Файл: Макогон, Ю. Ф. Гидраты природных газов.pdf

Глубокая») при температуре пород 12—14° С гидраты метана могли образоваться при давлениях свыше 100 кгс/см2.

На шахте «Петровская — Глубокая» выбросы породы были отме­ чены на глубинах до 1200 м при температуре пород 42° С. При дан­ ной температуре для образования гидратов уже потребовалось бы давление свыше 2 тыс. кгс/сма, а при существующих гидростатиче­ ских давлениях на указанной глубине температура гпдратообразованпя СН4 равна 14° С.

Рис. 108. Распространение южной границы плейстоценового оледенения в Северном полушарии.

1 — 1900—1940 гг.; г — около 1800 г.; 3 — предполагаемый плейстоценовый максимум

Таким образом, ясно, что в период образования гидратов газов термодинамическая характеристика пластов должна была характе­ ризоваться более низкими температурами или более высокими гидростатическими давлениями, чем в современных условиях.

Палеонтология четвертичного периода доказывает наличие не­ скольких значительных похолоданий климата.

В периоды похолодания климата средняя температура в умерен­ ных широтах (30—60° С) была ниже современных на 8—10° С , что приводило к крупным оледенениям.

Распространение южной границы оледенения в Северном полу­ шарии показано на рис. 108 [48].

166

В период максимального оледенения материковые льды покры­ вали до 30% всей суши, или около 45 млн. км2, уровень океана при

этом-понижался на 80—200 м.

Оледенения суши сопровождались распространенпем мерзлых грунтов как по мощности, так и по простиранию. Мощность ледни­ ков достигала 600—1500 м. При этом мощность многолетнемерзлых грунтов превышала 500—1000 м.

Рис. 109. Корректировочные кривые, учитывающие влияние изменения геотермического градиента п гидростатического давления на условия

образования гидратов

Как показывает анализ районов, характеризующихся внезап­ ными выбросами пород, их распространение совпадает с районами оледенения суши в четвертичный период.

На рис. 109 приведены корректировочные кривые, учитывающие влияние изменения геотермического градиента на условия образо­ вания гидратов метана в районе [26] Донецкого бассейна (h0 при наличии криолитозоны мощностью 100—2000 м). На этом же ри­ сунке даны корректировочные кривые, учитывающие изменение гидростатического давления в период формирования гидратов в пла­ стах (hp — при превышении существующего гидростатического дав­ ления иа 10—100 кгс/см2).

167

Учитывая изменение термодинамической характеристики разре­ зов в районах, характерных внезапными выбросами породы, можно определить зоны образования и накопления гидратов в пористых породах в четвертичный период п глубины их верхней и нижней границы.

Для определения нижней и верхней границы зон внезапных вы­ бросов необходимо знать геотермический градиент и гидростатиче­ ское давление в период наибольших похолоданий климата в данном районе. Кроме того, необходимо знать характеристику газовмещающнх пород, их пористость, влагоиасыщенность, капиллярное давление, состав газа, современную термодинамическую характе­ ристику разреза п т. д.

Исходя пз рис. 109, можно сделать основной вывод: максималь­ ная глубина выбросоопасных пород в районах Донецкого бассейна не превышает 1500 м (если же мощность криолитозоны в четвертич­ ный период превышала 1000 м и достигала, например, мощности 2000 м, то, соответственно, глубина выбросоопасных пород может достигать 2250 м).

Таким образом, для определения интервалов выбросоопасных зон необходимо знать не только современные параметры газовмещающпх пород, но и их термодинамическую характеристику в период формпрованпя.

Геологическая характеристика рассматриваемых районов, в част­ ности Донецкого бассейна, в течение четвертичного периода изменя­ лась незначительно. Термодинамическая характеристика разреза резко и неоднократно за этот период изменялась. Изменение термо­ динамической характеристики разреза влекло за собой изменение состояния газа в пористой среде. Часть газа,содержащегося в крупно­ пористых породах, из гидратного состояния перешла в свободное п рассеялась диффузионным и миграционными потоками в вышеле­ жащие пласты. Гидраты, содержащиеся в мелкопорпстых участках пород, характеризующихся высоким капиллярным давлением, со­ хранялись в метастабильном состоянии даже при значительном повы­ шении температуры. Этому способствовали интенсивные восходящие диффузионные подтоки газов из нижележащих горизонтов.

Образование гидрата в пористой среде при отсутствии газонепро­ ницаемых покрышек при наличии центров кристаллизации имеет объемно-диффузионный характер. При этом образуется монолитный плотный гидрат, практически заполняющий и прорастающий все поровое пространство. При отсутствии свободного газа условия обра­ зования гидрата определяются упругостью газа в гидрате и в его вод­ ном растворе, находящемся в контакте с гидратом.

Содержание газа в его водном растворе зависит от диффузионных

Образовавшиеся в пористой среде объемно-диффузионным спосо­ бом гидраты не имеют контакта со свободным пузырьковым газом. Условия их существования при повышении температуры определя-

168

выше температура разреза, тем выше должны быть капиллярное давление и величина восходящего газового потока (D,).

Для определения выбросоопасных зон необходимо знать характер миграции пластовых вод, ее интенсивность и газонасыщенность вод. Чем меньше интенсивность миграции пластовых вод и выше их газо­

соопасной, если подток газа из нижележащих пластов незначителен и газонасыщенность поровой воды у линзы С ниже растворимости газа в воде, контактирующей с гидратом. При этих условиях гидрат в линзе С диссоциировал и газ диффузионно рассеялся в окружаю­ щую воду. Современные способы борьбы с внезапными выбросами основаны на общем принципе нарушения статических взаимодейст­ вий газа,и породы, его вмещающей, путем: 1) создания повышенных депрессий на выбросоопасные зоны (опережающее бурение скважин); 2) искусственной дегазации зон скопления газа (закачка раз­ личных водных растворов); 3) мощных динамических им­ пульсов на зоны метастабильного состояния газа (сотрясательные взрывы).

170