ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАЗРяЫВ И РОСТ ТРЕЩИН ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Гидравлический разрыв - хорошо известный метод стимулирова­ния, широко используемый на нефтяных и газовых месторождениях для улучшения их характеристик путем создания множества трещин в

Продуктивном образовании, примыкающем к стволу скважины. Для этого выше и ниже зоны, в которой предполагается создать систему трещин, устанавливают герметичные уплотнения и используют высо­конапорный насос на поверхности и линию высокого давления, прохо­дящую через верхнее уплотнение. Насос создает (обычно с помощью воды) в изолированной зоне гидравлическое давление, превышающее существующее гидростатическое давление на величину до «50 МПа. Об­разующаяся система трещин может распространяться от ствола сква­жины на десятки метров, причем увеличение объема происходит так­же за счет местной естественной пористости и благодаря упругому сжатию нетреснутой породы.

Хотя не существует каких-либо ограничений по глубине, гидрав­лический разрыв обычно производится только в осадочных породах. Однако прочность и упругость некоторых осадочных образований, в которых были удачно созданы трещины, очень близки по своим зна­чениям к соответствующим характеристикам пород магматического происхождения.

Например, в работе [9] описан гидравлический разрыв в форма­ции Элленбургера (запад шт. Техас) на глубинах 3,66-4,57 км, со­стоящей из прочного плотного доломитового известняка, свойства которого очень напоминают свойства гранита. Теория и практика гид­равлического разрыва в настоящее время хорошо разработаны. По мнению представителей двух американских промышленных фирм, спе­циализирующихся в работах по гидравлическим разрывам, создание соответствующих систем для извлечения геотермальной энергии не представляет каких-либо трудностей и может быть выполнено с по­мощью разработанных методов. Причем, используя гидравлический разрыв, можно получить большие поверхности теплообмена даже в. очень твердых и прочных породах. Возможность создания таких сис­тем уже доказана, а стоимость относительно невысока.

Извлечение тепла из пород, подверженных гидравлическому раз­рыву, может вызвать термические напряжения, достаточные для обеспечения развития первоначальной системы трещин, которые рас­пространяются далеко за пределы охлажденной области. При этом возрастут как размеры поверхности теплообмена, так и общее коли­чество тепла, которое передается жидкости, циркулирующей в систе­ме трещин.

Такое дополнительное увеличение энергии при использовании рассматриваемого метода было подтверждено расчетами на ЭВМ [10]. Расчеты показали, что объем новых трещин, возникающих под дейст­вием термических напряжений, и увеличение поверхности теплообме­на приведут по истечении начального периода извлечения тепла из системы к передаче дополнительного тепла к циркулирующей жидкос­ти. Результаты расчетов для конкретной системы приведены на фиг. 2.19 и 2.20. В этих расчетах размеры трещин, возникающих под действием термических напряжений, принимались равными 50 мм. На фиг. 2.19 показано изменение извлекаемой мощности во времени. Хорошо видно восстановление мощности, о котором только что гово­рилось. На фиг. 2.20 приведены контуры постоянной пористости для ряда произвольно выбранных значений времени. Видно, что объем месторождения с течением времени возрастает как в глубийу от ос­новной системы, так и в стороны.

J_____ L

5 » 15 20 25 30 35 40 45 Время, годы

Фиг. 2.19. Изменение мощности во времени при постоянном расходе цирку­лирующей жидкости.