Метан угольных месторождений

Схема установки для использования метана

Метан угольных месторождений ( рус. метан угольных месторождений , англ. methane of coal deposits , нем. Methan n aus den Kohlenlagerst?tten ) - Попутная полезное ископаемое, содержащейся в угольных пластах и вмещающих породах.


История

Шахтный метан как побочное полезное ископаемое используется более 50 лет. На метан угольных месторождений как самостоятельную полезное ископаемое за рубежом обратили внимание после нефтяного кризиса 1973 года. В США эти работы поощрялись путем скидок налогов и кредитов. Запасы метана в США, по данным Нефтяной совета и Института газовой промышленности, составляют до глубины 900 м от 8,5 до 14 трлн. м 3 при запасах угля 2520 млрд.т. В 1998 году по данным агентства охраны окружающей среды США из угольных пластов большой мощности с метаноноснистю от 8,5 до 19,2 м 3 / т добыто и утилизировано около 10 млрд. м 3 метана, что почти в 12 раз больше, чем в 1997 году. В США эксплуатируется более 5000 скважин, добывающих газ из угольных пластов. В 2000 году добыча метана из угольных месторождений оценочно составил 40 млрд. м 3.


Современность

Теоретически и экспериментально показано, что метан в ископаемом угле находится в трех состояниях: свободном (в порах), адсорбированной (на поверхности главным образом пор) и растворенном в органике угольного вещества. Особое внимание на М.в.р. как полезное ископаемое обратили после нефтяного кризиса 1973 г. В конце ХХ в. запасы М.в.р. оценены в ряде стран. Ресурсы М.в.р. ФРГ составляют 3-4 трлн м ?; Англии - 1,9-2,8 трлн м ?; Австралии - 6,0 трлн м ?; Польши - 1,6-2,0 трлн м ?; Китае - 25-30 трлн м ?; США - 8,5-14 трлн м ?.

В Украине метаноноснисть каменного угля Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов колеблется 0,5-25 м ? / т. Ресурсы метана в разведанных кондиционных угольных пластах до глубины 1800 м составляют 0,45-0,55 трлн м ?. В породах аккумулировано в 1,5-2 раза больше углеводородных газов, чем в угольных пластах, то есть в них не менее 1,5-2,0 трлн м ? метана. Таким образом, угольные месторождения Украины содержат ок. 2,5-3,0 трлн м ? метана. По другим оценкам ресурсы метана только в угольных пластах действующих шахт Донбасса составляют 0491000000000 м ?; ресурсы метана в угольных пластах за пределами полей действующих шахт - 0592000000000 м ?; ресурсы свободного метана во вмещающих породах - 3, 77 трлн м ?. Всего - более 4,0 трлн м ?.

Газовая зональность Донбасса сформировалась в два этапа. Первый этап - доинверсийний период развития бассейна - характеризуется мощным осадонакопиченням с интенсивным процессом газогенизации и формированием первичной вертикальной газовой зональности, отражающий газопродукуючи способности угленосной толщи и степень насыщения угля и самих газов в зависимости от существующих термодинамических условий. Второй этап - период геологического развития прогиба - характеризуется интенсивным перераспределением газов в осадочной толще бассейна и разрушением первичной газовой зональности с трансформацией ее в современную вертикальную и плоскостную зональность. Она обусловлена ​​закономерными изменениями коллекторских свойств вмещающих пород.

В мире использование М.в.р. в конце ХХ в. еще не получило распространения. В 1998 г. В США из угольных пластов большой мощности с метаноноснистю 8,5-19,2 м ? / т добыто и утилизировано около. 10 млрд м ? метана, что почти в 12 раз больше, чем в 1997 г. В США эксплуатируется более 5000 скважин, добывающих газ из угольных пластов. Добыча М.в.р. в США в 2000 г. составил 30 млрд м ?. В Украине использование М.в.р. находится на начальной стадии. Анализ деятельности объединения "Донецкуголь" за последние 10 лет ХХ века. показал, что с 4500 млн м3 метана, выделившегося при добыче угля, 80% было выброшено в атмосферу, 18% каптированного системами подземной дегазации, 2% изъято через скважины, пробуренные с поверхности. В каптированного метановоздушной смеси концентрация метана чаще всего составляет <25% (только иногда до 60%), что обусловливает ограниченное его использование в энергетике (ок. 9%).

Шахтные методы дегазации метана широко применяются в Германии (ресурсы 3-4 трлн. М3), Англии (1,9 - 2800000000000. М3), Австралии (6,0 трлн. М 3) и других странах. В Польше (ресурсы 1,6 - 2,0 трлн. М3), Чехии (1,1 - 1,5), Китае (25 - 30 трлн. М3) широко ведутся работы по использованию метана как в процессе добычи угля в шахтах, так и на разведанных угольных месторождениях. Метан угольных месторождений на 35 - 40% дороже газ, однако с учетом скидок, организационно-производственных мероприятий, предусмотренных специальным законодательством в США добыча метана из угольных пластов вполне рентабелен (рис.).

Перспективным считается добычи М.в.р. с применением скважин, пробуренных с поверхности. В зависимости от состояния пребывания метана в газовом коллекторе применяются три технологии добычи М.в.р.:

    • 1. Для дегазации массива, содержащий угольные пласты, породы с рассеянной угольной веществом и газоносных песчаников, используют технологию с частичной разгрузкой массива в результате его подделки и отводом газа через направленные дегазационные скважины. Суть способа заключается в пространственном расположении активного ствола скважины в соответствии с особенностями формирования зоны полного сдвиги углепородного массива при его подделке. Нижнюю часть скважины бурят параллельно одной из границ зоны полного сдвиги.
    • 2. Предыдущая дегазация шахтных полей к строительству шахты применяется при наличии геологических структур, которые включают антиклинальные, купольные и флексурных системы, имеющие газоносных песчаников, покрытые слоем герметизирующих пород (т.н. "газовые ловушки"). Дегазационных скважин бурят в самой продуктивной точке "ловушки" с перебура производительных по газу горизонтов. Скважина крепят обсадной колонной, рассчитанной на длительный срок эксплуатации, перфорированной по мощности продуктивных горизонтов.
    • 3. Технология предварительной дегазации углепородного массива с применением гидродинамического способа обработки угольных пластов и газоносных пород. Суть ее заключается в закачке рабочей жидкости в пласт при затратах, не превышающих естественную приемную способность пласта. Это приводит к многократному повышению проницаемости пласта за счет раскрытия и расширения природных трещин, объединены в единую гидравлическую систему, ориентированную на скважины, по которой после удаления рабочей жидкости происходит транспортировка газа из пласта в скважину.

Способность метана угольных пластов составить экономическую конкуренцию природному газу зависит от четырех основных взаимосвязанных критериев: дебита и продуктивной жизни скважины низких капитальных и эксплуатационных затрат; наличии надежного и кон ? ? курентноздатного рынка для сбыта добытого газа; объемов добычи (эксплуатации). Для успешной разработки метановых залежей, прежде чем говорить об экономической привлекательности того или иного проекта добычи метана, необходимо учитывать и оценивать все четыре критерия.

Задача концентрирования метана в исходной структуре может быть решена путем перевода его в твердое состояние в виде кристаллогидратов, поскольку гидратная технология дешевле по сравнению с другими технологиями. Существуют аппаратурные разработки на уровне лабораторных и полупромышленных установок, для Донбасса подготовлен проект "Метан" по утилизации шахтного метана.

М.в.р. является источником для получения моторного топлива (заменитель нефтепродуктов) и может использоваться для получения электроэнергии. Согласно Государственной программе (Концепции) в 2011 г. за счет М.в.р. на Донбассе должно быть обеспечено выработки ежегодно 8237 млн ​​кВт-ч электроэнергии, 9508 тыс. Гкал тепловой энергии, 164 млн м ? газомоторного топлива, 670 тыс. т метанола.


Литература