XXXIII. Földtudományi és Környezetvédelmi Vándorgyűlés és Kiállítás Miskolc, 2012. 09. 27-29. Hogyan kútvizsgálatot? Szongoth Gábor, Pál Lénárd Geo-Log Kft. A hőmérsékletmérés a legrégebbi mélyfúrás-geofizikai módszer. Zsigmondy Vilmos a magyar kútfúrósok atyja már az 1860-70-es években végzett hőmérsékletmérést a Hősök tere közepén létesült Városliget I. kútban. A pontmérésekkel a fúrás, illetve a kiképzett kút talphőmérsékletét határozták meg. Az utóbbi fél évszázadban már folyamatos hőmérséklet szelvényezések történnek, amelyek információtartalma jóval magasabb, vizsgálható az aktuális hőmérséklet a teljes fúrásban, illetve a kútvizsgálat során megállapítható melyik szűrőzött szakasz milyen hőmérsékletű vizet termel. A kutak vizsgálata során azonban további igen lényeges és esetenként nélkülözhetetlen információ szerezhető a hőmérsékletmérésekből. Egyrészt az esetleges idegen beáramlások helyére (lyukas cső, hibás tömszelence, talpi beáramlás), másrészt a megnyitott rétegek nyomásviszonyaira (belső átfejtődések) lehet következtetni. Mindehhez kalibrált, nagy felbontású műszerrel végzett mérések kellenek. Minimum két szelvényezésre van szükség, álló (lezárt) kútban és termelés mellett. Minél több a mérés annál jobb, különösen, ha a mérések eltérő előzetes termelési viszonyok után történnek. Az előadás néhány hideg vizes példa után, több különös eredményt hozó hévízkutas példát ismertet, amelyek alapján megállapítható, hogy ez a látszólag egyszerű mérés mennyi hasznos információt szolgáltat, ha gondosan értelmezik. kútvizsgálatot? 1
Tartalom felvezetés (Zsigmondy Vilmos, az első magyar mélyfúrás-geofizikus) a hőmérsékletgörbék elméleti menete (termelés mellett, illetve lezárt kútban) hidegvizes példák termálvizes példák tanulságok kútvizsgálatot? 2
Hőmérsékletgörbék elvi menete 70 60 Hőmérséklet [ C] 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 Mélység [m] Hőmérséklet-szelvények elvi menete. A hőmérséklet-pontmérésnél csak a kúttalp hőmérsékletét mérjük meg, ezt az értéket összekötve a minden külső felszíni hőmérséklet-változástól mentes pincehőmérséklettel (10 m, 10.5 C) egy ún. elvi gradiens görbe vehető fel. Termelés közben az ábrán pirossal rajzolt görbe-jelleg alakul ki, a hőmérséklet enyhén csökken a felszín felé. A kút lezárása után 1,2 5 órával az elvi gradienshez egyre inkább közelítő hőmérsékletmenet alakul ki. kútvizsgálatot? 3
Hőmérséklet menet egyre kisebb hozamoknál Hőmérséklet menet egyre kisebb hozamoknál. A hozam szempontjából is érdemes vizsgálni a hőmérsékletszelvény jellegét. Az ábrán az egyre csökkenő hozamoknál mért görbéket láthatjuk, amelyek egyre inkább a gradiens görbéhez tartanak, mert a lassabb vízmozgás során több ideje van a meleg feláramló víznek kihűlni. kútvizsgálatot? 4
I. Hidegvizes példa I. Hidegvizes példa (1. ábra hőmérséklet szelvények) Hirtelen vízminőségromlás miatt keresték meg cégünket. Komplex (statikus és dinamikus) vizsgálatokat végeztünk a kútban. A hőmérséklet mérések kiértékelésekor érdekes eredményeket kaptunk. A termelés közben kialakuló hőmérsékletprofilt feltehetően a kút aljáról beáramló víz (a görbe a gradiens felett fut), illetve az 58 méternél, (valószínűleg csőtörés miatti) fals beáramlás (hőmérséklet-esés) magyarázza. Álló kútban (Q=0 l/p) 42 m mélységig konstans hőmérsékletet mértünk, ott hirtelen 2 C-ot esik a görbe. A jelenség magyarázata: álló helyzetben is történik beáramlás a kút aljáról (de az 58 m-nél lévő lyukból nem), ami a szűrők felső részén (42 m-nél) nyelődik el. A hőmérséklet-esés a környezet hűtőhatásával kapcsolható össze (a kút felső szakaszát az állandóan termelt víz ~15 C-ra felmelegítette). kútvizsgálatot? 5
I. Hidegvizes példa I. Hidegvizes példa (2. ábra komplex szelvények) A szűrőhely ellenőrzés céljából mért ellenállás-, valamint a lyukátmérőmérésből is kiderül, hogy a közölt és mért kútszerkezet között mintegy 2.5 m mélységeltérés van. Az áramlásmérésből számolt hozamgörbe igazolja a kúttalpról történő vízbeáramlást és az 58 m-nél lévő fals beáramlást. A homokolódást a folyadékátlátszóság-görbe mutatja, a kút aljáról viszonylag tiszta víz áramlik be, az 58 m-nél lévő fals beáramlást a görbe esése mutatja, mely a szűrők felett tér vissza a normál értékre. kútvizsgálatot? 6
II. Hidegvizes példa II. Hidegvizes példa (1. ábra hőmérséklet szelvények) Kis hozamú kút állapot-ellenőrző kútvizsgálatát végeztük el. A lezárt kút melletti hőmérsékletmérésekből látszik, hogy az I. szűrő lefelé termel, amit II., III., IV. szűrők nyelnek el (belső átfejtődés). A 24 l/p termelés mellett kialakuló hőmérsékletmenetből látszik, hogy a termelés nagy részét az I. szűrő adja, de az I. szűrő lefelé is termel, emiatt alakul ki a lezárt kúthoz hasonló hőmérsékletprofil. kútvizsgálatot? 7
II. Hidegvizes példa II. Hidegvizes példa (2. ábra komplex szelvények) Az áramlásmérésekből számolt hozamgörbék megerősítették a hőmérséklet görbékből levont következtetéseket, hiszen az álló kútban és a termelés mellett felvett hozamgörbék alakja, lefutása hasonló, valamint a II., III., IV. szűrőknél nyelésre jellemző hozamgörbe alakult ki. kútvizsgálatot? 8
I. Termálvizes példa I. Termálvizes példa (a tömszelence nem zár) Egy új (1900 m-es) hévízkút talphőmérséklete 84.5 C volt, de csak 33 C-os vizet termelt. A váratlan jelenséget a 80 l/p termelés mellett végzett hőmérsékletmérés magyarázta meg. A hőmérsékletszelvény talptól 650 m-ig követte a hőmérséklettrendet (tehát ezen a szakaszon nem volt vízáramlás), míg 650 m-től alig csökkent a hőmérséklet. Épp itt van a kezdőrakat saruja, tehát nincs zárás és itt áramlik be a víz a kútba (a folyadékellenállás-szelvény változása pedig a köztes rakat tetejét jelzi). kútvizsgálatot? 9
II. Termálvizes példa II. Termálvizes példa (1. ábra komplex mérések) Egy fürdő ~800 m-es hévízkútjának alja feltöltődött közel 100 m-t, ennek okát kellett megtalálni. Az 1984-ben épült kút évtizedek óta nem volt használatban. A kútszerkezet megegyezett a közölt adatokkal, a természetesgamma-mérés szerint a szűrők megfelelő helyen voltak. A feltöltődés a középső szűrő aljáig tartott, az áramlásmérés szerint az I. és II. szűrő is termelt. kútvizsgálatot? 10
II. Termálvizes példa II. Termálvizes példa (2. ábra hőmérsékletgörbék) A hőmérsékletmérés meglepő eredményt hozott: a talphőmérséklet 65 C-ra hűlt le, holott a létesítéskor 90 C volt és a kifolyó víz hőmérséklete is csak a 44 C-ot érte el, ami fél napos termelés után is csak 66 C-ra emelkedett. A jelenség oka: a 310 m-ben lévő tömszelence nem zárt jól és a lezárt kút erről a pontról lefelé termelt, amit az alsó szűrők elnyeltek. A látszólagos talphőmérséklet így az évek során jelentősen csökkent. A termelés kezdetén a kút ezt a lehűlt vizet kezdte visszatermelni. A ½ nappal későbbi mérésnél már kezdett visszamelegedni a termelt víz hőmérséklete. A kút feltöltődését a hibás tömszelencénél beáramló homok okozta. kútvizsgálatot? 11
III. Termálvizes példa III. Termálvizes példa (átfejtődés a szűrők között) A homokköves rétegsorban felvett termelés közbeni hőmérsékletgörbe (piros) teljesen normális lefutású. A hőmérséklet lépcsőzetesen az átlagos gradiensnek megfelelően csökken, ahogy a feljebb lévő szűrők egyre hidegebb vizet termelnek. A néhány órás állás után felvett görbe (kék színnel) furcsán viselkedik, a felső szűrő tetején hirtelen jelentősen (1.5 C) esik a hőmérséklet és végig az átlagos hőmérsékleti gradiens alatt marad. Lezárt kútnál a felső szűrő hideg vize lefelé áramlik, a nyomáskülönbségek miatt, és ezt elsősorban a legalsó szűrő nyeli el. kútvizsgálatot? 12
IV. Termálvizes példa IV. Termálvizes példa (a vártnál hidegebb vizet termel a kút, átfejtődés hatására lehűl az alsó réteg) Ez a példa hasonló az előzőhöz, de ez egy olyan állapotot mutat, ahol a felső szűrőkből lefelé tartó áramlás hosszú ideig tartott és így jelentősen (kb. 15 C-kal) lehűtötte az alsó (nyelő) rétegeket. Látható, hogy a termelés melletti görbe ~900 m-ig az átlagos gradiens alatt halad, tehát hidegebb vizet termel, mint a környezeti hőmérséklet. kútvizsgálatot? 13
V. Termálvizes példa V. Termálvizes példa A jelenség hasonló, a termelési görbe menete még furcsább, a ~920 m-nél lévő szűrő láthatólag melegebb vizet termel, mint az alatta lévő szűrők. Ez porózus rétegsorban nem szokott előfordulni. A felső réteg lezárt kútnál lefelé termel. A hideg vizet kizárólag a legalsó réteg nyeli el ami jelentősen (~10 C-ot) lehűl (ezért a hőmérsékleti gradiens görbét nem a mért talphőmérsékleten át húzzuk meg, hanem a felső szűrőnél lévő hőmérsékleten húzzuk keresztül). Termeléskor ez a lehűlt víz áramlik felfelé, amit a II. szűrőnél jövő melegebb víz felmelegít. Ez a három példa hasonló jelenséget mutat be, a különböző görbe lefutásokat elsősorban a termelés és kútlezárás üteme, illetve a mérési időpontok befolyásolják. kútvizsgálatot? 14
Lezárt kútban mért hőmérséklet szelvény porózus rétegek Lezárt kútban mért hőmérséklet szelvény porózus rétegek Ez az ábra az eddigiektől eltérő információt hordoz, a termelés után néhány órával leállított kútban mért hőmérsékletgörbe tökéletesen mutatja a porózus rétegsorban a vízvezető rétegeket. A termelés közben felmelegedett víz a kút lezárása után nem egyenletesen hűl, ugyanis a permeábilis rétegekben a keresztáramlás gyorsabb hűlést eredményez. Az ábrán igen jól látható, hogy a természetesgamma-szelvény által jelzett vízvezető rétegek alacsonyabb hőmérsékletre hűltek, mint az impermeábilis rétegek. kútvizsgálatot? 15
Köszönjük a Köszönöm figyelmet! a figyelmet! Jó szerencsét! Mentsük meg Földünket! Az ismertetett példák meggyőzően bizonyítják, hogy a hőmérsékletmérés sokkal több hasznos információt hordoz a kutak szerkezetéről, állapotáról, az egyes rétegek relatív nyomásszintjéről, mint eddig feltételeztük. Ezen hasznos tulajdonság miatt a Geo-Log igen nagy jelentőséget tulajdonít a hőmérsékletmérésnek, amely fontos segítséget nyújt a kutak tulajdonságainak jobb megismerésén keresztül a felszín alatti vizek optimális hasznosításához és védelméhez. Tanulság: A hőmérséklet-mérés még 150 év után is nagyon hasznos, ha kellő pontossággal mérik és helyesen értelmezik. kútvizsgálatot? 16