КК та ЕГ   ГГФ   ДонНТУ   Портал магiстрiв

Антропова Олена Андріївна

Гірничо-геологічний факультет

Кафедра Корисних копалин та екологічної геології

Спеціальність Геологічна зйомка, пошук та розвідка

Закономірності розповсюдження природної газоносності на полі шахти Жовтневий рудник

Науковий керівник: д.г.н., проф. Волкова Тетяна Петрівна

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: січень 2015 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

ЗМІСТ

• 1. Загальна характеристика роботи
•  1.1. Актуальність досліджень
•  1.2. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами
•  1.3. Мета і завдання дослідження
•  1.4. Предмет і об'єкт дослідження
•  1.5. Методи досліджень
•  1.6. Наукова новизна
•  1.7. Практична цінність
•  1.8. Апробація результатів
•  1.9. Публікації
• 2. Зміст роботи
•  2.1. Огляд досліджень за темою
•  2.2. Геологічна характеристика досліджуваного родовища
•  2.3. Методика обробки експериментальних даних
•  2.4. Очікувані результати
•  2.5. Список використаної літератури

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

1.1. Актуальність досліджень

Паливно-енергетичне і сировинне забезпечення народного господарства України нерозривно пов'язане з нарощуванням видобутку вугілля і освоєнням газових ресурсів Донецького басейну.

Останнім часом практично всі вугледобувні країни світу виявляють великий інтерес до метану вугільних родовищ. Причинами такого інтересу є наступне. По-перше, шахтний метан - дуже небезпечне явище, який значно погіршує умови праці на шахтах. Його виділення в гірничі виробки вимагає використання складних систем вентиляції з великими енерговитратами. По-друге, метан вугільних родовищ є цінною вуглеводневою сировиною, аналогічною природному газу нафтогазових родовищ. Зусилля фахівців спрямовані на утилізацію метану вугільних родовищ та його використання як енергетичної сировини. Все це значно поліпшить економічну ефективність роботи вугільної галузі. По-третє, метан, який при веденні гірничих робіт викидається в атмосферу, є парниковим газом. Оскільки вони сприяють зміні клімату Землі та іншим небезпечним природним процесам, його викиди обмежуються Кіотським протоколом для всіх країн світу. Вирішення всіх цих проблем особливо актуально для України, де вугілля є основним енергетичним сировиною, що забезпечує енергетичну безпеку держави на довгу перспективу. У цьому зв'язку проблема комплексної розробки вуглегазових родовищ регіону набуває важливе економічне і соціальне значення.

Для вирішення цих проблем необхідний більш глибокий і детальний аналіз розподілу природної газоносності вугільних пластів і газонасиченості вуглевміщуючих порід на полі шахти Жовтневий рудник.

1.2. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

У травні 1996 року Верховна Рада України прийняла постанову № 191 про підготовку національної енергетичної програми. Згідно з цим документом в 1998 році була створена Державна програма видобутку супутнього газу метану з вугільних родовищ Донбасу (в 1998 - 2010 рр..). Пізніше Кабінетом Міністрів України було прийнято відповідні постанови про розвиток промислового видобутку метану з вугільних родовищ Донбасу (постанова від 27 вересня 2000 року № 1463). Про затвердження Програми підвищення безпеки праці на вугільних шахтах (постанова № 939 від 6.07.2002).

1.3. Мета і завдання дослідження

Метою роботи є вивчення закономірностей розподілу газоносності на полі шахти Жовтневий рудник.

Завдання досліджень:

1. Виявлення факторів, що впливають на газоносність вугільних родовищ, за літературними джерелами;
2. Отримання статистичних характеристик досліджуваного об'єкта;
3. Просторовий аналіз розподілу показника газоносності;
4. Оцінка ступеня впливу відомих геологічних чинників на об'єкті дослідження;
5. Прогнозування локальних скупчень газу в вугленосної товщі на полі шахти Жовтневий рудник.

1.4. Предмет і об'єкт дослідження

Об'єкт дослідження - поле шахти Жовтневий рудник у Донецькому вугільному басейні. Предмет дослідження - геологічні чинники розподілу газоносності вугільних пластів (k8).

1.5. Методи досліджень

Методами досліджень є:

1. Формаційний аналіз;
2. Структурно-тектонічний аналіз;
3. Статистичний аналіз;
4. Просторово-статистичний аналіз;
5. Літолого-стратиграфічний аналіз.

1.6. Наукова новизна

Оцінка локального впливу геологічних чинників газоносності на полі шахти Жовтневий рудник з метою подальшого прогнозування локальних скупчень газу в вугленосної товщі.

1.7. Практична цінність

Вивчення просторових особливостей розподілу природної газоносності на полі шахти Жовтневий рудник дозволить виділити найбільш продуктивні газоносні структури для вилучення метану.

1.8. Апробація результатів

Результати досліджень доповідались на VIІ Міжнародної науково-практичної конференції ДОНБАС-2020: ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ОЧИМА МОЛОДИХ ВЧЕНИХ.

1.9. Публікації

Планується публікація 1 статті у збірнику Наукові праці ДонНТУ, серія гірничо-ГЕОЛОГІЧНА, 2014 р.

2. ЗМІСТ РОБОТИ

2.1. Огляд досліджень за темою

Вугільні родовища давно розглядаються як комплексні газовугільні. Сучасні технології дозволяють добувати і економічно ефективно використовувати не лише вугілля, а й газ вугільних родовищ. Яскравий приклад застосування та розвитку таких технологій демонструють Європа. Компанія Green Gaz працює в Європі з вугільними родовищами Чехії (Остравський вугільний басейн), Польщі (Сілезький вугільний басейн) і Німеччини (Рурський вугільний басейн). Видобуток і утилізація шахтного метану проводиться безперервно в процесі відпрацювання вугільних пластів. Спеціальна державна програма вирішила це складне питання ще в 90-ті роки минулого сторіччя. З тих пір ці технології широко впроваджені по всій Європі і продовжують удосконалюватися (мал.1).

США останні десятиріччя активно нарощують видобуток метану з сланцевих товщ. В даний час вона становить не менше 40% від загального видобутку природного газу в цій країні. Однак цей газ коштує значно дорожче, ніж газ класичних нафтогазових родовищ і в Європі не користується попитом. В якості інвестиційної програми Великобританія (компанія Шелл) і США (компанія Халібартон) запропонували свої технології видобутку сланцевого газу методом гідророзриву Україні (мал.2). При цьому в пробурені глибокі (3-5 км) свердловини нагнітається вода зі спеціальними хімічними добавками (проппантами). Під високим тиском проводиться розрив газовміщуючих порід (сланцевих товщ, ущільнених пісковиків). Газ збирається в певному напрямку до свердловини з утилізаційної установкою (мал.2). У теперішній час в Донбасі йде процес розвідки родовища газу ущільнених пісковиків.

Собівартість розробки покладів нетрадиційного газу значно вище, ніж традиційних родовищ, внаслідок великих витрат на бурові роботи, придбання земельних ділянок та забезпечення дотримання екологічних норм.

Україна самостійно не здатна виконувати проекти з освоєння покладів нетрадиційного газу. Вони можуть бути реалізовані тільки завдяки залученню технологічного обладнання, досвіду та інвестицій з боку провідних компаній світу.

За умови створення сприятливого інвестиційного клімату для реалізації проектів прогнозований обсяг видобутку нетрадиційного газу в Україні становитиме в 2020 р. близько 2, а в 2030 р. - 10 млрд.куб.м.

Промислова розробка газогідратних пластів ускладнює необхідність буріння під водою на великих глибинах і ймовірність некерованою деградації пласта з розсіюванням метану в навколишньому середовищі. Це може призвести до руйнування екосистеми в місцях виходу метану і створення зсувонебезпечних зон у місцях освоєння.

Незважаючи на застереження, цей напрям газозабезпечення не варто вважати неперспективним, адже активна робота наукових центрів багатьох країн, впродовж наступних десяти років може допомогти знайти рішення, яке зробить видобуток газогідратів конкурентоспроможної при мінімально негативний вплив на навколишнє середовище [7].

Україна має великі і майже неопрацьовані ресурси метану вугільних родовищ. Найперспективнішими для освоєння родовищ є Донецький і Львівсько-Волинський вугільні басейни. Введення технологій використання шахтного метану для вугільної галузі України є надзвичайно актуальним питанням, як з точки зору екології, так і забезпечення енергетичних потреб країни. Особливо велике значення має відбір шахтного газу для створення безпечних умов роботи на шахтах. Проте, до цих пір завдання супутнього добування метану при видобутку вугілля не вирішена. На наш погляд, основними причинами цього стали:
- недостатня вивченість розподілу запасів метану у вугільній товщі;
- висока вартість проектів і відсутність інвестицій для технологічного та наукового вивчення і вдосконалення процесу;
- відсутність спеціальної техніки, технологій та інфраструктури;
- складні гірничо-геологічні умови видобутку вугільних пластів;
- відсутність фінансування та активної підтримки з боку держави;
- розпорошена між органами державної влади відповідальність за розвиток ринку метану вугільних родовищ.

Вивчення газоносності різних вугільних родовищ в значній мірі розширило уявлення про вплив метаморфізму і глибин залягання вугілля, особливостей будови басейнів і, зокрема, фізико-механічних властивостей вугленосних товщ на сучасну їх газоносність. Була встановлена залежність газоносності пластів також від: ступеня їх тектонічної порушеності і наявності потужних відкладень, що перекривають вугленосні товщі; від зміни літологічного складу вміщуючих порід; від присутності водоносних горизонтів поблизу вугільних пластів і т.п[2].

У роботах Черніцин Н.В. найважливішими геологічними чинниками, які найбільш істотний вплив на газоносність, є ступінь метаморфізму вугілля, глибина їх залягання, літотіпа вміщали порід, структурно-тектонічні, гідрогеологічні, термобаричні умови та інші [5].

Розподіл природних газів у вугленосних відкладеннях Донецько-Макеєвського району вельми нерівномірний, про що свідчить, перш за все, зміна глибини залягання поверхні метанової зони. Найбільш високі позначки її (130-150 м) приурочені до східної частини району. На захід відзначається загальне занурення поверхні метанової зони до глибини 600-800 м.

Центральна частина Донецько-Макеєвського району з вугіллям від жирних до коксових та отощенно-спікливих характеризується ускладненням тектонічної будови і вельми високою газоносністю вугільних пластів - від 17,0 до 25,0 м3/т.с.б.м.

Ржепішевський М.І. займався вивченням природних газів Донецького басейну. Їм також було встановлено, що основними геологічними чинниками, що визначають величини газоносності і їх зміна, є ступінь метаморфізму вугілля і глибина їх залягання. Вплив першого простежується як по глибинах залягання метанової зони з максимумом - 600-800 м - у слабометаморфізованному вугіллі західній частині району, до мінімуму - 80-100 - в центральній і східній частинах, так і величинам зміни метаноносності вугілля від 1-2 до 25 - 30 м3/т.с.б.м. в тому ж напрямку в діапазоні марок вугілля від довгополум'яних до худих і полуантрацитів [6].

Істотне збільшення газоносності центральної і східної частин району є результатом впливу не тільки ступеня метаморфізму, а й складності структурно-геологічної будови.

Газоносність тектонічних структур залежить від часу їх утворення (в період накопичення опадів або після нього). Великі й дрібні брахиантиклінальні і куполовидні конседиментаціонні складки характеризуються найчастіше більш високою газоносністю, ніж постседіментаціонні.

Сильний вплив на газоносність робить ще один фактор, М.Л. Левенштейн пояснює його як зменшення сорбційної ємності вугілля однієї і тієї ж ступеня метаморфізму в міру збільшення температури з глибиною залягання.

Літологічний склад порід, що вміщають і їх фізичні властивості також служать чинниками, що визначають газонасиченість вугленосної товщі.

Літологічний фактор впливає на розподіл природних газів в силу різної проникності вуглевміщуючих порід, зумовленої значеннями їх пористості. Пористість і газопроникність вміщали порід - і основні найважливіші параметри, що характеризують вугленосні товщі як колектори природних газів.

З усього перерахованого вище можна виділити основні фактори, що впливають на газоносність вугільної товщі:

1. Ступінь метаморфізму;
2. Глибина залягання;
3. Марочний склад;
4. Літологічний склад порід;
5. Тектонічні умови;
6. Потужність покривних відкладень.

Основні завдання магістерської роботи пов'язані з перевіркою впливу цих факторів на розподіл природної газоносності вугільних пластів поля шахти Жовтневий рудник.

2.2. Геологічна характеристика досліджуваного родовища.

Геологами встановлено численні фактори, що впливають на формування скупчень метану у вугленосних породах. Оцінка впливу цих факторів у кожному конкретному вугільному пласті відкриває нові перспективи прогнозу локальних скупчень метану [1].

Первинна газоносність кам'яновугільних відкладень обумовлена вугленасиченністю району і ступенем метаморфізму вугілля. Сучасне розподіл газів у басейні пов'язано з особливостями геологічного розвитку басейну, глибиною залягання вугленосних відкладень, тектонічним будовою, літолого-фаціальним складом вміщуючих порід і покривних відкладень, умовами циркуляції підземних вод. У Донецькому басейні переважає регіональний метаморфізм. Вплив ступеня метаморфізму вугільних пластів на їх природну метаноносність вельми чітко простежується в Донецько-Макіївському районі, де розробляються пласти складені вугіллям майже повного спектру метаморфізму від довгополум'яних до худих. Глибина залягання вугільних пластів впливає на газоносність вугілля, як ступінь метаморфізму. Однак збільшення з глибиною ступеня метаморфізму вугілля затушовує чіткість картини зміни газоносності залежно від глибини.

Ступінь тектонічної порушеності вугленосної товщі є головним фактором розподілу газу в вугленосної товщі Донецького басейну. Породи кам'яновугільної товщі Донбасу порівняно з класичними родовищами вуглеводнів володіють низькими колекторськими властивостями і практично газонепроникні. Підвищення колекторських властивостей порід спостерігається лише в зонах різного роду тектонічних порушень. Це означає, що більш-менш значні скупчення вільного метану у вугленосній товщі контролюються структурними та структурно-тектонічними пастками [3]. У межах Донбасу в регіональному плані поширені газоносні, вуглегазоносні, газовугленосні і вугленосні зони. Газоносна зона включає Бахмутську і Кальміус-Торецьку улоговини, в яких відкладення карбону залягають під соленосними утвореннями нижньої пермі. Донецько-Макіївський вугленосний район розташований у південній частині південно-західного крила Кальміус-Торецька улоговини в зоні дрібної складчастості. Поряд з пологими субширотними складками тут розвинена більш молода, накладена система асиметричних складок субмеридіонального простягання. Це призвело до появи цілого ряду куполів і брахісінкліналей. Основна маса газу приурочена до пріосевої частини антиклінальних структур, якщо вони не еродовані, а також до зон їх флексурообразних порушень [2].

Найбільш значні субмеридіональні флексури розташовані в центральній і східній частинах Донецько-Макіївського району - Вєтковска, Чайкінська, Калинівська, Ясинівсько-Жданівська. Встановлено зв'язок локалізації газоносних зон підвищеної тріщинуватості зі ступенем тектонічної порушеності шахтних полів Донбасу. Як правило, зони підвищеної тріщинуватості приурочені до перегинів пластів на крилах, до вузьких пріосевих частин і перікліналям складок [3]. Підвищеною газонасиченістю характеризуються не тільки великі флексури, а й більшість порівняно дрібних флексурних складок, що проявляється підвищеними значеннями газоносності вугілля і порід по розвідувальних свердловинах, але частіше - підвищенням газовості і розвитком газодинамічних явищ у гірських виробках.

Шахтне поле шахти Жовтневий рудник входить до складу Донецько-Макіївського геолого-промислового району Донбасу. За адміністративно територіальним поділом, описувана площа входить до складу міста Донецька та Ясинуватського району Донецької області. Розмір шахтного поля складає 9,0 км по простяганню і 3,5 км - з падіння. Площа поля укладена між коксових надвигом на заході і флексурно складкою на сході, що представляє опущене крило Ветковської флексури і насуваннями Ветковський № 2, Ветковський № 3 і насування Б. Коксове насування має амплітуду 40-55 м, що зменшується з глибиною до 35 м. Амплітуда Ветковського насування № 2 збільшується з глибиною, становить від 20 до 50 м, Ветковський № 3 - від 1,6-5,0 до 60-100 м. Недовго Б має амплітуду порушення 12 м. Основна частина шахтного поля відносно спокійна, з пологим заляганням порід від 8 до 150. Крім великої Ветковської флексури, виявлені більш дрібні флексурні перегини: Північна та Центральна флексури, мають локальне розвиток і вливаються на сході в Ветковський флексур [2].

2.3. Методика обробки експериментальних даних

Промислові запаси вугілля в межах шахтного поля складають більше 96,0 млн тонн. Шахта видобуває вугілля марки Г, ДГ, Ж. На балансі шахти вважаються пласти свити С27, С26 і С25. В даний час шахтою розробляються два пласти l81 Софія і k8 паровочний. Проаналізуємо закономірності розподілу природної газоносності на полі шахти Жовтневий рудник у відпрацьовуючому пласті k8.

Статистичні характеристики показників якості вугільного пласта k8 по вибірці з 19 проб наведені в таблиці 1.

Таблица 1 - Описові статистики

З таблиці описових статистик випливає, що глибина свердловин змінюється в широкому діапазоні: від 760 до 1148 метрів. Потужність вугільного пласта: коливається в межах від 0,68 до 0,96 м, із середнім значенням 0,83. Пласт відноситься до витриманих, оскільки коефіцієнт варіації потужності становить 18,07%. Граничним же значенням для витриманих пластів є 20%.

Максимальне значення природного газоносності досягає 17 м3 / т с.б.м. Однак, зустрічаються ділянки з низькою газоносністю 5,6 м3 / т с.б.м. Середнє значення - 11,95 м3 / т с.б.м. Розподіл сірки і зольності не підкоряється нормальному закону, для інших же показників значення.

Зміст газу у вугіллі залежить від глибини залягання пластів, ступеня метаморфізму вугілля, умов залягання (структури), багатьох інших факторів. Згідно ряду досліджень, середні значення природної метаноносності вугілля при переході їх від довгополум'яних і газових до антрацитів зростають від 8-10 до 30-40, а в суперантрацитах різко знижуються до мінімальних значень - 0,3-0,5 м3 / т сухої беззольної маси . Газоносність багатьох пластів становить 15-30 м3 / т видобутого вугілля і більше. Зміна метаноносності в окремо взятому пласті із зростанням глибини його залягання характеризується максимальним темпом збільшення в початковій стадії і уповільненим темпом при досягненні глибин 600-1000 м, де газоносність вугілля досягає сорбційної ємності і стабілізується.

Згідно кривої, газоносність з глибиною збільшується. Так як на шахті Жовтневий рудник відпрацьовуються пласти з глибиною більше 1000 м, втрачається зв'язок природного газоносності з марочним складом.

Кореляційний аналіз проведено для вивчення взаємозв'язків природного газоносності з іншими показниками. Оскільки частина показників не підпорядковується нормальному закону розподілу, то для оцінки кореляційних зв'язків доцільно використовувати коефіцієнт кореляції Спірмена. Критичний коефіцієнт кореляції для 19 проб і α = 0,05 становить 0,432. При аналізі матриці кореляцій встановлено такі значущі кореляційні зв'язки:

1. Позитивний кореляційний зв'язок між зольністю і виходом летких (0,467) (мал.3)
2. Негативний кореляційний зв'язок між газоносністю і виходом летких (-0,470) (мал.4)

На карті дані розділені на категорії: средньосірчасті (1,5-2,5), сірчасті (2,5-4), високосірчасті (більше 4).

На більшій частині території сірчистість знаходиться в групі сірчистого вугілля Донбасу (2,5-4%), високосірчасті так само займають значну площу (близько 30%). Средньосірчасті ж вугілля практично відсутнє.

Тут підтверджується виділена раніше негативна залежність з виходом летких. Тобто, на південно-західному ділянці зменшення виходу летючих відображає збільшення ступеня метаморфізму, а отже і збільшення природного газоносності. На досліджуваній території було підтверджено характерна риса вугілля Донбасу, як розрахунковим шляхом кореляційного аналізу так і графічного зображення карто-схем.

Відомо, що збільшення ступеня метаморфізму супроводжується зменшенням виходу летючих, підвищенням ступеня вуглефікації, зменшенням зольності. Тому обидві зв'язку відображають, зв'язок природного газоносності зі ступенем метаморфізму і ступенем вуглефікації на полі шахти Жовтневий рудник (мал.6).

Найбільша природна газоносність спостерігається на південно-західній ділянці поля шахти Жовтневий рудник. На цій ділянці газоносність пласта перевищує 15 м3 / т с.б.м. На даній ділянці також простежується найменший вихід летючих.

2.4. Очікувані результати

Таким чином, на досліджуваній території поля шахти Жовтневий рудник було перевірено вплив факторів залежності розподілу природного газоносності від ступеня метаморфізму, зольності і глибини залягання пластів. Доказ впливу структурно-тектонічного чинника і виділення перспективних структур для утилізації газу на площі дослідження є основним завданням подальшої роботи.

Таким чином, підтверджена практична значимість роботи. Встановлено найбільш продуктивна на газ частина поля шахти Жовтневий рудник. Це південно-західна частина поля, де газоносність досягає промислових значень, що обумовлено спільною дією всіх геологічних чинників.

2.5. Список використаної літератури

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/...