ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

РАСЧЕТ ДЕБИТА СКВАЖИН МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Подробные карты геологических структур и распределения от­ложений на Техасском побережье Мексиканского залива показывают, что область с аномально высоким гидростатическим давлением раз­делена на блоки тектоническими разломами и изменениями горных пород в этих заполненных водой песчаных блоках, которые целесооб­разно рассматривать как отдельные месторождения. Приводимые ни­же расчеты относятся к модели месторождения.

Рассмотрим зону с аномально высоким давлением мощностью 1(6 км, начинающуюся на глубине 3660 м и состоящую наполовину из песчаника и наполовину из аргиллита глинистого сланца). Площадь зоны 32 х 48 км. В расчете приняты следующие основные параметры:

Радиус скважины, м 0,09

Вязкость воды, мПа« с 0,2

Пористость песчаника 0,25 Проницаемость песча­ника (к), дарси

Высокая 0,3 средняя (для по­бережья Мексикан­ского залива) 0,05

При этих параметрах дебит одной скважины в данном месторожде­нии может составить 7,95 * 103 т/сут. Были проведены расчеты для определения оптимального числа скважин и общего ожидаемого де­бита при двух принятых значениях средней проницаемости. Результа­ты приведены в табл. 7.2.

В расчетах не учтено влияние расширения растворенных газов и отжатия воды из аргиллитов, которое должно приводить к увеличе­нию дебита скважин. Следовательно, приведенные в табл. 7.2 циф­ры являются заниженными. Расчет тепловой энергии, извлеченной из горячей воды, проведен при начальной температуре 163 °С и ко­нечной температуре 100 °С. Температурный перепад 63 °С должен обеспечивать 246 кДж/кг. Считая к. п.д. преобразования энергии равным 10%, получаем, что для производства 1 кВт электрической

23 Зак. 14650

Мощности необходим расход воды 3,44 т/сут. Скважина с суточным дебитом 7,95 • 103 т горячей воды позволит тогда вырабатывать 2,5 МВт. Если пренебречь механической энергией, которую вода из скважины имеет при атмосферном давлении, то при двух заданных значениях проницаемости получаются следующие мощности:

190 скважин к = 0,3 дарси 475 МВт

35 скважин к = 0,05 дарси 88 МВт

Дополнительную мощность, составляющую "30% от указанных вели­чин, можно получить, если использовать энергию среднего давления горячей воды на устье скважины.

Теперь рассмотрим проблему оседания после эксплуатации уста­новки в течение 20 лет. Расчеты проведены для худшего случая, т. е. для случая максимальной мощности при к = 0,3 дарси.

Общее количество воды в месторождении (при существующем давлении в месторождении) составляет 28,4 • Ю10 т. При геостати­ческом коэффициенте 0,8 давление на забое скважины будет рав­ным 68,7 МПа. Заметим, что потребление воды в течение 20 лет (9,85* 109 т) составит ~ 3,5% всего ее количества. Коэффициент рас­ширения воды равен 7,3 *" Ю-10 Па-1, а относительное уменьшение объема пор 4,37* Ю-10 Па-1, что дает общее снижение объема ме­сторождения 11,68 • 10-10 Па-1. В предположении об отсутствии рас­творенных газов и отжатия воды из аргиллита (глинистого сланца) перепад давлений, необходимый для получения в течение 20 лет тре­буемого количества воды, составит

3,5 - Ю-2

Г - = 30 МПа.

11,68 • 10-ю

Вначале давление на устье скважины должно составлять л» 31 МПа, а через 20 лет эксплуатации оно должно упасть до 0,7 МПа, что спра­ведливо при только что сделанном допущении. Перепад давления в ме­сторождении, равный ~30 МПа, приводит к смыканию пор, составляю­щих 4,37 • Ю-10 х 30-106, или 1,3% объема песчаника мощностью 800м. , Принимая, что —1/3 часть пор сомкнётся в вертикальном направле­нии, получаем, что за 20 лет эксплуатации произойдет оседание по­верхности земли на/^3,5 м. На практике использованная вода будет закачиваться в месторождение на глубину,^1500 —1800 м, где гид­ростатическое давление является нормальным, тем самым снижая поверхностный эффект оседания на глубине 3660 м.

Для рассматриваемого в этой главе случая наиболее подходящи­ми являются расчеты электрической мощности, получаемой при экс­плуатации одной скважины, а не данные, касающиеся всего мееторож,- дения. Параметры, использованные в приводимых ниже расчетах, от­носятся к участку Себастиан.

Глубина залегания песчаника, м 4360 - 4570 Мощность, м 214 Температура, °С 160 Давление в месторождении (сред­нее), МПа 82,5 Общая соленость, г/л 2-6 Проницаемость, дарси 0,1-0,14 Пористость М),25 Площадь месторождения, км2 >777 Гидростатическое давление на

Забое на глубине 4,45 км, МПа 43,5

Давление на устье скважины, МПа 734,4

Вновь примем, что дебит одной скважины составляет 7,95 ' 103 т/сут. Электрическую энергию можно получать путем преобразования как тепловой, так и механической энергии воды. Если принять, что еди­ничная скважина будет работать в течение 5 лет, то можно ожидать, что давление на ее устье существенно не понизится. Если перепад температур для воды будет составлять 160 - 93 °С, то при этом бу­дет получено 279 кДж/кг. Принимая к л. д. теплообменника и электри­ческого генератора равным 10%, находим, что для выработки 1 кВт электрической мощности потребуется воды 129 л/кВт. ч, или 3090 л/сут. Тогда преобразование в электрическую энергию только тепловой энергии воды из одной скважины обеспечит мощность 2,5 МВт.

Преобразование механической энергии при перепаде давления 34,4 МПа может обеспечить получение 1 кВї» ч электрической энер­гии при расходе воды 189 л. Путем преобразования механической энергии можно получить 7,95 • 10б/ 189 • 24 = 1750 кВт. Тогда об­щая электрическая мощность от одной скважины составит более 4" МВт.

Соленость получаемой воды должна составлять -^5 г/л или ме­нее, причем она должна понижаться в процессе эксплуатации по ме­ре поступления воды из аргиллита после того, как давление в место­рождении начнет падать. Такой вывод сделан на основании данных, полученных на других скважинах в южной части техасского побере­жья Мексиканского залива. Согласно этим же данным, віл воды

Из месторождения здесь содержится 0,0071 м3 метана и примерно та­кое же количество двуокиси углерода. Метан следует извлекать для использования, а двуокись углерода можно собирать или сбрасывать в атмосферу. Общее количество получаемого метана может соста­вить^^,7 млн, м3 в год. Солоноватые использованные воды можно закачивать в слои песков, содержащие очень соленые воды, залегаю­щие на глубине 1500 — 1800 м, где давления являются нормальными.