Научная статья на тему 'Проблема промышленного освоения ресурсов угольного метана в России и пути ее решения'

Проблема промышленного освоения ресурсов угольного метана в России и пути ее решения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
131
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Проблема промышленного освоения ресурсов угольного метана в России и пути ее решения»

© Л.А. Пучков, С.В. Сластунов, 2004

УДК 622.23:622.411.33

Л.А. Пучков, С. В. Сластунов

ПРОБЛЕМА ПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ РЕСУРСОВ УГОЛЬНОГО МЕТАНА В РОССИИ И ПУТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ

Семинар № 5

f \ бъективная оценка разведанных запасов горючих полезных ископаемых планеты показывает, что основным топливом третьего тысячелетия будет являться каменный уголь.

Газоносные угольные месторождения во всем мире считаются нетрадиционными источниками углеводородных газов. Угольный метан в пересчете на условное топливо занимает в мире 4 место после угля, нефти и природного газа.

Угольный метан во многих странах мира, в том числе в России, рассматривается в качестве компонента топливно-энергетической сырьевой базы. Прогнозные ресурсы метана угольных месторождений России оцениваются по различным источникам в пределах 50-80 трлн м3, что близко к запасам традиционных газовых месторождений страны.

В освоенных угледобычей регионах содержится до глубины 1800 м не менее 15 трлн м3, в том числе в Воркуте 2 трлн м3 и в Кузбассе 13 трлн м3.

Основная проблема метана - метанобезо-пасность угольных шахт. Ее относительное забвение как в плане финансирования НИР, так и в технологическо-орга-низационном плане -предмет отдельного рассмотрения. Этой проблеме были посвящены наши доклады и выступления на предыдущих научных конференциях «Неделя Горняка», Всемирного конгресса «Углеметан» в Алабаме (США) и ряде других. Необходимо вспомнить аварии на шахтах «Первомайская», «Баренцбург», «Зырянов-

ская», «Центральная» и некоторые другие. Трагическая ситуация присуща не только шахтам России, но и другим угольным регионам СНГ, примеры тому последние аварии на шахтах им.Скочинского (Украина) и им. Ленина (Казахстан).

Вторая по значимости проблема - повышение эффективности добычи угля при отра-

ботке высокогазоносных угольных пластов. Эта проблема связана с тем, что на особо опасных по газу и пыли шахтах нагрузки на очистные забои в 1,5-2,0 раза ниже технологически возможных. При нагрузках 1500-2000 т в сутки необходимо обеспечивать эффективность дегазации на уровне 35-40 %, а при нагрузках, предусматриваемых на перспективных шахтах - 50-60 %.

В настоящее время во всех угольных бассейнах СНГ идет реструктуризация угольной отрасли. Одна из целей реструктуризации сводится к существенному увеличению нагрузок на очистные забои. Только таким образом могут быть обеспечены экономически состоятельные показатели угледобычи. Однако, существенное увеличение нагрузок возможно лишь при решении задачи обеспечения эффективной дегазации.

Третья проблема угольного метана - проблема его использования с целью повышения рентабельности угледобычи. На Ворку-тинском месторождении, например, предусматривается утилизация до 50-55 млн м3 метана в год, что должно обеспечить экономию угля 75-80 тыс. т. Расчеты показывают, что за счет использования каптируемого угля может быть сэкономлено до 75 % топлива, расходуемого на выработку электроэнергии, потребляемой шахтами.

Четвертая проблема угольного метана -экологическая. В настоящее время в мире действует около 4000 угольных шахт, при этом выделяется более 20 млрд м3 метана. В СНГ на

о 3

шахтах выделяется около 8 млрд м метана.

За последние 40 лет выделение метана в атмосферу из шахт Кузбасса возросло в 8 раз, Воркуты - в 4 раза. Известно, что метан - активный парниковый газ, его выделение ведет к образованию фотохимического смога в городах, негативно влияет на состояние озонового слоя.

В настоящей работе мы остановимся на отдельной проблеме - проблеме промышленного освоения ресурсов угольного метана. В последние годы угольный метан попал в сферу интересов ОАО «Газпром», разработано несколько вариантов технико-экономических обоснований промышленной добычи метана из угольных пластов в Кузнецком бассейн. Суть их свелась к следующему.

Потребности регионов юга Западной и Восточной Сибири в газе составляет 30-40 млрд м3 в год, а поставки газа из Томской и Тюменской области не превышают 6 млрд. м3 в год. Гигантские запасы метана (около 13 трилн. м3) содержаться в угольных пластах Кузбасса, природная газоносность которых достигает 30 м3 метана на тонну угля.

Основанием того, что эти запасы могут быть востребованы с экономической целесообразностью, служит опыт ряда газовых компаний США, где добывается порядка 6% от общей добычи газа в США. Утверждается, что достижения американских компаний - технологический феномен, включающий в числе ряда других приемов кавитацию, достигаемую знакопеременным пневмогидроимпульсным воздействием на базе кавернообразования в призабойной зоне.

Представляет определенный научный и практический интерес проанализировать представленную информацию и сделанные при этом выводы.

Общеизвестно, что львиная доля метана добывается лишь в одном бассейне, более того, лишь в одной сравнительно небольшой части бассейна Сан-Хуан, где было обнаружено углегазовое месторождение. Это, в частности, подтверждается тем, что через газодобывающие скважины суммарно извлекается на поверхность угольного метана в 5-10 раз больше, чем этого можно было бы ожидать, исходя из известной природной газоносности дегазируемых угольных пластов. Так даже в целом по бассейну Сан-Хуан при среднем дебите скважин 17 куб. метров в минуту и природной газоносности 15-20 м3 на тонну при среднем сроке эффективного функционирования скважин в 10 лет из одной скважины извлекается около 100 млн м3 угольного метана, в то время как запасы последнего в зоне обработки одной скважины при известном расстоянии между скважинами на порядок меньше. Еще более показательна ситуация в условиях скважин с де-

битами более 50 куб.метров метана в минуту, что имеет место в условиях наиболее продуктивной части бассейна Сан-Хуан.

Если же взять второй по значимости добычи метана угольный бассейн Блэк - Варриор, то тут ситуация будет уже более объективна для условий неразгруженных угольных пластов. Газодобывающие скважины в этом бассейне функционируют с 1984 г. Средний дебит метана из одной скважины в первые четыре года интенсивного освоения и эксплуатации составлял около 5 тыс.куб.метров метана в сутки (или около 3 куб.метров метана в минуту), затем дебит снижался до уровня 1,5-2,0 тыс. м3 в сутки (1,0-1,5 м3 в минуту). Общее время функционирования скважин составляло около 11 лет. Эти последние показатели идентичны тем, которые мы имели и имеем в настоящее время на шахтных полях Карагандинского и Донецкого угольных бассейнов в условиях заблаговременной дегазации шахтных полей через скважины с поверхности.

При всем этом в представленном ВНИИГа-зом ТЭО на выбранной Талдинской площади максимальная производительность скважин закладывается на уровне 80 тыс.куб.метров в сутки (или более 55 куб.метров в минуту). При этом указывается, что при использовании обычных для США методов себестоимость угольного метана составит 18 долларов за 1000 м3 и срок окупаемости проекта - 17 лет, а при использовании прогрессивных методов себестоимость будет в два раза ниже и срок окупаемости 7 лет.

Приведенная в ТЭО сравнительная характеристика углегазопромысловых показателей бассейна Сан-Хуан и Кузбасса весьма приблизительна и неконкретна, так как оперирует такими интегральными показателями, как масштабность и плотность ресурсов угольного метана и не учитывают таких существенных, наиболее сильно влияющих на эффективность извлечения метана, факторов, как глубина залегания пластов и их проницаемость.

Авторы проекта предусматривают возможность снижения себестоимости добычи угольного метана до себестоимости добычи природного газа и ниже за счет использования современной техники и оборудования ведущих нефтегазовых компаний США. При этом декларируется, что в России таких технологий и оборудования нет.

Такая постановка вопроса организации добычи угольного метана не нова. В последние 10-15 лет в Казахстане делались попытки реализации аналогичной концепции. Начиная с 1991 г. ряд компаний США, заключив рамочные соглашения, вели интенсивный сбор имеющейся геологоразведочной и горнотехнической информации на предмет развертывания экономически выгодной широкомасштабной добычи метана из угольных пластов. В 1993 г. компания «ЭНРОН» представила проект и ТЭО, заложив ожидаемый дебит метана из одной скважины на уровне 40 м3 метана в минуту, однако инвестировать этот проект не взялась. В 1995 г. другая американская компания IMC, уточнив геологическую информацию, представила проект и ТЭО с ожидаемым уровнем дебита метана уже в 15 м3 метана в минуту, однако и при этих показателях инвестиций с американской стороны не последовало. В 1997 г. управлением «Спецшахтомонтаж-дегазация» совместно с Московским государственным горным университетом (МГГУ) был разработан проект и ТЭО на бурение и обработку 150 скважин с проектным дебитом газодобывающей скважины на экономически оправданном и реально достижимом уровне в 510 тыс. м3 метана в сутки в Шахтинском районе Карагандинского угольного бассейна по технологии МГГУ, которая применяется на шахтах бассейна с 1963 г., защищена более, чем 80-ю авторскими свидетельствами и патентами, приоритетными публикациями и отраслевыми руководствами. В последние четыре года указанный проект успешно реализуется в строгом соответствие с программой работ и при постоянных инвестициях Угольного департамента ОАО «ИСПАТ-Кармет».

Оценка перспектив масштабной добычи угольного метана - вопрос чрезвычайно сложный и требующий тщательной проработки. Наибольшее опасение связано с возможностью некомпетентного подхода к этой сложной, но и перспективной задаче и дискредитации самой идеи экономически обоснованной добычи угольного метана. Завышенные прогнозные дебиты, являющиеся основой любого бизнес-плана, ни в коей мере не могут базироваться на дебитах, характерных для углегазовых месторождений, примером которого является широкоизвестный бассейн Сан-Хуан. Угольный пласт является сложной низкопроницаемой блочно-трещиноватой средой с большой неоднородностью и анизотропией свойств. До 80-

90 % угольного метана находится в порах от 0,5 до 1 нм в сорбированном (связанном) состоянии, в состоянии угольного раствора.

Перевод его в свободное состояние весьма длителен и требует существенного изменения свойств и состояния углегазоносного массива.

• Значительная часть порового пространства угольных пластов представлена порами размером от 1 до 10 нм (фольмеровские поры), где осуществляется капиллярная конденсация и диффузия газа;

• порами размером от 10 до 100 нм (кнудсеновские поры), где имеет место медленная ламинарная фильтрация газа, т е. процессы переноса метана, требующие значительного времени;

• в макропорах (пуазейлевых порах) процесс массопереноса происходит несколько быстрее, где имеет место интенсивная ламинарная фильтрация;

• и только в условиях видимых пор и трещин имеет место смешанная ламинарная и турбулентная фильтрация, в процессе которой могут быть обеспечены более или менее приемлемые дебиты скважин.

Механизм извлечения метана из низкопроницаемых угольных пластов весьма специфичен и не имеет ничего общего с механизмом истечения газа при эксплуатации чисто газовых месторождений. Все это предопределяет необходимость самого широкого использования опыта ученых и специали-стов-угольщиков по извлечению метана в процессе дегазации угольных пластов через скважины с поверхности. По этой технологии за период более 35 лет были подготовлены к безопасной и эффективной разработке более 20 шахтных полей Карагандинского и Донецкого угольных бассейнов, собран и обобщен огромный научный и экспериментальный материал.

Не состоятелен тезис о технологическом отставании России от США. Не трудно видеть, даже обобщая материалы постоянно действующего всемирного форума «Углеметан», происходящего каждые два года в Алабаме, в котором постоянно участвует и МГГУ, что все так называемые технологические прорывы американских компаний по добыче угольного метана (применение азота, режим кавитации с использованием кавернообразо-вания и знакопеременных гидропневмоим-пульсных воздействий, применение С02 и некоторые другие воздействия) давно из-

вестны, защищены патентами МГГУ и

применяются в Карагандинском, Донецком и Печорском угольных бассейнах. Изложенное выше не означает того, что эффективная технология для всего многообразия горно-геологичес-ких условия разработана и не требует своего совершенствования. Этот процесс требует постоянного внимания, особенно для обеспечения эффективности работ по извлечению метана на больших глубинах и в условиях низкой газопроницаемости. Работы следует вести и по другому направлению, а именно поиску благоприятных горногеологических условий, в частности микроуг-легазовых месторождений, аналогичных Сан-Хуану. В этом направлении в угольной отрасли

также накоплен существенный опыт и разработаны нетрадиционные подходы, такие как гео-динамическое районирование недр, выявление зон пониженной напряженности отдельных участков угольных месторождений и некоторые другие.

МГГУ считает проблему добычи угольного метана весьма важной и актуальной народно-хозяйственной задачей как для газовой, так и для угольной отраслей. С нашей точки зрения именно на стыке их интересов лежит сбалансированное и взвешенное решение проблемы добычи метана из угольных пластов и обеспечения метанобезопасности последующей угледобычи.

— Коротко об авторах

Пучков Лев Александрович - чл.-корр. РАН, ректор Московского государственного горного университета. Сластунов Сергей Викторович - профессор, доктор технических наук, проректор по научной работе Московского государственного горного университета.

------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЧАЛА Дечасса Кебеде Исследование и развитие комбинированной (открыто-подземной) геотехнологии с учетом качества руды и экологических последствий 25.00.21 Д.т.н.

ВЛАСОВ Роман Евгеньевич Выбор способа защиты бортов отработанных или законсервированных карьеров от ветроволнового воздействия 25.00.22 25.00.16 К.Т.Н.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.