Wpływ zmian wybranych parametrów pokładu węgla kamiennego na przebieg i efektywność procesu eksploatacji metanu

Pierwsze próby eksploatacji metanu pokładów węgla miały miejsce w Stanach Zjednoczonych w latach 70. XX wieku. Intensywny rozwój badań nad tego typu niekonwencjonalnymi zasobami gazu w Polsce na początku lat 90., a także podjęte w ostatnim czasie ponowne próby eksploatacji CBM (coalbed methane) w naszym kraju potwierdzają wysokie znaczenie metanu pokładów węgla jako źródła energii. W artykule przedstawiona została analiza przebiegu procesu eksploatacji metanu ze złóż węgla kamiennego niezagospodarowanych górniczo oraz ewaluacja wpływu wybranych parametrów pokładu węgla na wielkość sczerpania zasobów metanu. W realizacji pracy wykorzystano oprogramowanie firmy CMG (Computer Modelling Group Ltd.) wraz z dedykowanym do symulacji przepływu gazu w ośrodkach o złożonym systemie porowatości – określanym mianem porowatości podwójnej – modułem GEM (Compositional and Unconventional Simulator). Na podstawie dostępnych danych geologicznych i złożowych utworów węglonośnych pochodzących z obszaru Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) zbudowano prosty, statyczny model pokładu węgla kamiennego oraz przeprowadzono symulację eksploatacji metanu (model dynamiczny). Poważnym ograniczeniem był brak kompletnego zestawu danych stanowiących minimum wymaganych informacji, co uniemożliwiło stworzenie pełnego modelu dla sprecyzowanego obszaru czy konkretnego pokładu węgla. W tej sytuacji dane wejściowe stanowił zbiór (często uśrednionych) wartości, czy to z wykonanych pomiarów laboratoryjnych czy zaczerpniętych z innych opracowań oraz publikacji. W pracy podjęto próbę charakterystyki wskazanych parametrów: porowatości (matrix, szczeliny), przepuszczalności (matrix, szczeliny), gęstości występowania szczelin, czasu desorpcji, metanonośności oraz stopnia nasycenia pokładu metanem, pod kątem wpływu zmian ich wartości na przebieg i wielkość symulowanego wydobycia. Zbudowany model „bazowy” stanowił punkt wyjściowy dla dalszych symulacji. Zestawienie krzywych produkcyjnych (metan, woda złożowa) dla 5 różnych wartości każdego z wybranych parametrów pozwoliło na zobrazowanie zakresu i trendu zmian przebiegu eksploatacji metanu z pokładu węgla kamiennego.

The history of methane production from coal seams dates back to the 1970s in the United States. Increasing development activities for this kind of unconventional gas resources in Poland took place in early 90s, and other attempts over recent years were made for CBM exploitation. These activities confirm that coalbed methane is a new and important energy source. The paper presents an analysis of coalbed methane (CBM) production and the impact of changes in coal seam parameters that affect gas recovery. CMG software (Computer Modelling Group Ltd.) was used for the implementation of the research. The GEM (Compositional and Unconventional Simulator) module was used for gas flow simulation through coal, as a heterogeneous deposit with dual porosity system. Based on the available geological and deposit data from coal-bearing deposits in the Upper Silesian Coal Basin, a simple, static model of a coalbed was built and a simulation of methane production was performed (dynamic model). One of the biggest limitations was the lack of a full set of data constituting the minimum information required, which made it impossible to create a complete model for a specified area or specific seam model. As a result of the narrow scope of available data, the input data for the model were averaged from laboratory results or other available studies and articles. This article attempts to characterize the main coal parameters: porosity (matrix, fractures), permeability (matrix, fractures), cleats density, coal desorption time, initial gas content, and initial gas saturation for the sensitivity analysis of modeling methane production according to their changes. The comparison of production curves (methane, reservoir water) for 5 different values of each of the selected parameters made it possible to visualize the scope and trend of changes in the course of methane exploitation from the coal seam.