Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса
Наведено основні чинники формування, зміни і газоносності колекторів метану вугленосних формацій Донбасу. Main factors relating to formation, alteration and gas content of methane reservoirs of coal-bearing strata in the Donets Coal Basin are described....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15919 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса / А.А. Майборода, В.А. Анциферов, А.А. Голубев, Л.А. Иванов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 6-15. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860252606795874304 |
|---|---|
| author | Майборода, А.А. Анциферов, В.А. Голубев, А.А. Иванов, Л.А. |
| author_facet | Майборода, А.А. Анциферов, В.А. Голубев, А.А. Иванов, Л.А. |
| citation_txt | Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса / А.А. Майборода, В.А. Анциферов, А.А. Голубев, Л.А. Иванов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 6-15. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Наведено основні чинники формування, зміни і газоносності колекторів метану вугленосних формацій Донбасу.
Main factors relating to formation, alteration and gas content of methane reservoirs of coal-bearing strata in the Donets Coal Basin are described.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:45:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
6
УДК 622.324:550.8.01
КОЛЛЕКТОРЫ МЕТАНА В УГЛЕНОСНЫХ ФОРМАЦИЯХ
ДОНБАССА
Майборода А. А., Анциферов В. А., Голубев А. А.,
Иванов Л. А.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Наведено основні чинники формування, зміни і газоносності
колекторів метану вугленосних формацій Донбасу.
Main factors relating to formation, alteration and gas content of
methane reservoirs of coal-bearing strata in the Donets Coal Basin
are described.
При проведении научных исследований, связанных с одной
из наиболее актуальных проблем в области природопользова-
ния – газоносностью угленосных формаций, изучение коллектор-
ских свойств угленосных толщ имеет первостепенное значение.
Это подчеркивается специфичностью коллекторов угленосных
формаций, в которых первостепенную роль имеет сорбционная
емкость углистого вещества, от содержания, распределения и ко-
личества которого в различных литолого-фациальных типах по-
род и степени их эпигенеза зависит общая величина газоносности
угленосных толщ.
В отличие от газовых месторождений, где газ находится
главным образом в одной фазе - свободной, а в зоне газоводяно-
го контакта в двух - свободной и водорастворенной, в угленос-
ных толщах газ находится в трехфазном состоянии: в виде водо-
растворенного, свободного и сорбированного углистым вещест-
вом, рассеянным в породах или сконцентрированным в угольных
пластах. Следовательно, газоносность этих толщ определяется
суммарной емкостью двух типов коллекторов: порового про-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
7
странства пород и сорбционной способности органического ве-
щества. В целом, доля свободного газа в угленосных формациях
Донбасса невелика и по данным разных авторов колеблется в
пределах 5-15 %. Основной объем метана находится в сорбиро-
ванном виде.
Изучению коллекторов метана посвящено много публика-
ций различных авторов [1-11] и др. Этому вопрос всегда уделя-
лось большое внимание и авторами данной работы [12-16] и др. В
них чаще рассматриваются отдельные типы коллекторов, а не об-
разующийся из них комплекс. В настоящей статье приведены ре-
зультаты теоретического анализа, преследующего цель выделе-
ния главнейших факторов формирования каждого типа коллекто-
ров и обобщения воедино основной информации обо всей их со-
вокупности.
Проанализирована информация о формировании и измене-
ниях в угленосных толщах трех типов коллекторов метана: гра-
нулярного, трещинно-порового и сорбционной емкости углистого
вещества.
Основные положения, полученные в результате этого анали-
за, следующие.
Гранулярные коллекторы метана. Гранулярными коллек-
торами являются песчано-алевритовые породы, характеризую-
щиеся межгранулярной пористостью и проницаемостью. Следо-
вательно, основным признаком гранулярных коллекторов являет-
ся литологическая принадлежность пород.
Гранулярные коллекторские свойства пород есть функция
условий осадконакопления: гидродинамического режима, обу-
словленного скоростью течений, отдаленностью областей сноса,
глубиной бассейна и другими факторами седиментации, от кото-
рых зависит гранулометрический состав отложений.
Формирование этого типа коллекторов происходило уже на
стадиях диагенеза и раннего эпигенеза в результате тесного взаи-
модействия фациальных и геотектонических факторов, опреде-
ляющих основные наиболее характерные качественные и количе-
ственные черты горных пород угленосных формаций.
При изучении углевмещающих пород, как коллекторов гра-
нулярного типа, основное внимание уделяется их структурным и
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
8
текстурным особенностям, обусловливающим емкостные и
фильтрационные свойства.
Основным гранулярным коллектором метана являются пес-
чаники аллювиально-дельтового комплекса фаций, в балансе га-
зонасыщенности которых сосредоточено более 90,0 % свободно-
го метана.
Главными физическими свойствами гранулярных коллекто-
ров являются пористость пород и их проницаемость, значения
которых и изменения подчиняются петрофизическим закономер-
ностям. Основная особенность коллекторов этого типа – это за-
кономерное уменьшение значений пористости с увеличением
степени эпигенеза, происходящее для всех литотипов пород од-
нонаправлено, но количественно различно. Причем, с увеличени-
ем степени эпигенеза эти различия уменьшаются, а коллектор-
ские свойства пород в целом существенно ухудшаются.
Трещинно-поровые и трещинные коллекторы метана.
Главным фактором формирования трещинно-порового и трещин-
ного типов коллекторов метана является тектоническая и техно-
генная трещиноватость пород.
Во всех случаях газоносность этого типа коллекторов выше,
чем гранулярных, поскольку она характеризуется суммарным га-
зосодержанием. Так, доля свободного газа в тектонически нару-
шенных толщах возрастает на 20,0 - 30,0 %, иногда до 50,0 % и,
соответственно, газоносность угленосных толщ в целом сущест-
венно выше.
Дизъюнктивные нарушения в зависимости от их характери-
стик и степени газопроницаемости могут являться как путями
миграции газов, так и экранами, способствующими их накопле-
нию.
Формирование техногенных коллекторов метана обусловле-
но целым рядом горно-геологических и горнотехнических факто-
ров, сопутствующих отработке угольных пластов, и происходит в
углепородной толще, ограниченной 100 - 120 м в кровлю и 50 –
60 м в почву отрабатываемого угольного пласта.
Основными физическими свойствами пород, определяющи-
ми их роль, как трещинных коллекторов метана, являются объем
зияющих трещин и газопроницаемость. Следует учитывать влия-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
9
ние степени эпигенеза на развитие зон повышенной трещинова-
тости пород, вблизи тектонических нарушения. Вне зависимости
от типа дизъюнктива при равных амплитудах смещения с увели-
чением степени эпигенеза уменьшается ширина трещиноватой
зоны влияния нарушений.
В литологическом отношении основными коллекторами
рассматриваемого типа являются песчаники вне зависимости от
степени их эпигенеза.
Для угленосных формаций Донбасса максимальным разви-
тием трещиноватости характеризуются угленосные толщи До-
нецко-Макеевского района.
Сорбционная емкость углистого вещества. Сорбционная
емкость газогенерирующего углистого вещества (сконцентриро-
ванного в угольных пластах или рассеянного во вмещающих по-
родах) – основной фактор формирования газоносности угленос-
ных формаций, в которых от 85 до 95 % метан находится в сор-
бированном виде.
Из всех видов сорбции (адсорбция, абсорбция, хемосорбция)
для углистого вещества наиболее характерна адсорбция газа,
ввиду очень большой (150 - 200 м2/г) внутренней поверхности уг-
лей. В донбасских углях широко развиты микропоры радиусом
до 50 Å (5·10-6 мм), где практически находится весь сорбирован-
ный метан.
Основным фактором, определяющим современную газонос-
ность угольных пластов является метаморфизм углей, с увеличе-
нием которого их сорбционная газоемкость непрерывно возрас-
тает, достигая максимальных значений (35 - 38 м3/т с.б.м.) на ан-
трацитовой стадии. Природная газоносность каменных углей
всех стадий метаморфизма и слабометаморфизованных антраци-
тов близка к их сорбционной емкости, менее последней на
10 - 20 %.
На стадии развития суперантрацитов в структуре угольного
вещества наблюдается резкий качественный скачок, молекуляр-
ная упорядоченность становится столь большой, что сорбирую-
щая поверхность практически падает до нуля, суперантрациты
группы метаморфизма А12 и выше не продуцируют метан, его
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
10
удельное содержание снижается до практически полного отсут-
ствия.
Сорбционная емкость вмещающих пород по сравнению с
углем незначительна и непосредственно зависит от количества
рассеянного в них органического вещества (РОВ). Так, в угли-
стых аргиллитах (РОВ до 40 %) газоносность возрастает до 5,0-
7,0 м3/т (7,5-17,5 м3/м3 породы).
Зависимость сорбции пород от их литологического состава
(возрастание от песчаников к аргиллитам) объясняется увеличе-
нием содержания РОВ с уменьшением гранулометрических пока-
зателей (также от песчаников к аргиллитам).
Показатели сорбционной емкости вмещающих пород закла-
дываются еще на стадии седиментогенеза, зависят от фациальных
условий осадконакопления, гидродинамического режима, кото-
рые обусловливают гранулометрический состав пород и количе-
ство РОВ в них.
Процессы возрастания сорбционной газоемкости РОВ вме-
щающих пород с увеличением степени эпигенеза последних ана-
логичны изменениям сорбционной емкости углей под влиянием
метаморфизма.
Следовательно, основными факторами, определяющих
сорбционную емкость пород и их соответствующую газоносность
являются количество содержащегося в них РОВ и степень эпиге-
неза.
Нами построена обобщающая модель, отображающая роль
различных коллекторов в изменение газоносности (суммарной,
включающей свободный и сорбированный метан) угленосных
формаций Донбасса в зависимости от степени эпигенеза пород и
метаморфизма углей (рис. 1). При ее построении использованы
некоторые количественные показатели, приведенные, прежде
всего, в отчетах бывшего ПГО «Донбассгеология».
Непосредственной взаимосвязи отдельных коллекторских
свойств с общей газоносностью не наблюдается, поскольку по-
следняя есть результат многофакторных явлений. И это касается,
прежде всего, коллекторов гранулярного и трещинно-порового
типов.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
11
Наглядным подтверждением этому является повышение
суммарной газоносности угленосных толщ с увеличением стадии
эпигенеза за счет повышения вклада сорбированной емкости уг-
листого вещества, несмотря на то, что роль гранулярных коллек-
торов со снижением пористости убывает.
Д Г Ж К ОС Т А10 А11 А12
1
2
4
3
К
15
п, %
10
5
Х, м /м
25
3 3
20
15
10
5
Марка
углей
Кп – общая пористость;
Х – газоносность;
1 - гранулярные коллекторы со средним содержанием РОВ;
2 - трещинно-поровые коллекторы;
3 - сорбционная емкость углистого вещества;
4 - средняя пористость пород.
Рис. 1. Обобщающая модель газоносности коллекторов ме-
тана угленосных формаций Донбасса
Газоносность гранулярных коллекторов зависит не только
от их пористости, но и от количества РОВ в них. И чем выше
степень эпигенеза пород, тем более существенным становиться
влияние органики по сравнению с пористостью, значения кото-
рой к тому же снижаются. Т.е. получается, что с повышением
степени эпигенеза пород газоносность гранулярных коллекторов
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
12
повышается, что на первый взгляд кажется парадоксальным, по-
скольку пористость их уменьшается. Однако, здесь показан вклад
не только свободного метана (содержание которого уменьшает-
ся), а приводится суммарная газоносность, включающая свобод-
ный и сорбированный метан (роль которого существенно возрас-
тает). Причем, закономерно это возрастание будет тем значи-
тельнее, чем выше насыщение пород РОВ. Для пород, находя-
щихся на стадии эпигенеза, включающей угли марки ОС и выше,
существенно снижаются значения пористости (у песчаников ме-
нее 4 %, у алевролитов менее 3,5 %). Свободный метан отсутст-
вует, роль этого типа коллекторов, как гранулярных, утрачивает
значение, газоносность пород зависит только от количества сор-
бированного РОВ.
При моделировании трещинно-порового коллектора исполь-
зована закономерность увеличения (в среднем на 30 %) газонос-
ности пород с этим коллектором в сравнении с гранулярным. По-
следнее обуславливается тем, что для этого типа коллектора ха-
рактерен дополнительный приток газа по трещинам и чем значи-
тельнее трещиноватость пород тем, естественно, выше будет их
газоносность при прочих равных условиях. В модели наиболее
высокие значения газоносности коллектора этого типа показаны
для зон эпигенеза, включающих угли марки Т и А10. Это может
быть объяснено тем, что при переходе от позднего катагенеза к
метагенезу происходят новые качественные изменения как в уг-
лях, так и во вмещающих породах. Развивается и достигает мак-
симума плитчастость, сланцеватость, сопровождаемые увеличе-
нием хрупкости пород и их трещиноватости, что соответственно
сказывается на повышении газоносности трещинно-порового
коллектора. В целом суммарная газоносность этого типа коллек-
тора складывается из трех факторов – пористости пород, количе-
ства РОВ в них и степени их общей трещиноватости, включая
тектоническую и техногенную трещиноватость, которые следует
рассматривать обособленно, для каждого шахтного поля.
Что касается третьего, основного для угленосных формаций
коллектора – сорбционной емкости углистого вещества, то его
газоносность обуславливается единственным и основным факто-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
13
ром – наличием и количеством органического вещества и, естест-
венно, степенью его метаморфизма.
Резюмируя основные положения, полученные в результате
анализа коллекторов метана в угленосных формациях Донбасса,
можно сделать следующие выводы:
- угленосные отложения образуют три типа коллекторов –
гранулярные, сорбционные и трещинно-поровые, главными фак-
торами формирования которых являются: литолого-фациальная
принадлежность пород, степень их насыщенности газогенери-
рующим органическим веществом, стадии эпигенеза пород и ме-
таморфизма углей, тектоническая и техногенная трещиноватость
пород;
- коллекторские свойства пород заложены на самой ранней
стадии литогенеза (седиментогенезе) в результате тесного взаи-
модействия фациальных и геотектонических факторов, обусло-
вивших гидродинамический режим осадконакопления, от которо-
го зависит гранулометрический состав пород, распределение и
количество в них органического вещества, определяющие пока-
затели гранулярных и сорбционных коллекторов метана;
- толщи пород одного и того же литолого-фациального со-
става, находящиеся на одной и той же стадии эпигенеза, характе-
ризуются одинаковыми коллекторскими свойствами и, соответ-
ственно, газоносностью. При этом изменение последней зависит
от степени трещиноватости массивов горных пород (как тектони-
ческого, так и техногенного генезиса) и их обводненности. Т.е.
суммарная газоносность угленосных толщ складывается из при-
родной (связанной с гранулярными коллекторами и сорбционной
емкости углистого вещества) и дополнительных поступлений га-
за по трещинным коллекторам;
- построенная модель носит обобщающий характер, отобра-
жая тенденции в изменении фоновой газоносности (суммарной,
включающей свободный и сорбированный метан) угленосных
формаций Донбасса в зависимости от степени эпигенеза пород и
метаморфизма углей. Модель может быть использована как ме-
тодическая основа для определения газоносности конкретных
структур и выявления в их пределах аномальных значений, ука-
зывающих на образования скоплений метана.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
14
СПИСОК ССЫЛОК
1. Ханин, А.А. Породы-коллекторы нефти и газа и их изучение
[Текст] / А.А. Ханин. – М.: Недра, 1969.
2. Лукинов, В.В. Горно-геологические условия образования
скоплений свободного метана на угольных месторождениях
[Текст]/ В.В. Лукинов // Наук. вісн. НГУ.- 2007. - № 4. – С. 55-
59.
3. Лидин, Г.Д. Газообильность каменноугольных шахт Юго-
Западной части Донецкого бассейна [Текст] / Г.Д. Лидин,
А.Э. Петросян.– М.: Из-во АН СССР, 1962. – 259 с.
4. Айруни, А.Т. Газообильность каменноугольных шахт СССР.
Комплексное освоение газоносных угольных месторождений
[Текст] / А.Т. Айруни, Р.А. Галазов, А.И. Брижанев и др. –
М.:Наука, 1990.-120 с.
5. Лидин, Г.Д. Газообильность каменноугольных шахт СССР
[Текст]. Т. III. Газообильность каменноугольных шахт Цен-
трального района Донецкого бассейна / Г.Д. Лидин, А.Г. Ай-
руни. – М.: Из-во АН СССР, 1963. – 351 с.
6. Брижанев, А.М., Закономерности размещения метана в До-
нецком бассейне [Текст] / А.М. Брижанев, Р.А. Галазов // Тех-
ника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. -
М.- 1987.- Вып. 6.- 48 с.
7. Закономерности распределения метана в угольных месторож-
дениях [Текст] / А.Э. Петросян, Г.Д. Лидин, А.М. Дмитриев,
Н.Н. Куликова. - М.: Наука, 1973. -147 с.
8. Дубинин, М.М. Поверхность и пористость адсорбентов
[Текст] / М.М. Дубинин. В кн.: Основные проблемы теории
физической адсорбции. - М.: Наука, 1970.- С. 251-269
9. Кирюков, В.В. Особенности тонкой структуры углей в связи с
процессами газогенерации в Донецком бассейне [Текст] / В.В.
Кирюков, А.М. Брижанев, В.В. Синолицкий // Ресурсы петра-
диционного газового сырья и проблемы его освоения. – Л.:
ВНИГРИ, 1990. – С. 66-73.
10. Эттингер, И.Л. Сорбционные свойства углей и их роль в про-
цессах газовыделения в угольных шахтах [Текст] / И.Л. Эт-
тингер. – М.: Наука, 1969.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
15
11. Каталог коллекторских свойств каменных углей и антрацитов
Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов [Текст] / Мак-
НИИ. - Макеевка, 1988. - 49 с.
12. Газоносность угольных месторождений Донбасса [Текст] /
А.В. Анциферов, М.Г. Тиркель, М.Т. Хохлов и др.; под общ.
ред. Н.Я Азарова. - К.: Наук. думка, 2004. - 232 с.
13. Разработать методику определения газоносности вмещающих
пород в зависимости от их коллекторских свойств и трещино-
ватости и провести ее опытную проверку в Донецком бассей-
не [Текст]: отчет по этапу Н1а-1в задания 01.03 проблемы
0.05.07 ГКНТ (заключ.) / ПГО «Донбассгеология»; рук.
А.А. Голубев, В.А. Землянухин. – Артемовск, 1984.- 58 с.
14. Генетический аспект формирования скоплений и месторож-
дений свободных углеводородных газов Большого Донбасса
[Текст]/ А.А. Голубев, А.А. Майборода, В.А. Анциферов,
В.А. Канин // Зб. наук. пр. УкрНДМІ НАН України – До-
нецьк. – 2008. – № 3.- С. 25-40.
15. Анциферов А.В., Геолого-геофизический подход к выявле-
нию техногенных коллекторов на угольных месторождениях
электромагнитным методом зондирования становлением поля
в ближней зоне ЗСБ [Текст] / А.В. Анциферов, Л.А. Иванов,
А.А. Майборода, В.В. Туманов, В.А. Анциферов // Сб. тр.
НГУ. – Днепропетровск, 2007. - № 4. – С. 50-65.
16. Проведення теоретичного аналізу формування колекторських
властивостей вуглевміщувальних порід і зональності їх роз-
поділу в Донецькому басейні [Текст] : звіт по НДР 25/05
(заключ.) / УкрНДМІ НАНУ; кер. А.О. Майборода. – До-
нецьк, 2008. – 79 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-15919 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:45:44Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Майборода, А.А. Анциферов, В.А. Голубев, А.А. Иванов, Л.А. 2011-02-03T12:10:44Z 2011-02-03T12:10:44Z 2009 Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса / А.А. Майборода, В.А. Анциферов, А.А. Голубев, Л.А. Иванов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 6-15. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15919 622.324:550.8.01 Наведено основні чинники формування, зміни і газоносності колекторів метану вугленосних формацій Донбасу. Main factors relating to formation, alteration and gas content of methane reservoirs of coal-bearing strata in the Donets Coal Basin are described. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса Article published earlier |
| spellingShingle | Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса Майборода, А.А. Анциферов, В.А. Голубев, А.А. Иванов, Л.А. |
| title | Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса |
| title_full | Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса |
| title_fullStr | Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса |
| title_full_unstemmed | Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса |
| title_short | Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса |
| title_sort | коллекторы метана в угленосных формациях донбасса |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15919 |
| work_keys_str_mv | AT maiborodaaa kollektorymetanavuglenosnyhformaciâhdonbassa AT anciferovva kollektorymetanavuglenosnyhformaciâhdonbassa AT golubevaa kollektorymetanavuglenosnyhformaciâhdonbassa AT ivanovla kollektorymetanavuglenosnyhformaciâhdonbassa |