MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-ALFÖLDI RÉGIÓBAN 2009

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-ALFÖLDI RÉGIÓBAN 2009"

Zita Gabi Halász
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-ALFÖLDI RÉGIÓBAN 2009 KONFERENCIA ELŐADÁSAI Mezőtúr május 20. Szerkesztette: Pokorádi László Kiadja: Debreceni Akadémiai Bizottság Műszaki Szakbizottsága ISBN Debrecen 2009

2 A konferencia szervezői: Magyar Tudományos Akadémia Debreceni Területi Bizottság (DAB) Műszaki Szakbizottsága és a Szolnoki Főiskola Műszaki és Mezőgazdasági Fakultása A Programbizottság tagjai: Prof. Dr. Pokorádi László elnök; Dr. Kalmár Ferenc titkár; Dr. Bíró István; Dr. Kovács Imre; Nagy Attila; Prof. Dr. Óvári Gyula; Dr. Sikolya László; Dr.habil. Szabolcsi Róbert; Dr. Szigeti Ferenc; Dr. Szűcs Péter; Dr. Varga Emilné dr. Szűcs Edit. A kiadvány nyomdai megjelentetését a DKV Debreceni Közlekedési Zártkörűen Működő Részvénytársaság támogatta.

Bíró István; Dr. Kovács Imre; Nagy Attila; Prof. Dr. Óvári Gyula; Dr. Sikolya László; Dr.habil. Szabolcsi Róbert; Dr. Szigeti Ferenc; Dr.

3 GEOTERMIKUS REZERVOÁROK MODELLEZÉSE POKORÁDI László Debreceni Egyetem, Műszaki Kar Műszaki Menedzsment és Vállalkozási Tanszék 4028 Debrecen, Ótemető u. 2-4 KIVONAT Számos idegen (főleg angol) nyelvű irodalom olvasható a különféle úgynevezett koncentrált paraméterű geotermikus modelleket, illetve modellezési eljárásokat. A tanulmány célja az alacsonyhőmérsékletű, úgynevezett folyadék-domináns rezervoárok koncentrált paraméterű modellezésének bemutatása magyar nyelven. Kulcsszavak: Modellezés, Geotermikus rendszerek 1. BEVEZETÉS A geotermikus energia magyarországi hasznosításának lehetőségeit KALMÁR írta le [6] tanulmányában, melyben bemutatja a felhasználható geotermikus mezőket is. Számos angol nyelvű irodalom ismerteti a különféle úgynevezett koncentrált paraméterű geotermikus modelleket, illetve modellezési eljárásokat. AXELSSON munkáiban egy egyszerű, mátrix-vektor alakú egyenletrendszert dolgozott ki és elemezte a koncentrált paraméterű modellek alkalmazási lehetőségeit az alacsony hőmérsékletű geotermikus mezők, rendszerek kitermelési adatainak monitorozására [1]; [2]. SARAK, ONUR és SATMAN az eltérő modellek alkalmazhatóságait elemezték az izlandi LAUGARNES geotermikus mező kitermelési adatait felhasználva [5]. A publikáció az alábbi fejezetekből áll: A 2. fejezetből röviden megismerhetőek a különféle geotermikus rendszermodellezési eljárások. A 3. fejezet az alacsony hőmérsékletű geotermikus rendszerek modellezési eljárásait mutatja be az angol nyelvű irodalmakra támaszkodva. A 4. fejezetben rövid összefoglaló olvasható a fentebb bemutatott modellek alkalmazási eredményeiről. 2. GEOTERMIKUS MODELLEZÉSI ELJÁRÁSOK Az irodalmak szerint három főbb módszer alkalmazható a geotermikus rezervoárok modellezésére. Ezek az esésgörbe elemzés, koncentrált paraméterű modellezés, valamint a numerikusmodellezés. Az esésgörbe elemzést a jövőbeli forrásapadás előrejelzésére alkalmazzák a mért szállítási sebesség adatokra illesztett algebrai egyenlet segítségével. A forrásapadás előrejelzését fel lehet használni a kiegészítő (pótlólagos) források számának becslésére. A szakirodalmak, lényegében csak a hagyomány kedvéért, külön tárgyalják a koncentrált és osztott paraméterű modelleket, noha a koncentrált paraméterű modellek Az osztott paraméterű modellek nagyon általános modellek, melyek a rezervoárok modellezésére alkalmaznak néhány (ami azonos a koncentrált paraméterű modellel) 19

A tanulmány célja az alacsonyhőmérsékletű, úgynevezett folyadék-domináns rezervoárok koncentrált paraméterű modellezésének bemutatása magyar nyelven. Kulcsszavak: Modellezés, Geotermikus rendszerek 1.

4 vagy nagyszámú (100 ~ 1000) hálópont alkalmazásával. Alkalmazhatóak a teljes geotermikus rendszer modellezésére, mely magába foglalja a rezervoárt, a záró kőzetet, az alapkőzetet, a sekély hidegvíztárolót, az utántöltési zónákat is. Az osztott paraméterű modellek alapvető előnye számos matematikai numerikus módszerrel megoldhatók, úgy, hogy a felhasználó meghatároztatja a figyelembe veendő fizikai folyamatot, és a rácsháló méretet. Hátránya, hogy jelentős numerikusszámítási kapacitást és modellezési, programozási gyakorlatot igényel. 3. A KONCENTRÁLT PARAMÉTERŰ MODELLEK A koncentrált paraméterű geotermikus rendszermodellezés az osztott paraméterű, numerikus modellezés erősen leegyszerűsített változatának tekinthető. A koncentrált paraméterű modell esetén a geotermikus rezervoárt, mint egy egyszerű vagy kevés, homogén rácspontot tartalmazó rendszert vizsgáljuk. A rezervoárnyomás (vagy vízszint) megfigyelt változásai, valamint a folyadék termelés besajtolás arány jól összeegyeztethetőek a koncentrált paraméterű modell eredményeinek felhasználásával. Koncentrált paraméterű modellvizsgálatok során a geotermikus rendszert három fő részből állónak tekintjük, úgymint: a rezervoár középső része; a rezervoár külső részei az utántöltési forrás. Az első kettőt, mint homogén tárolókat kezeljük, azok átlagos paramétereikkel jellemezzük. Megközelítésünkben a rezervoár külső részei egy vagy több külső részt jelentenek, melyek a következők lehetnek: a rezervoár külső része(i); a rezervoár mélyebb része(i); környező vagy sekélyebb hidrológiai elem vagy elemek. 1. ábra Geotermikus (mint két-tárolós, hengeres) rendszer részei (forrás: [3]) Az utántöltési forrás a rezervoár többi eleméhez kapcsolódik, vagy közvetlenül a 20

Az osztott paraméterű modellek alapvető előnye számos matematikai numerikus módszerrel megoldhatók, úgy, hogy a felhasználó meghatároztatja a figyelembe veendő fizikai folyamatot, és a rácsháló

5 rezervoár központi részéhez, amikor mint pontszerű forrás kezeljük. Ez a három rész, mint koncentrikusan elhelyezkedő egységek kezelhetők (1. ábra). Az a megközelítés is lehetséges, hogy a három részt, mint kapcsolódó tárolók sorozata vizsgáljuk (2. ábra). A 2. ábrán látható egyszerű két-tárolós koncentrált paraméterű modell esetén az első tároló, melyben a kitermelés/betáplálás történik, jelenti a geotermikus rendszer legbelső (központi) részét. Az ezen belüli nyomásváltozást, valamint kitermelést betáplálást mérik és rögzítik. A másik tároló a rezervoár külső részeit reprezentálva csatlakozik az utántöltési forráshoz, sem termelés, sem betáplálás nem történik, ez a táróló csak utántölti a központi tárolót. A folyadék kitermelése nyomáscsökkenést okoz a rezervoárban, ami folyadék beáramlást indukál a rezervoár külső részeiből, tárolóiból a központi tárolóba. Az utántöltési forrás a geotermikus rendszer legmesszebb eső részeit jelenti. 2. ábra Geotermikus (mint két-tárolós, soros) rendszer részei (forrás: [3]) A két tároló, valamint az utántöltési forrás és a külső tároló közti vízáramlás különböző módon modellezhető. A geotermikus rendszerek koncentrált paraméterű modelljei az úgynevezett tárolómegközelítésen alapulnak. A bemutatásra kerülő explicit analitikus megoldások is a rezervoárnyomás változását írják le. 4. A MODELLEK ALKALMAZÁSA A fentiekben röviden bemutatott geotermikus rezervoár modellezési eljárások eredményeit szemléltetjük az izlandi LAUGARNES mező példáján a feldolgozott irodalmak alapján. A LAUGARNES geotermikus mező Izland szigetének dél-nyugati részén helyezkedik el. A meglehetősen nagyméretű mező meleg kőzetrétege 700 ~ 1300 méter mélyen helyezkedik el, és a kitermelt melegvíze 115 ~ 135 o C hőmérsékletű. Az 1963 és 1982 közt gyűjtött adatokat felhasználva, melyeket egy mérőkút segítségével mértek, AXELSSON [1] munkájában szimulálta a geotermikus mező nyomásváltozását és becsülte meg annak kapacitását is (4. ábra). Az 5. ábra egy későbbi elemzés eredményeit szemlélteti. Látható, hogy a mező kitermelése az as években növekedésnek indult a szivattyúk alkalmazása következtében. Ennek hatására a rendszerben uralkodó nyomás 120 méteres vízszintesésnek megfelelő csökkenést szenvedett el. Érdemes még megtekintenünk a 6. ábrát is, amely több modellezési eljárás eredményét szemlélteti a 4. ábrával megegyező időintervallumban. 21

ábrán látható egyszerű két-tárolós koncentrált paraméterű modell esetén az első tároló, melyben a kitermelés/betáplálás történik, jelenti a geotermikus rendszer legbelső (központi) részét.

6 3. ábra Eltérő koncentrált paraméterű rezervoár modellek (forrás: [5]) (a) egy rezervoár, utántöltési forrással (egy-tárolós nyitott modell); (b) két tároló, utántöltési forrással/nélkül (két-tárolós nyitott/zárt modell); (c) három tároló, utántöltési forrással/nélkül (három-tárolós nyitott/zárt modell); (d) egy sekély és egy mély rezervoár utántöltési forrással (két-rezervoáros nyitott modell külső tároló nélkül); (e) egy sekély és egy mély rezervoár külső tárolóval utántöltési forrással (két-rezervoáros nyitott modell egy külső tartállyal); 22

(három-tárolós nyitott/zárt modell); (d) egy sekély és egy mély rezervoár utántöltési forrással (két-rezervoáros nyitott modell külső

7 4. ábra A LAUGARNES geotermikus mező vízszint és termelési kapacitás változása 1963 és 1982 között (forrás: [5]) 6. ábra A LAUGARNES geotermikus mező vízszint és termelési kapacitás változása 1930 és 2002 között (forrás: [2]) 7. ábra Mért és modellezett adatok összehasonlítása (forrás: [2] és [5]) 23

8 FELHASZNÁLT IRODALOM [1] Axelsson, Gundi Zhilin Dong, The Tanggu Geothermal Reservoir (Tianjin, China), Geothermics Vol. 27, No 3, p [2] Axelsson, Gundi, Simulation of pressure data from geothermal Reservoirs by lumped parameter models, 14th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford, [3] Castanier, L.M., Sanyal, S.K., Brigham, W.E., A practical analytical model for geothermal reservoir simulation. In: Proceedings of the 50th Annual California Regional Meeting of SPE, SPE 8887, Los Angeles, CA, USA, April [4] Gudmundur S. Bodvarsson Karsten Pruess Marcelo J. Lippmann, Modeling of Geothermal Systems, Journal of Petroleum Technology, September 1986, p [5] Hulya Sarak Mustafa Onur Abdurrahman Satman, Lumped-parameter Models for Low-Temperature Geothermal Fields and their Application, Geothermics 34 (2005) [6] Kalmár, Ferenc, Fűtési rendszerek geotermikus hőforrásról, Elektronikus Műszaki Füzetek 4., Műszaki Tudomány az Északalföldi Régióban Konferencia 2007., p [7] Pokorádi, László, Geotermikus rendszerek modellezése, kutatási jelentés, DE AMTC MK 2008., pp MODELING OF GEOTHERMAL RESERVOIRS Several lumped-parameter models and modeling methods have been reported in the literature. The aim of this paper is to summarize English language literatures and to show the methodologies of the low-temperature geothermal fields and systems modeling and their application in Hungarian. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Jelen tanulmány a Geotermikus fűtési rendszerek optimalizálása program részeként készült az EGT/Norvég Finanszírozási Mechanizmus Alap támogatásával No 108- F-1, melyet ezúton köszön meg a Szerző. 24

, Sanyal, S.K., Brigham, W.E., 1980. A practical analytical model for geothermal reservoir simulation.

Hasonló dokumentumok

MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-ALFÖLDI RÉGIÓBAN 2010

MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-ALFÖLDI RÉGIÓBAN 2010 KONFERENCIA ELŐADÁSAI Nyíregyháza, 2010. május 19. Szerkesztette: Edited by Pokorádi László Kiadja: Debreceni Akadémiai Bizottság Műszaki Szakbizottsága