Спосіб визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки

Винахід має відношення до гірничої промисловості. Ним можна користуватись для визначення зон скупчення метану в осадочних відкладах на ділянках розвідки вугільних пластів та на невідпрацьваних ділянках вугільних ша хт. В гірничій промисловості відомий спосіб визначення ділянок стрижневих палеопотоків в пісковиках по даним коєффіціента відносності потужності пісковика - Квп.п. [1]. З підвищеними значеннями Кв.п.п. пов'язані найбільш викидонебезпечні та газонасичені геологічні пласти. Недоліком даного способу є те, що він не враховує морфологію досліджуваного колектора - пісковику. Підвищені значення Кв.п.п.. можуть бути, як в підвищених (антиклінальних) зонах колектора, так і в понижених (синклінальних) зонах колектора. Легкий метан буде скупчуватись саме в підвищених зонах колектора. Найближчим аналогом винаходу є спосіб визначення антиклінальних локальних структур відносно апроксимуючої площини пісковика - колектора, з якими пов'язані скупчення метану [2]. Недоліком даного способу є те, що він не враховує ділянки стрижневих палеопотоків, або значення відносної потужності пісковика - колектора, де накопичується метан [1]. В основу винаходу поставлено задачу створення способу визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках ша хт та ділянках розвідки, в якому шля хом побудови карт стрижневих палеопотоків обраного пісковика та карт локальних структур, цього пісковика, і подальшого їх сшвставлення визначаються зони скупчення метану, що забезпечує підвищення надійності та достовірності прогнозування зон скупчення метану у відкладах вугільних родовищ. Поставленна задача вирішується тим, що в спосіб визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки, який включає збір і аналіз геолого-геофізичних даних, будування карти локальних стр уктур, відповідно винаходу, обирають перспективний пісковик-колектор на площі обраної ділянки, по даним свердловин будують карту стрижневих палеопотоків обраного пісковика, які поділяють на зону незначної гідродинаміки, при Кв.п.п. 0,75, що відповідає З балам, карту локальних структур цього пісковика поділяють на зону незначного підвищення, при позитивних значеннях изогіпс локальних стр уктур до +20м, на зону середнього підвищення, при позитивних значеннях изогіпс локальних стр уктур від +20 до +40м, на зону значного підвищення, при позитивних значеннях изогіпс локальних стр уктур більше +40м і співставляють (накладають) побудовані карти та визначають зони скупчення метану по бальній шкалі від 0 до 6 балів. В останні роки проблема утилізації шахтного метану є дуже актуальною, як за кордоном, так і на Україні. Донбас розглядається вченими не тільки як вугільне родовище, але і як регіон із значними запасами метану, по останній оцінці в 278 трил. М3 [3]. Для видобування і утилізації метану необхідно знати зони його скупчення в потенційних колекторах пісковиках. Потенційні колектори, це перш за все потужні пісковики на глибинах від 500 до 1800м в стратиграфічному розрізі раннього та серднього катагенезу карбонових відкладів Донбасу. Глибина 500м це максимальна глибина газового вивітрювання для Донбасу [4]. Глибина 1800 м - це максимальна глибина, до якої підраховані запаси вугілля [3-4]. Метан в потенційному колекторі - пісковику не розповсюджується рівномірно, а скупчується в зонах, які відрізняються більш значними параметрами пористості та проникності, більш крупною структурою породоутворюючих уламків, меншим вмістом цементу, більшим вмістом уламкового кварцу. Такі зони утворюються в пісковику в місцях розвинутої гідродинаміки, де швидкість течії була більша, структура зерен відкладів крупніша, а період осадконакопичення більш тривалий. Ці зони називають стрижневими палеопотоками, вони являють собою давні руслові або дельтові відклади. З ними пов'язана підвищена викидонебезпечність та газонасиченість [1]. Крім цього, загальновідома властивість метану - його летючисть. Метан легше повітря й тому завжди буде летіти туди, де менший тиск. В атмосфері він летить уверх, де менший тиск. В гірничих породах він буде скупчува тись в позитивних, антиклінальних структурах. З такими антиклінальними структурами пов'язана підвищена метаноносність вуглевміщуючих порід, та їх викидонебезпечність. Ці обставини стали базою для реалізації ідеї співставлення двох важливих факторів: найбільш сприятливої зони для накопичення метану в колекторі - пісковику (стрижневому палеопотоці), та позитивної (антиклінальної) структури, де буде скупчува тись леткий метан. Додатково слід враховува ти не тільки якісні критерії - палеопотоки та локальні структури, взагалі, але й кількісні параметри: більш значна гідродинаміка буде проявлятися у більших значеннях Кв.п.п ., а склепіння антикліналі буде мати більше метану, чим її крила. Для врахування цих факторів пропонується розділення кожної з карт на три зони: мало перспективна по газовому фактору, середньо перспективна, та високо перспективна. Відповідно, вказані зони будуть оцінюватись в 1, 2, або 3 бали. Таким чином, карту палеопотоків поділяють на зону незначної гідродинаміки, при Кв.п.п. 0,75, що відповідає 3 балам. Карту локальних стр уктур цього пісковика також поділяють на зону незначного підвищення, при позитивних значеннях изогіпс локальних стр уктур до +20м, на зону середнього підвищення, при позитивних значеннях изогіпс локальних структур від +20 до +40м, на зону значного підвищення, при позитивних значеннях изогіпс локальних структур більше +40 м. При співставленні (накладанні) вказаних карт, визначаються зони найбільш сприятливі по газовому фактору (коли співпадають зони карт палеопотоків з Квп.п. > 0,75, та локальні позитивні структури із значеннями ізогіпс більше +40 м: 3 бали + 3 бали = 6 балів, та такі зони чи частини зон, які мають середні та незначні параметри по газовому фактору. Суть винаходу полягає в тім, що пласти пісковиків не однорідні, вони мають зони підвищеної гідродинаміки, які відомі під назвою стрижневі палеопотоки, що відрізняються підвищеними значеннями пористості, проникності, структурних параметрів уламкових зерен і на сам кінець, кращими колекторськими властивостями, які призводять до підвищеної метановості та викидонебезпечності, крім цього леткий метан, що легше за повітря, має властивість при змозі переміщуватись в верхні шари позитивних структур, які відомі під назвою локальних структур, співставлення (тобто накладання) карт стрижневих палеопотоків, розділених на частини нізької, середньої та значної гідродинаміки (відповідно 1, 2 та 3 бали), з картами локальних структур, розділених на частини із значеннями ізогіпс до +20м, +20 + +40м та більше +40м (відповідно 1, 2 та 3 бали), дозволяють визначати зони скупчення метану у вуглевмісних породах вугільних родовищ по бальній системі. Наприклад, зона палеопотоків середньої гідродинаміки (2 бали), яка співпадає з середньою зоною локальних структур (2 бали), сумісно дають досить перспективну зону скупчення метану з загальною сумою 4 бали. Запропонований спосіб визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки реалізується таким чином. Кількісно стрижневі палеопотоки визначаються шляхом ділення потужності обраного пісковика в конкретній свердловині (hi) на потужність всього інтервалу, в якому пісковик знаходиться між обраними маркуючими горизонтами (Ні). Таким чином, значення безрозмірного коефіцієнту відносної потужності пісковику (Кв.п.п.) визначається по формулі: Кв.п.п . = hi/Hi (1) Значення Кв.п.п. можуть змінюваться від 0 до 1. Чим більше значення коефіцієнту, тим довше в даному місці відкладався пісковик, тим більш кращі колекторські умови в ньому і більша пористість, проникність, кругашш уламкові зерна, більша газонасиченість при рівних інших умовах. Стрижнева частина палеопотоку виділяється при значеннях Кв.п.п . > 0,75. Ці значення оконтурюються і, таким чином, виділяється зона з максимально сприятливими колекторськими властивостями, яка буде оцінюватись в 3 бали. Для побудови карти локальних антиклінальних структур необхідно на виділені зони стрижневих дільниць палеопотоків (основою може бути гіпсометрична карта чи план гірничих робіт) нанести умовну координатну сітку, з координатами X і Y. Вісь X повинна співпадати з лінією простягування обраного пласта або бути максимально наближеною до неї. Вісь Υ перпендикулярна вісі X. Вісі X і Υ оцифровуються довільно. По кожній свердловині в таблицю заносять значення координат Хі, Yі і фактичну глибину залягання покрівлі обраного пісковика Ζіψ, яка визначається по формулі: Ζіф = Z yi + hni, м (2) де Zyi - абсолютна відмітка залягання підошви робочого вугільного пласта в і - тій свердловині (м); hni, - потужність інтервалу порід від підошви робочого вугільного пласта до покрівлі досліджуємого пісковика в свердловині (м). В якості апроксимуючої площини приймається площина максимального наближення найближчого вугільного пласта. По кожній свердловині розраховується значення абсолютної відмітки залягання підошви обраного вугільного пласта Ζ^ по формулі: (3) Zypi=Yi x tga + Z0,M де Yj - координати і-тої свердловини по вісі Υ (згідно з масштабом),м; tga - тангенс кута нахилу апроксимуючої поверхні; Zo - абсолютна відмітка залягання апроксимуючої поверхні по вісі X, м. Тангенс кута нахилу апроксимуючої площини визначається по формулі: (4) tga=lZmax-Z 0l/Ymax де Zmax - абсолютна відмітка залягання вугільного пласта максимально віддаленої по вісі Υ свердловини, м; Ymax - координата максимально віддаленої по вісі Υ свердловини, м. Розрахункове значення абсолютної відмітки залягання покрівлі пісковика Zip визначається по формулі: Zip = Z ypi + hni, м (5) Значення Ζyi, hni, Zypi та Zip заносяться в таблицю. Для кожної апроксимуючої площини використовується єдиний tg α. Для кожної свердловини розраховується локальна складова структур ΔΖ, по формулі: ΔΖi = Ζіф -Ζіρ ,Μ (6) Точність визначення локальної складової -їм. По значенням ΔΖ,, методом інтерполяції будується карта локальних стр уктур. Зони співпадіння стрижневих частин палеопотоків (Κв.п.п. > 0,75) і позитивних локальних стр уктур (ізогіпси більше +40м) є зонами скупчення метану, найбільш перспективними для виконання попередньої дегазації та подальшої утилізації метану, або видобування його як самостійного енергоносія і оцінюються в 6 балів. Як приклад була обрана шахта ім. О.Ф. Засядька, Донецько-Макіївського району, на якій зафіксовано багато викидів вугілля й порід, а також суфлярів. Висока метановість виробок заважає приміняти інтенсивні технології видобутку вугулля, тому на ша хті опробуються нові методи й технології попередньої дегазації та утилізації метану, вилученого з гірничого масиву. На плані гірничих робіт пласта т3 масштабу 1:5000 в покрівлі розробляємого пласта був встановлений потужний пісковик m 4Sm 41 з якого в гірничі виробки надходила основна частина метану. Для експерименту була обрана західна ділянка шахтного поля вказаного пласта m 3. По каротажним діаграмам геологорозвідувальних свердловин були встановлені необхідні параметри обраного пісковика: потужність пісковика в кожній свердловині, маркіруючи горизонти (під та гщ1), абсолютні та відносні відмітки, тангенс кута нахилу апроксимуючої площіни, та інші необхідні показники. На основі зібраних данних була побудована карта стрижневих палеопотоків та карта локальних стр уктур. Виконане співставлення цих дво х карт дозволило виділити зони скупчення метану на невідпрацьованій ділянці шахти (рис. 1). Після цього спеціалісти шахти пробурили ряд свердловин з гірничих виробок, як в виділені зони, так і в інші місця. З виділених зон при попередній дегазації було отримано близько 3 млн. м 3 метану, який частково був утилізований. Свердловини, які були пробурені в інші місця, за межі виділених зон дебіту метану не дали, або давали низькі і короткочасні дебіти. ЛІТЕРАТУРА. 1 Забигайло В.Е., Лукинов В.В., Широков А.З. Выбросоопасноть горних пород Донбасса. - Киев: Наук, думка, 1983. - 288 с. 2 Тектоника и горно-геологические условия разработки угольных месторождений Донбасса / В.Е. Забигайло и др., Киев: Наук, думка, 1994. -152 с. 3 Узіюк В.І., Бик С.І., Ільчишин А.В. Газогенераційний потенціал кам'яновугільних басейнів України // Геологія і геохімія горючих копалин, 2001. -№2. сЛ 10-121. 4 Исследование, разработка технологий и промышленное использование метана углегазовых месторождений Донбасса / В.В. П удак и др.// Уголь Украины. -1996, - №10-11.-С.68-71.