1598005528-5a29f77d2a9bb899a883b13e75ca9e01 (811229), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Необходимо также использование существующего банка данных для разработки оптимальных программ бурения геотермальных скважин. Один из методов получения геотермальной энергии В отчете (8), материалы которого составляют основу данного раздела, описан метод экономически выгодного извлечения геотермальной энергии, заключенной в большом числе участков с горячими породами, которые практически непроницаемы для циркулирующих подземных вод.
Предполагается, что источник промышленной энергии в соответствии с проектом Лос-Аламосской научно-исследовательской лабора- Сухие геотврыапьные месторомдвния 137 Фиг. 2.16. Предложенная система освоения неглубокого сухого геотермального месторождения в качестве промышленного источника энергии(а1 1 часть ствола скааиины, укрепленная обсадныьи трубаьы, диаметр 340 мы 2 — часть ствола скважины, не укрепленная обсад ыыи трубаьи, диаметр 30б ым, 3 — часть ствола скввиины, укрепленная обсадными трубаьи, диаметр 244 мм.
тории, касающимся безводных (сухих) геотермальных месторожде- ний (фиг. 2Л6), будет осваиваться при следующей последователь- ности операций. БУРЕНИЕ, СОЗДАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОДЫ Выбор жесворожденвл. 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 изыскании нефти или геотермального пара), местоположение будущей 133 Грезе 2 Сухие геотермеаьные месторишяения 139 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/мз в восточной части США до (12,6-26) 10 з Вт/мз 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 границь1 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 пакере (уплотнителе), размещенном в кольцевом пространстве между этой линией и нижним концом колонны обсадных труб. Гидравлическое давление (превышаюп1ее 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 скважина. 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 гидравлического разрыва. После обеспечения удовлетворительного сообщения между скважинами с помощью системы трещин (межет 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.
1(аркуяяяяя воды, находящейся яод 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 ичерез 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 вспомо. гательном 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 сТ невелики (например, температура воды на выходе из выводящей трубы составляет 160'С, а на 140 1 лаев 2 Пайаамнна каюту входе в нагнетательную трубу 40'С) и для обеспечения требуемого расхода может потребоваться вспомогательный насос. Если вода будет входить в подземную систему при температуре 66'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 конвенции с расходом 4,6 кг,тмин для размеров скважин, показанных на фиг.
й 16. .Если же проницаемость сухой горячей породы в системе будет недостаточна для обеспечения такого расхода, то в теплообменниках придется поддерживать давление 18,8 МПа, значительно превышающее давление паров воды при температуре 280'С, которое составляет 6,4 МПа. Такая разность давлений обеспечит циркуляцию воды во всей сис теме, 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. 01)ЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ГеоТЭС Уже много лет тому назад стало ясно, что природные термальные воды являются уникальным источником энергии.
Однако попыток использовать эти воды с малым теплосодержанием для производства электроэнергии не предпринималось.,Лишь сравнительно недавно в связи с интересом, проявленным к ГеоТЭС с вторичным теплоносителем, и возможностью создания насосов, способных работать на забое скважин, ситуация изменилась. Общее требование ко всем предложенным или действующим в настоящее время геотермальным энергетическим системам с вторичным теплоносителем .следующее; необходим большой перепад температур геотермальной циркулирующей воды, чтобы можно было испарить достаточное количество рабочей жидкости, циркулирующей в силовом цикле. Преимущества кипящей при низкой температуре рабочей жидкости по сравнению с водой очевидны, особенно в том случае, когда температура поступающей из геотермального месторождения воды на поверхности не превышает 200'С.
Именно такие температуры свойственны безводным (сухим) геотермальным месторождениям на востоке США. Сухие гвотермвльные местороидения 141 Фиг. 2.17. Вариант оиствмы с двойнь~м циклом)8). 1 — паровая турбина мощностью 33,4 МВт, к.п.д. 88%; 2 — вентиляторы мощностью 0,71 МВт; 3 — насос мощнсстью О, 13 МВт; 4- парово» котел; б— иаобутвновая турбина мощностью 22,3 МВт, к.л.д. 85%; 8 — вентиляторы мощностью 1,27 мВт; 7 — насос мощнОстью 2,87 МВт; 8 — изобутансаый котел. Параметры парового Никла расход 42,9 кг/с; мощность 32,8 МВт; об. щий к.п.д. П = 29,8%. Параметры ивобутвнового цикле: расход 48,3 кг/с; ьющность 18,1 МВт; общий к.пнж и = 11,9%.
Общая мощность 83,7 МВт; общий к.пд. 19,4%. Для типичного искусственного источника геотермальной энергии в западной части США (фиг. 2.16) при температуре воды на поверхности земли 280'С наиболее подходящей энергетической системой является система с двойным циклом. Такая система с обычным 142 Глава 2 ела/ /ада/ /аас/ паровым циклом для более высоких температур теплоносителя и с изобутановым паровым циклом для более низких его температур показана на фиг. 2.17. На западе США, где воды с такими температурами уже стали доступными, решено применять конденсаторы с принудительным воздушным охлаждением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
