Интенсификация добычи метана на метаноугольных месторождениях путем проведения горизонтальных скважин и вибросейсмического воздействи

    2.1 Основные термины, физические величины и их размерности 54

2.2 Использование вибросейсмического метода инициирования газовыделения из нетронутых угольных пластов 58

    2.3 Вибрационное воздействие на угольные пласты как метод интенсификации добычи метана 61

   2.3.1 Волновое воздействие на пласт 61

   2.3.2 Теоретические основы вибровоздействия на угольные пласты 63

   2.3.3 Экспериментальные исследования воздействия на угольный пласт 72

2.4 Горизонтальное бурение как метод интенсификации добычи метана 77

       2.4.1 Технология бурения горизонтальных  скважин

2.5 Построение блоковых структур 1-4 рангов для исследуемого месторождения ООО «Газпром добыча Кузнецк» 86

    2.6 Теоретические исследования газовыделения  при проведении горизонтальных скважин и вибрационном воздействии на угольные пласты и блоковые структуры

    2.7 Выводы

Заключение 88

Литература 89

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Одним из основных факторов предопределяющих эффективную  коммерческую добычу метана из угольных пластов как самостоятельного полезного ископаемого является выбор методов и определение параметров технологий интенсификации газоотдачи пластов соответствующих конкретным горно-геологическими условиям, разрабатываемых месторождений.

Основной  задачей большинства применяемых  технологий интенсификации газоотдачи угольных пластов является установление эффективной связи ствола добывающей скважины с природной системой трещин в угольном пласте, обеспечивающей интенсивный приток метана к скважине.

В связи с  этим одними из перспективных методов  такого рода воздействия является использование низкочастотных вибрационных колебаний. Вибрационное воздействие также находит применение для интенсификации добычи нефти, причем уже не только в полевых экспериментах, но и на промышленном уровне. В совокупности с горизонтальными скважинами метод вибросейсмического воздействия становится более усовершенствованным и позволяет значительно увеличить газоприток.

Кемеровская область может полностью покрыть  свои потребности в газе за счет широкомасштабной добычи метана из угольных пластов, т. к. здесь можно обеспечить ежегодную коммерческую добычу до 15-17 млрд. м³ газа. Кроме того, добыча и использование газа улучшит экологическую обстановку в регионе, снизит газоопасность добычи угля в будущих шахтах и создаст новые рабочие места на газовых промыслах и газоперерабатывающих предприятиях.

 

1 Анализ геотехнологических особенностей объекта, обоснование цели и задач исследований

1.1 Общая  характеристика ООО «Газпром добыча Кузнецк»

1.1.1 Краткие  сведения

 

ООО «Газпром добыча Кузнецк» образовано 26 декабря 2008 года на базе своего исторического  предшественника — ООО «Геолого-промысловая  компания Кузнецк» — как 100-процентное дочернее предприятие ОАО «Газпром».

В 2009 году предприятие выполнило комплекс работ по подготовке к пробной  добыче метана в Кемеровской области. В частности, на территории Талдинского угольного месторождения пробурена параметрическая углеметановая скважина, подтвердившая высокие фильтрационные свойства угольных пластов. Пробурены и осваиваются семь разведочных скважин. Построена сеть линейных сооружений (трубопроводов) от скважин к газосборному пункту и автомобильной газонаполнительной компрессорной станции (АГНКС). Ведутся поисково-оценочные работы на следующем первоочередном участке — Нарыкско-Осташкинской площади. В 2010 году началась пробная эксплуатация скважин. [1].

В соответствии с учредительными документами ООО «Газпром Добыча Кузнецк» может осуществлять следующие основные виды деятельности:

• поиск, разведку и добычу метана из угольных пластов и других углеводородов;
• подготовку технико-экономических обоснований разработки газовых промыслов;
• бурение разведочных, опытно-промышленных, эксплуатационных скважин и обустройство промыслов;
• строительство и эксплуатацию метаноугольных промыслов;
• транспортировку и реализацию метана на внутреннем рынке.

 

• проведение  научно-исследовательских, опытно-конструкторских  и проектно-изыскательских работ, создание научно-технической продукции.

Перспективы и планы развития производства:

 

I этап — поисково-оценочные  и геологоразведочные работы  в пределах первоочередных площадей, включая пробную добычу метана  и его поставки потребителям (2008–2010 гг.).

II этап — опытно-промышленная  эксплуатация первоочередных площадей, поисково-оценочные и геологоразведочные работы на других площадях (2011–2013 гг.).

III этап — выход  на промышленную добычу на  первоочередных площадях; ввод в опытно-промышленную эксплуатацию других подготовленных участков и площадей.

 

Общее число запланированных эксплуатационных скважин при сроке их эксплуатации 20 лет составляет 1655 шт., объемы добычи газа, начиная с 2020 г. — 4 млрд куб. м в год [1].

1.1.2 Географо-экономические условия Нарыкско-Осташкинской площади

 

Нарыкско-Осташкинская площадь расположена в юго-восточной части Кузнецкого угольного бассейна, административно входит в состав Новокузнецкого района Кемеровской области.

По геологическим, географо-экономическим особенностям территория Кузбасса подразделяется на 25 геолого-промышленных районов. Нарыкско-Осташкинская площадь расположена в Ерунаковском геолого-экономическом районе (рисунок 1.1).

      В угольных пластах Ерунаковского района сосредоточено около 3 трлн. м³ ресурсов метана (около 23% от ресурсов метана в угольных пластах Кузбасса), при площади района всего 1520 км² (8,4% от площади Кузбасса). В пределах района выделены угольные месторождения: Соколовское, Красулинское, Караканское, Северо-Талдинское, Талдинское, Тагарышское, Жерновское, Новоказанское, Ерунаковское, Кукшинское. Район активно осваивается угледобывающей промышленностью. Талдинское месторождение разрабатывается АО "Талдинский Углеразрез" мощностью около 2,5 млн.т угля в год. Проводятся подготовительные работы для подземной добычи угля на Соколовском и Кыргайском месторождениях. К настоящему времени в Ерунаковском районе детально разведано 6 площадей для открытых работ на общую мощность 74 млн. т. угля в год и три участка для подземной добычи на общую мощность 15 млн. т. угля в год. Горные отводы действующих и строящихся разрезов и шахт в ряде случаев находятся на верхних горизонтах площадей перспективных для промысловой добычи метана. Это Талдинская площадь, юго-западная часть Нарыкско-Осташкинской площади (участки Новоказанские) и Соколовское месторождение.

Действующие и строящиеся угледобывающие предприятия  соединены автодорогами. От станции Ерунаково Кемеровской ж.д. до Талдинского углеразреза проложена железнодорожная ветка и автодорога с щебеночным покрытием.

В северной части  Ерунаковского района (Соколовское месторождение) проходит магистральный газопровод 1020 мм Парабель-Юрга-Новокузнецк с пропускной способностью около 8 млрд. м³ в год. Поставки газа в Кемеровскую область в 1995 году составляли 5,6 млрд. м³, а в настоящее время стабилизировались на уровне около 4 млрд.м³.

Электроэнергией население, сельскохозяйственные предприятия  и разрезы «Тадинский» и «Таёжный» снабжаются от Больше–Талдинской подстанции «Кузбассэнерго», а участок шахты им. Вахрушева – от Котинской подстанции, откуда шахтой подведена высоковольтная ЛЭП.

Промышленные  центры – города Новокузнецк, Прокопьевск  и Киселевск, находятся, соответственно в 65, 45, и 43 км к юго-востоку и югу  от Нарыкско-Осташкинской площади.

В районе планируемых  работ ближайшими населенными пунктами являются деревни Кыргай, Усть-Нарык, Георгиевка, Осиновка. Занятие основной части населения – зерновое сельское хозяйство и животноводство.

Рельеф района работ увалистый, абсолютные отметки  водоразделов 290-389 м, долин 224-240 м, глубина  расчленения достигает значений 105-165 м. Вершины водоразделов плоские, к северо-востоку постепенно переходят  в пологие склоны (7-120), а к югу и юго-западу более крутые 15-200, иногда 30-400.

Наиболее  крупным водотоком в районе работ  является р. Томь. Кроме этого, район работ пересекает ряд небольших рек (Черновой Нарык, Еланный Нарык, Убик, Березовая) и ручьев (Кукша, Осиновка, Бугровка, Кедровка и др.). Долины рек, ручьев и крупных логов очень часто заболочены.

Ландшафт  района лесостепной. Западная его часть  почти полностью залесена сосняком (естественный лес и посадки), осиной, берёзой и кустарниковыми зарослями (рябина, калина, черемуха, акация). На остальной территории, залесены только долины логов и их склоны, особенно северные и северо-восточные. Восточная часть интенсивно залесена и заболочена. Лес таёжный, с буреломом и валежником. В поймах рек густые заросли кустарниковой растительности. Древесная растительность представлена елью, сосной, кедром, осиной, березой. Водораздельные части заняты под пахоту и сенокосы. Пахотные земли засеваются зерновыми культурами и травами.

Климат района резко континентальный. Холодная зима длится 5 месяцев с минимальными температурами до –49,20 ⁰С в декабре и январе. Мощность снежного покрова в зависимости от залесенности и рельефа местности колеблется от 0,3 до 2,0 м. Глубина промерзания почвы изменяется от 0,10-0,50 м на залесенных северных склонах с максимальным снежным покровом до 2,0-2,5 м на открытых южных склонах. В поймах логов и речек грунт, как правило, не промерзает. Среднегодовое количество осадков, по данным Красулинского метеопоста, составляет 510 мм. В летнее время их выпадает 60-65% от общего количества.

Ветры в районе преобладают юго-западные со средней скоростью 5-7 м/сек., иногда скорость их достигает значений 17-24 м/сек.

 

Рис. 1.1  – Обзорная географо-экономическая карта района работ.

1.2 Описание геологического строения, и физических свойств состояния массива горных пород

1.2.1 Литолого-стратиграфическая характеристика

 

В геологическом  строении Нарыкско-Осташкинской площади принимают участие отложения палеозойского, мезозойского и четвертичного возраста. Палеозойские отложения представлены породами верхнего и среднего отделов пермской системы, выделяемые в кольчугинскую серию, мезозойские – породами триаса и юры, выделенными в абинскую и тарбаганскую серии соответственно. Породы палеозоя и мезозоя повсеместно перекрыты рыхлыми осадками четвертичного возраста.

Пермская система. Верхний и  средний отделы.

Кольчугинская серия.

В соответствии с унифицированной схемой стратиграфического расчленения верхнепалеозойских отложений Кузбасса кольчугинская серия подразделяется на три подсерии: кузнецкую, ильинскую и ерунаковскую.

Кузнецкая подсерия (P₂kz)

Отложения подсерии скважинами разведочного бурения на Нарыкско-Осташкинской площади не вскрыты, а выходят на поверхность в соседнем Терсинском геолого-экономическом районе. Отложения подсерии непродуктивны, представлены песчаниками, алевролитами и аргиллитами с тонкими слоями гравелитов и единичными тонкими прослоями углей. Мощность подсерии в опорном разрезе по р.Томь в районе Новокузнецка 830-860 м [2].

Ильинская подсерия (P₂il)

Согласно  перекрывает кузнецкую подсерию, подразделяется на казанково-маркинскую и ускатскую свиты.

Казанково-маркинская свита (P₂km) вскрыта в обнажениях по р. Томь и бурением в южной части Ерунаковского района. Представлена переслаиванием маломощных слоев песчаников тонко- и мелкозернистых, алевролитов крупно- и мелкозернистых, аргиллитов с многочисленными (до 60) прослоями каменных углей мощностью до 0,7 м. Мощность отложений в опорном береговом разрезе по р.Томь – 1000-1020 м [2].

Ускатская свита (P₂us) сложена переслаиванием алевролитов, песчаников, аргиллитов с пластами и тонкими пропластками каменных углей. Она характеризуется более продолжительными, по сравнению с казанково-маркинской свитой, циклами осадконакопления. Отложения свиты выходят на поверхность на юге и западе Ерунаковского района. Верхняя граница свиты проводится по кровле пласта 38. Мощность свиты изменяется от 500 м в северо-восточной до 900 м – в юго-западной части Ерунаковского района. В этом же направлении постепенно возрастает угленосность [2].

Ерунаковская подсерия (P_2-3er)

Согласно  залегает на ильинской подсерии, охватывает верхнюю, наиболее продуктивную часть разреза кольчугинской серии, широко распространена на всей площади. Ерунаковская подсерия отличается от ильинской более мощными циклами осадконакопления: отдельные слои песчаников и алевролитов достигают 25-60 м, мощность седиментационных циклов и связанных с ними угольных пластов возрастает от стратиграфически нижележащих пластов к вышележащим. Подсерия подразделяется на ленинскую, грамотеинскую и тайлуганскую свиты.

Ленинская свита (P_2-3ln) выделяется в границах от кровли пласта 38 до кровли пласта 60. Они согласно залегают на нижележащих отложениях ускатской свиты. Отложения ленинской свиты, распространены в центральной и восточной части Нарыкской антиклинали и вскрыты скважинами на южном крыле Кыргай-Осташкинской синклинали (участки Новоказанские 1 и 2). Глубина погружения угольных пластов ленинской свиты в пределах Нарыкско-Осташкинской площади изменяется от выходов под наносы до 1800-2500 м.

По литологическому  составу отложения ленинской  свиты, представлены как глинистыми породами (алевролитами, реже аргиллитами), так и песчаниками, пользующимися значительным распространением в разрезе. Слои пород в межпластовых интервалах имеют мощность от 5 до 20 м.