Роль динамической геологии в технологиях добычи угольного метана и сланцевого газа.
Роль динамической геологии в технологиях добычи угольного метана и сланцевого газа.
Зайцев Владимир Александрович
Вед.науч. сотр., канд. геол.-мин. наук.
Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Аннотация. В данной работе показана роль методов, используемых в динамической геологии, для рентабельной добычи угольного метана и сланцевого газа. Предложен способ, который позволяет уже на ранних стадиях проведения геолого-разведочных работ выделять так называемые «сладкие» участки (sweet spots).
В связи с истощением мировых запасов нефти и газа при постоянном увеличении спроса на них, все большее значение приобретают нетрадиционные источники углеводородного сырья. К ним относятся: угольный метан, сланцевый газ, сланцевая нефть, газ в плотных коллекторах (песчаниках, карбонатных породах, гранитах), а также газогидратные залежи. В настоящее время особое внимание уделяется угольному метану и сланцевому газу. Принципиальная возможность крупномасштабной промышленной добычи метана из угольных пластов была доказана опытом освоения метаноугольных промыслов в США, где добыча данного полезного ископаемого ведется с начала 1980 годов и достигла 50 млрд. куб. метров в год, что составляет около 8% от всего потребляемого газа. Еще более впечатляющих успехов добились американцы в освоении сланцевого газа, добыча которого составляет около 10% от суммарной добычи газа в США. Отметим, что технологии добычи этих двух полезных ископаемых очень близки, и сводятся, в самом общем виде, к бурению скважин (вертикальных, наклонных или горизонтальных), воздействию на пласт методом «гидроразрыва» и, затем, откачки пластовой воды из скважин до установления постоянного газового притока. Общность технологий позволяет распространить выводы, сделанные для угольного метана, на добычу сланцевого газа.
Россия, обладая солидными ресурсами угольного метана, около 83,7 трлн. куб. метров, только с конца 2009 года приступила к созданию своего метаноугольного промысла. Первое метаноугольное месторождение располагается в пределах юго-восточного крыла Талдинской структуры (Ю. Кузбасс). Что касается сланцевого газа, то позиция «Газпрома» к добыче данного полезного ископаемого на сегодняшний день остается негативной. На данный момент отечественный опыт самостоятельной добычи угольного метана ограничивается двумя десятками разведочных скважин, пробуренных на Талдинской и Нарыкско-Осташкинской площадях (Южный Кузбасс). Наиболее оборудованным является Талдинский промысел. Здесь более 3 лет ведется пробная промышленная эксплуатация 8 углеметановых скважин. Главной проблемой, возникшей за время опытно-промышленной эксплуатации промысла, стали малые объемы добываемого метана и большие разбросы дебитов газа по скважинам. В результате рентабельность добычи стала основным сдерживающим фактором развития углеметановых промыслов. Кроме этого было опровергнуто мнение, что хорошо выполненное воздействие на пласт может компенсировать низкое качество залежи. Таким образом, особое внимание необходимо уделить вопросам прогнозирования метанообильных «сладких» зон в углепородных массивах, как наиболее перспективных участков для добычи угольного метана.
Сотрудники кафедры динамической геологии МГУ им. М.В. Ломоносова занимаются геологическим сопровождением проекта добычи метана из угольных пластов Талдинской площади с 2003года (в рамках хоздоговорных работ с ОАО «Газпром промгаз»). За более чем 10 летний период исследований ими было научно обосновано, что для дальнейшего развития промышленной добычи метана необходимо учитывать не только количество метана, содержащегося в угле, но главное - способность угольного пласта к газоотдаче. Анализ данных, касающихся связи между пластовым давлением, проницаемостью и величиной газоотдачи угольного пласта, позволяет говорить о том, что угольные пласты в недеформируемом состоянии практически непроницаемы всюду ниже зоны газового выветривания. Наличие большого количества трещин в угле в условиях всестороннего сжатия не способно обеспечить приемлемую величину проницаемости. В тоже время известно, что величина раскрытия трещин, определяющая степень проницаемости угольного пласта, прямо пропорциональна уровню деформированности горного массива. Оценить этот уровень можно с помощью компьютерного и тектонофизического моделирования. Так, для реконструкции напряженно-деформированного состояния горного массива в районе углеметанового промысла на Талдинской площади был выполнен комплекс исследований, который включал аналитические расчеты и тектонофизическое моделирование на оптически активных материалах. Проведенные эксперименты позволили установить корреляцию между напряженно-деформируемым состоянием горного массива и величиной дебита метана в эксплуатационных скважинах. Таким образом, использование данной технологии позволяет еще на ранних стадиях выбора площадок, перспективных для создания метаноугольного промысла, не расходовать средства на заведомо низкорентабельные объекты. Помимо этого, прогноз распределения величины проницаемости угля необходим для выбора наиболее оптимального расположения добывающих скважин на промысле.
В настоящее время сотрудниками кафедры динамической геологии разрабатывается комплекс методов, позволяющий выявлять наиболее проницаемые зоны в угольном разрезе. Данный комплекс включает в себя, как традиционные методики, применяемые в динамической геологии, так и инновационные:
- компьютерное 3D моделирование геологического строения угольных бассейнов;
- математическое моделирование литостатического давления и напряженно-деформированного состояния углепородного массива;
- комплекс тектонофизических, геоморфологических и некоторых геофизических методов для выявления новейших структур и определения ориентировки тектонических напряжений;
- дистанционное зондирование, выполненное с радарных спутников нового поколения, позволяющее получать информацию о медленных современных движениях земной поверхности и делать расчеты современного напряженного состояния массива;
- методы изучения газовых эманаций для выявления наиболее проницаемых зон исследуемого массива на поверхности;
- создание 3D фильтрационно-ёмкостных моделей угольных бассейнов;
- методы изучения экологических проблем, которые могут возникнуть при добыче метана из угольных пластов.
Реализация данного комплекса геодинамических методов позволит не расходовать средства на заведомо низкорентабельных участках. Предлагаемая технология позволит уже на ранних стадиях проведения геолого-разведочных работ выделять так называемые «сладкие» участки. Использование данного подхода при добыче сланцевого газа позволит этому виду полезных ископаемых (по экономическим показателям) конкурировать с традиционными газовыми месторождениями.