Ожидаемые объемы промысловой добычи метана в Кузнецком бассейне

1. Труфанов В.Н., Гурьянов В.В., Гамов М.И., Ю.Г. Майский, Рылов В. Г. Основные результаты опытно-экспериментальных работ по интенсификации газо-отдачи угольных пластов на Краснодонецком месторож-дениии В. Донбасса // Горный информационноаналитический бюллетень №-6». - М.: МГГУ. 2002. - С. 26-35

2. Булавин В.Д., Гамов М.И., Гурьянов В.В. и др. Проблемы и перспективы освоения нетрадиционных видов углеводородного сырья // Известия ВУЗов, СевероКавказский регион. Сер. естеств. наук. 2002. № 4.

3. Гурьянов В.В., Труфанов В.Н., Матвиенко Н.Г., Бобин В.А. Формы нахождения метана в углях и геотехнологические методы дегазации угольных пластов. Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ. 2000. 64 с.

4. Труфанов В.Н., Гамов М.И, Майский Ю.Г.,

Рылов В.Г. Роль процессов углеводородной флюидиза-ции в формировании метанообильных зон в угленосных бассейнах// Горный информационно-аналитический

бюллетень № 6». - М.: МГГУ. 2002. - С. 20- 26.

5. Труфанов В.Н. Углеводородная флюидизация ископаемых углей и ее роль в процессах дегазации

угольных пластов // Проблемы геологии, оценки и прогноза полезных ископаемых Юга России. Новочеркасск: НГТУ, 1995. С. 27-30.

6. Жижченко Б.П. Углеводородные газы. П.: Недра, 1984.112 с.

7. Левит А.М. Анализ газа и дегазация при разведке нефтяных, газовых и угольных месторождений. М.: Недра, 1974. 224 с.

8. Забигайло В.Е., Николин В.И Влияние катагенеза горных пород и метаморфизма углей на их выбросоопас-ность. Киев. Наукова Думка, 1990. 166 с.

9. Золотых С.С., Карасевич А.М. Проблемы промысловой добычи метана в Кузнецком угольном бассейне. М.: ИСПИН. 2002. 564 с.

10. Абукова Л.А. Основные типы флюидных систем осадочных нефтегазоносных бассейнов // Геология нефти и газа. 1997. № 1. С. 25-29

11. Холодов В.Н. Постседиментационные преобразования в элизионных бассейнах (на примере Восточ-

ного Предкавказья). М., «Наука», 1983.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------

Труфанов Вячеслав Николаевич - доктор геолого-минералогических наук, зав. кафедрой, Гамов Михаил Иванович - кандидат геолого-минералогических наук, доцент,

Рылов Виктор Григорьевич - кандидат-минералогических наук, доцент,

Грановская Н.В., Майский Ю.Г. ,

Ростовский госуниверситет.

------ф

v-------

-------------------------------------------- © B.C.Забурдяев, 2004

УДК 662.69 B.C. Забурдяев

ОЖИДАЕМЫЕ ОБЪЕМЫ ПРОМЫСЛОВОЙ ДОБЫЧИ МЕТАНА В КУЗНЕЦКОМ БАССЕЙНЕ

Семинар № 5

Угольные месторождения на территориях 63 угледобывающих стран мира характеризуются разнообразием условий, не имеющих места ни в одной другой отрасли промышленности, связанной с добычей топлива. Пласты угля с углами залегания от 0 до 90° разрабатываются на глубинах до 1,5 км и сопровождаются различными формами проявления горного давления, склонностью пластов угля и пород к газодинамическим явлениям, высокой

газообильностью и температурой. В связи с этим применяются различные способы и системы разработки угольных пластов, технологические процессы и применяемое оборудование, к которым справедливо предъявляются повышенные требования по факторам безопасности и надежности. Особое место отводится газоносным месторождениям, где метан с одной стороны представляет угрозу жизни шахтеров вследствие взрывчатости его свойств и лими-

тирует производительность угледобывающей техники, а с другой - является экологически чистым топливом и ценным химическим сырьем.

Наиболее эффективным мероприятием по снижению выделений метана в горные выработки и повышению безопасности горных работ является дегазация угольных пластов и коллекторов природных скоплений свободного газа через скважины, пробуренные с земной поверхности или из подземных выработок. В отдельных случаях эффективность дегазации шахты последовательно вертикальными скважинами, пробуренными с поверхности до начала горных работ, и подземными скважинами достигала 80 %.

Возможность и экономическая целесообразность крупномасштабной промысловой добычи метана на углегазовых месторождениях до начала их разработки подтвердились ходом развития углеметановых промыслов в США и обнадеживающими результатами подобных работ в Австралии, Китае и др. странах. Так, по опубликованным данным, добыча метана в США резко возросла от 5 млрд. м3 в 1990 г. до 24,3 млрд. м3 в 1994 г. Весьма показателен рост доли угольного метана в общем балансе добычи природного газа в США: в 1990 г. она была равна 1 %, а уже в 1993-1994 гг. составила 4,1-4,7 %. Такой рост добычи метана объясняется уникальностью месторождений и совершенствованием технологий, резко повышающих продуктивность скважин. Добыча угольного метана в США в 1996 г. достигла 28,4 млрд. м3, в том числе в бассейнах Сан-Хуан - 23,2 и Блэк Ворриор - 2,26 млрд. м3 или соответственно 82 и 8 % от общего объема. В других бассейнах США добывались относительно небольшие объемы метана (от 0,06 до 140 млн. м3 в год при среднем дебите метана из одной скважины 0,7 - 1,5 м3/мин. Аналогичные показатели (по оценкам МГГУ) имели место на шахтных полях Карагандинского и Донецкого бассейнов.

Практика США показала, что добыча метана на угольных месторождениях является прежде всего инженерной задачей, решение которой в значительной степени зависит от свойств углепородных толщ как резервуаров газа. Чтобы обеспечить добычу метана около 25 млрд. м3/год потребовалось пробурить в 11 угольных бассейнах США около 17 тыс. геологоразведочных скважин стоимостью 17 млрд. долл. За 10-летний период (1983 - 1992 гг.) в США наблюдался значительный рост добычи угольного метана, большей ча-

стью, обусловленный наличием локальных газовых месторождений и введением налоговых льгот, действие которых с 1994 г. было прекращено. В 1983 г. добыча метана составила 0,13 млрд. м3 из 160 скважин при объеме метана из одной скважины 812 тыс. м3/год, а в 1992 г. - 15,4 млрд. м3 при съеме 2681 тыс. м3/год метана из скважины. Объем добычи угольного метана в США в 1996 г. достиг 28,4 млрд. м3. При этом метаноносные районы бассейна Сан-Хуан, являвшегося самым крупным производителем угольного метана, к концу 1996 г. практически уже были разработаны.

Специалисты США считают, что разработка новых углегазовых месторождений при отсутствии стимулирования со стороны государства экономически выгодной может быть только при высоких ценах на газ, чтобы возросшие затраты на бурение и оснащение скважин на новых участках были компенсированы. Тем более что на вновь осваиваемых районах необходимо развитие новой инфраструктуры по доставке газа в соответствии с требованиями к его реализации на рынке.

В Российской Федерации опыта промысловой добычи метана на угольных месторождениях пока нет. Однако согласно публикации *) Кузбасс готовится к промышленной добыче угольного газа: программа «Метан Кузбасса» набирает обороты и в ее орбиту вовлечены «Газпром» и федеральное правительство, которое готово поддержать проект. Трехлетний эксперимент призван подтвердить возможность рентабельной промысловой добычи метана на угольных полях Кузнецкого бассейна. Предполагаемые объемы извлечения метана должны составить к 2007 г. 3-5 млрд. м3/год, а в перспективе возрасти до 20 млрд. м3 в год. Затраты на экспериментальный этап предположительно составят 32 млн. долларов при общей стоимости проекта 400 млн. долларов США ).

Программой «Метан Кузбасса» предполагается организовать промысловую добычу метана из угольных пластов как самостоятельного полезного ископаемого (наравне с природным газом, нефтью и углем). При этом роль главных коллекторов метана отводится угленосным участкам за пределами горных отводов ныне действующих в Кузбассе шахт. Прогнозные для извлечения запасы метана могут достигать 20 трлн. м3. Добыча таких ресурсов метана, как полагают авторы проекта, позволила бы обеспечить энергетику региона «своим» экологически чистым топливом, а предприятия химической промышленности и ме-

) Нефть и капитал

таллургии - необходимым сырьем. Из 26 перспективных для добычи метана участков и площадей с ресурсами 6 трлн. м3 выделено 4 первоочередных для опытно-промышленного освоения с общими запасами 1,5 трлн. м3 метана. Инициаторы проекта считают, что на этих участках основные геолого-промысловые характеристики сходны с таковыми на наиболее продуктивных участках бассейна Сан-Хуан в США*-1. Однако такой вывод сделан опрометчиво, поскольку уникальность бассейна Сан-Хуан заключается в том, что на его угленосных площадях находилось метановое месторождение свободных газов. Есть ли такие метановые скопления в Кузбассе? Если есть, то где они находятся? Достоверных данных, подтверждающих огромные ресурсы свободного метана в Кузбассе, пока нет. При этом метановых ресурсов, заключенных непосредственно в угольных пластах, причем на 90 % в сорбированном состоянии, явно будет недостаточно для интенсивного извлечения годовых объемов метана даже в пределах 3-5 млрд. м3, не говоря уже о 20 млрд. м3/год.

При исследовании газодинамических характеристик угольных пластов Кузбасса ННЦ ГП -ИГД им.А.А.Скочинского особое внимание уделил изучению их газопроницаемости и газоотда-чи ). Так, по результатам исследований, выполненных в условиях действующих шахт Ленинского и Беловского районов, газопроницаемость 6 пластов изменялась от 0,005 до 0,045 мД, а их га-зоотдача при мощности пластов угля 1,5 - 3,7 м -от 2,7 до 20,1 м3/сут при диаметре скважины 0,1 м и от 3,4 до 24 м3/сут при диаметре скважины 0,2 м. Такие достаточно низкие показатели извлечения метана из неразгруженных от горного давления угольных пластов обусловлены, прежде всего, малой их газопроницаемостью в природных условиях, а также тем, что любая искусственно созданная полость в угольном пласте (будь то скважина, трещина или даже выработка) имеет предельный радиус дренирования.

Многолетней практикой работ по дегазации неразгруженных угольных пластов Карагандинского, Донецкого и Кузнецкого бассейнов на глубинах от 270 до 810 м, анализом и обработкой фактических данных был определен средний эффективный радиус влияния скважин, который для пластов Караганды, Донбасса и Кузбасса составил в среднем 4,4, 3,2 и 3,6 м соответственно. По-

*) Нефть и капитал

**) Современные проблемы шахтного метана. МГГУ, 1999, с. 106- 117.

этому ориентироваться на 15-20 лет*) функционирования скважин с высокими дебитами пластового метана пока нет никаких оснований.

Из скважины, пробуренной вкрест простирания угольного пласта (скважина с поверхности), за предельный срок ее функционирования, который обычно не превышает 1 года, удельное мета-новыделение будет изменяться от 200 до 1100 м3/м соответственно при газопроницаемости пласта 0,005 и 0,045 мД. Тогда при суммарной мощности угольных пластов в Кузбассе, равной 150 м в интервале 600 м ) от поверхности, из одной сухой скважины за 1 год можно будет извлечь от 30 тыс. м3 до 165 тыс. м3 метана. Чтобы добыть 3 млрд. м3 метана в год из угольных пластов, нужно будет пробурить в самом благоприятном случае, т.е. при газопроницаемости пластов угля 0,045 мД, не менее 18180 скважин. При глубине скважины 600 м и стоимости отечественно бурения 1 м скважины, равной 2500 руб., необходимо будет затратить по статье «бурение» 27,27 млрд. руб. или 865,7 млн. долл США (1 долл. США=31,5 руб.). В худшем же случае (газопроницаемость пластов угля 0,005 мД) потребуется пробурить не менее 100 тыс. скважин, затратив 150 млрд. руб. (4,76 млрд. долл. США) по статье «бурение». Добыча 1000 м3 метана из угольных пластов даже в наиболее благоприятных по газопроницаемости условиях будет обходиться только по статье «бурение скважин» в 290 долл. США, а не в 15 долл. общей себестоимости добычи угольного метана ).

За пределами горных отводов действующих шахт промысловая добыча метана из неразгруженных угольных пластов через скважины, пробуренные с земной поверхности, без эффективных средств интенсификации газоотда-чи экономически будет нецелесообразной вследствие низкой их природной газоотдачи. Поэтому на данном этапе нужны более глубокие научные исследования по обоснованию участков для проведения эксперимента по промысловой добыче метана, а не ориентироваться на уникальный с точки зрения газоотдачи бассейн Сан-Хуан, поскольку опыт США свидетельствует также и о том, что в бассейне Грин Ривер и в части бассейна Северных Аппалач в течение года извлекалось только 56 - 840 тыс. м3 метана. Эти показатели близки к прогнозируемым нами объемам извлечения метана в Кузбассе (30-165 тыс. м3/год), которые установлены по данным экспериментально определенных дебитов метана из угольных пла-

) Нефть и капитал (2001, X с.22 - 25).

стов, являющихся практически основными коллекторами метана в Кузбассе.

Осторожность в оценке возможных объемов промысловой добычи угольного метана, также как и его ресурсов, необходимо проявлять еще и потому, что по фактическим данным в 2001 г. из метанообильных шахт РФ, где газоотдача разгружаемых от горного давления угленосных толщ многократно повышается, выделилось 740 млн. м3 метана, а средствами дегазации пластов угля и газоотсоса метана из выработанных пространств 22 наиболее газообильных шахт извлечено 400 млн. м3 метана, из которых только половина объема была каптирована. Кроме того, опыт подземной дегазации разрабатываемых угольных пластов в естественных условиях их залегания (природная газопроницаемость) свидетельствует также о том, что при высокой плотности бурения восходящих пластовых скважин, когда на 1 м скважины приходилось 25 т дегазируемых запасов угля, съем метана из угольного массива действующих лав составлял в среднем 1,5 м3/т при дегазации параллельными очистному забою скважинами и достигал 5,5 м3/т при дегазации перекрещивающимися скважинами (преимущественно дегазация пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа). Эффективность извлечения метана из угольных пластов с газоносностью 15-20 м3/т составляла в первом случае 7-10 %, а во втором - 27-35 %*. Такая плотность формирования в пласте искусственных полостей через пробуренные с поверхности скважины не может быть обеспечена. Опыт применения гидрорасчленения угольных пластов через вертикальные скважины как способа интенсификации газоотдачи (метод МГГУ), также свидетельствует о небеспредельных его возможностях

Опыт применения гидрорасчленения угольных пластов через вертикальные скважины как

способа интенсификации газоотдачи (метод МГГУ), также свидетельствует о небеспредельных его возможностях по объемам извлечения метана из угольного массива. Газообильность подготавливаемых к отработке запасов угля на шахтных полях Карагандинского бассейна, по данным С. А. Ярунина, снижалась на 40-50 %, что соответствовало снижению газоносности пласта на 35-45 %.

Таким образом, ориентируясь на низкую природную газопроницаемость угольных пластов, сомнительную схожесть по газоотдаче месторождений Кузбасса с бассейном Сан-Хуан, отсутствие инфраструктуры по доставке газа потребителям и опыта промысловой добычи метана с использованием отечественных технологий, можно предположить, что намечаемые программой «Метан Кузбасса» мероприятия по высвобождению природного газа и его замене в регионе угольным метаном будут нерентабельными. Более экономичным следует считать внедрение в шахтах новых способов и средств извлечения кондиционных по метану газовоздушных смесей, пригодных для утилизации. Выделение дополнительных финансовых средств на завершение научных исследований и повышение эффективности шахтной дегазации позволило бы не только повысить производительность и безопасность ведения горных работ по отработке метаноносных пластов, но и в кратчайшие сроки расширить объемы использования каптируемого в шахтах метана, улучшив тем самым техникоэкономические показатели работы шахт, создать новые рабочие места и улучшить условия труда на теплоэнергети-ческих предприятиях при замене угля на экологически чистое топливо, каковым является метан.

Коротко об авторах --------------------------------------------------------

Забурдяев В. С. — кандидат технических наук, ННЦ ГП - Институт горного дела им. А.А. Скочинского.

*Современные проблемы шахтного метана. МГГУ, 1999, с. 106 - 117.