Geotermikus tárolók. Dr. Tóth Anikó PhD Kőolaj és Földgáz Intézet

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Geotermikus tárolók. Dr. Tóth Anikó PhD Kőolaj és Földgáz Intézet"

Fruzsina Kocsis
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Geotermikus tárolók Dr. Tóth Anikó PhD Kőolaj és Földgáz Intézet

2 A földkérget alkotó kőzetek nem homogén anyagok, a teret csak ritkán töltik ki hézagmentesen. A magmás kőzetek (pl. gránit, bazalt, andezit vagy riolit) fizikai tulajdonságai általában minden irányban megegyeznek. A kéregmozgások következtében a magmás kőzetekben is vannak törések, repedések. Sőt, a nagy víztartalmú olvadékok habképződésre hajlamosak, a vízgőztartalmú hab-láva nagy hézagtérfogatú kőzetté, ignimbiritté válik. A szemcsés szerkezetű üledékes kőzetekben a szemcsék mérete, alakja, elrendeződése sztochasztikusan változik. A durvább szemcsés üledék hézagai egymásba nyílva összefüggő járatrendszert alkotnak. A finom szemcsés agyagok hasonló nagyságú hézagtérfogata szűk, alig áteresztő járatrendszert képez.

3 A mészkövek könnyen válnak repedezetté, a karsztosodás pedig egészen nagyméretű üregek, barlangrendszerek kialakulására vezet. A kőzetek hézagtérfogatát minden esetben folyadék tölti ki: túlnyomórészt víz, de lehet kőolaj vagy földgáz is. A szemcsés szerkezetű, vagy a finom repedésekkel átszőtt kőzetek hézagait kitöltő folyadék mozgását szivárgásnak nevezzük. A nagyobb repedésekben, vagy üregekben áramlik a víz. A porózus kőzetek hézagtérfogatát csökkenti a higroszkópos, vagy molekuláris erők folytán kötődő hártyavíz. Ennek az igen vékony hártyának a megbontásához a gravitációnál nagyságrenddel nagyobb külső erőre van szükség.

4 POROZITÁS A szivárgás kialakulásának tere tehát a hatékony pórustérfogat. Ennek jellemzésére definiált paraméter a porozitás, az anyag üregeinek valamint teljes térfogatának hányadosa. φ a = φ eff = V hézag V V eff V

5 Néhány üledékes kőzet abszolút porozitásértékének intervalluma Mészkő Agyagpala Homokkő Kavicsos homok Kavics hordalék Finom és közepes homok keveréke Azonos szemcseméretű homok Közepes és durva homok keveréke Iszap Agyag Különböző talajok Tőzeg,,,,2,,25,2,35,3,4,3 35,3,4,35,4,4,5,45,55,5,6,6,8

6 Főként a nagy kiterjedésű, egy-egy vízszintes síkban viszonylag homogén kőzetfizikai tulajdonságokkal jellemezhető, porózus (kb. 2%) homokos, homokköves rétegek képezhetnek jó hévíztárolót. Az üledékes kőzetek önsúlyterhelés következtében létrejött tömörödése a mélységgel exponenciálisan csökkenő porozitáseloszlást eredményez. φ = φ A z e

7 PERMEÁBILITÁS A szivárgó folyadékmozgás leírására használt másik lényeges kőzetjellemző a kőzet áteresztőképessége, a permeábilitás. A függőleges helyzetű, homokkal töltött, állandó keresztmetszetű csövön a gravitáció hatására víz szivárog keresztül, miközben mérjük az időegység alatt átfolyt Q térfogatáramot és két U-csöves manométerrel a nyomásesést. Q = k 2 D π 4 Δh H Tehát az egységnyi hosszra jutó térfogatáram és nyomásesés kapcsolata lineáris. Darcy kísérlete

8 q A Az általánosított Darcy-kísérlet = Q 2 D π 4 = K H μ [ p p + ρg( z z )] 2 2 q A az átlagos szivárgási sebesség, μ a folyadék dinamikai viszkozitási tényezője, ρ a sűrűsége, K a permeábilitási tényező, SI-egysége m 2. A gyakorlatban ennek 8 -szorosát a Darcy-t, vagy annak ezredrészét a milidarcy-t használják.

9 Kőzet fajta Ca-bentonit Alluviális öntésiszap Tégla Homokos agyag Homokos iszap Mészkő, dolomit Finom homok Alsó liász homokkő Pelső pannon homokkő Dogger homokkő Kavicsos homok m Permeábilitás Darcy - md,, Permeábilitás értékek üledékes kőzetekben

10 GEOTERMIKUS REZERVOÁROK A geotermikus mező földrajzi fogalom, a földfelszín olyan tartománya, ahol a föld belső melege a nagy földi hőáram és a nagy geotermikus gradiens révén az átlagosnál fokozottabb mértékben nyilvánul meg. A geotermikus tároló -rezervoár- a geotermikus mezőnek az a része, amelynek belső energiatartalma valamilyen telepfolyadék, víz, vagy gőz közvetítésével felszínre hozható. A földkéreg természetes geotermikus hőmérséklete: T = T + γh T a felszíni középhőmérséklet, γ a geotermikus gradiens, az egységnyi mélységre eső hőmérséklet-növekedés [ o C/m].

11 Konduktív hőárammal fűtött geotermikus tároló fogalmi modellje Az át nem eresztő medence-aljzatra rakódtak le a vízszintes, vagy ahhoz közel álló rétegsorok. A vízvezető rétegek a medence-perem, vagy vetők, törésvonalak mentén utánpótlást kapnak a csapadékvízből. A tároló érintetlen állapotában hidrosztatikus nyomás-eloszlást találunk, amely csak azért tér el a lineáristól, mert a mélységgel növekvő vízhőmérséklet hatására a víz sűrűsége csökken.

12 A geotermikus tároló lehet természetes, de mesterséges. A természetes geotermikus tároló kellő kiterjedésű, nagy hőmérsékletű, megfelelő porozitású és áteresztőképességű hévíz, vagy gőztároló képződmény. A mesterséges tároló valamilyen forró, száraz kőzetben létrehozott repedésrendszer, ahová a felszínről juttatjuk a vizet.

13 Magyarországon a geotermikus gradiens értéke átlagosan mintegy másfélszerese a világátlagnak 5 o C/m. Ennek oka: Magyarországon, a Pannon-medencében a földkéreg vékonyabb a világátlagnál (mindössze km vastag, vagyis mintegy kmrel vékonyabb a szomszéd területekhez képest). a forró magma a felszínhez közelebb van, jó hõszigetelõ üledékek (agyagok, homokok) töltik ki. A geotermikus gradiens a Dél-dunántúlon és az Alföldön nagyobb, mint az országos átlag, a Kisalföldön és a hegyvidéki területeken pedig kisebb annál. A mért hõáramértékek is nagyobbak,94 mw/m 2 az európai kontinens területén,6 mw/m 2 az átlagérték.

14 [m] [bar] [ o C] [ o C],,5 96, ,5 2 92, 36,5 Mélység menti nyomás -forráspont -kőzethőmérséklet A mélység mentén a víz hidrosztatikai nyomása: p = p + ρgh Szembetűnő, hogy az adott mélységben uralkodó nyomáshoz tartozó forráspont-érték sokkal nagyobb, mint az ugyanabban a mélységben adódó kőzethőmérséklet. Ez mutatja, hogy a tárolóban a o C-nál melegebb fluidum is vízfázisban van.

15 Vulkanikus területen, pl. Új-Zélandon a Wairakei-mező, jóval nagyobb geotermikus gradiens-értékek adódnak. Itt 4 m mélységben már 26 o Ca hőmérséklet, ez,625 W/m o C, a világátlagnak több, mint tízszerese. Itt természetesen gőz-víz keverék alakjában van a víz a tárolóban. Az ilyen előfordulások igen ritkák. A művelt geotermikus mezők alig több mint %-ából termelhető gőz.

16 A legismertebb, s ma a legnagyobb kiterjedésű konduktív fűtésű geotermikus tároló az Alföld felső-pannon homokos üledéksoraiban található. Ez mintegy 4 km 2 kiterjedésű, átlagos vastagsága kb. 2 m. Magyarország geotermikus energiatermelésének túlnyomó része innen származik. Ez a felsőpannon homokos-homokköves tároló hidrosztatikus állapotában egységes rendszerként viselkedik.

17 Túlnyomásos tárolók Vastag agyagrétegek között, jó permeabilitású homokrétegek települhetnek, melyek megtartják porozitásukat, víztartalmukat, s a mélyre süllyedve túlnyomásos tárolókat alkotnak. A süllyedő medencék geotermikus gradiense a környezeténél mindig kisebb, a nagy mélység miatt elég nagy a hőmérséklet, a nagy nyomás miatt pedig a telepfolyadék entalpiája is nagyobb. A legismertebb ilyen túlnyomásos hévíztárolók a Mexikói öböl partvidékén Texasban található. 3-5km mélységben bar nagyságrendű túlnyomásokkal. Egy ilyen nagymélységű, túlnyomásos tárolóból tört ki a gőz-víz keverék a fábiánsebestyéni szénhidrogénkutató fúrásból 985-ben.

18 History Blowout: Depth: 4239m Wellhead Temperature: 88,5 o C Pressure: 36 bar Kill: Budapest,

19 Budapest, Unconventional contour of the jet

21 Az üledékes medence rétegsorai alatt az alaphegység helyenként repedezett, vagy karsztosodott kőzettömegében is találhatunk forróvíz-tárolókat. Ezek az alaphegységi tárolók is hidrosztatikus állapotban vannak. Az Alföldön Mélykút, Tiszakécske, Sajóhídvég, a Dunántúlon a zalai mélykarszt: Zalakaros, Táska, Buzsák sorolhatók ebbe a kategóriába.

24 ,7 7,9 4, 6,5,5 5,4 6,2 6,5 9, Hasznosítási arány % Össz,2 3 > , , , , ,4 7 7,79, , , , , , , , ,9 S É Z R T K I M V F... Hasznosítás (kút db) % Kutak száma (db) Hőfok ( o C) F-Fürdő V-Ivóvízellátás M-Mezőgazdasági I-Ipari K-Kommunális; T-Többcélú R-Visszasajtoló Z-Zárt (lezárt) É-Észlelőkút S-Selejt Üzemelő (termelő) hévízkutak száma: 85 (MGE, 26)

Hasonló dokumentumok

A GEOTERMIKUS ENERGIA ALAPJAI

A GEOTERMIKUS ENERGIA ALAPJAI HALLGATÓI SZEMINÁRIUM MAGYARY ZOLTÁN POSZTDOKTORI ÖSZTÖNDÍJ A KONVERGENCIA RÉGIÓKBAN KERETÉBEN DR. KULCSÁR BALÁZS PH.D. ADJUNKTUS DEBRECENI EGYETEM MŰSZAKI KAR MŰSZAKI ALAPTÁRGYI