Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах

Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах

Статья посвящена обоснованию условий формирования и сохранения газовых скоплений в угленосной толще, с целью решения актуальной научной проблемы – прогнозной оценки перспективности низкопористых терригенных отложений в локальных антиклинальных структурах....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2011
Автор: Безручко, К.А.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2011
Назва видання:Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99725
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах / К.А. Безручко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 18-28. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-99725
record_format dspace
spelling irk-123456789-997252016-05-03T03:03:02Z Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах Безручко, К.А. Статья посвящена обоснованию условий формирования и сохранения газовых скоплений в угленосной толще, с целью решения актуальной научной проблемы – прогнозной оценки перспективности низкопористых терригенных отложений в локальных антиклинальных структурах. The article is devoted the ground of forming and conservation terms of gas accumulations in a carboniferous strata, with the purpose of actual scientific problem decision – prognosis estimation of poorporous terrigenous rocks perspective in the local anticlinal structures. 2011 Article Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах / К.А. Безручко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 18-28. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99725 553.981.4:553.94 uk Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
description Статья посвящена обоснованию условий формирования и сохранения газовых скоплений в угленосной толще, с целью решения актуальной научной проблемы – прогнозной оценки перспективности низкопористых терригенных отложений в локальных антиклинальных структурах.
format Article
author Безручко, К.А.
spellingShingle Безручко, К.А.
Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах
Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet Безручко, К.А.
author_sort Безручко, К.А.
title Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах
title_short Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах
title_full Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах
title_fullStr Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах
title_full_unstemmed Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах
title_sort умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах
publisher Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate 2011
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99725
citation_txt Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах / К.А. Безручко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 18-28. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
series Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv AT bezručkoka umoviformuvannâízberežennâskupčenʹmetanuvnizʹkoporistihvuglenosnihvídkladah
first_indexed 2025-07-07T09:50:27Z
last_indexed 2025-07-07T09:50:27Z
_version_ 1836981239381229568
fulltext Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 18 УДК 553.981.4:553.94 УМОВИ ФОРМУВАННЯ І ЗБЕРЕЖЕННЯ СКУПЧЕНЬ МЕТАНУ В НИЗЬКОПОРИСТИХ ВУГЛЕНОСНИХ ВІДКЛАДАХ Безручко К. А. (ІГТМ ім. М. С. Полякова НАНУ, м. Дніпропетровськ, Україна) Статья посвящена обоснованию условий формирования и сохранения газовых скоплений в угленосной толще, с целью реше- ния актуальной научной проблемы – прогнозной оценки перспек- тивности низкопористых терригенных отложений в локальных антиклинальных структурах. The article is devoted the ground of forming and conservation terms of gas accumulations in a carboniferous strata, with the pur- pose of actual scientific problem decision – prognosis estimation of poor-porous terrigenous rocks perspective in the local anticlinal structures. Пошуки газових родовищ у традиційних геологічних струк- турах, які раніше вважалися перспективними, на даний момент практично завершуються. У зв'язку з цим основні перспективи відкриття нових покладів вуглеводнів можуть бути пов'язані з га- зовими пастками нетрадиційного типу, зокрема, низькопористи- ми колекторами вугленосної товщі. Метан є головним компонен- том газів вугільних родовищ, яким насичена практично вся вуг- леносна товща і він є значним резервом для видобутку енергети- чної сировини. Доцільність досліджень у цьому напрямку підтверджується випадками, коли під час буріння геологорозвідувальних свердло- вин при перетині пісковиків мали місце викиди газу. Аналіз та- ких випадків засвідчив, що викиди відбувалися на ділянках з ная- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 19 вністю локальних антиклінальних складок [1]. Вони ускладню- ють моноклінальне залягання порід та виділяються за відхилен- ням гіпсометрії пласта від апроксимуючої поверхні. Такі струк- тури не є замкнені вгору за піднесенням пласта і з точки зору класичної геології вважаються відкритими структурами. Наяність газових покладів у таких структурах, у загальних випадках, пояс- нюють або гідродинамічним фактором, або літологічним викли- нюванням проникних шарів. З огляду на низьку водопроникність порід вугленосної тов- щі високого ступеня катагенезу, особливо на глибоких горизон- тах, механізм екранування газового покладу зустрічним потоком підземних вод не уявляється реальним. Механізм екранування га- зового покладу за рахунок виклинювання шарів з покращеними колекторськими властивостями вгору за піднесенням пласта, поза сумнівом має місце, але не є універсальним і єдиним поясненням можливості наявності газових пасток у локальних антикліналь- них структурах у всіх, без винятку, випадках. Обґрунтування умов формування і збереження скупчень метану у локальних ан- тиклінальних структурах вугленосної товщі є актуальним завдан- ням. В ІГТМ НАН України було запропоновано і досліджується [1, 2] механізм, за яким локальні антиклінальні структури, мо- жуть бути пастками метану, резервуаром якої є зона розущіль- нення, яка виникла у склепінній частині структури за рахунок тріщиноутворення при лінійних крихких деформаціях розтягу, що перевищують критичні на розрив. Покришкою пастки слугу- ють породи, що залягають вище, із покращеними пластичними властивостями, внаслідок чого вони залишаються непорушеними під час зминання у складку, а екраном – непроникні шари того ж пісковика, за піднесенням вгору, деформація розтягу в яких не досягла гранично допустимої для порушення суцільності межі (рис. 1). Під час вигину порід в антиклінальну складку відбувається розтягування породних шарів, яке збільшується від підошви до покрівлі, що сприяє збільшенню тріщинуватості у цьому ж на- прямку. Нижня частина пісковика, в якій деформації розтягуван- ня не сягають гранично допустимих значень, залишається неура- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 20 женою тріщинами, а у верхній – розвиваються тріщини, що збі- льшують проникність. Рис. 1. Модель формування газового скупчення у склепінній частині локальної антиклінальної структури: 1 - піс- ковик; 2 - непроникні породи; 3 - тріщинувата зона Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 21 Критична товщина розраховується як різниця між двома ра- діусами кривизни складки, що визначають довжини дуг, які відрі- зняються між собою, пропорційно величині гранично допустимій деформації розтягування [1, 2]:       += h h lm KRKR 5,0 8 2 ε , (1) де mKR – критична товщина пласта пісковика, м; εKR – значення гранично допустимої деформації розтягуван- ня для породи, б/р; h – амплітуда (висота) складки, м; l – ширина складки, м. Гранично допустимі деформації розтягування для пісковиків складають 0,003-0,004 [3]. Ефективна товщина розраховується як різниця між товщиною пласта пісковику і його критичною тов- щиною [1, 2]: KRef mmm −= , (2) де mef – ефективна товщина пласта пісковику, м; m – товщина пласта пісковику, м. За цим принципом можна визначити відносні лінійні дефо- рмації порід у склепінні складки [4]: ε 1 2 81 −       −= l mh , (3) де ε – відносна лінійна деформація, б/р; h – амплітуда (висота) складки, м; l – ширина (довжина) складки, м. Величини деформацій залежать від параметрів складки (ам- плітуди та ширини) та товщини пласта. Відносна об'ємна дефор- мація розраховується як добуток лінійних деформацій за шири- ною та довжиною складки. Аналіз вторинної складчастості у Донбасі [4] засвідчив , що коефіцієнт вигину (тобто відношення амплітуди складки до її ширини) для реальних локальних структур варіює у межах 0,009- 0,035, складаючи у середньому 0,01-0,02. Це може спричинити Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 22 розущільнення, яке характеризується коефіцієнтом відносної лі- нійної деформації 1,003-1,040 і, відповідно, коефіцієнтом віднос- ної об'ємної деформації – 1,007-1,080. За розрахунками [4] таке об'ємне розущільнення може призвести до збільшення абсолют- ної пористості від 0,8 % до 7,0 % та, відповідно, відкритої порис- тості на 0,5-6,5 %. Пористість у зоні розущільнення через коефі- цієнт об’ємної деформації породного масиву визначається за фо- рмулою: ( ) ω ω 1−+ =′ ПП , (4) де П – початкова пористість, частки одиниці; П′ – пористість у зоні розущільнення, частки одиниці; ω – коефіцієнт, що характеризує відносну об'ємну деформа- цію породного масиву і чисельно дорівнює відношенню об'єму розущільненого масиву до первинного об'єму масиву до зминан- ня у складку, б/р. При цьому приріст пористості у процесі розущільнення практично не залежить від початкової пористості, а визначається, головним чином, параметрами структури (тобто амплітудою і шириною) та товщиною пласта. При збільшенні пористості у зоні розущільнення, що виник- ла внаслідок процесів тріщиноутворення, збільшується також ефективна пористість, яка формується, як за рахунок збільшення об'єму порожнин (у даному випадку тріщин), так і за рахунок пе- рерозподілу газової та водної фаз і зменшення водонасиченості. Ступінь заповнення пор газом збільшується, його остаточне зна- чення визначається приростом пористості та початковим водона- сиченням [5]: ( ) ( )ПП ППGVг −′ ′− −=′ 1 11 , (5) де гV ′ – ступінь заповнення пор газом при збільшенні порис- тості, частки одиниці; G – початковий ступінь заповнення пор порід вологою, час- тки одиниці. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 23 За розрахунками [6, 7], навіть за початкових крихких дефо- рмаціях розриву при мінімальній розкритості тріщин у 10-15 мкм, у пісковиках формуються фільтраційні властивості із абсолют- ною газопроникністю у десятки мілідарсі, які відповідають про- мисловим колекторам IV класу згідно з класифікацією [8] і є сприятливими для скупчення метану, тоді як непорушена частина пісковика залишається з низькими фільтраційними властивостя- ми, із проникністю нижчою не менш, як на два порядки. Розглянемо умови, за якими непорушена частина гірського масиву може мати екранувальні властивості, тобто слугувати по- кришкою або екраном. На підставі експериментів Львівським відділенням ДГРІ встановлена емпірична залежність, яка безпо- середньо характеризує зв'язок перепаду тиску прориву та коефі- цієнту абсолютної газопроникності [9]: 35,0 1078,0       ⋅= ПР ПР К P , (6) де РПР – тиск прориву, МПа; КПР – проникність породи, 10-12 м2 (Д). Перепад тиску прориву, або тиск прориву – це власне, най- менший перепад тиску, необхідний для витиснення взаємонероз- чинених флюїдів. Він є суто гідродинамічним ефектом, зумовле- ним поверхневими силами, що діють на межі розділу фаз, і за значенням практично дорівнює капілярному тиску в найбільших порових каналах породи [10]. Перепад тиску характеризує екра- нувальну здатність гірської породи і визначає яким має бути пе- ревищення пластового тиску над капілярним для початку процесу руху флюїда через поровий простір низькопроникних порід. Пе- ретворення формули (6) дозволяє вирішити зворотню задачу − виконати розрахунок значень абсолютної проникності, що відпо- відають певному тиску прориву: КПР= (12,82⋅РПР) -2,857 (7) Для оцінки екранувальних властивостей порід необхідне ви- значення параметрів тиску прориву, який може мати місце в реа- льних умовах. Питанню впливу інтенсивності складкоутворення на аномальність пластових тисків присвячені дослідження Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 24 О.О. Орлова та інш. [11]. Йому вдалося встановити генетичний зв'язок пластових тисків з процесом складкоутворення та отрима- ти ряд емпіричних залежностей, які пов'язують величини цього тиску з інтенсивністю складчастості. Зокрема, для Дніпровсько- Донецької Западини (ДДЗ) – області найбільш близької та подіб- ної за геологічною будовою до Донбасу, така залежність апрок- симується наступною формулою: 20003,00102884,0 iД Н eHP ⋅⋅⋅= , (8) У спрощеному вигляді формула (8) набуває вигляду 20003,001,0 iД Н eHP ⋅⋅= (9) Не складно побачити, що частина формули (9), а саме 0,01·H, фактично є гідростатичним тиском, вираженим у мега- паскалях, на глибині Н, а частина, що залишилася, тобто експо- нента є не що інше, як коефіцієнт аномальності Kа пластового ти- ску: 20003,0 i а eK ⋅= (10) У табл. 1 наведені розрахункові дані низки локальних анти- клінальних структур у Донбасі, які цілком узгоджуються з аналі- тичними розрахунками. Виходячи з того, що мінімальні значення площі склепінних частин реальних локальних структур склада- ють порядка 0,3 км2, при висоті складки у склепінні не більше 9,0-10,0 м, розрахункові максимальні коефіцієнти аномальності складають 1,3-1,4. Це максимальні перевищення пластових тисків над гідростатичними, які можуть спостерігатися на реальних структурах у Донбасі. Отримані розрахункові значення коефіцієнтів повністю уз- годжуються з результатами фактичних вимірів НГПТ (надгідрос- татичних пластових тисків). Фактичні коефіцієнти аномальності сягають значень 1,19- 1,33 [12]. Таким чином, максимальний коефіцієнт перевищення пластового тиску над гідростатичним, зафіксований на даний час у вугленосній товщі Донбасу, складає 1,33. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 25 Таблиця 1 Аналіз параметрів інтенсивності вторинної складчастості (локальних антиклінальних структур) Донбасу Шахта, індекс пласта Амплі- туда, м Розмір структури, м Площа структури, км2 Коефі- цієнт інтенсив- ності, б/р Коефі- цієнт аномаль- ності, б/р ім. О.О. Ско- чинського, h4 1 15,0 2000×1500 2,404 6,24 1,01 16,0 1500×1200 1,431 11,18 1,04 45,0 1300×1300 1,327 33,91 1,41 17,0 1800×1300 1,886 9,00 1,03 ім. О.Ф. За- сядька, m3 8,7 800×425 0,283 30,74 1,33 ім. В.М. Ба- жанова, m3 6,8 750×600 0,358 18,99 1,11 Бутовська, n1 14,9 910×560 0,424 35,14 1,45 Виходячи з цього можливо виконати прогноз імовірних зна- чень перевищень пластових тисків на різних глибинах в умовах Донбасу. На рисунку (рис 2) наведені графіки максимальних (ко- ефіцієнт аномальності прийнятий рівним 1,35 – суцільна лінія) і середніх (пунктирна лінія) (коефіцієнт аномальності – 1,175) пе- ревищень пластових тисків над розрахунковими гідростатични- ми, які можуть мати місце на різних глибинах. На глибинах від 500 м до 2500 м середні перевищення плас- тових тисків можуть скласти від 0,875 МПа до 4,375 МПа, мак- симальні – від 1,750 МПа до 8,750 МПа. Середнім значенням надлишкових тисків відповідають породи з проникністю 0,1·10-15 – 0,01·10-15 м2, максимальним – 0,01·10-15 - 0,001·10-15 м2. Таким чином, непорушені у процесі складкоутворення шари пісковика можуть слугувати екраном газового покладу. Таким чином, з точки зору зміни параметрів головних коле- кторських властивостей гірських порід (пористості, газонасиче- ності та проникності), які відбуваються під час утворення лока- льних антиклінальних структур, розглянутий механізм форму- вання газових скупчень є цілком реальним. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 26 0 2 4 6 8 10 12 500 1000 1500 2000 2500 3000 Глибина, м Н ад ли ш ко ви й пл ас то ви й ти ск , М П а Середній тиск Максимальний тиск Рис. 2. Залежність можливих надлишкових пластових тисків у локальних антиклінальних структурах Донбасу від глибини Збільшення пористості і проникності та супровідне з ними зростання відносного газонасичення за рахунок набуття газом рухливості та перерозподілу фаз (води та газу), призводять до формування сприятливих умов для створення газових покладів, а саме збільшення проникності до n·10-14 м2 (десятки мілідарсі) та отримання пісковиками властивостей притаманних промисловим колекторам IV класу і супровідному зростанню ступеня запов- нення пор газом у розущільненій зоні. Непорушена частина ма- сиву, навпаки, залишається непроникною і слугує флюїдоупором. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 27 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 1. Лукинов В. В. Горно-геологические условия образования скоплений свободного метана на угольных месторождениях / В. В. Лукинов // Науковий вісник НГУ – № 4. – 2007. – С. 55 – 59. 2. Скупчення вільного метану у непорушеному вуглепородному масиві. Методика прогнозування зон та визначення їх пара- метрів: СОУ 10.1.05411357.004:2005. – К.: Мінвуглепром України, 2005 – 12 с. – (Нормативний документ Мінвугле- прома України). 3. Иофис М. А. Инженерная геомеханика при подземных разра- ботках / М. А. Иофис, А. И. Шмелёв. – М. : Недра, 1985. – 248 с. 4. Безручко К. А. Оценка пористости горных пород в локальных антиклинальных структурах / К. А. Безручко // Геотехниче- ская механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск. – 2008. – Вып. № 80. – С. 77 – 83. 5. Безручко К. А. Изменение газонасыщенности пород при ра- зуплотнении горного массива / К. А. Безручко // Геотехн. ме- ханика. – 2007. – № 73. – С. 220 – 223. 6. Лукинов В. В. Формування проникності гірських порід у лока- льних антиклінальних структурах / В. В. Лукинов, К. А. Безручко // Зб. наук. пр. УкрДГРІ. – 2009. – № 1 – 2. – С. 106 – 110. 7. Лукинов В. В. Чинники формування колекторських властивос- тей низькопористих теригенних порід / В. В. Лукинов, К. А. Безручко Стаття 2. Обгрунтування фільтраційних параме- трів межі колектор-екран низькопористих теригенних порід // Геологія і геохімія горючих копалин. – 2009. – № 3 – 4 (148 – 149). – С. 5 – 14. 8. Ханин А. А. Породы-коллекторы нефти и газа и их изучение / А. А. Ханин. – М.: Недра,1969 – 368 с. 9. Визначення тиску прориву вуглеводневих флюїдів крізь по- роди-покришки. Методика дослідження. СОУ 73.1-41- 08.11.06:2005. – К. : Держгеолслужба України, 2005. – 16 с. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 28 10. Федишин В. О. Низькопористі породи-колектори газу проми- слового значення / В. О. Федишин – К. : УкрДГРІ, 2005. – 148 с. 11. Орлов А. А. Закономерность генетической связи аномальных пластовых давлений со складкообразовательными тектониче- скими процессами в осадочном чехле земной коры / А.А. Ор- лов, Д.Д. Федоришин, С.А. Лизун. – Ивано-Франковск: Фа- кел, 2008. – 154 с. 12. Углепородный массив Донбасса как гетерогенная среда / Бу- лат А. Ф., Звягильский Е. Л., Лукинов В. В. и др. – К. : Наук. думка, 2008. – 412 с.

Схожі ресурси