3D геологическое и гидродинамическое моделирование результатов ПИВ на угольные пласты

Задача:

Конечная цель исследования - оценка влияния ПИВ на проницаемость угольного пласта - далее делится на более мелкие задачи и цели:

Регистрация микросейсмической эмиссии, выявленной в процессе пассивного микросейсмического мониторинга.
Построение 3D геомеханической модели.
Создание дискретной модели трещиноватости (Discrete Fracture Network).
Расчёт величины вторичной проницаемости, возникшей в результате плазменно-импульсного воздействия на угольный пласт.
Создание гидродинамической модели угольных пластов.

Значение:

Количество метана, который можно извлечь из угольного пласта, зависит от качества угля, мощности пласта, величины литостатического давления и размера десорбционной воронки, формирующейся вокруг скважины.
В свою очередь, размер воронки зависит от фильтрационных свойств угля и геологической структуры угольного пласта.
Кроме того, геологическая структура угля и матрицы чувствительны к изменениям проницаемости, которые происходят из-за образования макро, мезо и микротрещин во время ПИВ.
Следовательно, значимость исследования изменений проницаемости в структуре угля напрямую связана с увеличением или уменьшением количества извлекаемого метана.

Регистрация микросейсмической эмиссии, выявленной в процессе пассивного микросейсмического мониторинга:

Полученные результаты позволили очертить зону действия ПИВ вокруг скважин.
Наблюдаемые кинематические и динамические характеристики использованы в дальнейшем для построения трехмерной геомеханической модели.

Рис.1: 3D модель распределения микросейсмических событий в процессе ПИВ на скважинах А1 и А3 (гипоцентры показаны цветными кружочками). Цветом показана величина выделенной сейсмической энергии.

Построение 3D геомеханической модели:

Геомеханическое моделирование позволяет оценить напряженно-деформированное состояние углепородного массива.
Использование данной технологии дает возможность интегрировать разнообразную структурно-геологическую информацию, построить надежную дискретную модель трещиноватости (Discrete Fracture Network).
Исходными данными для построения этой модели являются трехмерная цифровая геологическая модель и результаты микросейсмического мониторинга из предыдущей задачи.

Рис.2: Общий вид 3D геологической модели вокруг скважин А1-А4.

Создание дискретной модели трещиноватости (Discrete Fracture Network):

На Рис.3 показана Дискретная модель трещиноватости угольных пластов 45-48, построенная с использованием 6 трендов, определяющих появление новообразованных трещин или апертуры (степень раскрытия) первичного и вторичного растрескивания.

Расчёт величины вторичной проницаемости, возникшей в результате плазменно-импульсного воздействия на угольный пласт:

Рис.4: Схема техногенной проницаемости, возникшей в результате плазменно-импульсного воздействия на угольные пласты 45-48.

Рис.5: Карты вторичной проницаемости, построенная с помощью геологических данных для района скважин А5-А20**

Важным наблюдением, выявленным в результате геофизического анализа, является тот факт, что параметры, влияющие на формирование техногенных трещин, не имеют радиального распределения, вместо этого они образуют две системы направлений - диагональную (северо-восточная и северо-западная ориентации). ) и ортогональную (субширотная и субмеридиональная ориентации).
Это отражается на фактическом механизме образования техногенных трещин, возникающих в изначально ослабленных зонах, которые существуют в угольной матрице.

Создание гидродинамической модели угольных пластов:

Гидродинамическая модель основана на фильтрации метана, которая возникает в результате десорбции из угольного пласта.

Рис.6: Депрессионная воронка, возникшая на 400 сутки после начала закачки воды.

Расчеты процесса дегазации в скважинах требовали использования сетки, состоящей из значений техногенной проницаемости, возникшей в результате плазменно-импульсного воздействия на угольные пласты 45-48.
Основываясь на теоретическом понимании процесса адсорбции метана, происходящего в угольном пласте, были проведены расчеты с учетом объемов газа, которые были выделены в результате образования десорбционной воронки при закачке воды.
Следует отметить, что расчет повышения пластового давления из-за закачки воды по прошествии времени t является решающим и необходимым процессом.
Наконец, разница межу этими параметрами и характеризует величину десорбционной воронки, возникшей вокруг скважины.

Рис.7: 3D модель характера зон дренирования скважины А5-А20 района лавы 48-9.

Структура зон дренирования позволяет оценить объемы газа, сорбированного в угле.
Рассчитав объемы газа в пределах каждой зоны дренирования можно декомпилировать и оценить количество метана, которое необходимого извлечь, чтобы остаточное содержание метана составляла 13м3/т.

Результаты гидродинамического моделирования:

Оценены объемы газа, содержащиеся в угольных пластах 45 и 48 в пределах десорбционной воронки скважин.
Оценены объемы газа, которые нужно отобрать из пластов, чтобы довести остаточную газоносность до порогового значения 13 м3/т.
Рассчитан период времени, за который газоносность понизится до безопасного уровня.
Модель проницаемости сыграла ключевую роль в понимании параметров скважин и предсказала следующее:
- Увеличение содержания воды в некоторых скважинах
- Низкие дебиты потока газа в других

Основные результаты:

Широкий спектр выводов был сделан комплексно по результатам решения различных задач, которые были выполнены и упомянуты выше. Полученные результаты открыли путь к совершенно новым перспективам процесса дегазации угольного пласта с использованием ПИВ на участке шахты Ерунаковская-VIII. Также дополнительным открытием стали современные методы, которые можно использовать для оценки фильтрационно-емкостных свойств угольных пластов с помощью трехмерного компьютерного моделирования.

Выводы на основе геомеханической модели:

Успешная оценка напряженного состояния угольного массива, создание дискретной модели трещиноватости и расчет вторичной и техногенной пористости и проницаемости, используя специальные геофизические методы микросейсмического зондирования.
Впервые были определены области дренирования метаноугольных скважин А1, А3 и А4.
Геофизический мониторинг показал, что зона влияния ПИВ простирается за 900 метров от скважины.
Сеть фильтрационных каналов создается вдоль крупных трещин, которые образовались во время проведения ПИВ.
Наличие этих каналов дополнительно подтверждается наблюдением за изменением дебитов добывающих скважин.

Выводы на основе гидродинамической модели:

Успешная оценка запасов метана на участке добывающих скважин.
Расчет объемов добычи метана для скважин А1, А3 и А4.
Параметры вторичной и искусственной проницаемости, которые были ранее определены, были подтверждены с помощью гидродинамической модели.
Модель сыграла ключевую роль в понимании механизмов обводненности в скважине А2, низких дебитов в скважине А3 и значительного увеличения дебита метана в скважине А4 после вывода из эксплуатации скважины А1.

Выводы:

Кроме того, геомеханическая модель позволила определить антропогенное воздействие на угольный пласт, которое имело место в начальных условиях окружающей среды, которые впоследствии были нарушены тектоническими трещинами, что происходит в специфических геодинамических условиях.
Природная трещиноватость играет решающую роль в формировании фильтрационных каналов в угле.
Сопоставление техногенной и вторичной проницаемости позволило создать фильтрационную модель для района проектируемых скважин А5-А20 в контуре лавы 48-9.
По результатам гидродинамического моделирования было установлено, что на скважине А18 есть опасность столкнуться с высокими притоками воды, подобно скважине А1. Наибольшую площадь дренирования имеют крайние скважины А5 и А20.

Назад к списку