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

Реферат: Спосіб визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки включає збір та аналіз геолого-геофізичних даних, визначення перспективних пісковиків-колекторів на площі вибраної ділянки, складання та розподіл карти локальних структур цих пісковиків на зони незначного, середнього та значного підвищення при позитивних значеннях ізогіпси. Визначають найближчі до зони значного підвищення ізогіпси. Для цих свердловин приймають безрозмірну газоносність. Вибирають найбільш перспективний пісковикколектор на невідпрацьованій ділянці шахти, для нього складають рівняння множинної кореляції другого ступеня без змішаних членів. Обчислюють значення газоносності для пісковиків-колекторів, пересічених цими свердловинами. Складають карту розподілу відносних одиниць газоносності по площі, що вивчають. UA 86028 U (12) UA 86028 U UA 86028 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірської промисловості і може бути використана для визначення зон скупчень метану в осадових відкладеннях на ділянках розвідки і на невідпрацьованих ділянках вугільних родовищ. Відомий спосіб визначення зон скупчення метану у стратиграфічному інтервалі на шахтах та ділянках розвідки [1], що полягає в визначенні середніх значень локальних структур по всіх залучених пісковиках в точці буріння кожної залученої свердловини, на основі цих значень складають одну загальну карту середніх локальних структур вибраного стратиграфічного інтервалу, на ній виділяють зону незначного підвищення при позитивних значеннях ізогіпси середніх локальних структур до +20 м, зону середнього підвищення при позитивних значеннях ізогіпси середніх локальних структур від +20 до +40 м, зону значного підвищення при позитивних значеннях ізогіпси середніх локальних структур більше +40 м та визначають зони підвищених скупчень метану. Виділення зон скупчень метану за цим способом не дозволяє врахувати фізико-механічні властивості масиву, які визначають передумови присутності газу, наявність локальної структури не обов'язково означає присутність в ній метану, для підвищення точності прогнозу необхідно враховувати петрофізичні властивості гірського масиву, який досліджують. Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що заявляється, є спосіб визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки [2], який включає збір та аналіз геолого-геофізичних даних, складання карти локальних структур. Вибирають перспективний пісковик-колектор на площі досліджуваної ділянки, за даними свердловин, пробурених з поверхні, будують карту стрижневих палеопотоків вибраного пісковику, які поділяють на зону незначної гідродинаміки при Кв.пп. 0,75, що відповідає 3 балам, а карту локальних структур цього пісковику поділяють на зону незначного підвищення при позитивних значеннях ізогіпси локальних структур до +20 м, на зону середнього підвищення при позитивних значеннях ізогіпси локальних структур від +20 до +40 м, на зону значного підвищення при позитивних значеннях ізогіпси локальних структур більше +40 м, далі співставляють (накладають) побудовані карти та визначають зони скупчення метану за бальною шкалою від 0 до 6 балів. Цей аналог не може дати задовільної точності і достовірності з наступних причин: - зіставлення тільки двох показників - стрижневих палеопотоків і локальної структури значно знижує достовірність отриманих результатів, погрішність або відсутність одного з цих чинників призводить до неможливості застосування способу; - наявність стрижневих палеопотоків і локальної структури не гарантують наявності зон підвищеної газоносності; - в способі не враховані петрофізичні зв'язки між геофізичними параметрами і гірничогеологічними показниками, що знижує точність виділення зон скупчень метану; - пропонований спосіб не враховує фізико-механічних властивостей вуглепородного масиву, таких як газоносність, ступінь метаморфізму, тріщинуватість, щільність, вологонасиченість. У основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу виділення зон скупчень метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки, в якому за рахунок визначення свердловин в зоні максимального значення ізогіпси локальної структури, побудови для перспективного пісковику-колектора рівняння множинної кореляції, підстановці в нього значень геофізичних параметрів з інших свердловин та обчислення значень газоносності забезпечується підвищення точності і достовірності визначення газонасичених ділянок, і, як наслідок, зниження витрат на пошукові роботи по видобутку метану. Поставлену задачу вирішують тим, що в способі визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки, що включає збір та аналіз геологогеофізичних даних, визначення перспективних пісковиків-колекторів на площі вибраної ділянки, складання карти локальних структур, розподіл карти локальних структур цих пісковиків на зони незначного, середнього та значного підвищення при позитивних значеннях ізогіпси, згідно з корисною моделлю, з існуючих геолого-геофізичних свердловин визначають найближчі до зони значного підвищення ізогіпси, для цих свердловин приймають безрозмірну газоносність умовно рівною: 1,0 (одиниці) для свердловини, яка розташована в куполі (зоні максимального значення ізогіпси), для інших свердловин значення безрозмірної газоносності перемножують на коефіцієнт, який дорівнює градієнту кривизни локальної структури, у цих свердловинах вибирають найбільш перспективний пісковик-колектор на невідпрацьованій ділянці шахти, для нього будують рівняння множинної кореляції другого ступеня без змішаних членів виду: 2 2 G=а0+а1 × 1+ … +anxn+b1(x1) + … +bn(xn) , де G - прийняте значення газоносності; 1 UA 86028 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 х1, х2… хn - геолого-геофізичні параметри; а0, а1… an, b1…bn - коефіцієнти поліному рівняння регресії, підставляють в це рівняння значення безрозмірних геофізичних параметрів з інших свердловин, що знаходяться на цій площі, обчислюють значення газоносності для пісковиків-колекторів, пересічених цими свердловинами, складають карту розподілу відносних одиниць газоносності по площі, що вивчають. Визначення свердловин, найближчих до зони значного підвищення ізогіпси, дозволяє враховувати фізичні властивості масиву і з найбільшою вірогідністю встановити свердловини з наявністю в них потенційної газоносності. Введення безрозмірного значення газоносності дозволяє звести до одного показника використовувані в рівнянні регресії різні геолого-геофізичні параметри і застосувати ці безрозмірні значення газоносності для зіставлення з подібними значеннями на інших ділянках. Приймання безрозмірної газоносності умовно рівною 1,0 (одиниці) для свердловини, яка розташована в куполі (зоні максимального значення ізогіпси), а для інших свердловин помноження значення безрозмірної газоносності на коефіцієнт, якій дорівнює градієнту кривизни локальної структури, дозволяє ввести чинник обліку впливу близькості свердловини до максимального значення локальної структури для коригування міри газоносності кожної свердловини, оскільки в центрі локальної структури міститься більше метану, ніж в її крилах. Це пояснюється тим, що метан - легший за повітря, і тому завжди рухається вгору. Тому в підземних умовах він скупчується в зонах позитивних антиклінальних структур. Введення умовної газоносності дозволяє врахувати не лише якісний показник наявності метану, але і кількісне його значення залежно від положення свердловини відносно локальної структури. Вибір найбільш перспективного пісковику-колектора на невідпрацьованій ділянці шахти дозволяє врахувати метан, що знаходиться у вмісних породах-колекторах, оскільки властивості пісковику найбільш сприятливі для скупчення в ньому газу, зважаючи на його підвищену пористість, проникність, більшу структуру породоутворюючих уламків, менша кількість цементу, великий вміст уламкового кварцу. Побудова для перспективного пісковику-колектора рівняння регресії і підстановка в нього значень безрозмірних геофізичних параметрів зі свердловин, дозволяє врахувати різні геологогеофізичні параметри для виділення зон з підвищеною газоносністю. Таким чином, можна говорити про комплексний показник, що відображає різноманіття властивостей гірських порід. Поліном другого ступеня відображає залежність окремих геологічних показників від комплексу геофізичних параметрів і є стійким видом регресійного рівняння при вирішенні задач визначення газоносності на досліджуваній площі. Обчислення значення газоносності для пісковику-колектора, пересіченого свердловинами, і складання карти розподілу відносних одиниць газоносності по площі, що вивчається, дозволяє остаточно встановити розподіл газоносності на досліджуваній площі невідпрацьованої ділянки шахти. Використання математичного апарата із застосуванням методів ймовірносностатистичного підходу підвищує достовірність прогнозу. Таким чином, за рахунок названих ознак може здійснюватися визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки і визначення найбільш перспективних ділянок для попередньої дегазації і подальшої утилізації метану або видобутку його як самостійного енергоносія. Тобто, виходячи з результатів статистичної обробки геологогеофізичних даних по свердловинах, наявних на досліджуваній ділянці, може бути побудована карта розподілу відносних одиниць газоносності по площі, що дозволить зменшити витрати на визначення газоносності вугільних пластів за рахунок значного скорочення трудомістких польових і лабораторних робіт, пов'язаних з прямим визначенням газоносності вугілля. Здійснюють спосіб таким чином. На площі невідпрацьованих ділянок шахт або ділянок розвідки, що вивчається, по каротажних діаграмах масштабу 1:200 геологорозвідувальних свердловин вибирають перспективний пісковик, для нього будується карта локальних структур, яка розділяється на зони незначного, середнього і значного його підвищення при позитивних значеннях ізогіпси. Для цього пісковику знімаються усі середні значення доступних геофізичних параметрів, а саме: дані кавернометрії, уявних опорів градієнт-зондом (УО-ГЗ) і потенціал-зондом (УО-ПЗ), природного (ГК) і розсіяного гамма-випромінювання (ГГК), які характеризують щільність і проникність порід. Потім зняті середні значення геофізичних параметрів переводяться у безрозмірні одиниці, наприклад, шляхом обчислення відношення поточної величини до значення того ж параметра для вищерозміщеного вапняку [3], чи використовуючи безрозмірний подвійний різницевий параметр [4], чи іншим відомим способом. Після цього вибирають 3-4 опорних геологогеофізичні свердловини, які розташовані щонайближче до зони максимального підвищення 2 UA 86028 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ізогіпси, для них приймають безрозмірні значення газоносності, рівними 1,0 (умовній одиниці) для свердловини, розташованої в куполі (зоні максимального підвищення ізогіпси), а для інших свердловин значення безрозмірної газоносності множать на коефіцієнт, рівний градієнту кривизни локальної структури. Для вибраного перспективного пісковику-колектора, використовуючи значення геофізичних параметрів, будують рівняння множинної кореляції другого ступеня без змішаних членів виду: 2 2 G=а0+а1 × 1+ … +anxn+b1(x1) + … +bn(xn) , (1) де G - прийняте значення газоносності; х1, х2… хn - геолого-геофізичні параметри; а0, а1… an, b1…bn - коефіцієнти полінома рівняння регресії, підставляють в це рівняння значення безрозмірних геофізичних параметрів з інших свердловин, що знаходяться на цій площі, обчислюють значення газоносності для пісковиківколекторів, пересічених цими свердловинами, складають карту розподілу відносних одиниць газоносності по площі, що вивчається. На побудованій карті визначають зони скупчення метану для закладки перспективних свердловин для видобутку газу або проведення робіт по дегазації. Приклад конкретного виконання способу. Як об'єкти для перевірки способу була вибрана ділянка "Кальміуська копальня" в Центральному районі Донецького басейну. Із зібраних на ділянці геолого-геофізичних даних відібрана інформація по 24 свердловинах і результати визначення газоносності пісковиків 1 1 1 1 n1Sn1 , m8 Sm9, m5 Sm6, m4Sm4 в інтервалі глибин 800-1200 м. Перераховані пісковики в 1 1 основному дрібнозернисті, їх середня потужність складає: n1Sn1 -22 метри, m8 Sm9-14 метрів, 1 1 m5 Sm6-38 метрів, m4Sm4 -29 метрів. З перерахованих пісковиків для подальшої роботи 1 відібраний найбільш перспективний за геологічними даними - m4Sm4 . Над цим пісковиком розташована покришка з газонепроникних порід (вапняк М5 потужністю до 2 м і аргіліт потужністю до 15 м), що сприяє зосередженню основних об'ємів вільного газу, мігруючого із зон, які пролягають нижче вугільного пласта m3. У вибраному пісковику в межах локальних антиклінальних структур за рахунок виникнення тріщин при деформаціях вигину формуються тріщинна пустотність і проникність, що сприяють утворенню зон скупчення метану. Для цього пісковику побудована карта локальних структур, яка розділена на зони незначного, середнього і значного підвищення при позитивних значеннях ізогіпси. Потім для вибраного пісковику знімали усі середні значення доступних геофізичних параметрів, а саме: уявних опорів градієнт-зондом гз пз (УО-ГЗ) ρk і потенціал-зондом (УО-ПЗ) ρk , природного (ГК) Ιγ і розсіяного гаммавипромінювання (ГГК) Іγγ, дані кавернометрії Δd. Потім значення геофізичних параметрів переведені у безрозмірні одиниці. Після цього вибрані опорні геолого-геофізичні свердловини №№ 3971, 3879, 3609, які розташовані в зоні максимального підвищення ізогіпси локальної структури. Для них отримані безрозмірні значення газоносності: G=1,0 для свердловини, розташованої в куполі (зоні максимального підвищення ізогіпси), а для інших свердловин - значення безрозмірної газоносності помножене на коефіцієнт, рівний градієнту кривизни локальної 1 структури. Для вибраного перспективного пісковику-колектора m4Sm4 , використовуючи значення перерахованих геофізичних параметрів, будують рівняння множинної кореляції другого ступеня без змішаних членів: гз пз гз 2 пз 2 2 2 2 G=а0+а1ρk +а2ρk +a3IY+a4Іγγ+a5Δd+b1(ρk ) +b2(ρk ) +b3(Ιγ) +b4(Іγγ) +b5(Δd) Для свердловини № 3879, яка проходить через купол локальної структури з максимальним значенням газоносності, приймаємо G=1,0. Розрахунок робочих коефіцієнтів в рівнянні регресії виконували по спеціальних програмах і методиках, розроблених в ІГТМ НАН України [5]. В результаті розрахунків коефіцієнтів остаточно отримано рівняння множинної регресії у вигляді гз пз гз 2 1,0=0,88+0,155·ρk +0,049·ρk -0,558·Ιγ-0,243·Ιγγ+0,063·Δd-0,152·(ρk ) пз 2 2 2 2. 0,122·(ρk ) +0,573·(Ιγ) +0,372·(Іγγ) -0,008·(Δd) Проведено зіставлення фактичних і розрахункових значень газоносності пісковику, яке вказує на те, що робоче рівняння регресії може бути використане для визначення газоносності за даними стандартного каротажу. Середньоквадратичні відносні помилки визначення за кожним показником знаходяться в межах допустимих значень і за своєю величиною порівняні з помилками визначення газоносності при масових визначеннях дорогими прямими методами. За допомогою останнього рівняння були вичислені значення газоносності для досліджуваного пісковику на прогнозованій товщі за результатами вимірів геофізичних параметрів в 24 свердловинах, по яких побудована карта аномальних відносних значень 1 газоносності пісковику m4Sm4 (креслення). 60 3 UA 86028 U 5 10 15 20 Джерела інформації: 1. Патент України на корисну модель № 41696, МПК E21F 7/00, G01V 9/00. Спосіб визначення зон скупчення метану у стратиграфічному інтервалі на шахтах та ділянках розвідки: Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова HAH України / Α.Φ. Булат, В.В. Лукінов, В.А. Баранов, П.С. Пащенко (Україна). - № а200613977; заявл. 28.12.2006; опубл. 10.06.2009, Бюл. 11. 2. Патент України на винахід № 74503, МПК G01V 9/00, E21F 7/00. Спосіб визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки: Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова HAH України / А.Ф. Булат, Ю.Л. Звягільський, В.В. Лукінов та ін. (Україна). - № 20040705427; заявл. 06.07.2004; опубл. 15.12.2005, Бюл. 12 (прототип). 3. Итенберг С.С. Промысловая геофизика / С.С. Итенберг. - Μ.: Гостоп-техиздат, 1961. - 388 с. 4. Итенберг С.С. Интерпретация результатов каротажа сложных коллекторов / С.С. Итенберг, Г.А. Шнурман. - М.: Недра, 1984. - 256 с. 5. Гончаренко В.А. Возможности геоинформационных систем для определения газоносности угольных пластов по данным каротажа / В.А. Гончаренко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / Ин-т геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. - Днепропетровск, 2000. - Вып. 17. - С. 171-177. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 Спосіб визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки, що включає збір та аналіз геолого-геофізичних даних, визначення перспективних пісковиків-колекторів на площі вибраної ділянки, складання карти локальних структур, розподіл карти локальних структур цих пісковиків на зони незначного, середнього та значного підвищення при позитивних значеннях ізогіпси, який відрізняється тим, що з існуючих геологогеофізичних свердловин визначають найближчі до зони значного підвищення ізогіпси, для цих свердловин приймають безрозмірну газоносність умовно рівною одиниці (1,0) для свердловини, яка розташована в куполі (зоні максимального значення ізогіпси), для інших свердловин значення безрозмірної газоносності перемножують на коефіцієнт, який дорівнює градієнту кривизни локальної структури, у цих свердловинах вибирають найбільш перспективний пісковик-колектор на невідпрацьованій ділянці шахти, для нього складають рівняння множинної кореляції другого ступеня без змішаних членів виду: 2 2 G=а0+а1х1+ … +anxn+b1(x1) + … +bn(xn) , де G - прийняте значення газоносності; х1, х2… хn - геолого-геофізичні параметри; а0, а1… an, b1…bn - коефіцієнти полінома рівняння регресії, підставляють в це рівняння значення безрозмірних геофізичних параметрів з інших свердловин, що знаходяться на цій площі, обчислюють значення газоносності для пісковиків-колекторів, пересічених цими свердловинами, складають карту розподілу відносних одиниць газоносності по площі, що вивчають. 4 UA 86028 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5