CC BY
92
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №3/2016 ISSN 2410-700Х_
ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 550.83
Когай Михаил Илларионович
магистрант каф. ГРМПИ, КарГТУ, г. Караганда, РК Е-mail: [email protected] Сакин Султан Бахитжанович магистрант каф. ГРМПИ, КарГТУ, г. Караганда, РК
Е-mail: [email protected] Садчиков Александр Викторович канд. техн. наук, заведующий кафедрой ГРМПИ, г. Караганда, РК
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТРЕХКОМПОНЕНТНОГО ГЕОАКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТ ПО СТИМУЛИРОВАНИЮ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В КАРАГАНДИНСКОМ УГОЛЬНОМ БАССЕЙНЕ
Аннотация
В статье обобщены работы многих авторов по изучению акустической эмиссии регистрируемой в горных породах и углях, при различных физических взаимодействиях. Описана эффективность применения и перспективность развития трехкомпонентного геоакустического каротажа при определении зон повышенной трещиноватости. В основе статьи положены данные по исследованию акустической эмиссии кандидатом тех. наук Трояновым А.К., научным сотрудником УоРАН Института геофизики им Ю.П. Балашевича.
Ключевые слова
Акустическая эмиссия, метан, угольный пласт, гидроразрыв, анизотропия, трехкомпонентный геоакустический каротаж.
Общие геологические ресурсы метана в угольных пластах и породах до нижней границы залегания пластов (1500 м.) в Карагандинском угольном бассейне (КУБ) составляют около 4000 млрд.м3, в том числе в угольных пластах и вмещающих породах в равных долях - по 2000 млрд.м3. Промышленные же ресурсы метана в угольных пластах КУБ превышают 1000 млрд.м3. Учитывая что классификации по величине извлечения и запасам угольно-газовых месторождений не существует, то применяя классификацию нефтегазовых месторождений где уникальными считаются месторождения от 500 млрд.м3, КУБ на сегодняшний день можно считать уникальным по запасам газа метана [5].
В настоящее время в КУБ по разведке и добыче метана из угольных пластов работает два пилотных проекта на участках шахты Саранской и участок Шерубайнуринский. Данные проекты на разведку метана угольных пластов, состоят из следующих этапов:
1. Сбор, обобщение, анализ геологической информации по участку, оценка площадей по газоносности угольных пластов и вмещающих пород, геотермическим и гидрогеологическим условиям, по запасам угля, ресурсам метана;
2. Определение мест заложения разведочных и опытно-промышленных скважин (большого конечного диаметра), по которым будут проведены геофизические, гидродинамические исследования, тестирование и гидроразрыв пластов (ГРП) угля и оценка газоотдачи.
В современном представлении угольный пласт малопроницаемая блочно-трещиноватая среда с огромной анизотропией свойств, основная масса метана в которой находится в сорбированном состоянии.
Установленные экспериментально средние величины газопроницаемости угольных пластов в шахтах Карагандинского бассейна на ряде пластов, приведенные в таблице 1, значительно превышают газопроницаемость угольных пластов Донбасса и на 10-15% выше, чем газопроницаемость пластов в Кузнецком и Печорском бассейнах на аналогичных глубинах [5].
Газ низко проницаемых угольных пластов как видно из таблицы 1 не может быть добыт экономично без применения ГРП и наиболее перспективными для добычи метана из угольных пластов являются угольные пласты К12, К10, К7.
Таблица 1
Средние величины газопроницаемости разрабатываемых угольных пластов Карагандинского бассейна
Угольный пласт Глубина от поверхности, м Выход летучих веществ, % Средняя величина газопроницаемости, 103 мД
1 2 3 4
К18 Новый 400-500 28-32 0,6-0,9
К14 Четырехфутовый 350-500 26-31 0,3-0,7
К13 Шестифутовый 400-500 25-30 0,9-1,1
К12 Верхняя Марианна 250-450 23-28 3,3-5,5
К10 Феликс 400-450 21-27 1,0-1,5
К7 Замечательный 400-500 20-26 1,2-1,8
К4 Вышесредний 250-400 20-25 1,0-1,1
КЗ Средний 300-400 19-24 0,8-1,0
К2 Нижесредний 200-300 28-22 0,7-0,9
а5 Двойной 300-450 23-25 0,7-0,9
Сущность гидроразрыва угольного пласта заключается в создании в угольном пласте техногенного коллектора, с развитой системой трещин, соединяющихся через скважину с дневной поверхностью. Образование сети трещин в радиусе до 100 м от скважины производится путем закачки в угольный пласт рабочей жидкости, из смеси воды и проппанта (кварцевого песка определенного размера) с темпом, превышающим естественную приемистость массива [5]. На рисунке 1 приведена основная сущность работ по технологии стимулирования угольных пластов.
С целью повышения эффективности ГРП, в процессе ведения работ, возникли новые задачи:
1. Оценка азимутальной анизотропии, которая может быть следствием трещиноватости;
2. Анизотропия проницаемости и сложной структуры коллекторов;
3. Определение азимута простирания основной системы кливажа углевмещающего массива;
4. Определение характера насыщения.
«Естественное»завершение \ — ( /
Завершение с ГРП \1 1 ! Ш 1 11 1 И И И 1 1/
/ \ ИМИ и ^TTTTTi 11 и
Рисунок 1 - Завершения скважины с ГРП и естественное завершение скважины.
Эти задачи согласно проектному комплексу методов решаются на стадии геофизических работ комплексом методом гамма каротажа (ГК), гамма-гамма каротаж плотностного (ГГК-П), бокового каротажа (БК), бокового каротажа сканирующего (БКС), самопроизвольной поляризации (ПС), кажущегося сопротивления (КС), инклинометрии, кавернометрии, термометрии [5].
В силу сложности тектонического строения участков и всего КУБ в целом зачастую бурение скважин сопровождается аварийными ситуациями, что приводит к отклонению от проектного геолого-технического наряда и зачастую сопровождается посадкой обсадных колон, с целью их предотвращения. Потеря информации и возможность решения выше указанных задач затрудняется.
Одним из перспективных направлений в области изучения свойств, состояния и структуры горных пород является использование метода акустической эмиссии (АЭ) [7]. Основными источниками АЭ являются процессы пластической деформации, связанные с появлением, движением и исчезновением дефектов кристаллической решетки, возникновением и развитием микро- и макротрещин, а также трение, в том числе «берегов» трещины друг о друга[8].
Постоянное напряженное состояние пород в земной коре вызывает их деформацию, приводит к образованию новых систем трещин и дефектов, что сопровождается акустической эмиссией Исходя из опыта работ [7], графики распределение акустической эмиссии при деформировании образцов угля довольно дифференциальны что позволяет выделить переходные процессы деформации угля и выделить уголь как класс геоматериалов для исследования АЭ. Широкий спектр акустических шумов от десятков Герц до нескольких КилоГерц дает представление о протекании различных физических процессов.
Газопроницаемость ископаемых углей в природных условиях зависит от макроструктуры угольного пласта систем трещин и кливажа. Решение вопроса о направленности и количестве трещиноватости возможно с применением трехкомпонентного геоакустического каротажа, в основе которого лежит применение прибора с пьезоэлектрическими датчиками акселерометров в ортогональной системе координат, разработанного в Институте геофизики Уральского отделения РАН. На рисунке 2 представлены конструктивные особенности прибора, расположение датчиков в ортогональной системе и направление осей чувствительности [4].
На практике наблюдается что зоны с повышенным значением трещиноватости выделяются аномалиями сейсмоакустической эмиссии, что способствуют решению поставленных задач [4]. Максимальные амплитуды АЭ, пространственно совпадают с зонами разломов, дробления и трещиноватости пород по разрезам скважин. Наличие таких аномалий сейсмоакустической эмиссии (САЭ) является отражением динамической расслоенности тектонически нарушенной геологической среды [2].
Рисунок 2 - Схема прибора трехкомпонентного геоакустического каротажа
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»» №3/2016 ISSN 2410-700Х_
Благодаря работам по исследованию геофизического контроля трещинообразования, разрушение образцов угля и горных пород сопровождается генерированием акустической эмиссии с различным уровнем амплитуд и частотного спектра. В таблице 2 представлен частотный спектр импульсов при разрушении осадочных пород и углей Донбасса [10].
Испытание образцов показывают что при разрушении образцов угля, в ввиду различия их строения и состава образуются разные виды трещин - сдвиговые, сколовые, Ределя и их комбинаци [10].
Таблица 2
Диапазон частот, генерируемых при разрушении геоматериала
Наименование геоматериала Диапазон частот эмиссии, Гц
Уголь Г-Д (газовые - длиннопламенные) 100 - 11000
К (коксовые угли) 60 - 6000
Ж (жирные угли) 80 - 5600
А (антрациты) 190 - 10000
Аргиллит 80 - 7500
Алевролит 120 - 10000
Песчаник 250 - 20000
Известняк 150 -15000
Определение же направленности трещин и очагов генерирования АЭ, решается путем изучения шумов по частотному составу и диапазону генерирования, амплитуде, времени вступления и знаку первой фазы АЭ. Опыт показывает что по взаимным отношениям временных интервалов регистрации импульсов возможно выделить очаги образования шумов. Благодаря ортогональному расположению датчиков регистрирующего прибора возможно предположить что определение направления трещиноватости возможно по отношению амплитудных характеристик АЭ с датчиков разной направленности.
При разработке методики трехкомпонентного геоакустического каротажа экспериментально было установлено, что амплитудный уровень сигналов с вертикального датчика составляет 60-70 % от сигналов с горизонтальных датчиков. Увеличение уровня сигналов с вертикального датчика, например, при измерениях вблизи активного субвертикального разлома, свидетельствует о преобладании вертикальной направленности современных микроколебаний массива пород [9].
Появление высокочастотного акустического сигнала в толще осадочных пород, как правило, связано с процессами флюидогазодинамики [3]. На практике установлены границы частатных диапазонов сейсмоакустической эмиссии (САЭ) при движении воды, газа, газового конденсата в условиях месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мегабассейна, месторождений Ямало-Ненецкого автономного округа, позволяющие определенить их текущую насыщеность, положение и мощность газожидкостного контакта в пластах-коллекторах [4].
Исследуя выше указанную классификацию можно сделать вывод о возможности ее применения в КУБ, согласно которой суммарный углеводородный спектр САЭ находится в диапазоне 500-5000 Гц. и включает зону выделения характерных САЭ газа в диапазоне 2500-5000 Гц. Исходя из полученных данных при регистрации САЭ (акустических шумов) и его последующей интерпретации можно решить задачи направления характера, потоков движения газа и флюида.
Амплитудные аномалии высокочастотных акустических сигналов отражают наличие и движение газа или флюида с газовым фактором, при этом увеличение сигнала компоненты Ъ, по сравнению с горизонтальными, свидетельствует о вертикальном движении газа или газожидкостной смеси. При слабом же движении газа или газожидкостной смеси по пласту, в отстутсвии интенсивных амплитудных аномалий сигналов с горизонтальных датчиков, применяют параметр М=Х^ в разных полосах частот что позволяет зафиксировать это движение, при условии Х^ не равно единице [3].
Изучение направленности горного давления и анизотропии пород так же является перспективной так как газопроницаемость угольного пласта значительно изменяется под воздействием горных работ. В зонах влияния горных работ изменяется напряженно-деформируемое состояние угольного массива.
Проявление знакопеременных величин горного давления ведет к изменению газопроницаемости пласта на 2-5 порядков [5]. Благодаря работам по измерению геоакустических шумов в Кольской
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»» №3/2016 ISSN 2410-700Х_
сверхглубокой скважине, применение информативных параметров М1 и М2, характеризующих соотношение сигналов с горизонтальных датчиков одинаковой чувствительности в полосах частот 0.1-0.5 кГц и 0.5-2.5 кГц, соответственно, позволяет обнаружить участки анизотропного распределения источников геоакустических шумов [9], что в первом предположении может служить о показателе анизотропии горных пород В однородной изотропной среде величина соотношения сигналов горизонтальных компонент близка к единице
В зависимости от величины всестороннего равномерного сжатия и текстуры пород резко изменяются модуль упругости, коэффициент Пуассона, прочность на сжатие и другие свойства, что приводит к увеличению или уменьшению показателя анизотропии [6]. В следствии чего можно предположить определение наибольшего горного давления.
Выводы:
1. Возможности применения трехкомпонентного геоакустического каротажа в КУБ доказана рядом исследований по изучению АЭ, и становится необходимой для решения ряда задач в сложных геологичеких условиях.
2. Аппаратура трехкомпонентного геоакустического каротажа исходя из опытных работ Гремихинского месторождения, не подвержена наличию обсадной колоны и не влияет на амплитудный уровень сейсмоакустической эмиссии [4], что позволяет решить выше указанные задачи при потерях информации после обсадки скважины.
3. . Изучение геоакустических шумов в скважинах становится все более перспективным направлением и способно решать задачи не только геодинамики но и определения коллекторских свойств горных пород, характера насыщения и другие.
4. Решение вопроса о зонах повышенной трещиноватости по данным аномалий АЭ считается возможным.
5. Высказаны предположения о применения трехкомпонентного геоакустического каротажа для определения анизотропии горных пород и как следствия повышенного горного давления, благодаря сопоставлению сигналов с горизонтальных датчиков в разных полосах частот и обнаружения участков анизотропного распределения источников геоакустических шумов.
6. Исходя из возможности определения направленности микроколебаний пород и основных систем трещин, возможно создание более совершенного аппаратного комплекса трехкомпонентного геоакустического каротажа в конструкцию которого можно включить блок инклинометрических датчиков для привязки показаний зонда к пространственным координатам, что позволит определить азимут простирания основных систем трещин.
Список использованной литературы:
1. А.К. Троянов, Ю.Г. Астраханцев, Н.И. Начапкин, Г.В. Иголкина - Изучение пространственно-временных изменений сейсмоакустической эмиссии геосреды в Уральской сверхглубокой скважине СГ-4 // Интерэкспо Гео-Сибирь. Выпуск № -2. - том 3. - 2006.
2. А.К. Троянов, Ю.Г. Астраханцев, Н.И. Начапкин, Прудиус А.С. - Динамика геосреды и изменчивость параметров сейсмоакустической эмиссии в Кольской сверхглубокой скважине // Интерэкспо Гео-Сибирь. -том 5. - 2007.
3. А.К. Троянов, Ю.Г. Астраханцев, Н.И. Начапкин, С.К. Епископосова - Сейсмоакустическая эмиссия геосреды (акустическаяшумометрия) в нефтяных и газовых скважинах // Интерэкспо Гео-Сибирь. - 2007. -том 5.
4. А.К. Троянов, А.К. Таланкин, В.С. Портнов, А.В. Никитина, М.В. Пономарева - Применение трехкомпонентного геоакустического каротажа при разработке газовых и газоконденсатных месторождений: учеб пособие; КарГТУ. - Караганда: Изд-во КарГТУ, 2014. - 132с.
5. Проект - Разведка метана угольных пластов Шерубайнуринского угленосного района (Шерубайнуринский участок) Карагандинского угольного бассейна - АО НК СПК "Сарыарка".
6. Р.З. Акопян - Опеределение показателей анизотропии горных пород под высоким давлением // Изв. НАНРА и ГИУА - 2006.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»» №3/2016 ISSN 2410-700Х_
7. С.В. Кучурин - Исследование закономерностей акустической эмиссии при деформировании образцов угля с использованием методов статистической обработки экспериментальных данных // ГИАБ. - № 4. - 2005. - С. 60 -63.
8. Ю.В. Марапулец - Высокочастотный акустоэмиссионный эффект // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. -Выпуск № 1 (10). - C. 44-53. -2015.
9. Ю.Г. Астраханцев, Д.М. Губерман, Б.П. Дьяконов, С.Л. Певзнер, А.К. Троянов, Ю.Н. Яковлев -Геоакустические шумы в Кольской сверхглубокой скважине // Вестник Мурманского государственного технического университета. - Выпуск № 2. - том 10. - 2007.
10.Ю.Н. Пилипенко, Р.А. Дякун (ИГТМ НАН Украины) Геофизический контроль трещинообразования при разрушении флюидонасыщенного угля и горных пород // Геотехническая механика. - 2012 - С. 69 - 81.
© Когай М.И., Сакин С.Б., Садчиков А.В., 2016
УДК 553
Лисицина Юлия Игоревна
студентка 4 курса ЮФУ Грановский Александр Григорьевич
канд. геол.-мин. наук. доцент ЮФУ г.Ростов-на-Дону, РФ E-mail: [email protected] [email protected]
ОСОБЕННОСТИ МЕДНО-СКАРНОВОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ БАРАНЧИНСКОЙ ПЛОЩАДИ (ГОРНЫЙ АЛТАЙ)
Аннотация
В пределах Баранчинской площади выделяется минерализованная зона в скарнах, перспективная для поисков золото-сульфидной минерализации. Оруденение представлено жилами, прожилками сульфидов меди. Характерны структуры распада твердых растворов, позволяющие установить последовательность и температуру образования минералов.
Ключевые слова
Горный Алтай, скарны, медьсодержащие минералы, медно-скарновая минерализация.
Баранчинская площадь находится в северной части Горного Алтая в зоне сочленения Аламбайско-Каимской и Ануйско-Чуйской зон Салаирско-Алтайской складчатой системы.[1, c.65] Территория была интенсивно подвержена магматизму, что повлияло на сложное блоковое строение с системой взбросово-надвиговых и надвиговых разломов. Большая часть площади сложена ордовикско-раннедевонскими карбонатно-терригенными и среднедевонскими осадочно-вулканогенными породами с дайками гранит-порфиров, риолитов. Палеозойские комплексы перекрыты осадками неоплейстоцена и голоцена. [2, с.35]
Баранчинское золоторудно-россыпное поле расположено в юго-западной части одноименного золоторудно-россыпного узла, в бассейне реки Баранча и её притоков.
В период приведения полевых исследований Баранчинской площади была выделена перспективная минерализованная зона: зона развития прожилково-вкрапленной окисленной медистой минерализации в пироксен-гранат-везувиановых скарнах. В то же время для всего района характерны метасоматически измененные и в различной степени минерализованные скарны.
Минерализованные скарны представлены телом 4 метра в поперечнике. Состав контактово-метасоматических пород - пироксен-везувиан-гранатовые, пироксен-волластонит-везувиан-гранатовые
