Роль вугільного метану у видобутку нетрадиційного газу в україні

Одним з головних завдань сьогодення є забезпечення держави власними паливно енергетичними ресурсами. У зв'язку із значним виснаженням розвіданих свого часу запасів природного газу і тим, що пошуки родовищ у традиційних геологічних структурах в цілому виконано, основні перспективи відкриття нових покладів та нарощування обсягів видобутку вуглеводнів пов'язані з газовими джерелами нетрадиційного типу (нетрадиційний газ – англ. термін «unconventional gas»). Зокрема, газ глинистих сланцевих порід («сланцевий газ» − «shale gas»), газ низькопористих щільних пісковиків («tight gas sandstones» або скорочено «tight gas») та метан вугільних родовищ.

Відповідно до «Загальнодержавної програми розвитку мінерально-сировинної бази України на період до 2030 року» [2] запаси сланцевого газу за станом на 1 січня 2010 року в державному балансі запасів корисних копалин не обліковуються. Цілеспрямованими теоретичними та практичними дослідженнями проблем і можливостей видобування природного газу із сланцевих порід в Україні не займалася жодна організація. У природних умовах сланцевий газ є сильно розсіяним, газонасичення порід досягає від десятих часток до кількох відсотків, товщина продуктивних пластів змінюється в значних обсягах до сотень метрів з глибиною залягання до 3000 метрів і більше та належить до важковидобувних корисних копалин. Поклади сланцевого газу пов’язані з сланцями (аргілітами) нафтогазоносних басейнів, у тому числі центральнобасейнового типу, а також родовищами горючих сланців Українського кристалічного щита, Волино-Поділля та Причорномор’я.

Найбільш детальний огляд потенційних ресурсів сланцевого газу та перспектив його видобутку в Україні виконано О.Ю. Лукіним [3-5]. Ним зроблено висновок, що основні ресурси природного сланцевого газу в надрах України пов’язані з різновіковими, перш за все, девонськими та нижньокам’яновугільними сланцями в зонах мезокатагенезу у межах окремих районів Східного, Західного та Південного нафтогазоносних регіонів. Очевидно, що умови знаходження та запаси сланцевого газу достеменно не визначені.

Важливий додатковий ресурсний потенціал вуглеводневої сировини пов'язаний з покладами метану вугільних родовищ Донецького та Львівсько-Волинського вугільних басейнів. Станом на 1 січня 2010 року в Україні балансові запаси категорій А+В+С1 та С2 оцінені в 313,9 млрд куб. метрів метану вугільних родовищ (на балансі діючих шахт - 140,8 млрд куб. метрів) [2]. Тому метою роботи є наголошення на реальній перспективі видобутку метану вугільних родовищ України.

Метан вугільних родовищ умовно розділений на три види. Це метан вугільних пластів («coal bad methane», абревіатурою у міжнародній практиці «CBM»). До початку виймання вугілля цей метан можна вилучати лише з використанням різноманітних технологій впливу на вугільні пласти: шляхом гідророзриву, спрямованого мультилатерального буріння свердловин, відкачки води тощо [6].

У процесі видобутку вугілля відбувається розвантаження вугільних пластів та вміщуючих порід від гірського тиску, їх розтріскування, розущільнення, збільшення проникності, що обумовлює формування техногенних колекторів і, як наслідок, концентрацію в них вільного та десорбованого метану. Цей метан називають «coal mine methane» («CMM») – метан вугільних шахт, а його вилучення здійснюється на діючих шахтах методами поточної дегазації [6].

Вилучення вільного та десорбованого метану, який заповнює гірничі виробки та вироблений простір відпрацьованих лав та закритих шахт здійснюється після завершення виймання вугілля, шляхом буріння свердловин, зазвичай на старі гірничі виробки з подальшою відкачкою метану вакуумними насосами [6]. Це так званий «coal abandoned methane», абревіатурою − «CAM». Практика проведення таких робіт, зокрема у США, Німеччині, Великобританії, доводить перспективність та ефективність видобутку та подальшої утилізації метану закритих шахт. Видобуток вугільного метану в США сягнув рівня понад 50 млрд. м3 на рік ще у 2006 р. Треба зауважити, що такого рівня за річним обсягом видобутку сланцевого газу у США вдалося досягнути на 4 роки пізніше. Тобто, значне збільшення обсягів видобутку вуглеводнів з нетрадиційних джерел починалося саме з видобутку метану вугільних родовищ, на яких були відпрацьовані нові технології горизонтального буріння та гідророзриву пластів тощо.

Метан є головним компонентом газів вугільних родовищ, яким насичена практично вся продуктивна вугленосна товща, і він, відповідно до сучасного переліку нетрадиційних джерел вуглеводнів, водночас поєднує газ вугільних пластів та щільних колекторів. Окремо необхідно зазначити, що метан вугленосної товщі для геологів-вугільщиків та гірників, які за напрямком своєї роботи пов'язані з вугільними родовищами не є нетрадиційним. Більш того, останнім часом вугільні родовища розглядаються як газовугільні, а за концепцією розробленою нещодавно Державною комісією по запасах корисних копалин України газ-метан вже розглядається як самостійна корисна копалина. Сприйняття газу-метану, як самостійної корисної копалини відкриває нові (не тільки шахтні) можливості комплексного освоєння вугільних родовищ як метановугільних.

Розробка метановугільних родовищ поєднує в собі три важливі аспекти: по-перше це питання безпеки ведення гірничих робіт за газовим фактором, по-друге використання вуглеводневих газів як енергетичної та хімічної сировини та зрештою екологічні питання, тобто охорона довкілля, зокрема, зменшення шкідливих викидів в атмосферу шляхом подальшої утилізації газу-метану.

Як вже відзначалося, розглядаючи вугленосну товщу, ми одночасно маємо справу з метаном вугільних пластів та газом щільних порід (пісковиків). При цьому головні закономірності генерації, вивільнення, міграції та збереження газових покладів цілком розповсюджуються на глибокі горизонти традиційних басейнів для видобутку вуглеводнів. Умови формування газових скупчень у низькопористій вугленосній товщі Донбасу цілком відповідають умовам існування щільних колекторів глибоких горизонтів Дніпровсько-Донецької западини. У першу чергу маються на увазі пісковикі з коефіцієнтом відкритої пористості до 9-10 %, які залягають у зонах поширення газового, жирного та коксового вугілля, тобто, відповідають стадіям мезокатагенезу МК2-МК4.

Наука ‒ це система знань про існування і розвиток об'єкту, що вивчається, в даному випадку − газу-метану. Фундаментальна наука розглядає цей об’єкт системно на всіх етапах його існування. Дослідження повинні базуватися на достовірних, обґрунтованих уявленнях про походження газу, тобто про первинну природу метану, про шляхи формування родовища (покладів), накопичені обсяги та форми знаходження газу в масиві, а також про умови і режими його здобичі та використовування, і пов'язані з цим економічні, соціальні і екологічні питання.

Без розуміння походження метану не можна визначити обсяги видобутку. Не може бути ефективного видобутку газу якщо відсутні чіткі уявлення про умови його міграції та скупчення в конкретному родовищі. І тільки комплексний підхід до цієї проблеми дозволить вирішити її ефективно і в економічному, і в енергетичному, і в екологічному сенсі.

В літературних джерелах превалюють дві протилежні гіпотези походження метану вугільних пластів. Перша, найбільш поширена, пов’язує емісію метану з процесами метаморфізму, за другою – метан та інші гази надійшли до вуглепородного масиву зонами глибинних розломів з мантії, астеносфери, фундаменту.

Найбільш доведено, принаймі для вуглепородного масиву Донбасу, що формування газоносності масиву, відбулося за рахунок газів, генетично пов’язаних з органічною речовиною. Це стосується не тільки вугільних пластів, чи вуглепородного масиву де органічна складова концентрована, але і порід, наприклад, щільних де органіка присутня в розсіяному вигляді.

В роботі [3] обгрунтовані два способи походження газів з углефікованої органічної речовини: перший – метаноутворення, що є наслідком повільних структурних трансформацій органічної речовини під час метаморфізму; другий – метаногенерація, яка відбувається в внаслідок релаксації органічною речовиною накопиченої під впливом статичних та динамічних навантажень вільної енергії. Очевидно, що обсяги газів, генерованих речовиною під механічним впливом, значно менші, ніж газів, утворених в процесі метаморфізму. Але саме швидкоплинними процесами метаногенерації можна пояснити великі обсяги газів, що супроводжують раптові викиди вугілля порід та газу, Поточна метаногенерація це також єдиний спосіб яким можна пояснити обсяги газів що інколи видобуваються з щільних порід, тобто порід які не є колекторами, мають мінімальний сорбційний об’єм і дуже незначну сорбційну здатність.

Теоретичні розробки та отримані експериментальні дані слугували підґрунтям для розробки тектоногеохімічної гіпотези поточної газогенерації [3]. Суть запропонованої гіпотези полягає в тому, що під дією тектонічних в масиві виникають імпульсні механічні навантаження. Такі енергетичні імпульси викликають появу та поширення хвилевих напруг, які спричиняють періодичну активізацію масиву та сприяють накопиченню в молекулярній структурі органічної речовини потенціалу вільної енергії. У процесі дисипації речовиною накопиченої енергії в молекулярній структурі активуються різноманітні перетворення, наслідком яких і є газогенерація.

Тектоногеохіміча модель поточної газогенерації або виділення додаткових об'ємів метану знаходиться в повній відповідності з основними законами природи і не суперечить відомим емпіричним закономірностям і практичному досвіду.

Можливість генерації метану вугільною речовиною, за певних умов, обумовлює принципові висновки:

• по-перше, природні ресурси метану є відновлюваними;

• по-друге, можливість управління процесами та створення технологій техногенної генерації метану, у тому числі у промислових обсягах.

В промислових умовах на шахті ім. О.Ф. Засядька апробована технологія комплексної дегазації вуглепородних масивів. Вона передбачає дегазацію вуглепородного масиву, що підробляється, поверхневими свердловинами та підземними свердловинами – по три-чотири свердловини в кущі та дегазацію виробленого простору трубопроводом системи газовідбору. Газ з поверхневих свердловин дегазації містить 90-98 % метану, з підземних свердловин поточної дегазації – 25-60%, а з трубопроводів дегазації виробленого простору – 8-30 %.

Ефективність комплексної дегазації доведена до 90 %. На шахті був споруджений теплоенергетичний комплекс, який включає 12 когенераційних установок і вперше доведена можливість використання шахтного газу з низькою концентрацією метану (від 25 %) і незначним його тиском на вході. За 5 років комплексом видобуто і утилізовано 170 млн. м³ шахтного газу, , що дозволило скоротити викиди метану в атмосферу в еквіваленті 2,8 млн. т. СО2. Під час утилізації видобутого метану вироблено тепло- і електроенергії на суму 215,1 млн. грн., виплати по квотах і заліки за зменшення викидів метану в атмосферу складають 315,8 млн. грн.

Практикою підтверджується, що закладені у подібні проекти принципи, підходи та критерії дегазації вуглепородного масиву в умовах Донецького басейну є успішними і відповідають світовому досвіду.

Підсумовуючи необхідно відзначити, що для розвитку видобутку нетрадиційної вуглеводневої сировини в Україні, і зокрема метану вугільних родовищ, потрібно провести значні геологорозвідувальні роботи для оцінки ресурсів та запасів газу, розробити власні нові або залучити сучасні закордонні технології та технічні засоби видобутку та переробки сировини, зробити оцінку можливої собівартості вилучаємої продукції у промислових обсягах.

1. Безручко К. А. Умови формування і збереження скупчень метану в низькопористих вугленосних відкладах / К.А. Безручко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України : Зб. наук. пр. / УкрНДМІ. − Донецьк, 2011. − Вип. 9, Т. 2. − С. 18−28.

2. ЗАКОН УКРАЇНИ Про затвердження Загальнодержавної програми розвитку мінерально-сировинної бази України на період до 2030 року // Відомості Верховної Ради України (ВВР). – 2011. − № 44. − Ст.457.

3. Лукин А. Е. Сланцевый газ и перспективы его добычи в Украине. Статья 1. Современное состояние проблемы сланцевого газа (в свете опыта освоения его ресурсов в США) / А. Е. Лукин // Геол. журн. − № 3. − 2010. − С. 17−33.

4. Лукин А. Е. Сланцевый газ и перспективы его добычи в Украине. Статья 2. Черносланцевые комплексы Украины и перспективы их газоносности в Волыно-Подолии и Северо-Западном Пичерноморье / А. Е. Лукин // Геол. журн. − № 4. − 2010. − С. 7−24.

5. Лукин А. Е. Перспективы сланцевой газоносности Днепровско-Донецкого авлакогена / А. Е. Лукин // Геол. журн. − № 1. − 2011. − С. 21−41.

6. Лукинов В. В. Горно-геологические условия образования скоплений свободного метана на угольных месторождениях / В. В. Лукинов // Науковий вісник НГУ. − № 4. − 2007. − С. 55−59.

РОЗДІЛ ІV

ПЕРЕЛІК ТЕОРЕТИЧНИХ ПИТАНЬ,

ЯКІ МАЮТЬ БУТИ РЕАЛІЗОВАНІ

ПІД ЧАС ВИКОНАННЯ

ЛЕКСИКО-ГРАМАТИЧНИХ ЗАВДАНЬ

1. Лексичні норми сучасної української мови у професійному мовленні. Власне українська й іншомовна лекситка. Семантичні групи лексики: синоніми, антоніми, пароніми.

2. Науково-термінологічна лексика. Стійкі сполучення в науковому мовленні.

3. Скорочування слів та словосполучень у професійному спілкуванні.

4. Синтаксичні засоби наукового мовлення.

5. Складні випадки керування.

6. Види перекладу.

7. Реферування наукового тексту.