до коксовых и отощенно-спекающихся характеризуется усложнением тектонического строения и весьма высокой газоносностью угольных пластов – от 17,0 до 25,0 м3/т.с.б.м.

Ржепишевский М.И. занимался изучением природных газов Донецкого бассейна. Им также было установлено, что основными геологическими факторами, определяющими величины газоносности и их изменение, являются степень метаморфизма углей и глубина их залегания. Влияние первого прослеживается как по глубинам залегания метановой зоны с максимумом - 600-800 м – в слабометаморфизованных углях западной части района, до минимума – 80-100 – в центральной и восточной частях, так и величинам изменения метаноносности углей от 1-2 до 25-30 м3/т.с.б.м. в том же направлении в диапазоне марок углей от длиннопламенных до тощих и полуантрацитов [6].

Существенное увеличение газоносности центральной и восточной частей района является результатом влияния не только степени метаморфизма, но и сложности структурно-геологического строения.

Газоносность тектонических структур зависит от времени их образования (в период осадконакопления или после него). Крупные и мелкие брахиантиклинальные и куполовидные конседиментационные складки характеризуются зачастую более высокой газоносностью, чем постседиментационные.

Сильное влияние на газоносность оказывает еще один фактор, М.Л. Левенштейн объясняет его как уменьшение сорбционной емкости углей одной и той же степени метаморфизма по мере увеличения температуры с глубиной залегания.

Литологический состав вмещающих пород и их физические свойства также служат факторами, определяющими газонасыщенность угленосной толщи.

Литологический фактор влияет на распределение природных газов в силу различной проницаемости углевмещающих пород, обусловленной значениями их пористости. Пористость и газопроницаемость вмещающих пород – и основные важнейшие параметры, характеризующие угленосные толщи как коллекторы природных газов.

Из всего вышеперечисленного можно выделить основные факторы, влияющие на газоносность угольной толщи:

1. Степень метаморфизма;
2. Глубина залегания;
3. Марочный состав;
4. Литологический состав пород;
5. Тектонические условия;
6. Мощность покровных отложений.

Основные задачи магистерской работы связаны с проверкой влияния этих факторов на распределение природной газоносности угольных пластов поля шахты Октябрьский рудник.

2.2. Геологическая характеристика исследуемого месторождения

Геологами установлены многочисленные факторы, влияющие на формирование скоплений метана в угленосных породах. Оценка влияния этих факторов в каждом конкретном угольном пласте открывает новые перспективы прогноза локальных скоплений метана [1].

Первичная газоносность каменноугольных отложений обусловлена угленасыщенностью района и степенью метаморфизма углей. Современное распределение газов в бассейне связано с особенностями геологического развития бассейна, глубиной залегания угленосных отложений, тектоническим строением, литолого-фациальным составом вмещающих пород и покровных отложений, условиями циркуляции подземных вод. В Донецком бассейне преобладает региональный метаморфизм. Влияние степени метаморфизма угольных пластов на их природную метаноносность весьма четко прослеживается в Донецко-Макеевском районе, где разрабатываемые пласты сложены углями почти полного спектра метаморфизма от длиннопламенных до тощих. Глубина залегания угольных пластов влияет на газоносность углей, как степень метаморфизма. Однако увеличение с глубиной степени метаморфизма углей затушевывает четкость картины изменения газоносности в зависимости от глубины.

Степень тектонической нарушенности угленосной толщи является главным фактором распределения газа в угленосной толще Донецкого бассейна. Породы каменноугольной толщи Донбасса по сравнению с классическими месторождениями углеводородов обладают низкими коллекторскими свойствами и практически газонепроницаемы. Повышение коллекторских свойств пород наблюдается лишь в зонах различного рода тектонических нарушений. Это значит, что более-менее значительные скопления свободного метана в угленосной толще контролируются структурными и структурно-тектоническими ловушками [3]. В пределах Донбасса в региональном плане распространены газоносные, углегазоносные, газоугленосные и угленосные зоны. Газоносная зона включает Бахмутскую и Кальмиус-Торецкую котловины, в которых отложения карбона залегают под соленосными образованиями нижней перми. Донецко-Макеевский угленосный район расположен в южной части юго-западного крыла Кальмиус-Торецкой котловины в зоне мелкой складчатости. Наряду с пологими субширотными складками здесь развита более молодая, наложенная система асимметричных складок субмеридионального простирания. Это привело к появлению целого ряда куполов и брахисинклиналей. Основная масса газа приурочена к приосевым частям антиклинальных структур, если они не эродированы, а также к зонам их флексурообразных нарушений [2].

Наиболее значительные субмеридиональные флексуры расположены в центральной и восточной частях Донецко-Макеевского района – Ветковская, Чайкинская, Калиновская, Ясиновско-Ждановская . Установлена связь локализации газоносных зон повышенной трещиноватости со степенью тектонической нарушенности шахтных полей Донбасса. Как правило, зоны повышенной трещиноватости приурочены к перегибам пластов на крыльях, к узким приосевым частям и периклиналям складок [3]. Повышенной газонасыщенностью характеризуются не только крупные флексуры, но и большинство сравнительно мелких флексурных складок, что проявляется повышенными значениями газоносности углей и пород по разведочным скважинам, но чаще – повышением газообильности и развитием газодинамических явлений в горных выработках.

Шахтное поле шахты Октябрьский рудник входит в состав Донецко-Макеевского геолого-промышленного района Донбасса. По административно территориальному делению, описываемая площадь входит в состав города Донецка и Ясиноватского района Донецкой области. Размер шахтного поля составляет 9,0 км по простиранию и 3,5 км — по падению. Площадь поля заключена между Коксовым надвигом на западе и флексурной складкой на востоке, представляющей опущенное крыло Ветковской флексуры и надвиги Ветковский №2, Ветковский №3 и надвиг Б. Коксовый надвиг имеет амплитуду 40-55 м, уменьшающуюся с глубиной до 35 м. Амплитуда Ветковского надвига №2 увеличивающаяся с глубиной, составляет от 20 до 50 м, Ветковского №3 – от 1,6-5,0 до 60-100 м. Надвиг Б имеет амплитуду нарушения 12 м. Основная часть шахтного поля относительно спокойна, с пологим залеганием пород от 8 до 150. Кроме крупной Ветковской флексуры, выявлены более мелкие флексурные перегибы: Северная и Центральная флексуры, имеющие локальное развитие и вливающиеся на востоке в Ветковскую флексуру [2].

2.3. Методика обработки экспериментальных данных

Промышленные запасы угля в границах шахтного поля составляют более 96,0 млн тонн. Шахта добывает угли марки Г, ДГ, Ж. На балансе шахты числятся пласты свиты С27, С26 и С25. В настоящее время шахтой разрабатываются два пласта l81 София и k8 Паровочный. Проанализируем закономерности распределения природной газоносности на поле шахты Октябрьский рудник в отрабатываемом пласте k8.

Статистические характеристики показателей качества угольного пласта k8 по выборке из 19 проб приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Описательные статистики

Из таблицы описательных статистик следует, что глубина скважин меняется в широком диапазоне: от 760 до 1148 метров. Мощность угольного пласта: колеблется в пределах от 0,68 до 0,96 м, со средним значением 0,83. Пласт относится к выдержанным, поскольку коэффициент вариации мощности составляет 18,07%. Граничным же значением для выдержанных пластов является 20%.

Максимальное значение природной газоносности достигает 17 м3/т с.б.м. Однако, встречаются участки с низкой газоносностью 5,6 м3/т с.б.м. Среднее значение – 11,95 м3/т с.б.м. Распределение серы и зольности не подчиняется нормальному закону, для остальных же показателей значения

Содержание газа в угле зависит от глубины залегания пластов, степени метаморфизма углей, условий залегания (структуры), многих других факторов. Согласно ряду исследований, средние значения природной метаноносности углей при переходе их от длиннопламенных и газовых к антрацитам возрастают от 8–10 до 30–40, а в суперантрацитах резко снижаются до минимальных значений – 0,3–0,5 м3/т сухой беззольной массы. Газоносность многих пластов составляет 15–30 м3/т добытого угля и более. Изменение метаноносности в отдельно взятом пласте с ростом глубины его залегания характеризуется максимальным темпом увеличения в начальной стадии и замедленным темпом при достижении глубин 600–1000 м, где газоносность углей достигает сорбционной емкости и стабилизируется.

Согласно кривой, газоносность с глубиной увеличивается. Так как на шахте Октябрьский рудник отрабатываются пласты с глубиной больше 1000 м, теряется связь природной газоносности с марочным составом.

Корреляционный анализ проведен для изучения взаимосвязей природной газоносности с другими показателями. Поскольку часть показателей не подчиняется нормальному закону распределения, то для оценки корреляционных связей целесообразно использовать коэффициент корреляции Спирмена. Критический коэффициент корреляции для 19 проб и α=0,05 составляет 0,432. При анализе матрицы корреляций установлены следующие значимые корреляционные связи:

1. Положительная корреляционная связь между зольностью и выходом летучих (0,467)(Рис.3)
2. Отрицательная корреляционная связь между газоносностью и выходом летучих (-0,470)(Рис.4)

На карте данные разделены на категории: среднесернистые (1,5-2,5), сернистые (2,5-4), высокосернистые (более 4).

На большей части территории сернистость находится в группе сернистых углей Донбасса (2,5-4 %), высокосернистые так же занимают значительную площадь (около 30%). Среднесернистые же угли практически отсутствуют.

Тут подтверждается выделенная ранее отрицательная зависимость с выходом летучих. То есть, на юго-западном участке уменьшение выхода летучих отображает увеличение степени метаморфизма, а следовательно и увеличение природной газоносности. На исследуемой территории была подтверждена характерная черта углей Донбасса, как расчетным путем корреляционного анализа так и графической отрисовкой карто-схем.

Известно, что увеличение степени метаморфизма сопровождается уменьшением выхода летучих, повышением степени углефикации, уменьшением зольности. Поэтому обе связи отображают, связь природной газоносности со степенью метаморфизма и степенью углефикации на поле шахты Октябрьский рудник (рис.6).

Наибольшая природная газоносность наблюдается на юго-западном участке поля шахты Октябрьский рудник. На этом участке газоносность пласта превышает 15 м3/т с.б.м. На данном участке также прослеживается наименьший выход летучих.

2.4. Ожидаемые результаты

Таким образом, на исследуемой территории поля шахты Октябрьский рудник было проверено влияние факторов зависимости распределения природной газоносности от степени метаморфизма, зольности и глубины залегания пластов. Доказательство влияния структурно-тектонического фактора и выделение перспективных структур для утилизации газа на площади исследования является основной задачей дальнейшей работы.

Таким образом, подтверждена практическая значимость работы. Установлена наиболее продуктивная на газ часть поля шахты Октябрьский рудник. Это юго-западная часть поля, где газоносность достигает промышленных значений, что обусловлено совместным действием всех геологических факторов.

2.5. Список использованной литературы

1. Анциферов А.В., Тиркель М.Г., М.Т.Хохлов, В.А.Привалов, А.А.Голубев, А.А. Майборода, В.А.Анциферов Газоносность угольных месторождений Донбасса, Киев, Наукова думка, 2004. – 231 с.
2. Анциферов А.В. Газоносность и ресурсы метана угольных бассейнов Украины / А.В. Анцифров, А.А. Голубев, В.А. Канин и др. // Донецк: Вебер,- 2009. - т.1. – 456с.
3. Волкова Т.П., Алёхин В.И., Силин А.А. Выявление локальных газоносных структур методом тренд-анализа // Уголь Украины. – 2011. - №5. – с.33-36.
4. Метан в угольных пластах / А.А. Скочинский, В.В. Ходот, М.Ф. Яновская и др. – М.: Углетехиздат, 1958. – 256 с.
5. Черницын Н.В. Рудничный газ, условия его выделения, его свойства и меры борьбы. – Пт-г, 1917.-186 с.
6. Ржепишевский М.И. Природные газы Донецкого бассейна. – Л.: Госхимтехиздат, 1933. – 6 с.
7. Збірник наукових праць за редакцією Г.Л. Рябцева і С.В. Сапєгіна Сучасні проблеми державної політики у сфері видобутку нетрадиційних вуглеводнів в Україні, Київ, НТЦ Псіхєя, 2013.
8. Насырова А.У. Влияние геологических факторов на газоносность Челябинского угольного бассейна – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.coolreferat.com/...