CC BY
115
© М.В. Голицын, А.М. Голицын, Н.В. Пронина, 2002
УДК 622.411.33:533.17
М.В. Голицын, А.М. Голицын, Н.В. Пронина
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ДОБЫЧИ МЕТАНА ИЗ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
В отношении перспектив развития добычи метана из угольных пластов существуют два основных мнения. Большинство специалистов стран СНГ, в первую очередь России, Казахстана и Украины считает, что настало время начать широкое освоение углегазовых бассейнов и месторождений, особенно в районах, удаленных от месторождений природного газа и магистральных газопроводов. Причем, газ метан должен добываться не только в процессе дегазации действующих шахт, но и на участках не освоенных угольной промышленностью, хотя в неразгруженных горными работами массивах газоотдача во много раз ниже. Этой точки зрения придерживаются и за рубежом, в первую очередь в США, где в нескольких бассейнах ведется промышленная добыча метана.
Ряд крупных компаний занимается оценкой и прогнозом ресурсов метана, моделированием скважин, разработкой проектов дегазации закрытых шахт. Компания “Coalbed/Methane Service” ведет работы в семи бассейнах США, Польше, Чехии, Австралии, Великобритании, Китая, Турции и Индии. Компания Kerth Murray and Associated (шт.Колорадо) проводит приоритетные исследования потенциала угольного метана в Британской Колумбии (Канада), бассейнах Боуэн и Квинсленд (Австралия), Руре и Саа-Таблица 1
ре (Германия), Верхней Силезии (Польша), Южном Уэльсе (Великобритания), Зимбабве, Индонезии и США.
Компания Wardell Armstrong работает в угольных бассейнах ЮАР, Турции, Польши, Бангладеш, Кипра, Колумбии и Канады.
Вторая точка зрения, также заслуживающая внимания, наиболее четко высказанная в работах Л.А. Пучкова, заключается в том, что организация добычи метана из угольных пластов, неразгруженных горными работами, в настоящее время экономически нецелесообразна (5). Добыча метана должна производиться только в процессе дегазации шахт в основном для создания безопасных условий работы шахтеров. По мнению Л.А. Пучкова, бассейн Сан-Хуан, где в короткий срок добыча метана возросла от 1 до 23 млрд м3 в год, представляет собой уникальной явление природы, а в остальных “обычных” бассейнах США добыча метана ведется в ограниченных масштабах и связана со многими технологическими и экономическими трудностями. Более того, и в самом бассейне Сан-Хуан понадобилось пробурить 17 тысяч скважин, чтобы выявить зоны с повышенной газоотдачей, занимающие всего около 10 % площади бассейна. В 1993 г. из 2700 скважин в этом бассейне 600 скважин дали 12,6 млрд м3 метана(75 %), а 2100 скважин - 4,2 млрд м3 (25
%). В остальных бассейнах из 3900 скважин было добыто только 4,2 млрд м3 метана .
С серьезными трудностями в процессе освоения методов добычи шахтного метана столкнулись в 90-х годах в Карагандинском бассейне даже в таком благоприятном для этого районе, как Тентекский (пласт Д6 мощностью 4-6 м сложен малозольным витринитовым углем марок Ж, КЖ и К, газоносность 20-25 м3/т). Максимальное извлечение метана составило всего 5 м3/т.
В Украинском Донбассе откачка метана из девяти опытных скважин с поверхности на неразгруженных от горного давления участках позволила с помощью гидрорсчленения пластов извлечь всего от 13 до 27 % метана (в одной скважине 42 %).
В последние годы очень много внимания уделяется разработке методов и средств повышения газоотдачи угольных пластов, обеспечивающих разрыв связи “уголь-метан”. Это позволяет надеяться, что со временем добыча метана из угольных пластов станет рентабельной не только из преимущественно суфлярных ( как в бассейне Сан-Хуан) месторождений. Л.А. Пучков приводит четыре критерия, которые, по мнению американских специалистов, позволяют оценить перспективы добычи метана в том или ином бассейне:
• наличие мощных угольных пластов высокой степени метаморфизма, проницаемости и хрупкости с показателем отражения витринита (Ко) более 0,75 %;
• высокая газоносность угля;
• наличие резервуаров метана, т.е. системы открытых полостей, усиленных тектонической нарушенно-стью;
• возможность искуственного расширения сети естественных тре-
ЧИСЛО НАРУШЕНИЙ И ВЫТЕКАЮЩИЕ ИЗ НИХ ПОТЕРИ
Региональный ОВГСО По газовому режиму По пылевому режиму Простои в часах Условные потери
очистных подгото- вительных добычи угля, тыс. т проходки выработок пог. м
Печорский 133 1521 625 3073 163,8 898,4
Всего по РФ 806 6309 6221 16774 1185,1 4796,3
Таблица 2
РЕСУРСЫ МЕТАНА В ОСНОВНЫХ УГОЛЬНЫХ БАССЕЙНАХ РОССИИ, МЛРД М3 (4)
Показатель Кузнецкий бассейн Донецкий бассейн (Ростовская обл.) Печорский бассейн
’есурсы метана, всего 13085 97 1942
В том числе:
[а полях действующих шахт 211,5 2,5 26,4
[а разведанных и перспек- 12873,5 94,5 1915,6
тивных площадях
на верхнем этаже до глубины 7448 55,0 1260
1200 м
на нижнем этаже (1200 -1800 м) 56 37 42,0 68 2
щин и полостей, оценка степени открытости (закрытости) системы трещин.
Группа российских специалистов (2) обосновала геолого-технические критерии перспективности добычи угольного метана:
• метаноносность более 8-10 м3/т, при росте с глубиной;
• суммарная мощность угля не менее 8-10 м, при мощности угольных пластов более 1 м;
• ресурсы метана более 50-75
млрд м3;
• плотность ресурсов метана более 150-200 млн м3/км2;
• зольность угля менее 25-30 %;
• проницаемость - не менее 5
мД;
• степень метаморфизма - Г, Ж, К, ОС, Т при К = 0,6-2 %, наиболее благоприятны 0,8-1,5 %;
• петрографический состав -витринитовый;
• геодинамика угленосной толщи - массивы в состоянии растяжения или слабого сжатия;
• дебиты скважин для рентабельной добычи - не менее 20-40 тыс.
м3 в сутки.
Приведенные выше критерии справедливы, кроме трех. Следует понизить минимальный предел газоносности угля с 8-10 до 4 м3/т, как это принято в США. В районах удаленных от месторождений природного газа и газопроводов минимальный масштаб ресурсов метана должен быть снижен с 50-75 до 1 млрд м3, а в ряде случаев и до сотен миллионов кубометров. Высокой метаноносно-стью характеризуются не только вит-
Таблица 3
ринитовые, но и фюзинитовые угли, например, угли балахонской свиты Кузбасса.
Для снабжения газом небольших поселков, видимо, можно значительно снизить величину минимального дебита газовых скважин до 5-10 тыс. м3/сут, против 20-40 тыс. м3/сут.
В табл. 1 приведена краткая характеристика 35 бассейнов и месторождений России, по которым дана предварительная оценка перспектив добычи метана из угольных пластов. По большинству объектов имеющихся данных явно недостаточно для оценки их перспектив. По многим месторождениям сведения о газоносности имеются только для верхних (дегазированных) горизонтов.
Наиболее перспективными для добычи метана из угольных пластов в России являются Кузнецкий и Печорский, отчасти, Донецкий бассейны (табл. 2).
В первую очередь, это касается полей действующих шахт, где ресурсы метана в Кузбассе оцениваются в 211,5 млрд м3 и в Печорском бассейне
26,4 млрд м3.
Из геолого-промышленных районов Кузнецкого бассейна максимальными ресурсами метана и мета-ноплотностью (млрд м3/км2) обладают Ерунаковский, Томусинский, Кондом-ский, Бунгуро-Чумышский, Прокопьев-ско-Кисилевский и др. районы (табл. 3).
Наряду с ресурсами метана важным показателем является метаноп-лотность, характеризующая степень концентрации этих ресурсов. Из конкретных участков наибольшей мета-ноплотностью обладают Талдинское месторождение в Ерунаковском районе и Томская площадь в Томусинском районе - более 3 млрд. м3/км2, поле шахты “Коксовая” в Прокопьевско-Кисилевском районе - 1,7 млрд
м3/км2, поле шахты “Ольжерасская” в Томусинском районе - 1,2 млрд
м3/км2. В настоящее время работы по освоению методов добычи метана из угольных пластов ведет АО “Метан-Кузбасса”. Видимо, целесообразно для ускорения этих весьма важных работ следует привлечь РАО “Газпром”, обладающее необходимыми средствами и опытом проходки глубоких скважин.
Сравнение с наиболее перспективным американским бассейном Сан-Хуан показывает, что по многим показателям Кузнецкий бассейн выглядит не хуже (табл. 3). В то же время, с целью выявления (по аналогии с Сан-Хуаном) зон повышенной трещиноватости, пористости и проницаемости с большим количеством легко извлекаемого суфлярного метана, необходимо в наиболее газонасыщенных (южных) районах Кузбасса провести комплексное изучение основных параметров, определяющих газоотдачу угольных пластов. В этом - одна из главных задач геологов Кузбасса.
РЕСУРСЫ МЕТАНА И МЕТАНОПЛОТНОСТЬ ОСНОВНЫ Х РАЙОНОВ КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА (3)
Район Ресурсы метана, млрд. м3 Метаноплотность, млн. м^км2
Ерунаковский 3210,3 2110
Томусинский 1460,4 более 1000
Ленинский 1174,0 более 1000
Терсинский 1125,5 более 500
Кондомский 967,3 более 1000
Бунгуро-Чумышский 758,9 более 1500
Кемеровский 710,3 более 500
Прокопьевско-Кисилевский 601,0 более 1500
Араличевский 498,1 более 100
Мрасский 474,8 более 1000
Титовский 406,3 более 1000
В Печорском бассейне, по данным А.В. Подмаркова, наиболее перспективны:
• нижние горизонты шахт “Вор-кутинская” и “Северная” (глубина 1000-1200 м), где метаноплотность достигает 760 млн м3/км2;
• осевая часть поля шахты № 33 (глубина 500 м), метаноплотность 500
млн м3/км2;
• поле шахты № 4 Воргашор-ского месторождения (глу-бина 500 м), метаноплотность 300 млн м3/км2;
Из общего количества ресурсов метана в бассейне в 1942 млрд м3 на первоочередных участках Воркутско-го и Воргашорского месторождений подсчитан
41 млрд м3. Здесь, также как и в Кузбассе, геологам необходимо провести комплекс исследований по выявлению зон повышенной газоотдачи.
В Донецком бассейне (Ростовская обл.) ресурсы метана оцениваются в 97 млрд м3, в том числе на полях действующих шахт 2,5 млрд м3 (3). С 1997 г. на специальном полигоне будут отработаны методы добычи метана из скважин и закрытых шахт и оценены перспективы освоения угольного метана. В соседнем украинском Донбассе в
90-х годах начаты широкомасштабные работы по совершенствованию методов добычи метана из скважин в разгруженных и неразгруженных от горного давления угольных пластах.
Следующий перспективный регион - Урал, Западное и Восточное Приуралье. Здесь более детально должны быть оценены перспективы Кизеловского бассейна, Камской площади, Егоршинско-Каменского, Полтаво-Бредненского районов и Челябинского бассейна. Высокой мета-ноносностью отличаются глубокие горизонты Кизеловского бассейна, где резкое снижение добычи угля может быть компенсировано добычей шахтного метана. Шахты Егоршинско-Каменского и Полтаво-Бредненского районов были закрыты из-за невозможности бороться с высокой газо-обильностью. В этих районах необходимо обосновать добычу не только из угольных пластов через скважины, но и из закрытых шахт. В Челябинском бассейне, видимо, представят интерес глубокие горизонты с длиннопламенными углями и повышенной их мета-ноносностью.
В Западно-Сибирском бассейне в настоящее время пласты угля могут
рассматриваться только как генераторы газов, образовавших месторождения природного газа. Однако, в отдаленном будущем, когда иссякнут ресурсы, в первую очередь, нефти может быть станет целесообразной добыча метана из угольных пластов, что продлит трудовую занятость населения этих районов.
Крупными ресурсами метана располагают Горловский и Минусинский бассейны, но возможность и целесообразность добычи метана из угольных пластов требует специального обоснования. Неясны перспективы добычи метана из углей бассейнов Канско-Ачинского (Саяно-
Партизанское месторождение) и Иркутского (Новометелкинское и др. месторождения.) Не исключено, что на глубоких горизонтах Иркутского бассейна угли будут обладать повышенной метаноносностью, что требует изучения. Совершенно не изучена метаноносность углей Улугхемского бассейна, на глубоких горизонтах которого угли марок КЖ и К могут содержать повышенное количество метана. Если это предположение подтвердится, то за счет угольного метана можно улучшить снабжение энергией г. Кызыла в Туве. Крупные ре-
Таблица 4
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ ГАЗОУГОЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ
Показатель Бассейн
Сан-Хуан (США) Кузнецкий (Россия) Печорский (Россия)
Возраст Мел-палеоген Карбон-пермь Пермь
Строение Крупная (40 тыс. км2) впадина с пологоволнистой складчатостью Крупная (27 тыс. км2) ассиметричная впадина, осложненная разного типа складками Крупная (90 тыс. км2) асси-метричная впадина, осложненная дополнительной складчатостью
Мощность угленосных отложений, м до 5000 до 8000 До 7000
Число угольных пластов более 10 135 40
Мощность угольных пластов (в скобках - суммарная), м 1-10 (30) 0,7-24 (320) 0,7-8,0 (60)
Преобладающий тип угля Витринитовый Витринитовый (верхняя пермь), фю-зенитовый (нижняя пермь) Витринитовый
Показатель отражения вит-ринита, Ro,% 0,7-1,5 0,6-3,0 0,5-3,0
Марка угля Г, Ж, К Д,Г,Ж,К,ОС,Т,А Б,Д,Г,Ж,К,ОС,Т,А
Магматизм нет На юге редкие илы диабазов нет
Ресурсы угля, млрд т 200 516 235
Метаноплотность, млн м3/км2 600 (300-1000) 716(500-3500) 492 (180-760)
Ресурсы метана, трлн м3 2,3 13,1 2
Метаноносность, м3/т до 20 до 35 до 33
сурсы метана содержат угли Тунгусского, Таймырского, Ленского и Зырянского бассейнов, но их освоение в обозримом будущем весьма проблематично. В целом невысокой метано-носностью обладают каменные угли Южно-Якутского бассейна, хотя на глубоких горизонтах некоторых месторождений (например, Муастахско-го) следует ожидать повышенное содержание метана в углях. В Хабаровском крае определенный интерес может представить метан в углях Буре-инского бассейна и Гербикано-Огоджинского района. В Приморском крае перспективны Партизанский и Угловский бассейны и Подго-родненское месторождение.
На Северо-Востоке более детально должны быть обоснованы перспективы Аркагалинского месторождения, Омсукчанской (Га-лимовское месторождение) и Анадырской площадей. Закрытие шахт в этих районах осложняет и без того сложную здесь энергетическую обстановку, и добыча угольного метана окажется целесообразной. Крупные ресурсы метана сосредоточены в каменных углях Сахалина. Перспективны Шахтерское и Лесогорское месторождения.
Таким образом, для развития добычи метана из угольных пластов наиболее перспективны Кузнецкий и Печорский бассейны. Далее следуют бассейны Урала, юга Западной и Восточной Сибири, Хабаровского и Приморского краев, ряда месторождений Сахалина и Северо-Востока.
Следует особо подчеркнуть, что, с учетом “феномена Сан-Хуана”, повышенная метаноносность углей еще не является надежной предпосылкой для рентабельного извлечения метана из угольных пластов. Одной из главных задач является разработка критериев и методов выявления зон и площадей с повышенной газоотдачей углей, а также методов резкого увеличения извле-каемости метана из недр.
Заключение
1. Топливно-энергетичес-кий баланс России и мира еще многие годы будет базироваться на трех “китах” - угле, нефти и газе.
2. Вместе с тем, во многих
странах мира уже ведутся исследования по выявлению и оценке альтернативных источников энергии. Одним из таких источников является метан угольных пластов, мировые ресурсы которого (470 трлн м3) сопоставимы с ресурсами природного газа (400-650 трлн м3).
3. В ряде стран, в первую очередь в США, уже более 10 лет ведется добыча метана из пластов угля через скважины, превысив (в США) 30 млрд м3 в год; совершенствуются известные, разрабатываются новые методы его добычи.
Добыча метана из угольных пластов в мире, по оценкам сециа-листов, может в перспективе составить 96-135 млрд м3 в год, в том числе в США 45-60, России 12-18, Китае 9-14. В более отдаленной перспективе добыча метана может увеличиться до 470-600 млрд м3 в год и составить 21-25 % мировой добычи природного газа. Себестоимость добычи метана в бассейнах США составляет 40-65 долл. за 1000 м3.
4. Метан в угле обычно находится в сорбированном состоянии (75-80 %), связь системы “метан-уголь” очень тесная и разорвать ее для извлечения метана весьма сложно. Лишь на немногих месторождениях (типа Сан-Хуана в США) большая часть метана находится в суфлярном состоянии, заполняя пустоты, трещины, макропоры и т.д., что позволяет сравнительно легко и экономично извлекать его из угля.
5. В России с целью создания безопасных условий работы шахтеров уже многие годы ведется дегазация газоносных (5-30 м3/т) угольных пластов на шахтах, газообильность которых меняется от 5 до 100 м3/т. Однако, почти весь метан выбрасывается в атмосферу, а утилизируется (только в Печорском бассейне) всего - 47 млн м3 (10 %) в год.
6. В настоящей работе проведен анализ в основном литературных материалов по 35 угольным бассейнам и месторождениям России с целью выделения наиболее перспективных объектов для органиации промышленной добычи метана из угольных пластов. Ресурсы метана в угольных пластах в России оцениваются в 100-120 трлн м3. Наиболее перспективны для ос-
воения ресурсов метана Кузнецкий (13,1 трлн м3), Печорский (2 трлн м3). По остальным бассейнам и месторождениям из-за недостатка материалов можно сделать только предварительные выводы.
Несомненный интерес могут представить угли нижнекарбоновых месторождений Уральского региона, отличающиеся высокой газоносностью. Целый ряд объектов для организации добычи метана имеются в Восточной Сибири (Улугхемский и Минусинский бассейны), в Хабаровском крае (Буреин-ский бассейн). В Приморье (Партизанский и другие бассейны) на Северо-Востоке России.
Для более обоснованных выводов в этих бассейнах провести комплексное изучение проблемы с бурением контрольных скважин и детальным исследованием всех вопросов газоносности углей.
7. Министерству природных ресурсов совместно с угледобывающими предприятиями, РАО “Газпром” и науч-но-исследова-тельскими институтами необходимо в кратчайшие сроки разработать “Комплексную программу переоценки перспектив развития добычи метана в угольных бассейнах России”, в которой отразить отечественный и мировой опыт метанодобычи из угольных пластов и наметить очередность изучения и освоения метано-угольных месторождений страны.
8. Наряду с добычей метана из угольных пластов необходимо провести дополнительные исследования по выявлению залежей свободного газа в пределах угольных бассейнов (в настоящее время известны десятки таких залежей в Кузбассе с общими запасами более 100 млрд м3 газа).
Усилия геологов должны быть направлены на выявление в газоносных бассейнах зон с повышенной газоотда-чей угольных пластов и разработку соответствующих критериев. В задачу технологов входит разработка новых эффективных методов разрушения связи “уголь-метан” в месторождениях с сорбированным метаном для увеличения газоотдачи угольных пластов с 10-30 до 60-70 %.
1. Ахметбеков Ш.У. Заблаговременная дегазационная подготовка шахтных полей и добыча метана//Горный информационноаналитический бюллетень. Изд-во МГГУ. -1997, - №6. - С. 191-193.
2. Зимаков Б.М. Новая концепция геолого-технологической оценки перспектив добычи метана из угольных пластов//Акт. Проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. - М.: Изд-во МГУ. - 1993. - С. 185-191.
3. Зимаков Б.М., Матвиенко Н.Г., Твердохлебов В.Ф. и др. Перспективы добычи метана из угольных пластов при комплексном освоении топливно-энергетических ресурсов Кузбасса//Акт. Проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. - М.:
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Изд-во МГУ. - 1993. - С. 192-204.
4. Зимаков БМ., Матвиенко Н.Г., Козловский Е.А., Хрюкин В.Т., Подмарков А.В., Натура В.Н., Куленков В.П. Перспективы промысловой добычи метана из угольных пластов в России//Горн. пром. России на рубеже ХХ-ХХІ вв. Межд. Конф.., Москва, 15-17 ноября 1994 г. - М.: ИГД им.А.А.Скочинского. - 1995. - С. 140-151.
5. Пучков Л.А. Реальность промысловой добычи метана из неразгруженных пластов. - М.: Изд-во МГГУ, 1996. - 23 с.
Голицын М.В., Голицын А.М., Пронина Н.В. - Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова.
