A SZENTES TÉRSÉGI HÉVÍZTÁROZÓ KÉPZŐDMÉNYEK HIDRODINAMIKAI VISZONYAI SZIVATTYÚ TESZTEK KIÉRTÉKELÉSE ALAPJÁN

Átírás

1 A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászat, 81. kötet (2011) A SZENTES TÉRSÉGI HÉVÍZTÁROZÓ KÉPZŐDMÉNYEK HIDRODINAMIKAI VISZONYAI SZIVATTYÚ TESZTEK KIÉRTÉKELÉSE ALAPJÁN Barcza Márton 1, Bálint András 1, Kiss Sándor 1, Szanyi János 1, Kovács Balázs 2 1 Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Ásványtani, Geokémiai és Kőzettani Tanszék, 6722 Szeged, Egyetem utca 2. 2 Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, Hidrogeológiai-Mérnökgeológiai Intézeti Tanszék, 3515 Miskolc, Miskolc-Egyetemváros Kivonat A hévíztermelés és a geotermikus energia felhasználás legjellemzőbb példája Szentes és környéke, ahol 1950-es évek óta intenzív hévíztermelés folyik a felső-pannon korú, deltafront deltasíkság üledékfáciesű rétegekből. Jelenleg 32 hévízkút üzemel a térségben. A Geo-Log Kft. mérőcsoportja 2009-től 2011-ig komplex kútvizsgálati méréseket végzett az Agrár Árpád Zrt. tulajdonában levő hévízkutakon, a Nemzeti Technológiai Program (No. TECH 08 A4 DA THERM), and the NIO (No. DA HALO 06/007 GEOTERMA) keretében. A projekt fő feladata a használt termálvíz homokkőbe történő visszasajtolás technológiai know-how és szolgáltatáscsomag és adaptálhatóságának kidolgozása terület-specifikusan a felső-pannon hévíztárolók kőzettani, hidrodinamikai és hőtranszport tulajdonságainak megfelelően. A Dél-alföldi régió porózus kőzettesteiben található (túlnyomórészt felső-pannon) hévíztárolók hidrodinamikai és termodinamikai paramétereinek meghatározása és hévízföldtani modellezése a legfrissebb geológiai-geofizikai-hidrológiai ismeretek szintetizálásával, és a modellek finomítása a kitermelési tesztterületeken felvett adatok alapján. A projekt 14 szentesi, illetve 6 db szegvári kút vizsgálatára irányult. A komplex vizsgálat keretében a kutakon kútszerkezeti (lyukbőség, természetes gamma, hőmérséklet differenciálhőmérséklet és folyadékátlátszóság) hidrodinamika (nyomásgradiens, áramlásmérés, kapacitás vizsgálat, visszatöltődés, mélységi és felszíni nyomásmérés, hozamérés) és egymásrahatás vizsgálat. Jelen cikkben ezen mérések eredményeit hasonlítjuk össze korábbi mérésekével, amelyből a területen lévő vízbázisra és rezervoárra és a termelés fenntarthatóságára vonhatunk le következtetéseket. Abstract Szentes region is a typical example of geothermal energy production and using, where has been highly intensive production from the Upper pannonian sequence, from deltafront deltaplain sediment layers since the 1950 s. Nowdays there are 32 thermal wells on the investigated area. The measurement team of Geo-Log Ltd. in 2010 has been realised complex geophysical logging and well testing on the thermal wells owned by Agrár Árpád Co. Ltd., financing by the Hungarian National Technology Program. The aim was to drove up the technological know-how of used thermal water reinjection into sandstone and to adaptation it to the specific area to upper-pannonian reservoirs accordance with geo/petrographic, hydrodynamic and heat-transport properties. In addition to make a model of south region of the Great Plain s porous sequences (mainly Upper Pannonian), with 245

2 Barcza Márton, Bálint András, Kiss Sándor, Szanyi János, Kovács Balázs application of the most recent geological, geophysical hydrological knowledge and refining the models based on the logged data of the study area. The objects of the investigation were 14 thermal wells near Szentes and 6 near Szegvár. In the article we used few parameters from the research reports created by the Geo-Log Ltd. We compared these results with the archive data and summarized conclusions about sustainable production and the state of the reservoir. 1. Bevezetés A Nemzeti Technológia Program TECH_08-A4/ DA_THER2 azonosítójú Geotermikus kutatásfejlesztés a dél-alföldi termálvízbázisok fenntartható kitermelése érdekében című projektje keretében komplex kútvizsgálatok zajlottak le 2009-től 2011-ig az Agrár-Árpád tulajdonában lévő 20 darab termálkúton, amelyekből 14 darab Szentes városától észak-keletre helyezkedik el, 6 darab kút pedig Szegvártól keletre lévő területen. A mérések 2009 őszén kezdődtek 5 termálkút mérésével majd a fűtési szezon után folytatódtak a további 14 kúttal 2010 tavaszán. Az 1. ábrán a kutak elhelyezkedése található. Az első hévíz kutat Szentesen 1958-ban képezték ki meddő CH-fúrásból. A 80-as évek végére 32 kutat fúrtak, ebből 12 kút 90 C-nál, a többi 60 C-nál melegebb vizet termel. Eleinte kizárólag a meleg vízigények kielégítésére használták a vizet, azonban később kiépült egy 1300 lakást, valamint közintézményeket ellátó távhőrendszer. Ezenfelül 30 ha üvegház, 30 ha fóliasátor és 35 ha baromfi üzem fűtését is a termálvízre alapozták. A használt hévizet a Kurca-patakban és két tóban helyezik el jelenleg ig több mint 7 millió m 3 vizet termeltek évente, ami m-es depressziót eredményezett. Azóta a vízkivétel mintegy 5,7 millió m 3 -re csökkent, így a vízszintek kismértékben, helyenként 4-8 m-t, emelkedtek. [5] 2. A mérési módszertan A projekt keretében kétféle vizsgálatot végeztünk, egyrészt teljeskörű kútvizsgálat készült mind a 20 működő hévízkút esetében, másrészt kutak közti egymásrahatás vizsgálatot, valamint tartós nyomásméréseket. Ezen vizsgálatok kiértékelése folyamatban van. A kútvizsgálat egyrészt a kutak szerkezetének (járható talp, csövezés, tömszelencék helye, zárása, az aktív perforációk helye stb.) vizsgálatát jelentette, másrészt a kutak dinamikus paraméterét ellenőrizte: áramlási profil, valamint a kúthidraulikai paraméterek meghatározása. A vizsgálatok során folyamatos áramlás és hőmérsékletmérést, valamint mélységi és felszíni nyomásméréseket is végeztünk. 246

3 A Szentes térségi hévíztározó képződmények hidrodinamikai viszonyai Szivattyú tesztek kiértékelése ábra. A Szentes és Szegvár környéki kutak földrajzi elhelyezkedése. A mérések technikai okok miatt egy adott sorrendben követték egymást. A vizsgálatokat a Geo-Log Kft. hajtotta végre. Először a gázszeparálás történt meg, amit még a fűtési szezonban a kút hosszú távú leállítása előtt kellett elvégezni, amit az álló kútban kútszerkezet, majd két napos átszerelés után a termelés melletti mérések követtek. Ezek: áramlásmérés a kút perforált szakaszain, illetve nyomásemelkedés mérés a perforált szakaszok felett, általában m intervallumban. Ezután a kútkapacitás-mérés következett Q 1 ~25% Q 2 ~50% és Q 3 ~100% kvázi-stacionárius hozammal. Ezen hozamok a kompresszoros termeléssel elérhető maximumhoz lettek viszonyítva. A szivattyús termeléssel némely kútnál magasabb hozam is elérhető volt, de ez technikailag nem volt 247

4 Barcza Márton, Bálint András, Kiss Sándor, Szanyi János, Kovács Balázs kivitelezhető, mert az Agrár Árpád Zrt. hosszútengelyes szivattyúkat alkalmaz, amelyek mellett nem lehetett kútgeofizikai vizsgálatokat végrehajtani. A mérések közül a visszatöltődés és kútkapacitás vizsgálati eredményeket és a vizsgálatok alatt mért mélységi nyomás eredményeket használtuk, követve a gyakorlatban elfogadott metodikát [1, 2, 4]. Egyrészt, ezeket lehetett több tíz évre visszamenőleg összehasonlítani, másrészt ezek a mérések hasznos információt adtak a kutak, így a vízadó rétegek, karakterisztikájáról. Jelen cikkben vizsgált adatok csak egy kis részét képezik a Geo-Log Kft. által mért és számolt geofizikai és hidrológiai paramétereknek. 3. Eredmények A vizsgálat tárgyai a Szentes közelében lévő 14 darab termálkút, amelyekből kútcsoportokat alakítottunk ki a szűrőzött mélységek alapján. 3 fő vízadó réteget különítettünk el a 2. ábrán látható módon. 2.ábra. Hidrosztratigráfiai egységek Szentes környékén [6]. A mérések időbeli sorrendjét rögzítettük, mert némely kutat a fűtési szezon előtt mérték, ekkor ugyanis a vízbázisnak több ideje volt a regenerálódásra. A fűtési szezon után közvetlenül mért kutaknál pedig, jobban látszanak az intenzív téli termeltetés utáni vízszintsüllyedések. A kútvizsgálatok, a kutak mintegy negyedénél állapítottak meg rendellenességet, ez tömszelence sérülést, a perforált szakaszok részleges 248

5 A Szentes térségi hévíztározó képződmények hidrodinamikai viszonyai Szivattyú tesztek kiértékelése... eltömődését, vagy a kútba esett idegen tárgyat jelentett. Különösen érdekes az V/2 jelű kút melyben a perforált szakaszok 90 %-ban eltömődtek, mégis 770 l/perc hozammal üzemel a kút, mely hozamnak 83 %-a, egy 2 m-es perforált szakaszon keresztül áramlik a kútba. Mivel a mérések szerint a kúttalp felől nem történik beáramlás, feltételezzük, hogy a perforált kútpalást körül egy nagyobb kaverna alakult ki (az innen beáramlott homok töltötte fel a kutat), és ez a kaverna mintegy puffer-tartályként szolgál. Ahhoz, hogy a különböző időpontban és mélységben elvégzett mérések összevethetők legyenek a 2010-es mérések mélységére számoltuk át az adatokat, úgy, hogy 1 m vízoszlop nyomását 0,0096 MPa-nak (~95 o C-os 5g/l sótartalmú víz sűrűsége) tekintettük. Ezek alapján a létesítéskori adatokhoz képest m vízszint-süllyedést észleltünk. Érdekes, hogy a 2006-ban az Árpád Agrár ZRt. által elvégeztetett mérési eredmények, általában m-rel nagyobb vízszintsüllyedést mutattak, ritkábban 5-15 m-rel magasabb vízszint-emelkedést. Ezt a jelenséget egyelőre nem tudjuk magyarázni. Az alábbiakban 2 kút esetén mutatjuk be a mélységi nyomásgörbéket (3. ábra). 4. Egymásrahatás vizsgálatok Az egymásra hatás vizsgálatoknál arra voltunk kíváncsiak, hogyan befolyásolja a kutak termelése más kutak vízhozamát és rétegnyomását. A projekt keretén belül 2010 szeptemberében került sor egy 9 termálkutat érintő hosszútávú vizsgálatra, amely keretén belül 4 kútnál (V/1, VII/1, VII/2, VII/3) Leuter típusú hőmérséklet és nyomásérzékelő szonda került beépítésre. Másik 5 kútban (I, V/2, VI/2, AL/1, III) pedig Dataloggerrel mértük a nyomást, melyet légnyomás adatokkal kompenzáltunk. Az egymásrahatás tesztsorozat első üteme a szakaszos termeltetés volt. A szentesi VII/3-as kútban 6 termeltetés-leállítás történt. A tervek szerint 12 óra termeltetést 6 óra leállás követett, de a gyakorlatban ez a hőigények változása miatt nem volt kivitelezhető, ezért kismértékben módosítottuk az előzetes tervet. A 6 ciklusból álló tesztet, egy 3 lépcsős termeltetés követte, mely a következők szerint épült fel: 1) : :55; Q 1 = ~16 m 3 /h= ~384 m 3 /d 2) : :50; Q 2 = ~30,75 m 3 /h= ~738 m 3 /d 3) : :25; Q 3 = ~50 m 3 /h= ~1200 m 3 /d. 249

6 Barcza Márton, Bálint András, Kiss Sándor, Szanyi János, Kovács Balázs Nyomás 1700m en (MPa) VII/ Q (l/min) január október július IV. Nyomás 2000m en (MPa) Q (l/min) szeptember június június 27. (extrapol.) 2006 augusztus ábra. A VII/3. és IV. jelű kutak mélységi nyomásgörbéi a hozam függvényében különböző időpontokban, feltüntetve a szondamélységét a mérés során. A kiolvasott adatokat felhasználva a 4. és 5. ábrákon láthatók a szakaszos üzemeltetés réteg illetve függőleges irányú hatása. Mindkét ábrán megfigyelhető a VII/3-as termeltetett kút hatása a bejelölt helyeken. De a VII/3-as kúton kívül más kutak hatása is kirajzolódik az ábrákon. A nem várt nyomásváltozások annak köszönhetők, hogy a vizsgálat idején az Árpád-Agrár Zrt. geotermikus 250

7 A Szentes térségi hévíztározó képződmények hidrodinamikai viszonyai Szivattyú tesztek kiértékelése... fűtőrendszere a közeli kutak szivattyúit elindította, beavatkozva a zavartalan mérési folyamatba (a hőmérséklet többször a kritikus 10 C alá süllyedt). 4.ábra. Szakaszos termeltetés réteg irányú hatása. 5.ábra. Szakaszos termeltetés függőleges irányú hatása. 251

8 Barcza Márton, Bálint András, Kiss Sándor, Szanyi János, Kovács Balázs 5. Eredmények A kiolvasott adatokat több módszerrel is értékeltük. A táblázatban a Kamal - Brigham [3] módszerrel kapott eredményeket közöljük. A módszer (6.ábra) az alábbi képlettel számol: ahol: B: teleptérfogati tényező µ: dinamikai viszkozitás p D (t L / t c ) 2 : dimenziótlan nyomás h: kutak közti távolság t L : késés p: keltett nyomás t c : pulzus hossza k: permeabilitás β: tapasztalati tényező q: hozam 6. ábra. A Kamal&Brigham (1975) módszer. 252

9 A Szentes térségi hévíztározó képződmények hidrodinamikai viszonyai Szivattyú tesztek kiértékelése... A számítások azt a meglepő eredményt hozták, hogy rétegirányú és a vertikális szivárgási tényezők ugyanolyan nagyságrendűek, sőt vertikálisan még nagyobbak. (1. táblázat). Ez képtelen adatnak tűnik, kivéve, ha feltételezzük, hogy a rosszul cementált kútpalást mellett a víz átszivárog a szomszédos vízadókba. Mivel a vizsgált VII-es kútcsoport kútjai 60 m-en belül vannak ez elképzelhető. Ugyanakkor még más módszerrel is ellenőrizni fogjuk számításainkat. 1. táblázat. Számított horizontális és vertikális szivárgási tényező értékek. Sorszám Felső és középső Alsó és középső Rétegirányú között között (m/nap) (m/nap) (m/nap) Köszönetnyilvánítás A cikk az NKTH TECH_08-A4/ DA_THER2 pályázat során mért adatok segítségével, a TÁMOP B-10/2/KONV projekt pénzügyi támogatásával készült. Irodalomjegyzék [1] Bourdarot, G. (1998): Well testing: interpretation methods. Editions TECHNIP p [2] Chaudhry, Amanat U. (2004): Oil Well Testing Handbook. Elsevier p [3] Kamal, M., Bringham, W. E. (1975): Pulse Testing Response for Unequal Pulse and Shut-In Periods. Sot. Pet. Eng. J. Trans. AIME 259. p [4] Megyeri M. (1976): Pulzációs vizsgálatok tervezése és értékelése. Bányászati és kohászati lapok, Kőolaj és Földgáz, 109.évf. 10. sz. p [5] Szanyi, J., Kovács, B., (2010): Utilization of geothermal systems in South-East Hungary. Geothermics, 39,

10 Barcza Márton, Bálint András, Kiss Sándor, Szanyi János, Kovács Balázs [6] Szanyi, J, Kovács, B., Czinkota I., Kóbor B., Medgyes T., Barcza M., Bálint A., Kiss S. (2011): Sustainable Geothermal Reservoir Management Using Geophysical and Hydraulic Investigations. Proceedings of the 2011 World Environmental and Water Resources Congress California 254