Способ разведки угольного метана

Изобретение относится к геофизике, разведке или обнаружению с использованием комбинированных способов, представляющих собой сочетание двух и более способов, и может быть использовано при изучении и разведке угольных пластов как нетрадиционных коллекторов сорбированного метана и выявлении свободных скоплений газа в угленосном разрезе с целью добычи угольного метана. Предлагаемый способ разведки угольного метана предназначен для изучения и подготовки метаноугольных месторождений к разработке и включает проведение полевых работ, регистрацию, последующую совместную обработку и геологическую интерпретацию данных многоволновой сейсморазведки методом общей глубинной точки, трехкомпонентного вертикального сейсмического профилирования и геофизических исследований скважин. Регистрацию данных многоволновой сейсморазведки методом общей глубинной точки выполняют одновременно на наземных азимутальных профилях, проходящих через скважину, и непосредственно в скважине, по меньшей мере, в одной точке, которую выбирают в зоне расположения метаноносных угольных коллекторов. Технический результат: повышение информативности способа.

 

Изобретение относится к геофизике, разведке или обнаружению с использованием комбинированных способов, представляющих собой сочетание двух и более способов, и может быть использовано при изучении и разведке угольных пластов как нетрадиционных коллекторов сорбированного метана и выявлении свободных скоплений газа в угленосном разрезе с целью добычи угольного метана. Предлагаемый способ разведки угольного метана предназначен для изучения и подготовки метаноугольных месторождений к разработке и включает комплекс геофизических методов: многоволновую сейсморазведку методом общей глубинной точки с регистрацией данных одновременно на наземных азимутальных профилях, проходящих через скважину, и непосредственно в скважине, трехкомпонентного вертикального сейсмического профилирования и геофизических исследований скважин.

В настоящее время в России не существует комплексных геофизических технологий разведки нетрадиционных коллекторов сорбированного метана и выявления свободных скоплений газа в угленосном разрезе с целью добычи угольного метана.

В отечественной углеразведке известны методы геофизических исследований скважин [1] и сейсморазведки [2], применяемые на угольных месторождениях. Материалы геофизических исследований скважин используются для выделения угольных пластов в разрезах углеразведочных скважин, определения их мощности, глубины залегания, полного набора петрофизических характеристик, а также для корреляции разрезов скважин и выделения разрывных нарушений [1]. Целью сейсморазведки является детализация гипсометрии угольных пластов, подлежащих разработке, а также выявление и прослеживание по площади тектонических нарушений, осложняющих структурный план целевых горизонтов [2].

Однако эти технологии [1, 2], необходимые для правильного подсчета запасов углей и последующего проектирования шахт, не дают решений по прогнозу зон повышенного содержания сорбированного метана в угольных пластах и не направлены на выявление свободных скоплений газа в пределах изучаемых площадей.

Известен способ прогнозирования газоносности угольных пластов по данным геолого-геофизических исследований углеразведочных скважин [3]. В его основу положено создание литолого-генетической модели газоносности угольных пластов, реализуемое с помощью математического аппарата нелинейной марковской статистики. Прогноз газоносности угольных пластов, выполненный на отдельных участках в Донбассе, Якутии и Кузбассе, позволил правильно выбрать средства борьбы с метанопроявлениями и повысить безопасность горных работ в шахтах.

Существенным недостатком практикуемого способа [3] является фрагментарность исходных геологических материалов вследствие неполного выхода угольного керна при бурении углеразведочных скважин. В рамках предложенного технического решения не рассматривается вопрос целенаправленной добычи метана, сорбированного в угольных пластах, хотя и упоминается о возможности его извлечения как самостоятельного полезного ископаемого при создании угольных шахт.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, т.е. его прототипом, являются геофизические технологии, развиваемые в последние годы в США [4] там, где участки добычи угольного метана совпадают с традиционными районами разработки угольных пластов, и геологическое изучение которых выполнено лишь для верхней части разреза - до глубины 500 м. В связи с этим существенно возрастает роль сейсморазведки как средства изучения метаноугольных месторождений на большую глубину, проектирования объектно-ориентированных разведочных углеметановых скважин и выбора оптимального местоположения углеметановых скважин. Показано, что для решения этих задач необходимо проведение полевых работ, регистрация, последующая совместная обработка и геологическая интерпретации данных наземной многоволновой сейсморазведки методом общей глубинной точки, трехкомпонентного вертикального сейсмического профилирования и геофизических исследований скважин. При рассмотрении различных вопросов совместной обработки и геологической интерпретации данных исследованы возможности процедуры AVO-анализа по сейсмограммам для выделения пористых и трещиноватых зон. При анализе сейсмических материалов с позиций поляризации продольных и поперечных волн выделяются зоны повышенной анизотропии, которые связаны с наличием определенной системы трещиноватости и кливажа, что позволяет прогнозировать зоны повышенного содержания сорбированного метана в угольных пластах. Среди других результатов интерпретации геофизических материалов наиболее важными считаются карты сейсмических атрибутов (коэффициенты затухания и Пуассона, модуль Юнга, параметр гамма, равный соотношению скоростей поперечной и продольной сейсмических волн), которые имеют корреляционную связь с газонасыщенностью и позволяют выявлять свободные скопления газа в угленосном разрезе.

Основным недостатком прототипа [4] является то, что при проведении многоволновой наземной сейсморазведки методом общей глубинной точки на площадях с зоной малых скоростей, распространяющейся от поверхности на глубину в несколько десятков метров, регистрируемое на поверхности исходное сейсмическое волновое поле характеризуется наличием волн-помех, неудовлетворительным соотношением сигнал/шум, нерегулярным характером прослеживания годографов отраженных волн.

Отличие заявляемого способа разведки угольного метана от прототипа [4] заключается в том, что регистрацию данных многоволновой сейсморазведки методом общей глубинной точки выполняют одновременно на наземных азимутальных профилях, проходящих через скважину, и непосредственно в скважине, по меньшей мере, в одной точке, которую выбирают в зоне расположения метаноносных угольных коллекторов.

Многоволновая сейсморазведка методом общей глубинной точки с одновременной регистрацией данных на наземных азимутальных профилях, проходящих через скважину, и непосредственно в скважине, выполненная на экспериментальном полигоне в Кузбассе, где мощность рыхлых наносов изменяется от 5 до 40 м, показала, что регистрируемое на поверхности исходное сейсмическое волновое поле характеризуется наличием интенсивных низкочастотных волн-помех, связанных с поверхностной волной, которая образуется в зоне малых скоростей - в рыхлых отложениях верхней части разреза. За счет экранирования энергии сейсмических колебаний на границе раздела высококонтрастных сред - рыхлых отложений и консолидированных коренных пород, резко уменьшается интенсивность отраженных сейсмических волн при их регистрации на поверхности наземными приемными устройствами, понижается соотношение сигнал/шум, годографы отраженных волн прослеживаются прерывисто.

При приеме сейсмической информации скважинным зондом непосредственно в скважине, в одной или нескольких точках, качество регистрируемого поля отраженных волн значительно улучшается: отсутствуют поверхностные волны-помехи, повышается соотношение сигнал/шум, годографы отраженных волн прослеживаются практически непрерывно. Уровень (глубина), на которой устанавливается в скважине трехкомпонентное приемное устройство, выбирается исходя из глубины залегания выбранного угольного пласта или группы пластов-коллекторов сорбированного метана с целью формирования оптимальной геометрии прихода отраженных сейсмических волн. Так, при проведении сейсмораведочных работ, ориентированных на изучение мощного угольного пласта, залегающего на глубине 500 м, для оптимального приема отраженных волн в скважине приемное устройство располагалось на глубине 300 м.

Еще одним недостатком прототипа [4] является то, что он не дает целостной картины того, как может быть реализована разведка угольного метана геофизическим комплексом, и предлагает прогнозировать зоны повышенного содержания сорбированного метана в угольных пластах лишь на основе анализа поляризации продольных и поперечных сейсмических волн, хотя можно применить и другие методы прогноза по данным сейсморазведки.

Задачей предлагаемого технического решения является реализация способа разведки угольного метана с использованием комплекса геофизических методов.

Поставленная задача решается следующим образом. В способе разведки угольного метана, заключающемся в проведении полевых работ, регистрации, последующей совместной обработке и геологической интерпретации данных многоволновой сейсморазведки методом общей глубинной точки, трехкомпонентного вертикального сейсмического профилирования и геофизических исследований скважин, регистрацию данных многоволновой сейсморазведки методом общей глубинной точки выполняют одновременно на наземных азимутальных профилях, проходящих через скважину, и непосредственно в скважине по меньшей мере в одной точке, которую выбирают в зоне расположения метаноносных угольных коллекторов.

Способ осуществляют поэтапно.

Первый этап включает последовательное выполнение полевых работ.

Выполняют геофизические исследования углеметановой скважины, включая широкополосный акустический каротаж, и трехкомпонентное вертикальное сейсмическое профилирование.

Проводят многоволновую сейсморазведку методом общей глубинной точки с регистрацией данных одновременно на наземных азимутальных профилях, проходящих через скважину, и непосредственно в скважине, по меньшей мере, в одной точке, которую выбирают в зоне расположения метаноносных угольных коллекторов. Особенностью технологии являются наблюдения волнового поля непосредственно в скважине, которые обеспечивают регистрацию полного объема сейсмической информации во внутренних точках среды, свободной от влияния зоны малых скоростей и включающей волны различного типа - продольные, обменные и поперечные. Количество точек - уровней наблюдений определяется количеством исследуемых угольных пластов - коллекторов сорбированного метана. Последнее позволяет по сейсмическим данным как в точке скважины, так и в околоскважинном пространстве получить распределение упругих параметров и увязать их с данными геофизических исследований скважины и трехкомпонентного вертикального сейсмического профилирования. Одновременно с регистрацией информации в скважине при фиксированном пункте возбуждения сейсмических волн производится прием колебаний на поверхности по сети азимутально-ориентированных сейсмических профилей. Наличие данных метода общей глубинной точки по поверхности позволяет уточнить сплошную геометрию угольных пластов, локализовать области тектонических нарушений и зон трещиноватости. На основе выполненных наземных и разноуровневых наблюдений в скважине уточняется как общий структурный план, так и отдельные детали строения исследуемого участка метаноугольного месторождения.

Второй этап включает совместную обработку и геологическую интерпретацию материалов многоволновой сейсморазведки методом общей глубинной точки, трехкомпонентного вертикального сейсмического профилирования и геофизических исследований скважины. Последовательно выполняют следующие подэтапы.

1. Построение геолого-геофизических моделей перспективных площадей метаноугольных месторождений с целью их подготовки к добыче метана из угольных пластов.

2. AVO-анализ по сейсмограммам для выделения пористых и трещиноватых зон.

3. Построение карт сейсмических атрибутов (коэффициенты затухания и Пуассона, модули Юнга, сдвига и объемной упругости, а также параметр гамма, равный соотношению скоростей поперечной и продольной сейсмических волн) по целевым группам угольных пластов и отдельным наиболее мощным угольным пластам.

4. Построение карт параметрических геополей (статистических и градиентных характеристик) по целевым группам угольных пластов и отдельным наиболее мощным угольным пластам. Статистические характеристики - средние значения мгновенных амплитуд, фаз, частот и т.д., рассчитываются в скользящем окне, размер которого определяется интерпретатором в пределах целевого интервала угленосного разреза на основе имеющейся априорной информации. Дисперсия поля мгновенных амплитуд, фаз, частот позволяет выделить области, характеризующиеся повышенной неоднородностью. Градиентные характеристики - горизонтальный, вертикальный и полный градиенты волнового поля, а также направление полного градиента, используются с целью повышения разрешенности записи на этапе выделения тонких особенностей структуры поля. Градиентные характеристики подчеркивают детали строения среды, обусловленные тектоническими дислокациями.

5. Прогнозирование зон повышенного содержания сорбированного метана в угольных пластах по комплексу сейсмических атрибутов (коэффициенты затухания и Пуассона, модули Юнга, сдвига и объемной упругости, а также параметр гамма, равный соотношению скоростей поперечной и продольной сейсмических волн) и параметрическим геополям (статистическим и градиентным характеристикам).

6. Выявление свободных скоплений газа в пределах изучаемых площадей на основе AVO-анализа, по комплексу сейсмических атрибутов (коэффициенты затухания и Пуассона, модуль Юнга, параметр гамма, равный соотношению скоростей поперечной и продольной сейсмических волн) и параметрическим геополям (статистическим и градиентным характеристикам).

7. Представление материалов для подсчета запасов угольного метана.

8. Проектирование объектно-ориентированных разведочных углеметановых скважин и выбор оптимального местоположения углеметановых скважин в пределах изученных площадей метаноугольных месторождений.

9. Представление рекомендаций по технологии извлечения метана, сорбированного в угольных пластах-коллекторах или находящегося в виде свободных скоплений при предварительно выбранной точке заложения углеметановой скважины или куста скважин и направлению бурения - вертикальному, наклонно-направленному, горизонтальному.

Реализация заявляемого изобретения планируется при продолжении работ на научном полигоне в Кузбассе, в рамках проекта по изучению возможности добычи метана из угольных пластов. Такой проект реализуется в России впервые и имеет высокую социально-политическую и экономическую значимость, особенно для регионов, испытывающих дефицит поставок природного газа или вообще еще не охваченных газификацией.

Источники информации

1. Гречухин В.В. и др. Геофизические методы изучения геологии угольных месторождений. М.: Недра, 1995. - 477 с.

2. Козельский И.Т. и др. Геологическое заключение по результатам проведения наземной сейсмической разведки на поле шахты №7 Соколинского месторождения Кузнецкого бассейна. Нарофоминск: НПП "Земля", НПП "Углегеотехнология", 1995. - 22 с.

3. Черников А.Г. и др. Рекомендации по прогнозированию газоносности угольных пластов по комплексу геолого-геофизических исследований углеразведочных скважин. М.: ГЕОН, 2000. - 62 с.

4. Ramos A.C., Davis T.L. Case History. 3-D AVO analysis and modeling applied to fracture detection in coalbed methane reservoirs. GEOPHYSICS. VOL 62, N6, 1997, p.1683-1695.

Способ разведки угольного метана, заключающийся в проведении полевых работ, регистрации, последующей совместной обработке и геологической интерпретации данных многоволновой сейсморазведки методом общей глубинной точки, трехкомпонентного вертикального сейсмического профилирования и геофизических исследований скважин, отличающийся тем, что регистрацию данных многоволновой сейсморазведки методом общей глубинной точки выполняют одновременно на наземных азимутальных профилях, проходящих через скважину, и непосредственно в скважине по меньшей мере в одной точке, которую выбирают в зоне расположения метаноносных угольных коллекторов.