Пластовый геобарометр на основе изменения газоносности углей

Леонид Анатольевич Иванов; Иван Юрьевич Николаев; Виктор Владимирович Туманов

doi:10.17308/geology/1609-0691/2024/4/61-73

Леонид Анатольевич Иванов ФГБНУ РАНИМИ, Донецк https://orcid.org/0009-0006-8341-8235
Иван Юрьевич Николаев ФГБНУ РАНИМИ, Донецк https://orcid.org/0000-0003-2208-0032
Виктор Владимирович Туманов ФГБНУ РАНИМИ, Донецк https://orcid.org/0009-0004-1521-4818

DOI: https://doi.org/10.17308/geology/1609-0691/2024/4/61-73

Ключевые слова: газоносность клареновых углей, метаморфизм, восстановленность, глубина пласта, аномалии давления газа

Аннотация

Bведение: мозаичное распределение областей сжатия и растяжения представляет собой фундаментальное свойство углепородного массива, которое на больших глубинах порождает опасные выбросы угля, пород, газа и приводит к авариям и человеческим жертвам при добыче угля. Несмотря на опасность, выявление областей сжатия и растяжения не входит в список геологоразведочных задач. Поэтому для повышения безопасности добычи угля актуальным является вопрос разработки пластового геобарометра.

Методика: разработка геобарометра заключалась в алгоритмизации процесса использования геолого-генетической и термодинамической моделей газоносности, а также в его апробации на одном из шахтных полей. Данные модели строились путем установления связи газоносности с определенным фактором при условии постоянства других факторов. Минимальное количество факторов обосновывалось при помощи причинно-следственного анализа ранее предложенных факторов. На основе анализа геологического строения и наличия необходимых исходных данных в качестве объектов исследования выбраны поля угольных шахт им. А. А. Скочинского и «Суходольская Восточная».

Результаты и обсуждение: построены графики изменения газоносности в зависимости от степени метаморфизма и восстановленности углей. Используя данные графики, построена геолого-генетическая модель газоносности клареновых углей Донбасса. На основе уравнения Ленгмюра разработана термодинамическая модель газоносности, описывающая изменение газоносности с глубиной. Данные модели положены в основу разработки пластового геобарометра. Апробация геобарометра подтвердила его возможность определять аномально высокое и низкое давление газа и превосходство относительно тривиальных моделей газоносности.

Заключение: разработан пластовый геобарометр, позволяющий из общего изменения газоносности углей вычленить барическую составляющую на основе использования геолого-генетической и термодинамической моделей газоносности. В геолого-генетическую модель газоносности положены главные факторы, определяющие сорбционную способность органического вещества, представленные метаморфизмом, восстановленностью и мацеральным составом углей. Термодинамическая модель, разработанная на основе уравнения Ленгмюра, отражает влияние на сорбцию газа органическим веществом внешних условий, обобщающим показателем которых является глубина пласта. Апробация пластового геобарометра подтвердила его возможность определять аномально высокое и низкое пластовое давление, а также идентифицировать в разрезе аномальные скопления метана и каналы дегазации.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Леонид Анатольевич Иванов, ФГБНУ РАНИМИ, Донецк

к.г.-м.н., доцент, в.н.с., ФГБНУ РАНИМИ, Донецк, РФ

Иван Юрьевич Николаев, ФГБНУ РАНИМИ, Донецк

к.г.н., в.н.с., ФГБНУ РАНИМИ, Донецк, РФ

Виктор Владимирович Туманов, ФГБНУ РАНИМИ, Донецк

ст.н.с., ФГБНУ РАНИМИ, Донецк, РФ

Литература

1. Kobolev V. P. Poyasa bezopasnosti ugol'nykh shakht Donbassa [Safety belts of Donbass coal mines]. Geotekhnologii ‒ Geotechnologies, 2019, vol. 2, pp. 1–11 (In Russ).
2. Evdoshchuk N. I, Vergel'skaya N. V., Krishtal' A. N. O roli gorno-geologicheskikh uslovii i fiziko-khimicheskikh faktorov pri formirovanii gazonasyshchennosti ugleporodnykh massivov Donetsko-Makeevskogo uglepromyshlennogo raiona [On the role of mining and geological conditions and physical and chemical factors in the formation of gas saturation of coal-rock massifs of Donetsk-Makeevka coal-industrial region]. Tektonika i stratigrafiya ‒ Tectonics and stratigraphy, 2013, vol. 40, pp. 12–26 (In Russ).
3. Metodika razvedki ugol'nyh mestorozhdenij Doneckogo bassejna [Methodology for exploration of coal deposits in the Donetsk basin]. Ed. Yu. V. Butcik. Ministry of Geology of the USSR, Ministry of Coal Industry of the USSR, Moscow, Nedra publ., 1972, 338 p. (In Russ).
4. Ivanov L. A. Geologicheskie faktory gazonosnosti mestorozhdenij uglja [Geological factors of gas content of coal deposits]. Sbornik nauch. trudov RANIMI ‒ Transactions of RANIMI, 2018, vol. 6 (21), pp. 195–210 (In Russ).
5. Antsiferov A. V., Ivanov L. A., Tumanov V. V., Savchenko A. V., Antsiferov V. A. O glavnyh geologicheskih faktorah gazonosnosti uglej [On the main geological factors of coal gas content]. Problemy osvoeniya nedr v XXI veke glazami molodykh ‒ Problems of subsoil development in the XXI through the eyes of young people, Moscow, IPKON RAN publ., 2019, pp. 23–26 (In Russ).
6. Levenshtein M. L., Spirina O. I. Komplekt kart metamorfizma uglei Donetskogo basseina [Set of maps of coal metamorphism in the Donetsk Basin]. Kiev, TsTE publ., 1991, 104 p. (In Russ).
7. Genezis i zakonomernosti raspredelenie prirodnyh gazov ugol'nyh bassejnov i mestorozhdenij SSSR [Genesis and regularities of natural gas distribution in coal basins and deposits of the USSR]. Moscow, Nedra publ., 1980, 218 p. (In Russ).
8. Antsiferov A. V., Tirkel' M. G., Khokhlov M. T., Privalov V. A., Golubev A. A., Maiboroda A. A., Antsiferov V. A. Gazonosnost' ugol'nykh mestorozhdenii Donbassa [Gas content of Donbass coal deposits]. Kiev, Naukova dumka publ., 2004, 231 p. (In Russ).
9. Lukin A. E. O prirode i perspektive gazonosnosti nizkopronicaemyh porod osadochnoj obolochki [On the nature and prospect of gas content of low-permeability sedimentary shell rocks]. Dopovidi Natsional'noi akademii nauk Ukrainy ‒ Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, vol. 3, pp. 114–123 (In Russ).
10. Ivanov L. A. Geologo-geofizicheskaya sistema otsenki gazonosnosti ugol'nykh mestorozhdenii po svyazannomu gazu [Geological and Geophysical System for Estimating Gas Content of Coal Deposits by Tight Gas]. Sbornik nauch. trudov RANIMI ‒ Transactions of RANIMI, 2020, vol. 10–11 (25–26), pp. 157–172 (In Russ).
11. Ivanov L. A. Glubina kak faktor gazonosnosti uglei [Depth as a Factor of Coal Gas Content]. Sbornik nauch. trudov RANIMI ‒ Transactions of RANIMI, 2020, vol. 9 (24), p. 48–54 (In Russ).
12. Antsiferov A. V., Kanin V. A., Golubev A. A., Galemskii P. V. Dannye o glubinnyh podtokah fljuidov, formirujushhih sovremennuju gazonosnost' porod Donbassa [Data on deep fluid underflows forming the modern gas content of Donbass rocks]. Nauk. pratsi UkRNDMI NAN Ukrainy ‒ Transactions of UKRNDMI NAN UKRAINE, 2014, vol. 14, pp. 384–398 (In Russ).
13. Kormin A. N. Ocenka fakticheskoj prirodnoj gazonosnosti ugol'nyh plastov pri vedenii gornyh rabot [Assessment of actual natural gas content of coal seams during mining operations]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten' ‒ Mining informational and analytical bulletin, 2009, vol. 7, no. 12, pp. 150–154 (In Russ).
14. Lobusev M. A., Song Zezhang, Jiang Zhenxue. Prognozirovanie plastovogo davlenija v glinisto-slancevyh kollektorah na primere regiona S v bassejne Ordos [Predicting of reservoir pressure in the clay-shale reservoirs with the use of the region С of the Ordos field]. Territoriya Neftegaz ‒ Oil and gas territory, 2015, vol. 8, pp. 20–28 (In Russ).
15. Airuni A. T., Galazov R. A., Sergeev I. V. Gazoobil'nost' kamennougol'nyh shaht SSSR. Kompleksnoe osvoenie gazonosnyh ugol'nyh mestorozhdenij [Gas content of coal mines of the USSR. Integrated development of gas-bearing coal deposits]. Moscow, Nauka publ., 1990, 213 p. (In Russ).
16. Kabirova S. V., Voroshilov V. G., Portnov V. S., Akhmatnurov D. R. Ocenka gazonosnosti plasta k10 v predelah Sherubajnurinskogo uchastka Karagandinskogo ugol'nogo bassejna [Estimation of gas content of the k10 seam within the Sherubainurinsk area of the Karaganda coal basin]. Izvestiya TPU ‒ Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2019, vol. 5, pp. 64–74 (In Russ).
17. Grechuhin V. V. Petrofizika uglenosnyh formacij [Petrophysics of coal-bearing formations]. Moscow, Nedra publ., 1990, 472 p. (In Russ).
18. Kovalev N. I., Lukina L. I., Soldatova S. V. Operativnoe obnaruzhenie lokal'nyh gazovyh anomalij v uglenosnoj zone shaht, vlijajushhih na vozniknovenie ob`emnyh vzryvov metana [Operational detection of local gas anomalies in the coal-bearing zone of mines, affecting the occurrence of volumetric methane explosions]. Sistemy kontrolya okruzhayushchei sredoi ‒ Monitoring systems of environment, 2023, vol. 2 (52), pp. 73–83 (In Russ).