способ разведки угольного метана
Классы МПК: | G01V1/00 Сейсмология; сейсмическая или акустическая разведка |
Автор(ы): | Земцова Джемма Павловна (RU), Карасевич Александр Мирославович (RU), Никитин Алексей Алексеевич (RU), Плюшкин Сергей Васильевич (RU), Секретов Сергей Борисович (RU), Сторонский Николай Миронович (RU), Хрюкин Владимир Тимофеевич (RU), Шкирман Наталья Петровна (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Газпром" (ОАО "Газпром") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-12-30 публикация патента:
10.07.2006 |
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.
Формула изобретения
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.
Описание изобретения к патенту
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.
Класс G01V1/00 Сейсмология; сейсмическая или акустическая разведка