Газоносность соляных пород калийных месторождений Жилянское и Сатимола (Казахстан)

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Б01: 10. 15 593/2224−9923/2014. 11. 9
УДК 622. 831+502. 604 © Фортунатов Г. А., Красюк Н. Ф. ,
Земсков А. Н., Иванов О. В., 2014
ГАЗОНОСНОСТЬ СОЛЯНЫХ ПОРОД КАЛИЙНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЖИЛЯНСКОЕ И САТИМОЛА (КАЗАХСТАН)
Г. А. Фортунатов, Н. Ф. Красюк, А. Н. Земсков, О.В. Иванов*
^ ООО «ЗУМК-Инжиниринг», Пермь, Россия Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
Приводятся результаты научно-исследовательских работ по определению газоносности и выбросоопасности соляных пород калийных месторождений Казахстана на стадии геолого-разведочного бурения, проведенных авторами в 2011—2013 гг. Целью исследований являлось определение величины газоносности и компонентного состава природных газов продуктивных пластов и вмещающих пород, получение исходных данных для расчета вентиляции рудников и прогноз потенциальной газовой опасности при разработке месторождений. Методика проведения работ включала в себя дегазацию проб керна разведочных скважин методом растворения в предварительно дегазированной воде, анализ газопроявлений при бурении и исследования бурового раствора, а также анализ данных по физико-механическим свойствам соляных пород. Дана краткая геологическая характеристика месторождений калийных солей Жилянское и Сатимола, приведены средние по литологическим разностям пород и месторождениям в целом значения газоносности и компонентного состава связанных газов. В результате исследований установлена устойчивая зависимость между содержаниями в пробах водорода и метана. Определена величина общей газоносности по свободным и связанным газам, ожидаемая относительная газообильность по продуктивным пластам и вмещающим породам. Приведено описание газопроявлений, имевших место при геолого-разведочном бурении на месторождении Сатимола. Проведен анализ зафиксированных выбросов и вспениваний бурового раствора, составлена карта распределения газопроявлений по площади месторождения. Отмечена нарушенность породы в интервалах выбросов бурового раствора. На основе полученных материалов сделаны предварительные выводы о выбросоопасности пород месторождения.
Ключевые слова: газоносность, природный газ, свободные и связанные газы, выбросоопасность, геологоразведочные работы, дегазация, выброс бурового раствора, дискование керна, газодинамические явления, прогноз выбросоопасности, месторождение калийных солей, каменная соль, сильвинит, Жилянское месторождение, месторождение Сатимола.
GAS CONTENT OF SALIFEROUS ROCKS OF POTASSIUM DEPOSITS ZHILIANSKOE AND SATIMOLA (KAZAKHSTAN)
G.A. Fortunatov, N.F. Krasiuk, A.N. Zemskov, O.V. Ivanov*
LLC & quot-ZUMK-Engineering"-, Perm, Russian Federation Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
The paper presents results of the studies carried out in 2011−2013 on gas content and outburst hazard of saliferous rocks at potash deposits in Kazakhstan at the exploratory drilling stage. The studies aimed at determining the gas content and blend composition of natural gases of productive strata and reservoirs, acquiring input data to evaluate mine ventilation and forecasting potential outburst hazard during field development. The research procedure included degassing of core samples of exploration wells by dissolution in the preliminary degassed water, analysis of gas show during drilling and drilling fluids research, data analysis using physical-mechanical properties of saliferous rocks. A short geological description is given to the Zhilianskoe and Satimola potassium salt deposits. Average values of gas content and blend composition of associated gases are given for lithological variety of rocks and deposits in general. The research discovered a strong relation between the content of hydrogen and methane in the samples. The value of overall content of free and associated gases, estimated relative gas abundance in productive strata and reservoirs are determined. The gas shows occurring during the exploratory drilling at the Satimola deposit are described. The analysis of the registered outbursts and foaming of drilling fluids is made. A map of gas shows over the deposit area is produced. Rock dislocations within the intervals of drilling fluid ourburst are observed. On the basis of the data obtained preliminary conclusions about outburst hazard of the deposit rocks are given.
Keywords: gas content, natural gas, free and associated gases, outburst hazard, exploration drilling, degassing, drilling fluid outburst, core disking, dynamic gas phenomena, outburst hazard prediction, potassium salts deposit, mineral salt, sylvinite, Zhilianskoe deposit, Satimola deposit.
Введение
Несмотря на многолетние исследования вопросов газоносности и газодинамических свойств соляных пород, практика ведения горных работ показывает, что газовыделения на калийных рудниках до сих пор зачастую являются препятствием для эффективной добычи руды, а газодинамические явления представляют серьезную угрозу безопасности ведения горных работ. Для проектирования вентиляции рудника и разработки мер борьбы с газопроявлениями на новом месторождении или участке шахтного поля необходимо обладать информацией о газоносности и выбросоопасности соляных пород уже на стадии геологоразведочных работ.
В 2011—2013 гг. авторами были проведены научно-исследовательские работы по определению газоносности и вы-бросоопасности соляных пород при геолого-разведочном бурении на калийных месторождениях Сатимола и Жи-лянское (Казахстан). Целью исследований являлось определение величины газоносности и компонентного состава природных газов продуктивных пластов и вмещающих пород, получение исходных данных для расчета вентиляции рудников и прогноз потенциальной газовой опасности при разработке месторождений. Ниже приводится краткое геологическое описание месторождений и результаты проведенных исследований.
Результаты исследований Жилянского месторождения
Калийные породы Жилянского месторождения приурочены к западному крылу брахиантиклинальной структуры, вытянутой с севера на юг на расстояние около 35 км, ширина структуры 3−3,5 км. По результатам поисково-разведочных работ в соленосной толще выделено пять горизонтов: нижний — терригенно-гали-товый, полигалитовый, ангидрито-гали-товый, сильвинитовый, верхний — терри-
генно-галитовый. Углы падения пластов колеблются в широких пределах — 0−60°. Глубина их залегания 235−770 м. В разрезе продуктивной толщи выделяются два горизонта калийных солей: нижний -полигалитовый и верхний — сильвинит-карналлитовый. Полигалитовые породы состоят в основном из полигалита (65%) и галита (27%) с незначительной примесью сильвинита, ангидрита, кизерита, кальцита. Породы имеют тонкозернистую структуру [1].
До настоящего времени исследований по изучению газоносности пород на Жи-лянском месторождении не проводилось, отсутствовал также газовый каротаж при бурении геолого-разведочных скважин. Методика, использованная авторами для изучения газоносности, включала в себя дегазацию проб керна разведочных скважин методом растворения в предварительно дегазированной воде (определение газоносности по связанным газам), анализ газопроявлений при бурении и исследования бурового раствора (определение количества свободных газов), а также анализ данных по физико-механическим свойствам соляных пород. Проведенные исследования бурового раствора позволили установить незначительное содержание свободных газов (0,037−0,062 м 3/м3). О низком количестве свободных газов говорит также отсутствие газопроявлений при бурении скважин (выбросы и вспенивания бурового раствора и т. д.), которые характерны для разбуривания пород с высокой газоносностью.
Результаты экспериментов по газоносности образцов керна приведены в табл. 1. Средняя газоносность по связанным газам составила 19,4 см3/кг (0,04 м3/м3). Минимальное и максимальное значения составили 0,015 и 0,1 м3/м3 соответственно. Наибольшую газоносность имеют силь-винитовые образцы, наименьшую — чистая каменная соль и полигалит. Состав газов — азотно-углеводородный, средний коэффициент «сухости» (СН4/^ ТУ) углеводородных газов — 3,5.
Таблица 1
Результаты определения газоносности соляных пород Жилянского месторождения
по связанным газам
Литология Кол-во проб Q, см3/кг (м3/м3) Qусл. мет, см3/кг (м3/м3) Компонентный состав, об. %
N2 Н2 СО2 СН4 Е ту
Каменная соль (КС) 25 16,7 (0,04) 6,0 (0,013) 61,96 3,57 16,21 11,27 6,99
КС-ангидрит 5 19,1 (0,04) 4,0 (0,009) 69,71 1,66 17,79 6,4 4,44
Полигалит-КС 7 12,5 (0,03) 5,6 (0,014) 61,85 2,42 22,21 8,4 5,12
КС-полигалит 7 14,9 (0,03) 3,5 (0,008) 69,31 2,29 16,13 7,88 4,38
Сильвинит 5 32,1 (0,07) 16,4 (0,035) 57,33 7,31 8,66 20,12 6,59
Среднее 19,1 (0,04) 6,1 (0,013) 64,03 3,46 16,2 10,81 5,69
Содержание сероводорода, метили этилмеркаптанов в пробах определялось на хроматографе с пламенно-фотометрическим детектором. Серосодержащие газы в пробах обнаружены в незначительных количествах (следы).
Общая газоносность по связанным и свободным газам составляет 0,070,1 м3/м3. Доля свободных газов в общей газоносности составляет приблизительно 50−55%. В составе свободных газов по сравнению со связанными несколько больше доля углеводородных газов по отношению к азоту. В составе газов отмечается устойчивая прямая пропорциональная связь между содержанием водорода и метана (рис. 1). Коэффициент линейной корреляции составляет 0,96. Ожидаемая величина газовыделений в руднике с учетом коэффициента неравномерности газоносности по продуктивным полигалитовым пластам составит 0,07 м3/т, по сильвинитовым пластам она может достигать 0,15 м3/т. Газообильность по условному метану равна 0,03 и 0,07 м3/т соответственно. Таким образом, низкая газообильность не будет вызывать необходимости введения на руднике газового режима.
Невысокая газоносность пород, отсутствие выбросов и вспениваний бурового раствора при бурении скважин, а также физико-механические свойства пород свидетельствуют о том, что соляные породы Жилянского месторождения
не выбросоопасны. Тем не менее в связи со сложным геологическим строением месторождения и наличием нефтеносных пород в подстилающих соляную толщу артинских отложениях представляется возможным наличие «очаговых» газовых скоплений, приуроченных к локальным геологическим нарушениям (зонам замещения, литологическим контактам, тектоническим нарушениям). Такие скопления могут являться очагами газопроявлений [2].
о-
0 5 10 15 20 25
Н,
Рис. 1. Связь между содержаниями водорода Н2 и метана СН4 в составе газовых проб
Результаты исследований месторождения Сатимола
Совершенно другая ситуация наблюдается на месторождении Сатимола. Месторождение приурочено к ядру куполь-
ной структуры скрытопрорванного типа сравнительно небольших размеров. Длина свода в пять-шесть раз (35 км) превышает ширину (4−8 км). Ядро купола сложено галогенными отложениями, залегающими на глубине 340−360 м от дневной поверхности. На размытой поверхности свода залегают элювиальные отложения гипсовой шляпы, перекрытые мезокайнозойскими терригенными породами. Рудные тела представлены полого-залегающими пластовыми и пластово-линзообразными залежами нередко большой мощности, глубина их залегания составляет от 500 до 1100 м. Минеральный состав рудных тел не выдержан как по простиранию, так и по падению. В составе продуктивных пластов преобладают сильвиниты и сильвин-галитовые породы, полигалит-сильвиниты. Тектонические нарушения с разрывом сплошности не выявлены, характерны только дислокации складчатого характера [3, 4].
Первые газокаротажные исследования в скважинах в пределах купола Сатимола были проведены в 1965—1968 гг. Индер-ской промысловой геофизической партией треста «Казахстаннефтегеофизика». За указанный период газовый каротаж был проведен в 28 структурных скважинах, из них в 25 скважинах зафиксированы газопроявления. Газовыделения приурочены к соляной толще купола на глубинах, превышающих 500 м, слабые выделения газов отмечены с глубин 300−400 м [3]. На глубинах меньше 500 м содержание углеводородных газов, обнаруженных в скважинах, не превышало 0,1−0,25 об. %, на глубинах более 500 м оно варьировалось от 0,1 до 5%, в том числе тяжелых углеводородов (ТУ) — от 0 до 4,25%.
На стадии детальной разведки месторождения в 1984—1985 гг. осуществлялись комплексные газокаротажные исследования в 16 скважинах, кроме того в шести из них проводился анализ проб бурового раствора с помощью хроматер-мографа ХГ-1Г на предельные углеводороды от СН4 до С6НИ. Суммарное со-
держание углеводородных газов в большинстве скважин не превышало 0,050,1%, и только в одной скважине в интервале 212−222 м достигло 0,15%.
Обработка данных «Журнала геологических осложнений», фиксирующих газонефтепроявления при бурении геолого-разведочных скважин на месторождении Сатимола в 2008—2010 гг., показала неоднократные случаи выделения газов в течение от нескольких минут до 14 ч. Из 22 пробуренных скважин газопроявления были зафиксированы в 13, в том числе в трех скважинах были отмечены наиболее интенсивные выделения газа, сопровождавшиеся выбросами бурового раствора на высоту до 5 м. Суммарный объем бурения по соляной толще составил 12,9 км (по 22 скважинам), общее количество зафиксированных газопроявлений — 26. Таким образом, частоту газопроявлений можно представить как 26/12,9 = 2 газопроявления/км.
Аналогичные газопроявления при бурении с поверхности происходят и на других калийных месторождениях. В табл. 2 для сравнения приведены данные по количеству газопроявлений из разведочных скважин некоторых участков Верхнекамского месторождения калийных солей [5]. Как видно из табличных данных, на всех участках выбросы происходили не более чем в 30% скважин.
На фотографиях керна (рис. 2, а, б), выбуренного из интервалов соляной толщи, в которых произошли выбросы бурового раствора, отчетливо видна на-рушенность породы, проявляющаяся в виде разлома керна на диски (дискование керна). Такие разрушения свойственны выбросоопасным породам, характеризующимся высокой газоносностью и низкими физико-механическими свойствами (прочностью на сжатие). В одной из скважин в интервале выброса было полностью разрушено 6 м керна. Три наиболее инт

Статистика по статье
  • 4
    читатели
  • 2
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц. сети

Ключевые слова
  • ГАЗОНОСНОСТЬ,
  • GAS CONTENT,
  • ПРИРОДНЫЙ ГАЗ,
  • NATURAL GAS,
  • СВОБОДНЫЕ И СВЯЗАННЫЕ ГАЗЫ,
  • FREE AND ASSOCIATED GASES,
  • ВЫБРОСООПАСНОСТЬ,
  • OUTBURST HAZARD,
  • ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ,
  • EXPLORATION DRILLING,
  • ДЕГАЗАЦИЯ,
  • DEGASSING,
  • ВЫБРОС БУРОВОГО РАСТВОРА,
  • DRILLING FLUID OUTBURST,
  • ДИСКОВАНИЕ КЕРНА,
  • CORE DISKING,
  • ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ,
  • DYNAMIC GAS PHENOMENA,
  • ПРОГНОЗ ВЫБРОСООПАСНОСТИ,
  • OUTBURST HAZARD PREDICTION,
  • МЕСТОРОЖДЕНИЕ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ,
  • POTASSIUM SALTS DEPOSIT,
  • КАМЕННАЯ СОЛЬ,
  • MINERAL SALT,
  • СИЛЬВИНИТ,
  • ЖИЛЯНСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ,
  • МЕСТОРОЖДЕНИЕ САТИМОЛА,
  • SATIMOLA DEPOSIT,
  • SYLVINITE,
  • ZHILIANSKOE DEPOSIT

Аннотация
научной статьи
по геологии, автор научной работы & mdash- ФОРТУНАТОВ Г. А., КРАСЮК Н.Ф., ЗЕМСКОВ А.Н., ИВАНОВ О.В.

Приводятся результаты научно-исследовательских работ по определению газоносности и выбросоопасности соляных пород калийных месторождений Казахстана на стадии геолого-разведочного бурения, проведенных авторами в 2011—2013 гг. Целью исследований являлось определение величины газоносности и компонентного состава природных газов продуктивных пластов и вмещающих пород, получение исходных данных для расчета вентиляции рудников и прогноз потенциальной газовой опасности при разработке месторождений. Методика проведения работ включала в себя дегазацию проб керна разведочных скважин методом растворения в предварительно дегазированной воде, анализ газопроявлений при бурении и исследования бурового раствора, а также анализ данных по физико-механическим свойствам соляных пород. Дана краткая геологическая характеристика месторождений калийных солей Жилянское и Сатимола, приведены средние по литологическим разностям пород и месторождениям в целом значения газоносности и компонентного состава связанных газов. В результате исследований установлена устойчивая зависимость между содержаниями в пробах водорода и метана. Определена величина общей газоносности по свободным и связанным газам, ожидаемая относительная газообильность по продуктивным пластам и вмещающим породам. Приведено описание газопроявлений, имевших место при геолого-разведочном бурении на месторождении Сатимола. Проведен анализ зафиксированных выбросов и вспениваний бурового раствора, составлена карта распределения газопроявлений по площади месторождения. Отмечена нарушенность породы в интервалах выбросов бурового раствора. На основе полученных материалов сделаны предварительные выводы о выбросоопасности пород месторождения.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой