ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

БУРЕНИЕ, СОЗДАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОДЫ

Выбор месторождения. Выбор подходящего участка или участ­ков следует проводить в пределах региона с благоприятными геоло­гическими условиями (отсутствие крупных тектонических наруше­ний или других неизвестных структурных сложностей и наличие по всей глубине предполагаемого месторождения подходящих горных пород), где тепловой поток достаточен для предполагаемой цели. Так как измеренные значения теплового потока практически постоянны на глубинах нескольких сот метров (независимо от того, ведутся ли изыскания нефти или геотермального пара), местоположение будущей

ГеоТЭС следует выбирать, исходя из топографии местности и досту­па к ней, а не по изменениям теплового потока.

Тепловой поток изменяется от 6,3 -10~"2 Вт/м2 в восточной час­ти США до (12,5— 25) -10~2 Вт/м2 в западной части, а точнее в запад­ной части восточных острогов Скалистых гор.

Бурение глубокой скважины Первую, более глубокую, скважину следует бурить до планируемой глубины, а затем провести каротаж для определения геологических, стратиграфических, а также физичес­ких свойств пород месторождения и диагностических данных, которые включают измерение относительно невозмущенной температуры поро­ды на забое скважины. Скважина затем должна быть закреплена об­садными стальными трубами до запланированной верхней границы месторождения, а обсадка зацементирована.

Создание гидравлического разрыва. После очистных операций, следующих за цементированием, должен быть осуществлен гидравли­ческий разрыв в части скважины, которая расположена ниже укреп­ленного обсадными трубами участка и не имеет обсадки, с помощью методов, разработанных и используемых в нефтяной промышленнос­ти. Высоконапорный насос, установленный на поверхности, нагнета­ет воду вниз по линии высокого давления, проходящей в трубном па - кере (уплотнителе), размещенном в кольцевом пространстве между этой линией и нижним концом колонны обсадных труб. Гидравличес­кое давление (превышающее гидростатический напор на ~48 МПа) бу­дет действовать на породу, прилегающую к скважине, создавая в ней растягивающие напряжения, достаточные для образования трещин.

Напряжение, требуемое для увеличения трещины, намного мень­ше напряжения, необходимого для ее образования. Поэтому, если во­круг скважины уже произошел разрыв (растрескивание), то нагнетание жидкости следует продолжать при пониженном давлении до тех пор, пока трещины не распространятся до требуемого радиуса. Результа­ты расчетов хорошо согласуются с действительными данными, в со­ответствии с которыми образующаяся трещина должна быть по фор­ме тонким вертикальным диском с эллиптическим поперечным сече­нием (фиг. 2.16).

После образования гидроразрыва создаются условия для времен­ного смыкания системы трещин путем медленного понижения давле­ния в системе за счет выпуска жидкости через клапан, регулирую­щий давление. Эта операция необходима для предотвращения возмож­ного выброса больших количеств перегретой воды при пневматичес­ком бурении второй, менее глубокой, скважины.

С помощью диагностических измерений, проводимых во время образования гидравлического разрыва, должно быть определено на­правление (азимут) образующейся трещины. Для таких измерений обычно используются датчики для измерения давления в скважине и геофоны, а также расположенные на поверхности сейсмометры и из­мерители углов наклона.

• Бурение второй скважины. Вторую скважину следует располагать в нескольких десятках метров от первой (более глубокой) скважины по нормали к ориентации системы трещин на забое первой скважины. По существу размеры обеих скважин совпадают, и лишь глубина вто­рой скважины на несколько сотен метров меньше. Ее следует бурить параллельно первой скважине до тех пор, пока она не достигнет верх­ней границы системы трещин. Затем она должна стать наклонной, что­бы пересечь эту систему, для чего должны быть использованы мето­ды направленного бурения. Во время направленного бурения следует периодически повышать давление в системе с помощью более глубо­кой скважины для проверки сообщения между скважинами.

Завершение гидравлическою разрыва. После обеспечения удов­летворительного сообщения между скважинами с помощью системы трещин (может потребоваться дополнительное создание трещин из за­боя второй скважины) эта система должна быть расширена до своих конечных размеров путем дополнительного нагнетания жидкости че­рез более глубокую скважину.

Циркуляция воды, находящейся под давлением. После окончания всех операций по образованию трещин вода из предварительно запол­ненной и находящейся под давлением системы на поверхности (вклю­чающей теплообменники, систему обработки воды, вентили и трубы) будет нагнетаться в образовавшийся контур и циркулировать в нем с помощью вспомогательного насоса. При циркуляции вода сначала будет опускаться по более глубокой скважине, проходить через сис­тему трещин, подниматься по менее глубокой скважине и через регу­лирующий расход вентиль поступать в теплообменники и систему об­работки воды, а затем отводиться в глубокую скважину.

После установления определенной средней разности температур нисходящего и восходящего потоков воды необходимость во вспомо­гательном циркуляционном насосе отпаДает и его отключают. После этого циркуляция в системе будет поддерживаться за счет естествен­ной конвекции. Следует, однако, отметить, что для систем в восточ­ной части США разности температур ДТ невелики (например, темпе­ратура воды на выходе из выводящей трубы составляет 150° С, а на

Входе в нагнетательную трубу 40° С) и для обеспечения требуемого расхода может потребоваться вспомогательный насос.

Если вода будет входить в подземную систему при температуре 65° С, а выходить из нее при 280° С, то разность плотностей воды в двух скважинах обеспечит разность давлений, достаточную для под­держания ее циркуляции под действием естественной конвекции с расходом ">'4,5 кг/мин для размеров скважин, показанных на фиг. 2.16. !Если же проницаемость сухой горячей породы в системе будет не­достаточна для обеспечения такого расхода, то в теплообменниках придется поддерживать давление М3,8 МПа, значительно превышаю­щее давление паров воды при температуре 280° С, которое состав - ляет ~6,4 МПа.

Такая разность давлений обеспечит циркуляцию воды во всей сис­теме, которая по сравнению с паром обладает большим преимущест­вом при отборе тепловой энергии из тонких трещин в горячих породах. Кроме того, значительно увеличится расход теплоносителя и коли­чества переносимого тепла при том же диаметре трубопровода. Это также позволит системе работать при повышенных температурах во­ды, которые могут иметь место при самопроизвольном распростране­нии трещин в более нагретые породы.