|
H
a
Рис. 1.18. Технологическая схема горизонтальной скважины:
Н
— глубина, м;
а
— протяженность горизонтального ствола
103
На рис. 1.19 приведена принципиальная технологическая схема
геотермальной циркуляционной системы.
Циркуляционные системы предполагают извлечение термальной
воды на поверхность, отбор тепла из нее и обратную закачку воды в
пласт. Циркуляция теплоносителя происходит по контуру «добычная
скважина — коммуникации потребителя тепла — насос — нагнета-
тельная скважина — пласт — добычная скважина». Такой метод
резко повышает потенциальную роль ресурсов глубинного тепла
Земли в топливно-энергетическом балансе, так как извлекается прак-
тически все тепло подземных вод, а также часть тепла водовмещаю-
щих горных пород. Кроме того, циркуляционный метод позволяет
получить дополнительный технико-экономический эффект за счет
поддержания давлений в пластах, в результате чего может быть
существенно увеличена производительность скважин при обеспече-
нии длительного их фонтанирования. Экономический потенциал гео-
термальных ресурсов России при традиционной фонтанной эксплуа-
тации составляет 50,1 млн т у.т/год, а при ГЦС-технологии их
извлечения — 114,9 млн т у.т/год.
Негативной стороной ГЦС является ее высокая капитало- и энер-
гоемкость, обусловленная необходимостью бурения дорогостоящих
нагнетательных скважин, их невысокой приемистостью, ухудшением
этого параметра во времени и большими энергозатратами на закачку
воды. Обратная закачка термальной воды в пласт с поддержанием
пластового давления в 2—3 раза дороже фонтанной эксплуатации.
Кроме того, закачка отработанных вод приводит к постепенному
охлаждению пласта и снижению со временем теплового потенциала
термальной воды. Время эксплуатации ГЦС состоит из двух фаз, раз-
личающихся характером изменения температуры теплоносителя на
2
1
5
4
3
Рис. 1.19. Геотермальная циркуляционная система:
1
— добычная скважина;
2
— нагнетательная скважина;
3
— потребитель тепла;
4
—
нагнетательный насос;
5
— эксплуатируемый термоводоносный горизонт
104
выходе из коллектора. В первой фазе работы температура на выходе
из подземного коллектора равна температуре пород, через которую
движется теплоноситель. Вторая фаза начинается с момента сниже-
ния температуры теплоносителя относительно начальной темпера-
туры пород и оканчивается временем, по истечении которого темпе-
ратура теплоносителя на выходе из коллектора становится близкой
температуре закачиваемого в нагнетательную скважину теплоноси-
теля. Поэтому расстояние между добычной и нагнетательной сква-
жинами определяется на основе теплофизических расчетов нестаци-
онарных процессов охлаждения пласта по заданной температуре
теплоносителя на конец расчетного времени.
В течение ряда лет в режиме ГЦС эксплуатировалось Ханкальское
месторождение термальных вод в пригороде г. Грозного. Термальные
воды этого месторождения использовались для отопления теплично-
парникового хозяйства комбината «Тепличный». Ежесуточно закачи-
вались через сеть нагнетательных скважин до 5000 м
3
отработанной
термальной воды, что привело к увеличению отбора термальных вод
более чем вдвое. Опыт непрерывной эксплуатации (1981—1990 гг.)
показал надежную работу и экономическую эффективность ГЦС при
закачке слабоминерализованных вод в высокопроницаемые гори-
зонты. В последние годы в режиме ГЦС эксплуатируются Тернаир-
ское и Кизлярское месторождения термальных вод в Дагестане.
Основным недостатком ГЦС является принудительный характер
закачки. Это связано с большими капитальными вложениями и эксп-
луатационными затратами насосных станций, хозяйства водоподго-
товки, коммунальных объектов, обусловленных наличием обслужи-
вающего персонала. При современном состоянии вопроса борьбы с
коррозией и солеотложениями, эксплуатация такого сложного
хозяйства как насосная станция затруднена.
Давление нагнетания
Δ
p
в циркуляционном контуре ГЦС опреде-
ляется из следующего выражения
Δ
p
=
Δ
p
н
+
Δ
p
д
+
Δ
p
н.к
+
Δ
p
ф
+ (
ρ
д
–
ρ
н
)gH,
(1.65)
где
Δ
p
н
,
Δ
p
д
,
Δ
p
н.к
— соответственно гидравлические потери давле-
ния в нагнетательной и добычной скважинах и наземных коммуника-
циях, Па;
Δ
p
ф
— фильтрационные потери давления в пласте, Па;
ρ
д
,
ρ
н
— соответственно плотность термальной воды в добычной и
нагнетательной скважинах, кг/м
3
;
Н
— глубина скважины, м;
g
—
ускорение свободного падения, м/с
2
.
105
Гидравлические и фильтрационные потери давления определя-
ются по формулам
; (1.66)
,
(1.67)
где
G
— дебит циркуляционной системы, кг/с;
λ
н
,
λ
д
— коэффици-
енты гидравлических потерь для нагнетательной и добычной сква-
жин;
d
д
,
d
н
— внутренние диаметры добычной и нагнетательной
скважин, м;
H
— глубина скважин, м;
L
= 2
R
;
R
— расстояние между
нагнетательной и добычной скважинами), м;
μ
— динамическая вяз-
кость закачиваемой воды, Па
æ
с;
k
— проницаемость пласта, м
2
;
h
—
мощность пласта, м.
Расстояние между нагнетательной и добычной скважинами опре-
деляется по формуле
,
(1.68)
где
τ
— время эксплуатации скважин, с;
C
0
— теплоемкость пласта,
кДж/кг
æ
К;
C
в
— теплоемкость воды в пласте.
Существенным недостатком ГЦС является низкая приемистость
нагнетательной скважины, как правило, еще больше снижающаяся
по мере эксплуатации системы. Поэтому необходимо использовать
методы искусственного увеличения гидродинамических характери-
стик пласта (гидравлический разрыв пласта, кислотную обработку
призабойной зоны и т.п.).
1.6.9. Геотермальные циркуляционные системы
с теплообменными аппаратами в скважинах
В настоящее время в системах геотермального теплоснабжения
используются главным образом слабоминерализованные термаль-
ные воды, не требующие, как правило, дополнительной водоподго-
товки и разработки специального оборудования. Однако запасы
таких вод не велики и в ближайшее время могут оказаться близкими
к исчерпанию — во многих случаях наблюдается падение дебитов
добычных скважин. Широкое использование среднепотенциальной
геотермальной энергии, в первую очередь, связано с освоением
p
г
Δ
p
н
Δ
p
д
Δ
p
н.к
Δ
+
+
8
G
2
π
2
-----------
λ
н
d
н
5
ρ
н
-------------
H
λ
д
d
д
5
ρ
д
-------------
H
R
+
(
)
+
=
=
p
ф
Δ
G
μ
2
π
kh
ρ
н
--------------------
ln
L
2
d
н
d
д
------------
=
R
3
C
в
G
τ
π
C
0
ρ
н
h
---------------------
⎝
⎠
⎜
⎟
⎛
⎞
0,5
=
106
минерализованных геотермальных вод, составляющих большую
Do'stlaringiz bilan baham: |
