Оценка геотермальных ресурсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

1. Классификация геотермальных ресурсов

2. Обзор методов изучения геотермальных ресурсов

3. Методы оценки ресурсов геотермальной энергии

Вывод

Список использованных источников

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

В настоящее время принято выделять два основных класса геотермальных ресурсов - гидро- и петрогеотермальные . Первые представляют собой ту часть ресурсов геотермальной энергии, которая приурочена к естественным коллекторам и представлена природными теплоносителями: подземными водами, паром или пароводяными смесями; вторые - ту часть тепловой энергии недр, которая связана непосредственно со скелетом водовмещающих пород или с практически непроницаемыми горными породами. Освоение и практическое использование петрогеотермальных ресурсов массивов непроницаемых горных пород сопряжёно с необходимостью решения ряда сложных научно-технических проблем создания эффективных в гидродинамическом и теплофизическом отношениях подземных искусственных циркуляционных систем (тепловых котлов). Такие системы теоретически обоснованы и выполнены опытно-экспериментальные работы и исследования. Однако пока еще рано говорить о наличии промышленных технологий извлечения поистине колоссальных запасов тепла земных недр, приуроченных к непроницаемым массивам в различных геологических условиях.

Поэтому на современном этапе развития техники и технологии масштабы практического использования геотермальных ресурсов определяются в основном размерами запасов и ресурсов природные теплоносителей, т. е. величиной гидрогеотермальных ресурсов.

Под ресурсами обычно понимается количество полезного ископаемого как выявленное и доступное в настоящее время для промышленно-хозяйственного использования, так и то, которое по прогнозам может быть обнаружено и будет пригодно для рентабельной эксплуатации в обозримом будущем. Лучше изученное и относительно более достоверно установленное количество полезного ископаемого принято относить к запасам. Следует также подчеркнуть, что общепринятой классификации ресурсов и запасов геотермальной энергии в настоящее время не существует. Так, одна из распространенных классификаций в США дефинирует такие понятия как геотермальная ресурсная база и геотермальные ресурсы. Первое из них (по Л.Дж. П. Маффлеру, Д.Е. Уайту и Д.Л. Уильямсу) - это, по сути, теплосодержание земной коры до глубины 10 км, определенное для нижнего температурного предела, равного 15 °С.В этом понятии не находят отражения вопросы техники, технологии и экономики добычи. Геотермальные ресурсы, по мнению перечисленных выше авторов, представляют собой часть геотермальной ресурсной базы технически доступной для добычи, но не зависящей от требующихся для этого затрат. Для расчета ресурсов принимают обычно глубины от 3 до 10 км.

Геолого-экономические критерии начинают учитываться при более дробной классификации геотермальных ресурсов. Так, по мнению М. Натенсона и Л.Дж.П. Маффлера, выделяются следующие виды ресурсов:

- субграничные - ресурсы, стоимость эксплуатации которых вдвое и более превышает стоимость эксплуатации конкурирующих видов энерго ресурсов;

- приграничные - ресурсы, стоимость эксплуатации которых превышает указанный выше показатель не более чем вдвое;

- запасы - установленные ресурсы, которые могут эксплуатироваться при современных экономических условиях, будучи конкурентоспособными по сравнению с традиционными видами энергоресурсов.

По определению, принятому па X Мировой энергетической конференции (Стамбул, 1977 г.) запасы - это часть геотермальных ресурсов, которые могут быть с экономической выгодой и с соблюдением правовых норм добыты в настоящее время или в недалеком будущем.

Имеющийся опыт теплотехнического и энергетического использования термальных вод позволяет классифицировать их запасы по показателям качества следующим образом.

За нижний предел температуры термальных вод целесообразно принять 20 °С с учетом возможного применения тепловых насосов и наличия во многих отраслях народного хозяйства потребности в субтермальных (низко-, слаботермальных, теплых - по классификациям различных авторов) теплоносителях с температурами 20-40° С.

Далее по видам возможного теплоэнергетического использования могут быть выделены следующие классы термальных вод.

Воды низкопотенциальные (с температурой 20-100° С), в составе которых целесообразно выделение подкласса вод с температурами 20-40° С. Эти воды могут потребляться для теплотехнических нужд в основном с применением тепловых насосов. Кроме того, их можно эффективно использовать для оттаивания мерзлых пород и промывки россыпей, интенсификации рыбоводства, обогрева открытого грунта, закачки в нефтеносные пласты, технологических процессов, требующих низкопотенциальных теплоносителей. Основное назначение низкопотенциальных вод - теплоснабжение промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых объектов.

Эффективность теплотехнического использования этих вод может быть существенно повышена при оборудовании объектов-теплопотребителей специальными системами отопления и вентиляции, оптимизированными для условий низко- и среднепотенциальных теплоносителей, включая комбинирование этих систем с тепловыми насосами.

Среднепотенциальные (100-150° С) воды могут эффективно использоваться как для теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых объектов, так и для выработки электроэнергии с применением промежуточных рабочих тел.

Высокопотенциальные (более 150 °С) воды могут эффективно применяться для выработки электроэнергии по прямому циклу. Это наиболее ценная часть геотермальных ресурсов, при этом ее нижняя температурная граница многими авторами определяется в 130 °С. С учетом возможных сфер практического использования высокопотенциальных вод, сложности бурения поисковых и разведочных скважин, специфики протекания тепло- и массообменных процессов в водонасыщенных породах, стволах скважин, фазового состояния добываемого теплоносителя в составе таких вод целесообразно выделять перегретые воды (150-250 °С), высокоперегретые (250-350 °С) и предельно перегретые (более 350 °С).

Из-за сложности практического использования природных теплоносителей (коррозия промыслового и технологического оборудования, возможные солеотложения, безопасный для окружающей среды сброс отработанных вод и др.) при оценке их запасов и картировании целесообразно выделить следующие классы термальных вод по минерализации (в г/л): менее 1; 1-3(5), 3(5)-10, 10-25, 25-50, 50-100, 100-200, более 200.

Качество термальных вод, предназначенных для лечебного использования (по температуре, минерализации, ионному и газовому составу, газонасыщенности, содержанию в водах фармакологически активных микроэлементов, радиоактивности, рН) должно оцениваться в соответствии со специальными требованиями к изучению и классификациями минеральных лечебных вод.

Оценка возможности извлечения из термальных вод полезных компонентов или их соединений сопряжена не только с их легальным геохимическим изучением по специальным программам, но и с проведением комплекса технологических исследований.

2. ОБЗОР МЕТОДОВ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

При изучении геотермальных ресурсов используется достаточно широкий комплекс методов, который определяется в каждом конкретном случае сложностью и особенностями изучаемого объекта и степенью его изученности в предшествующий период.

В общем случае основными видами полевых работ являются: геолого-гидрогеологическая съемка, специальные съемки (геотермическая, газогидрохимическая и др.), рекогносцировочное обследование участка разведки, бурение и термогидродинамические исследования скважин, геофизические и гидрологические работы, стационарные наблюдения за естественным и нарушенным режимами термальных и холодных вод, обследование ранее пробуренных глубоких скважин и действующих водозаборных сооружений, отбор проб воды и кернового материала, специальные виды исследований (геофизические, гидрогеохимические, геотермические, изотопные, ядерно-физические и др.).

Геолого-гидрогеологическая съемка. В зависимости от размеров и сложности изучаемых объектов изучается в масштабах 1:50000 и 1:10000 (в ряде случаев 1:5000), главным образом при поисках месторождений трещинно-жильного типа. Цель съемки - изучение геологического строения, геотермических и гидрогеологических условий месторождения и прилегающих к нему участков, оконтуривание наиболее продуктивных участков. В процессе съемочных работ особое внимание следует уделять изучению условий разгрузки термальных и холодных вод, парогазовых струй, прогретых площадок и зон измененных пород, а также выделению зон тектонических нарушений. Исследуется литологический состав пород, слагающих разрез месторождения и закономерности его изменения по площади и в разрезе; определяется химический и газовый состав термальных вод. Съемка в ряде случаев может сопровождаться бурением картировочных скважин.

Специальные съемки проводятся, как правило, в комплексе с геолого-гидрогеологической съемкой, либо как самостоятельный вид работ на стадии поисков (обычно в тех случаях, когда геолого-гидрогеологическая съемка проведена ранее). Задачи этих съемок -- картирование отдельных (или комплекса) параметров, являющихся прямыми или косвенными поисковыми показателями (критериями): температуры, компонентов химического и изотопного состава газов, подземных и поверхностных вод. Эти исследования реализуются путем проведения термометрических (шпуровых или в неглубоких скважинах), аэрокосмических (ИК-съемка) и газогидрохимических съемок (опробование всех паро-, газо- и водопроявлений, отбор проб подпочвенного газа и др.).

Рекогносцировочное обследование участков разведки выполняется, главным образом, в начале разведочных работ с целью выяснения условий проведения разведочных работ (застроенность, залесенность, проходимость, наличие коммуникаций, энергообеспеченность и т. д.).

Буровые работы включают в себя бурение поисковых, разведочных, разведочно-эксплуатационных, наблюдательных и (при необходимости) нагнетательных скважин.

Конструкция скважин, их диаметры и глубины, выбор способа и технологии бурения, необходимость отбора керна определяются в каждом конкретном случае в зависимости от целевого назначения скважин и геолого-технических условий их проходки.

При определении глубин и диаметров скважин, а также их размещения, необходимо учитывать возможность использования одних и тех же скважин для различных целей. Особое значение имеет правильный выбор технологии вскрытия водоносных горизонтов и продуктивных зон, а также выбор конструкций фильтров, которые должны обеспечить получение объективных характеристик водоносных горизонтов и трещинных зон при их опробовании.

Основным видом исследований с целью получения информации, необходимой для оценки эксплуатационных запасов теплоносителя, являются специальные опытно-фильтрационные работы. Методика проведения этих работ определяется их целевым назначением, стадийностью исследований, сложностью гидрогеологической и гидрогеотермической обстановок.

Опытно-фильтрационные работы по способу их проведения подразделяются на выпуски, осуществляемые за счет использования упругой энергии пласта (трещинной зоны), термолифта (парлифта), газлифта, откачки, выполняемые с применением специального водоподъемного оборудования, и нагнетания.

В зависимости от целевого назначения выпуски (откачки) подразделяются на пробные, опытные и опытно-эксплуатационные.

Пробные выпуски (откачки) в основном производятся на стадии поисковых работ; в отдельных случаях -- на стадиях предварительной и детальной разведки. На поисковой стадии задачей пробных выпусков (откачек) является получение предварительной информации о фильтрационных и емкостных свойствах пород, их водообильности, качестве и температуре термальных вод, пароводяных смесей и пара. Эти данные служат для сравнительной характеристики различных водоносных горизонтов и трещинных зон, вскрываемых на площади месторождения (участка) с целью оконтуривания наиболее перспективных участков и выбора водоносных горизонтов для постановки разведочных работ. Обязательным является раздельное опробование всех вскрытых скважиной зон дробления (разрывных нарушений), всех развитых водоносных горизонтов с термальными водами, а также вышележащих смежных горизонтов с охлажденными водами.

На стадиях предварительной и детальной разведки пробные выпуски (откачки) при необходимости определяют возможную производительность скважин с целью планирования опытных работ, а также мероприятий по интенсификации притоков (гидроразрыв, кислотная обработка и пр.).

Опытные выпуски (откачки) проводят на стадиях предварительной и детальной разведки и подразделяют на одиночные, кустовые и групповые. Задачами их являются: определение расчетных гидрогеологических параметров продуктивных горизонтов и фильтрационных особенностей трещинных зон, выявление закономерностей их изменения в плане и разрезе; установление зависимости между расходом скважин и понижением уровня воды; определение величин срезок уровней при оценке запасов гидравлическим методом; обоснование (по возможности) граничных условий водоносных горизонтов; изучение температуры, минерализации, химического состава, газонасыщенности термальных вод, содержания в них механических примесей и изменений.

Опытные одиночные выпуски (откачки) для месторождений термальных вод являются основным видом работ, позволяющим получить гидрогеологические и гидрогеотермические характеристики для каждого продуктивного горизонта (продуктивных трещинных зон) на всей площади месторождения (участка) и выявить закономерности их изменений в плане и разрезе.

Опытные кустовые выпуски (откачки) проводятся в основном на месторождениях со значительной фильтрационной неоднородностью, когда усреднение расчетных параметров сопряжена с большими трудностями.

Опытные групповые выпуски (откачки) проводятся в основном на месторождениях трещинно-жильного типа для оценки продуктивности трещиноватых зон, установления взаимосвязи между ними и получения исходных данных для организации опытно-эксплуатационного выпуска (откачки).

Опытно-эксплуатационные выпуски (откачки) проводятся с целью получения исходной информации для оценки эксплуатационных запасов термальных вод гидравлическим методом. Основная задача сводится к выявлению зависимости снижения уровня во времени при заданном проектном расходе. Одновременно изучаются изменения во времени температуры, минерализации, химического состава, газонасыщенности подземных вод, процессы солеотложения, коррозии.

Гидрологические исследования проводятся, главным образом, при поисках и разведке месторождений термальных вод трещинно-жильного типа, находящихся в той или иной степени в связи с поверхностными водами. В процессе исследований должны быть получены данные о режиме стока, уровне, температурном и химическим режиме рек, холодных источников на площади месторождения и на примыкающих участках выше и ниже по течению главной водной артерии. Необходимые данные получают как путем непосредственных наблюдений, так и в результате сбора и обработки материалов по гидрометрическим створам, расположенным выше и ниже месторождения. Для наибольшей продолжительности гидрологических исследований их нужно начинать с поисковой стадии и продолжать до окончания всех работ.

Стационарные наблюдения за естественным режимом термальных вод ведутся как в скважинах, так и на источниках термальной воды. Они включают наблюдения за режимом расходов источников, парогазовых струй, химического (в том числе газового) состава и температуры. В скважинах проводят наблюдения за режимом уровня, дебита, химического и газового состава, а также температуры воды. Стационарные наблюдения за естественным режимом являются одной из важных составных частей общего комплекса гидрогеологических исследований при поисках и разведке месторождений трещинно-жильного типа. Эти наблюдения должны проводиться по специально оборудованной наблюдательной сети (включающей наблюдательные скважины, водомерные посты и естественные выходы термальных вод).

Специальные методы исследований (гидрогеохимические, геотермические, изотопные, ядерно-физические) предназначены для выяснения условий формирования эксплуатационных запасов термальных вод, выявления и локализации областей питания и разгрузки, изучения условий взаимодействия между водоносными горизонтами через разделяющие слабопроницаемые слои и взаимодействием между трещинными зонами, а также для изучения процессов продвижения закачиваемых вод в пласты, его охлаждения и др.

Специальные методы исследований в зависимости от характера решаемых задач могут применяться на всех стадиях поисков и разведки с соответственным разрежением или сгущением сети опробования и изменением частоты времени опробования.

При гидрогеохимических и изотопных исследованиях изучают:

распределение по площади и в разрезе вод с различной минерализацией, химическим и газовым составом, вод с выделением специфически характерных компонентов (бальнеологически активных, могущих представлять интерес для химической промышленности, токсичных, определяющих коррозионную агрессивность вод и их склонность к солеотложениям и др.) как исследуемого, так и смежных водоносных горизонтов;

распределения по площади и в разрезе стабильных и радиоактивных природных изотопов (дейтерия, трития, кислорода-18, радиоуглерода (¹³С и ¹⁴С), серы (³²S, ³⁴S), радона (²²⁰Rn, ²²²Rn), гелия (³Не, ⁴Не) и др.

Эти исследования проводят путем отбора проб термальных вод (а в ряде случаев и сопутствующих холодных вод--в основном на месторождениях трещинно-жильного типа) и последующего их анализа.

Геотермические исследования проводятся путем тщательного измерения распределения температур по стволу опытных и наблюдательных скважин, на месторождениях трещинно-жильного типа -- путем наземной термометрической съемки, по определенной сетке, с целью оконтуривания участков с наибольшими температурами. Измеряют температуру в естественных выходах термальных вод.

К специальным исследованиям относятся также геоботанические, которые проводятся главным образом на поисковой стадии на месторождениях трещинно-жильного типа. Они заключаются в изучении растительных сообществ, которые используются для выявления и оконтуривания площадей прогрева и скрытых термопроявлений.

Геофизические методы. При изучении месторождений термальных вод применяются практически все виды геофизических методов: скважинные, наземные, аэрогеофизические и др. С их помощью уточняется геологическое строение изучаемой территории (особенно глубинное), осуществляются гидрогеологическая стратификация и корреляция разрезов, изучаются гидрогеодинамические, гидрогеохимические и гидрогеотермические характеристики исследуемых толщ.

Каротаж скважин при гидрогеологических (в том числе и геотермических) исследованиях является неотъемлемой частью геофизических работ на всех этапах исследований. Результаты каротажа используются: а) для документации гидрогеологического разреза скважин; б) в качестве опорных данных при интерпретации материалов наземных геофизических методов; в) для контроля за состоянием и ремонтом скважин. Выбор методов каротажа определяется геологическими и гидрогеологическими особенностями разреза и характером решаемых задач.

Основные методы каротажа, используемые при изучении месторождений термальных вод: электрический, радиометрический, магнитный, термометрический, акустический и другие виды.

Наземные, аквальные (морские) и аэрогеофизические методы обеспечивают практически сплошное изучение территории. Они включают электро-, сейсмо-, грави- и магниторазведку, радио- и термометрию, наиболее часто выполняются в наземном варианте, но могут производиться на дне водоемов или с водной поверхности: эти же методы, за исключением сейсморазведки, реализуются с помощью летательных аппаратов.

Ландшафтно-индикационные методы с известной степенью условности по отношению к объекту исследований подразделяют на наземные и дистанционные.

Наземные методы используют обычно при геотермических исследованиях весьма ограниченно, лишь для геологической привязки и расшифровки аномалий, выявленных дистанционными методами. При этом разрешаются задачи общего геолого-гидрогеологического плана и специального геотермического направления.

При поисках термальных вод и других видах геологических работ широко используются дистанционные (аэрокосмические) методы. С их помощью производят съемку земной поверхности, регистрируя световые, инфракрасные и дециметровые электромагнитные поля, т. е. имеющие длину от 0,3 мкм до 1,0 м. Современные дистанционные методы представляют собой по существу комплекс методов электроразведки, термометрии, ландшафтоведения, использующих как перечисленные методы, так и визуальные наблюдения.

При дистанционном изучении поверхности Земли используют как воздушные аппараты (самолеты, вертолеты), так и космические (пилотируемые космические корабли, искусственные спутники Земли, орбитальные научные станции). Высота аэронаблюдений варьирует от нескольких десятков метров до нескольких километров, а космических - от 300 до 3000 км.

Особенно важное значение при прогнозировании, поисках и разведке термальных вод имеют аэрокосмофотосъемка (АФС и КФС) и ИК-съемка.

Аэрокосмофотосъемка является в настоящее время основным видом дистанционных наблюдений. При съемках с космических аппаратов охватывается огромная площадь, измеряемая сотнями тысяч квадратных километров, в то время как с самолетов - лишь десятками квадратных километров.

Инфракрасная съемка основана на способности природных тел испускать ИК-лучи. Интенсивность их определяется температурой и излучательной способностью этих тел. ИК-съемка является наиболее важным дистанционным методом при геотермических исследованиях, особенно при изучении районов активного вулканизма и гидротермальной деятельности, проявляющейся в приповерхностной части разреза.

3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

1. Методика оценки геотермальных ресурсов. Общие потенциальные геотермальные ресурсы характеризуют тепловой потенциал толщи пород на прогнозируемую глубину бурения до 10км. Они оцениваются исходя из предпосылки, что массив горных пород можно охладить до температуры окружающей среды, хотя практически это невозможно. Плотность распределения ресурсов определяется по следующей формуле:

Где - плотность распределения ресурсов, т у.т/м² (тонн условного топлива на метр квадратный); - коэффициент перехода от тепловой энергии к условному топливу, т у.т./Дж; - объемная теплоемкость пород, Дж/(м³·°C); - прогнозируемая глубина бурения, м; - мощность нейтрального слоя, м; - средняя температура массива, °C; = 0,5(+);- температура пород на прогнозируемой глубине, °C; - температура нейтрального слоя, °C; - температура окружающей среды, °C.

Технически доступные геотермальные ресурсы рассчитываются для двух режимов, определяемых потребителем: режим 70/20 °С -- для горячего водоснабжения (ГВС) и 90/40 °С -- для отопления.

Для режима 70/20 °С плотность ресурсов геотермальной энергии определяется следующим выражением:

Где - плотность ресурсов, т.у.т/м²; - коэффициент температурного извлечения (= 0,125); - нижняя граница ресурсного интервала, м(= 6000 м) - верхняя граница ресурсного интервала, м;

=[(-)/Г] + ; = 0,5(+);

- температура на верхней границе ресурсного интервала, °С (в этом режиме для получения теплоносителя с температурой не менее 70 °С средняя температура массива с учетом потерь при транспортировке должна быть не менее 80 °С); - температура на нижней границе массива ресурсного интервала, °С;

= Г(-) + .

Исходя из положения ? 80 °С: = 2- , тогда минимальное значение = 160 - . При высоких значениях вводится ограничение ? 30 °С.

Плотность ресурсов геотермальной энергии в режиме 90/40 °С определяется по формуле

.

Для обеспечения температуры теплоносителя, равной 90 °С, средняя температура массива должна быть не мене 100 °С, а заданная температура на верхней границе ресурсного интервала - не менее 50 °С.

Экономически эффективные геотермальные ресурсы складываются из двух составляющих: Q_э(1) - теплосодержания рабочего горизонта со средней температурой пород, близкой к потребностям заказчика при условии равных или меньших приведенных затрат на добычу теплоты недр по сравнению с затратами на другие сопоставимые источники энергии; Q_э(₂) -- теплосодержания нижележащих пород до ограниченной глубины, определяемой из условия равенства затрат на добычу геотермальной энергии и затрат на другие сопоставимые источники энергии.

2. Методика оценки гидрогеотермальных ресурсов. Оценка гидрогеотермальных ресурсов заключается в определении производительности водозаборного сооружения при заданном понижении уровня воды в скважинах или наоборот, в прогнозе понижения уровня воды при заданной производительности водозаборного сооружения. Одновременно должно соблюдаться условие, что при расчетном водоотборе качество термальных вод будет удовлетворять необходимым кондициям в течение всего срока эксплуатации водозабора.

Ресурсы термальных (теплоэнергетических) вод подсчитываются как по месторождениям или эксплуатационным участкам с целью обоснования строительства водозаборных сооружений для теплоснабжения конкретных объектов, так и в пределах крупных гидрогеологических регионов для обоснования перспективных генеральных схем использования этих вод на различные нужды народного хозяйства, а также направлений и объемов поисково-разведочных работ.

На месторождениях (участках) оценка выполняется по результатам специальных разведочных работ или по данным эксплуатации действующих водозаборных сооружений.

Расчет прогнозных ресурсов термальных вод выполняется на основе региональных оценок, которые целесообразно осуществлять в пределах отдельных гидрогеологических структур по основным перспективным водоносным комплексам (горизонтам) с последующим их разделением при необходимости на экономические или административные единицы. Оценка выполняется на основе гидрогеотермического районирования территории с выявлением зон, каждая из которых характеризуется сочетанием усредненных значений основных гидрогеологических и гидрогеотермических параметров, определяющих в комплексе размеры ресурсов и теплоэнергетический потенциал термальных вод, а также геолого-экономические показатели их промышленного освоения. По результатам оценки ресурсов производится геолого-экономическое районирование перспективных территорий по комплексу показателей, определяющих возможные масштабы, экономический эффект, последовательность изучения и промышленного освоения гидрогеотермальных ресурсов. Региональная оценка прогнозных ресурсов должна не только выявить количество термальной воды, которую можно получить в данном перспективном районе, и ее теплоэнергетический потенциал, но и ответить на вопросы эффективного промышленного освоения ресурсов (методы разработки водоносных горизонтов, способы эксплуатации скважин и их взаимное расположение, возможные схемы энергетических систем и т.д.).

Оценка эксплуатационных запасов термальных вод и их теплоэнергетического потенциала проводится на основании утвержденных кондиций. Кондиции представляют собой совокупность экономически и технологически обоснованных требований к качеству и количеству воды, техническим условиям эксплуатации месторождения при рациональном использовании недр и соблюдении правил охраны окружающей среды. Кондиции должны учитываться при составлении проектов разработки и обустройства месторождений термальных вод. Для разработки технико-экономических обоснований (ТЭО) кондиций должны привлекаться специализированные проектные или проектно-исследовательские организации.

Основные показатели кондиций, обосновываемые в ТЭО:

- минимальная температура воды (или энтальпия пароводяной смеси) на устье скважины;

- максимально допустимая минерализация и предельное содержание отдельных компонентов или их групп, включая содержание неконденсирующихся газов в парогидротермах (двуокиси углерода, сероводорода, метана, аммиака, азота, водорода, этана);

- минимальные избыточные давления воды или пара на устьях эксплуатационных скважин и максимальные давления на устьях нагнетательных скважин;

-предельные глубины и дебиты эксплуатационных скважин.
Кроме того, в проекте кондиций должны быть обоснованы способы и средства водоподъема, система транспортировки воды до потребителя, согласованный с заказчиком расчетный срок эксплуатации водозабора и режим водоотбора в пределах этого срока, способы удаления использованных вод.

В каждом конкретном случае эксплуатационные запасы оцениваются с учетом заявленной потребности в теплоносителе и наличия действующих водозаборных сооружений с целью установления возможного взаимного влияния проектируемого и действующих водозаборных сооружений, а также обоснования ожидаемого прироста запасов.

Расчет водозабора включает обоснование рациональной схемы размещения эксплуатационных и нагнетательных (в случае применения ГЦС-технологии) скважин, режима их эксплуатации.

В случаях неравномерного водопотребления в течение года оценка эксплуатационных запасов теплоносителя проводится в двух вариантах: при непрерывном равномерном и заданном неравномерном режимах водопотребления. Ограничивающими показателями являются величины допустимых понижений уровня в эксплуатационных скважинах, а также допустимые с технико-экономических позиций величины давления нагнетания (в случае применения ГЦС-технологии).

При оценке эксплуатационных запасов весьма важно определить срок разработки месторождения, в течение которого количество и качество подземных вод должно соответствовать техническим условиям, а ожидаемые величины снижения давления или уровня в скважинах не превысят допустимых.

При оценке эксплуатационных запасов месторождений теплоэнергетических вод используются в основном гидродинамический и гидравлический методы.

Гидродинамический метод базируется на достаточно строгих гидродинамических и теплофизических решениях и применяется в основном для пластовых систем и приуроченных к ним месторождений. Метод основан на прогнозных расчетах изменения дебитов и уровней с учетом параметров водоносных пород, определяемых по данным гидрогеологических работ в период разведки месторождений.

При добыче глубоких подземных вод проявляются упругие свойства вод и пород, что приводит к длительному неустановившемуся притоку подземных вод к скважинам. Интенсивность и характер изменения уровней и дебитов зависит от ряда факторов:

- водопроводимости и пъезопроводимости и их изменения по площади эксплуатационного участка и за его пределами в зоне влияния водозабора;

- граничных условий месторождения и эксплуатационного участка, определяемых наличием областей создания напора, выклиниваниемили резким изменением мощности или литолого-фациальных свойств водовмещающих пород;

- суммарного дебита водозабора и дебитов отдельных скважин и их изменения в процессе эксплуатации.

Водопроводимость грунтов и пород Т, м²/сут или м²/с, -- это произведение коэффициента фильтрации k (м/сут) на мощность m (м) водоносного пласта:

Т = km

Водопроводимость характеризует единичный (на единицу ширины потока) фильтрационный расход по простиранию водоносного пласта при градиенте напора, равном единице.

Пьезопроводность водоносных пластов представляет собой отношение водопроводимости Т к водоотдаче:

В напорных пластах вместо гравитационной водоотдачи принимается упругая водоотдача .

Пьезопроводность является показателем скорости перераспределения напора и сработки запасов водоносного пласта в условиях неустановившейся фильтрации. Для стационарных потоков, в которых не происходит изменение напоров и сработки запасов во времени, а также при жестком режиме фильтрации, когда не рассматриваются упругие деформации воды и фильтрующей породы, пъезопроводность исключается.

Коэффициент гравитационной водоотдачи представляет собой отношение объема воды к объему осушенной части пород, а коэффициент упругой водоотдачи можно рассматривать как отношение объема извлекаемой из пласта воды к объему воронки депрессии, образующейся в пьезометрической поверхности пласта.

Основной расчетной формулой при подсчете эксплуатационных запасов для скважины с постоянным дебитом является

,

Где S - допустимая расчетная величина снижения уровня подземных вод в пласте, м; Q - эксплуатационный дебит водозабора, м³/сут; k - коэффициент фильтрации, м/сут; m - мощность водоностного горизонта, м; r - расстояние от точки возмущения до точки, в которой определятся понижение уровня на определенный момент времени, м; a - коэффициент пьехопроводности, м²/сут; E_i -показатель экспоненциальной функции.

Расчетный срок эксплуатации скважин в соответствии с установившейся практикой оценки запасов подземных вод рекомендуется принимать равным 10000 сут (около 27 лет).

Эксплуатационные запасы считаются обоснованными тогда, когда их количество и качество соответствует кондициям и прогнозная величина снижения уровня термальных вод в скважинах к концу расчетного срока эксплуатации не превышает допустимую.

Оценка эксплуатационных запасов термальных вод и парогидротерм с применением ГЦС-технологии эксплуатации месторождений так же, как и при традиционных фонтанном и насосном способах эксплуатации, выполняется гидродинамическим методом. При этом должны решаться следующие задачи:

- гидродинамический прогноз изменения пластового давления, избыточного давления на устье эксплуатационных скважин и давления на устье нагнетательных скважин;

- прогноз изменения температуры теплоносителя в пластовых условиях и эксплуатационных скважинах к концу расчетного срока эксплуатации;

- прогноз приемистости нагнетательных скважин;

- определение теплофизических параметров теплоносителя, водовмещающих пород, ограничивающих водоупоров, а также активной пористости;

- прогноз возможных изменений фильтрационных параметров в призабойных зонах нагнетательных скважин и продуктивном пласте за счет процессов физико-химического взаимодействия закачиваемых вод с пластовыми водами и водовмешающими породами.

В результате рассмотрения этих задач необходимо решить оптимизационную задачу по сохранению первоначальной температуры теплоносителя в призабойных зонах эксплуатационных скважин к концу срока эксплуатации или понижению указанной температуры на заранее заданную величину.

Гидравлический метод основан на изучении связи дебита с понижением динамического уровня при установившемся притоке подземных вод к одиночным и взаимодействующим скважинам. Оценка эксплуатационных запасов в этом случае производится путем гидравлических расчетов на основе экстраполяции полученных опытных данных. Этот метод широко применяется при оценке эксплуатационных запасов в сложных гидрогеологических условиях, не поддающихся простейшей схематизации для обоснованных гидродинамических расчетов. Этот метод является основным при оценке запасов минеральных и термальных вод в горноскладчатых областях и в районах сложного геолого-тектонического строения. Опытно-эксплуатационные откачки обычно проводятся при высоких дебитах, близких к проектным, для выявления характера изменения понижения уровня во времени и последующего прогноза понижений на расчетный срок работы водозаборных сооружений.

Комбинированный метод основан на совместном использовании гидродинамического и гидравлического методов. В таких случаях гидравлическим методом определяется понижение уровня при проектном дебите скважин и с учетом их взаимодействия на период времени опытных работ. Дополнительное понижение уровня на конец расчетного периода эксплуатации скважин определяется гидродинамическим методом.

Балансовый метод основан на анализе приходных и расходных статей баланса подземных вод. Для глубоких термальных вод платформенных областей, характеризующихся весьма малыми скоростями фильтрации, часто полным отсутствием проявлений на поверхности и широким региональным распространением, оценка запасов этим методом неприемлема. Однако для минеральных термальных вод горноскладчатых областей и парогидротерм областей современного вулканизма балансовые расчеты имеют важное значение для оценки общих ресурсов таких вод.

ВЫВОД

геотермальный каротаж скважина вода

В данном реферате мы рассмотрели классификацию геотермальных ресурсов. Определили, что существуют различные мнения по этому поводу. Ознакомились с такими понятиями, как ресурсы и запасы. Рассмотрели широкий комплекс методов, который используется для изучения геотермальных ресурсов. Привели основные характеристики и задачи данных методов. Исследовали методы оценки геотермальных и гидрогеотермальных ресурсов. Отметили основные показатели и составляющие эффективности таких ресурсов.

Список использованных источников

1. Алхасов, А.Б. Геотермальная энергетика : проблемы, ресурсы, технологии / А.Б. Алхасов ; под ред. Э.Э. Шпильрайна. - М. : Физматлит, 2008.

2. Методы изучения и оценки геотермальных ресурсов / А.А. Шпак, И.М. Мелькановицкий, А.И. Сережников. - М. : Недра, 1992. - 316 с.

Размещено на Allbest.ru