1 Árpási Miklós GEOVILLAMOS ÁRAMTERMELÉS A forrásoldali lehetőségek Magyarországon 2015. május
2 TARTALOMJEGYZÉK oldalszám BEVEZETÉS 4 ÖSSZEFOGLALÁS 5 1. Forrásoldal. 9 1.1. A nagy entalpiájú geotermális fluidum készletek 10 1.1.1. A Világon. 10 1.1.2. Magyarországon 11 1.2. A nagy entalpiájú geotermális fluidumok jelentkezése Magyarországon (Esetleírások) 16 1.2.1. Gőzkitörés a Fábiánsebestyén-4 nagymélységű CH - kutató fúráson (1985-86). 17 1.2.2. Terepi kísérlet a Nagyszénás-3 geotermális fluidum termelő kúton (1991) 19 1.3. A geotermális áramtermelés forrásoldali lehetőségei és potenciális területei Magyarországon 25 1.4. A nagy entalpiájú geotermális projektek Magyarországon.. 33
3 MELLÉKLETEK 35 ÁBRAJEGYZÉK 55 ÁBRÁK.. 57 IRODALOMJEGYZÉK. 79 FOGALOMTÁR. 82
4 BEVEZETÉS Ebben a fejezetben meghatározzuk a medencealjzatot alkotó azon kőzet összletek litológiai, faciológiai stb. paramétereit, amelyekből a nagy entalpiájú geotermális fluidumok nyerhetők Magyarország területén. Külön elemezzük a tektonikai jellemzők szerepét a nagy entalpiájú geotermális tárolók /akviferek/ kialakulásában a harmadkor előtti /pretercier/ földtani korú medencealjzatban /alaphegységben /. Elkülönítjük a települési mélység illetve a földrajzi elhelyezkedés szerint azokat a potenciális területeket, ahol megvalósítható a geovillamos áramfejlesztés alapjául szolgáló, nagy entalpiájú geotermális fluidumok feltárása és kitermelése hazánkban. Ismertetjük a hazai termálenergia alapú geovillamos áramfejlesztés megindításához és kivitelezéséhez szükséges nagy entalpiájú geotermális projektek villamos teljesítmény számításait, és egy előzetes projekt gazdaságossági megtérülési számítást is.
5 ÖSSZEFOGLALÁS A termálenergia alapú geovillamos áramfejlesztés hazai forrásoldali /földtani és termális/ lehetőségének vizsgálatát a következő alapismeretek ill. adatok alapján végeztük: - a korábbi hazai,döntően elméleti, kutatási eredmények összefoglalása, a hazai nagymélységű CH-kutatófúrásokból származó földtani-műszaki adatok célirányos kiértékelése; - A Fábiánsebestyén-4 /Fáb-4/ ill. a Nagyszénás-3 /Nsz-3/ CH-kutatófúráson fellépett gőzkitörés (1985-86) és célmérések (1991) adatainak és eredményeinek interpretálása. Magyarország a geodinamikai, földtani és földrajzi egységet képező Kárpát-medence központi része. Az ország területén a medencealjzat - az un. preneogén földtani korú alaphegység - túlnyomásos és erősen átfűtött, melynek okai a következők: - a szilárd köpenyrész ( litoszféra ) alatti, már képlékeny kéregtartomány (asztenoszféra) Kárpát-medence alatti felboltozódása /köpenydiapír /mintegy 35-40 km mélységig; - az ennek következtében, a litoszféra és a földkéreg közeli ill. a köpenyrészek (lemezek) közötti szubdukciós /alábújásos/ folyamatok hatására kialakult elvékonyodása ( 20-25 km); - a harmadkornál idősebb, paleozoós ill. mezozoós földtani korú medencealjzatot mélyrehatoló /több kilométer lehatolási mélységű / tektonikai mélytörések szabdalják, amelyek az asztenoszféra felől felfelé áramló, magmatikus ill. radioaktív eredetű geotermális fluidumok és nemes gázok /He,Ne/ vezető csatornái; - a medencealjzatban lévő, jelentős túlnyomás oka döntően az, hogy felette több ezer méter vastagságú, neogén földtani korú,zömében vízzáró és hőszigetelő rétegsor / márga, agyag / települt; - a harmadkor előtti ( pretercier) / mezozoós / alaphegységben lévő geotermális tárolók (akviferek) kialakulását a karbonátos / mészkő,dolomit / kőzetek jelentős karsztosodása is elősegítette. Összefoglalva: a hazai geovillamos áramfejlesztés forrásoldali lehetőségét, a preneogén földtani korú medencealjzatban / alaphegységben /döntően üledékes ill. metamorf kőzettartományban lévő, nagy entalpiájú geotermális fluidumot tároló földtani egységek (akviferek) jelentik. Ilyen típusú geotermális tároló, az angolszász szakirodalomban: geopressured reservoir, a Világ több országában ismert, így az USA ( Texas, Louisiana ), Kína stb. területén.
6 Ezek a nagyhőmérsékletű és nagy entalpiájú, terrasztikus rétegnyomású geotermális tárolók kialakulása nem csak a Föld mostani, aktív vulkáni tevékenységi területeihez kapcsolódik, jellemző rájuk, hogy felülről minden esetben zártak, és nagy valószínűséggel oldalról is. Nálunk az ilyen nagy entalpiájú geotermális fluidum tárolók meglétét bizonyító tényesemények (Fáb-4 gőzkitörés, Nsz-3 geotermikus kútvizsgálat) alapján feltételezhető, hogy az itt elért geotermális akviferek, a főleg ÉK - DNy csapásirányú tektonikai mélytöréseken keresztül alulról nyitottak, a geotermális fluidum az utánpótlását jelentő térből áramlik alulról-felfelé a felszín irányába. /Jellemző, hogy a Fáb-4 fúráson keletkezett gőzkitörés intenzitása annak 46 napja alatt semmit sem változott (csökkent), melynek folyamán becsülten min. 50 000 m 3 mennyiségű, mintegy 180 C hőmérsékletű víz-gőz keverék áramlott ki a kútból. Ez a folyadék nyilvánvalóan valahonnan jött! / A Kárpát-medencében, így Magyarországon geotermális energia alapú villamos áramfejlesztés jelenleg nincs. /Sikertelen feltárási kísérlet is csak egy volt Iklódbördöce térségében/. A Világ több országában viszont jelentős a geovillamos áramfejlesztés mértéke / 0.táblázat /, a megújuló energiafajták közül a termelt villamos energia mennyiségét tekintve az első helyen van / megelőzve a szélenergiát /. Itt kell megjegyezni, hogy ezt az áram mennyiséget döntően a vulkáni területeken lévő geotermális készletekből állítják, így például Izland, Olaszország területén. Azt a kérdést, mely szerint hazánkban megindítható-e, vagy sem, a termálenergia alapú geovillamos áramfejlesztés íróasztal mellől, megválaszolni nem lehet. A kezdethez un. nagy entalpiájú geotermális referencia (minta) projektek létesítése az egyetlen kivitelezhető lehetőség javasoltan a tanulmányban kijelölt potenciális területeken, az eddigi 2 tényleges gőzjelentkezés /Fáb-4 ill. Nsz-3/ felhasználásával. A geovillamos áramtermelést a növényházi hasznosítással együtt, kapcsolt hasznosítási rendszerben célszerű megvalósítani, - nem a kutat kell vinni a fogyasztóhoz, hanem a fogyasztót a kúthoz. A nagy entalpiájú geotermális projektek költségeit és kockázatát jelentősen csökkenti az, ha az adott projekt a már meglévő, CH-meddő fúrásra települ. A villamos teljesítmény számítások szerint /az Nsz-3 mért adatai alapján / a geotermális fluidumban oldott nagy mennyiségű gáz gázmotoros hasznosításának részaránya, jóval nagyobb, mint a bináris áramfejlesztőn / ORC / előállított villamos áramé. A beépíthető villamos áramfejlesztő kapacitás számítottan - 12-14 MWe.
7 A 2 lépcsős /villamos energiahasznosítás + növényházi hasznosítás / megtérülése a 2015. áprilisi tényadatokkal készült előzetes megtérülési-gazdaságossági számítás szerint 5-6 év. Az ilyen, nagy entalpiájú geotermális (minta) projekt létesítésének támogatásától eddig a politika elzárkózott.
8 0. Táblázat A geotermikus energia alapú villamos (geovillamos) áramfejlesztés helyzete a Világon, 2012. Sorrend Ország Beépített geovillamos kapacitás MWe A termelt villamos áram mennyisége az országban GWh/év Ebből a geovillamos áram mennyisége GWh/év Részarány,% a teljes villamosáram termelésben % Népesség millió Fajlagos érték 1 2 3 4 5 6 7 8 1. USA 3 093 4 369 099 17 014 0,4 307,0 10 We/fő 2. Fülöpszigetek 1 904 60 821 10 723 17,6 90,3 21 3. Indonézia 1 197 149 437 8 297 5,6 227,3 5 4. Mexikó 958 258 913 7 056 2,7 106,4 9 5. Olaszország 843 319 130 5 520 1,7 59,8 14 6. Új-Zéland 628 43 775 4 200 9,6 4,9 146 7. Izland 575 16 468 4 038 24,5 0,3 1 917 8. Japán 536 1 082 014 2 752 0,3 127,7 4 9. El Salvador 204 5 960 1 519 25,5 6,1 33 10. Kenya 167 7 055 1 180 16,7 38,9 4 11. Costa Rica 166 9 745 1 131 11,9 4,5 37.... ÖSSZESEN 10 271-63 430 - - -...... Németország 36* -.. Ausztria 1,25 -.. EU-27 880,25 - * becsült adat, 2014 Forrás: Sass, I. - 2015
1. FORRÁSOLDAL 9
10 1.1.1. A Világon 1.1. A nagy entalpiájú geotermális fluidum készletek Az 1970 80-as években az USA Energetikai Hivatalának (DOE) megbízásából kutatási tevékenység folyt a nagy entalpiájú és terrasztikus nyomású, angol megnevezéssel: geopressured, geotermális tárolók (akviferek) megkutatására, ennek során több ilyen geotermális rezervoárt tártak fel Texas, Louisiana államban, összefoglalóan: a Gulf Coast területén. /1 / Ezen típusú geotermális rezervoároknak az 1985 után hazánkban megtalált hasonló típusú geotermális tárolókkal (a Fábiánsebestyén-4 ill. a Nagyszénás-3 CH - kutatófúrások környéke) való összehasonlítását a 1.1. táblázatban láthatjuk. 1.1. táblázat: A hazai ( Nagyszénás - Fábiánsebestyén) és a külföldi (USA) geopressured típusú (nagyhőmérsékletű és túlnyomásos) geotermális tárolók összehasonlítása Tároló paraméterek USA (Texas, Louisiana) ( geopressured ) Magyarország (Nagyszénás- Fábiánsebestyén) Települési mélység, m 4 800 3 165 4 239,5 A tároló típusa Törmelékes kőzetek (homokkő) Karbonátos és törmelékes kőzetek (dolomit, mészkő, homokkő) Metamorf kőzetek (gneisz, kvarcporfir) Réteghőmérséklet, C 150 220 A tárolókőzet porozitása, % 20-30 3 4 A tárolókőzet permeabilitása, md 20-120 11 120 A tárolt fluidum térfogata, Mm 3 10 3 ~10 3 * A tároló nyomásgradiense, MPa/km 13,5 18,1 18,0-20,0 * csak becslés, a szerző.
11 1.1.2. A nagy entalpiájú geotermális fluidum készletek Magyarországon Az 1.1. ábrán a Kárpát-medence jelenlegi geodinamikai képét mutatjuk be. A Kárpát/ Pannon /- medence illetve a benne központi helyet elfoglaló Magyarország területe a jelenlegi lemeztektonikai elmélet / 2,3 / szerint az afrikai illetve az eurázsiai nagylemez között helyezkedik el, amely, mint kontinentális ívközi medence amely a paleo-geotektonikai elképzelés szerint az alsó miocén földtani kortól / mintegy 20 millió év /kezdődően jött létre, a következő tényezők szinergikus hatására: a földkéreg süllyedése ; a klasszikus és hátragördüléses szubdukciós folyamatok; a kontinentális lemeznek a szubdukcióval /alábújás/ együttjáró szívóhatás következtében fellépő megnyúlása és elvékonyodása. A Kárpát-medence aljzatát két nagyobb mikrolemez építi föl: 1. az Afrika-peremi eredetű Alcapa /északi terület /; 2. az eurázsiai lemezről származó Tisza-Dácia egység /déli terület/. A fenti két egységet a DNY-ÉK csapásirányú Közép-magyarországi töréses öv választja el egymástól, mely mikrolemezek orogén ék formájában váltak le a litoszféráról, melynek során azokat a Kárpát-medence alatt felboltozódott, az asztenoszférával érintkezve drámai hőhatás ért. A Kárpát-medence jelenleg is a nagy földi hőáram értékekkel tűnik ki, ez átfűtöttség egyrészt az itt csak, mintegy 50-60 km mélységben lévő, asztenoszféra felboltozódással, valamint a szubdukció miatti, fent említett kéreg elvékonyodással hozható összefüggésbe. A Kárpát-medence alatt a Moho-réteg mélysége 22-32 km, amely hű képet ad a medence süllyedés mechanizmusáról, azaz a térnagyobbításos kifejlődésről, tisztán nyírásos folyamatokról a litoszférában. A kis áteresztőképességű, hő- és nyomásszigetelő, felső miocén ill. alsó pliocén földtani korú, több ezer méter vastagságú üledéksor gyors süllyedése a 2000 m alatti mélységben és a mezozoós földtani korú medencealjzatban /alaphegységben/ jelentős túlnyomást hozott létre, s ennek eredményeként jöttek létre a nagy entalpiájú, geosztatikus nyomású és nagy hőmérsékletű geotermális tárolók /akviferek/. Az ezeket feltöltő geotermális fluidum készleteinek in situ hőmérséklete meghaladja a 200 C- ot, erről is tanúskodik a Nagyszénás-3 kúton mért 171 C- os nedvesgőz hőmérséklet a felszínen. Egyes feltételezések szerint /2-, 4 / ezek a nagy entalpiájú geotermális tárolók nem csak felülről, hanem oldalirányban is zártak.
12 Elméleti megfontolások, ill. a nagymélységű szénhidrogénkutató fúrások, (1.2. ábra) ill. a lemélyítésük előtt végzett felszíni geofizikai mérések adatai szerint a Kárpát-medence prekainozoós, azaz mezozoós-paleozoós aljzatában (alaphegységben) közepes, ill. nagy mélységben (2-5 km) u.n. nagy entalpiájú geotermális tárolók (akviferek) létezhetnek /5-40 /. A cél: a Kárpát-medence /Magyarország/ mezozoós és paleozoós aljzatában lévő, ezen nagyobb mélységű és hőmérsékletű rezervoárok kimutatása, amelyek alkalmasak a geotermális (geovillamos) energia alapú villamos áramfejlesztésre. A mélység növekedtével, a kompakció révén, a törmelékes kőzetek porozitása gyorsan csökken. Az átlagos porozitás a felszín közelében mintegy 40%, 3 km mélyen 5%, 5 km mélyen már csak mintegy 2%. E nagyobb, 3-5 km-es mélységekben is van viszont lehetőség másodlagos porozitás kialakulására, tektonikus törések, breccsásodás és karsztosodás révén, lehetőséget adva a nagy entalpiájú geotermális rezervoárok létrejöttéhez. Ezek valószínű elhelyezkedésének meghatározása a következő gondolatmenet alapján történt: a Kárpát-medence többezer mélyfúrása (CH-, termálvíz kutató, stb.) alapján megfelelő részletességű és pontosságú geotermikus hőmérsékleti térképek és a pretercier medencealjzat /alaphegység/ mélységére és korára vonatkozó térképek készültek. A CH-kutató fúrások adatai és hidrológiai megfigyelések alapján, továbbá, bár bizonytalanul, de le lehet határolni a medencealjzat valószínűleg karsztosodott, tektonizált részeit és breccsásodott részeit is. Az akkor készült térképeken kimutathatók voltak a 150 C-nál magasabb tetőhőmérsékletű, karbonátos medence aljzat részek, amelyek a nagy entalpiájú geotermális tárolók valószínű előfordulási helyei (1.3. ábra) /19, 20/. A Kárpát-medence neogén korú, extenziós fejlődési szakaszában az oldaleltolódásos vetőzónák mentén törvényszerűen kialakulnak lokális kompressziós, un. transzpressziós szerkezetek. Feltehető, hogy ezek az övek erősen repedezettek és mélybeli geotermikus rezervoárok kialakulásának kedvező területei. Fontos további körülmény még az is, hogy a pozitív szerkezet feletti vastag, összefüggő márgaösszletben jelentős túlnyomás alakult ki, amely az alatta lévő rideg dolomitokban természetes hidraulikus rétegrepesztést idézett elő /19, 20/. Tárolóképesség és permeabilitás szempontjából a felső kréta mészkő és középső triász dolomit ill. dolomitbreccsa a legkedvezőbb, a magmintákon mért 1-13% porozitással, illetve rétegvizsgálat alapján kapott 68 mdarcy effektív hidraulikus vezetőképességgel. A DK-magyarországi körzet (Csongrád-Békés megye) SiO2 hőmérős vizsgálata könnyen értelmezhető eredményt adott. Az adott csoportba tartozó 31 mélyfúrás meglehetősen egyértelműen kijelöl egy kb. 90x20 km-es sávot, amely sáv egybeesik a szeizmikus mérésekkel korábban meghatározott tektonikai mélytöréses zónával.
13 Ezen csoport vizeinek SiO2 hőmérséklete szignifikánsan magasabb, mint a geotermális hőmérséklet a vízminta mélységében. E mélyfúrások vize, legalább részben, nagyobb mélységből áramlott fel és a SiO2 hőmérséklet az eredeti, bázishőmérsékletet jelzi. Ez adja meg a szilicium-termometria jelentőségét a geotermikus rezervoár-kutatásban: megmutatja, hogy hol van felfelé irányuló vízmigráció, azaz, hol lehet nagyobb mélységben víztartalmú rezervoár. A mélyrehatoló tektonikai mélytöréseket a szeizmikus szelvények is igazolták, mert még kb. 5400-5800 m-ben is követhetők azok lehatárolása (1.4.ábra) A 1.5. ábrán a neogénnél idősebb medencealjzat mélységtérképét láthatjuk Magyarország területén /42/, a medencealjzat töredezett zónáiban nagy entalpiájú geotermális rezervoárok helyezkedhetnek el. Ezen megfontolásokat gyakorlatilag támasztotta alá a Fábiánsebestyén-4 (Fáb-4) szénhidrogén kutatófúrásból, 4239,5 m-es talpmélység mellett történt hatalmas erejű nedvesgőz kitörés (1985-86). A végzett mélységi mérések szerint a talphőmérséklet 4236 m mélységben 202 C volt; a szilicium hőmérséklet a 3658-4236 m között megnyitott szakaszból származó vízmintából 254 C adódott /43/. A vizsgálatok szerint a folyadék nagy sótartalmú (24-29 g/liter) és a só zömmel NaCl. A nedves gőz kitörés becsült nagy intenzitása (5000-8500 m 3 -nap), valamint az, hogy az átlagos túlnyomás a gőzkitörés 44 napos időtartama során észrevehetően nem csökkent, arra utal, hogy a geotermális tároló /akvifer/ igen nagy méretű, és valahonnan folyamatos utánpótlást kapott. A Fáb-4 fúráson K - Ny illetve É - D irányában áthaladó, a szeizmikus szelvények mentén kapott magnetotellurikus mérési eredményeket, valamint az 5 km mélységszintre megszerkesztett ellenállás metszetet a 1.6. ábrán láthatjuk /47/. Mind a függőleges, mind a horizontális metszet egyértelműen mutatja a megnövekedett vezetőképességű, csökkent ellenállású zónát, - mint a geotermális tároló közvetlen indikációját. A 1.7. ábrán a Nagyszénás-Fábiánsebestyén területen felvett jellemző földtani szelvényt mutatjuk be. Ez a terület a kimutatott, nagy entalpiájú geotermális tárolók településének igen fontos körzete. Az ábrán láthatóak azon, nagy mélységre (8-10 km) lehatoló tektonikai mélytörések, amelyek egyikébe a Fáb-4 szénhidrogénkutató fúrás, gyakorlatilag beletalált.
14 Magyarországon az un. Dél-Zalai almedence (Közép-dunántúli szerkezeti egység) területén a CH-kutatás során triász földtani korú, döntően karbonátos (dolomit, mészkő) kőzetekből álló alaphegységben jelentős méretű, nagy entalpiájú geotermális tárolókat /akvifereket/ tártak fel /39/. Bebizonyosodott, hogy a neogén üledéktakaró alatt gyakorlatilag mindenhol erősen tektonizált törésekkel szabdalt és repedezett triász korú karbonátos kőzettömegek települnek, amelyek rétegvizsgálatai során jelentős mennyiségű (500-1000 m 3 /nap) és felszíni hőmérsékletű (91-103 C) hévíz ill. nedves gőz beáramlást kaptak. A Dél-Zalai almedencében a neogénben igen erős tektonikus aktivitás folyt, ennek eredménye a terület nagy geotermális átfűtöttsége (a Bárszentmihályfa-I. CH-kutató fúrásban a földi hőáram mért értéke 92 mw/m 2 ), ill. a megnőtt geotermális fluidum tárolókapacitás. A nagy entalpiájú geotermális tárolók mintegy 1500-20 000 km 2 - es területen nyomozhatók, a triász kori karbonátos összlet teljes vastagsága 1,5-2,5 km-re tehető. A triász dolomitok átlagos hővezető képessége: 4,41 W/mK, a neogén kőzeteké: ~2 W/mK, a hévíztároló triász rezervoárok fölé települt, kis hővezető képességű neogén kőzetösszlet hőszigetelő takaró - ként tartja vissza a triász tárolók belső hőjét. A geotermális tárolók másodlagos tároló térfogatának kialakulásában ill. újra megnyitásában komoly szerepet játszik a túlnyomás is. A Dél-Zalai mélykarszt /Közép-dunántúli szerkezeti egység/ területén több helyen nagy CO2 felhalmozódások /Pátró, Liszó találhatók/, melyek 13 C izotóp tartalma nagy tektonikai mélytörések meglétére utal. A Zalai mélykarszt területén a mért legnagyobb réteghőmérsékletek megközelítik a 200 C-ot általában: 3500-4500 m között 180-200 C, 4500 m alatti mélységben 200-330 C közötti hőmérséklet értékek a jellemzőek./39/ A Zalai mélykarszt területén pozitív vízkémiai anomáliák vannak, melyek az alaphegységi kőzetösszletek függőleges nyitottságát jelzik. A Zalai mélykarszt triász képződményeinek hidrogeológiai adottságai: - A triász összlet vastagsága tekintélyes, elterjedése nagy, így jelentős (zömében tárolóképes) kőzettömeget (mészkő, dolomit) képvisel. - A triászon belül a dolomitok szerepe döntő jelentőségű, jó tárolók, mert ridegek és a tektonikai hatásokra repedezettek. - A repedezett, fellazult dolomitok oldódtak a hévizek mozgása folytán (CO2 hatás) és jó tárolórendszer alakult ki. - A haránt vetőzónák elősegítik a hőáramlást, egyes területeken jelentős hőanomáliák vannak.
15 Tároló térfogat. A Zalai mélykarszt hévíztároló összletét jelentő triász képződmények két területi egységre oszthatók: - Északi mezozoós sáv (Oltárc Magyarszentmiklós Nagybakónak Zalakaros Sávoly szerkezetsor); - Déli mezozoós sáv (Bajcsa Bagola Nagyrécse Pat szerkezetsor) Az Északi mezozoós sáv 40 km hosszú, ~5,5 km széles (220 km 2 ) és térfogata ~2 km 3 A Déli mezozoós sáv ~26 km hosszú,~7,5 km széles (~196 km 2 ) és térfogata ~4,4 km 3 Vízkémiai tulajdonságok: A vizsgált területen a triász képződmények tárolórendszerében elhelyezkedő rétegvizek jellemző adatai szignifikáns eltérést mutatnak: (1.2. táblázat) 1.2. táblázat: A triász rétegvizek főbb paraméterei a Zalai-mélykarszt területén Terület Összes sótartalom g/l NaCl g/l Cl/HCO3 g/l Ca mgeé/l HCO3 mgeé/l Északi mezozoós sáv 10-15 1,1-1,5 2-10 10 alatt 30 felett Déli mezozoós sáv 20 felett 1,0-1,1 10 felett 10-20 20-30 Hőmérsékleti viszonyok: Északi mezozoós sávban 1900 méterben ~ 114 C Déli mezozoós sávban 2400 méterben ~ 240 C Kezdeti telepnyomások a mezozoós tárolókban: Az Északi mezozoós sávban 1900 méterre számítva ~ 19,2 MPa A Déli mezozoós sávban 2400 méterre számítva ~ 25,3 MPa Az 1981-ben mélyített Álmosd-13 fúrással a magyar olajipar egy, a szeizmikus szelvényeken 3160 m mélyen mutatkozó feltolódási övet is kutatott. A fúrás 2645 m mélyen érte el a metamorf medencealjzatot és 3280 m-ig tárta fel. Az iszapveszteséggel és kútbeindulással jelentkező feltolódási öv 3278 m-ben volt. A 635 m vastagságban feltárt metamorf medencealjzat kőzetanyagában a terület más fúrásaiban megismert gránátos, biotitgneiszen csillámpalán, amfiboliton kívül tremolit aktinolitpala is volt. A geotermális fluidum 3100-3280 m közötti feltolódási övből jött./37/ A vizsgálat eredménye: 7,4 mm-es fúvókán, szeparátorokon keresztül 360 m 3 /nap 93 C felszíni hőmérsékletű víz és gázos gőz.
16 1.2. A NAGY ENTALPIÁJÚ GEOTERMÁLIS FLUIDUM FELSZÍNI JELETKEZÉSEI HAZÁNKBAN (Esetleírások)
17 1.2.1. Gőzkitörés a Fábiánsebestyén-4 nagymélységű CH-kutató fúráson A Fábiánsebestyén-4 /Fáb-4/ szénhidrogén kutató fúrás mélyítésekor, 4239,5 m-es talpnál, kiépítés közben 1985.december 16.,04:00 órakor a kút beindult (1.8. ábra, fénykép). A fúrásban kialakult nyomás hatására a fúrószerszám az ékből megemelkedett és a biztonsági tolózár a mozgócsigának ütközött, majd letört /43/. A kút a fúrórúdon keresztül termelni kezdett és a fokozódó kútáram a bezárt gyűrűs kitörésgátlón keresztül felfelé kinyomta a lyukban lévő 42 m szerszámot. A lyukból kiemelt egyik súlyosbító rúd a koronacsigának ütközött és három darabra tört. Egyik darabja halálosan megsebesítette Kiss Sándor főfúrómestert. A kút termelvénye forró sós sósvíz, ill. víz-gőz keverék volt. December 16 -án, 14.30 - kor a kitörésgátló telezáró betétje bezáródott, a betét mozgató tengelye eltörött, majd a gőztermelés robajszerűen az eltörött tengely helyén oldalirányban is elindult. A termelvényből igen jelentős karbonát kiválás volt a kútfejnél és annak környékén /43/. A fúróberendezést a fúrólyukból történő ellenőrizetlen nedvesgőz termelés mellett leszerelték, majd lecserélték a kitörésgátlót is, melynek lezárását a várható igen nagy kútfejnyomás miatt nem kockáztatták. A fúrólyukat - más lehetőség nem lévén 1986.január 31.-én folyamatosan megölték, azaz 2,15 kg/dm 3 sűrűségű iszappal folyamatosan lezárták. A fenti művelet kezdetén a kútfejnyomás 41-42 MPa volt. A mélységi hőmérséklet mérések /Fáb-4, T-1, Hód-I, S-1, Kiha-4, stb./ jelű CHkutatófúrások alapján meghatározott földi hőáram érték a Fáb-4 fúrás környezetében 97 +/- 15% mw/m 2. A kitörés során a geotermális fluidum /felszínen víz-gőz keverék/ feltehetően a középső triász földtani korú breccsásodott dolomit-ból, valamint egy igen közeli - a magnetotellurikus mérésekkel kimutatott - tektonikai mélytörés-ből származott /20,37,53/. A kitörés során termelt nedves gőz - azaz 2, különböző halmazállapotú anyag - keveréke csak becsülni tudott felszíni paraméterei: - hozam 5000-8500 m 3 /nap (60,2-98,26 kg/sec) - a felszíni hőmérséklet 160 C (átlag) - a kútfej nyomás 36-40 MPa (a vízkövesedéstől függően). A kúttalpra (4239,5 m) számított (becsült) nyomás 76,3 MPa, a réteghőmérséklet mintegy 200-210 C (a legvalószínűbb a 202 C), a dolomit tároló fedőszintjére számított geotermikus gradiens 50,7 C/km. A Fáb-4 fúrás kútfejének fényképét a 1.9. ábrán ( Memento, 1998) láthatjuk. A víz/gőz rendszer nyomás-sűrűség diagramja alapján a víz kizárólag folyadék alakjában volt jelen.
18 A 3658-4239,5 méter mélység intervallumból származó geotermális fluidum szilícium hőmérséklete 52 C hőmérséklettel volt nagyobb, mint a geotermikus gradiens szerinti réteghőmérséklet. Ez azt jelentette, hogy a fúrásban nagyobb hőmérsékletű, 8-10 km mélységből feláramló fluidum /is/ jelen volt. A Fáb-4 fúrás körüli, nagy mélységű geotermális tároló /akvifer/ területén, a tektonikailag töredezett-repedezett és nyírásos rezervoárban van termikus konvekció is, az alapvetően termikus kondukció megléte mellett /41/.
19 1.2.2. Terepi kísérlet a Nagyszénás-3 geotermális fluidum-termelő kúton Az előzőekben ismertetett Fáb-4 fúrástól mintegy 12 km távolságban mélyült a Nagyszénás-3 (NSz-3) szénhidrogén kutató fúrás. Az NSz-3 kutató fúrás alsó részének földtani szelvénye a 1.10. ábrán látható. /43/. A fúrás CH - célú rétegvizsgálata (2922-2935 m, 1981) során szénhidrogéneket nem, viszont mérhetetlen mennyiségű, minimum 105 C felszíni hőmérsékletű gőz - t termelt. A fenti, kedvező geotermális indikáció részletesebb megismerése céljából az OKGT-KV 1991-ben megtervezett célméréseket végzett /58-59, 62/. A fúrást a geotermális fluidum termelésre, annak átképzésével alkalmassá tették /43/ A kútban végzett teszteres, ill. a kapacitás vizsgálat főbb eredményeit a 1.3. táblázat tartalmazza /46/. Mérési mélység 1.3. táblázat : Az NSz-3 kútban végzett rétegvizsgálatok főbb eredményei Réteg hőmérséklet Kútfej hőmérs. termeléskor Réteg nyomás Kútfej termeléskor, nyomás MPa A termelt vízmennyiség A termelt gázmennyiség ** R, gázvízviszony m C C MPa béléscső termelő m 3 /nap (l/sec) m 3 /nap m 3 / m 3 cső 1. felszín - 171* - 25 4,5 1891 (21,8) 10 060 5,32 2. 3006 181-60,34 - - 1115 (12,9) 11 400 10,2 * az eddig mért legnagyobb kútfej hőmérséklet Magyarországon ** az oldott gáz fűtőértéke 17,2 23,2 MJ/Nm 3 ( a gázmennyiség gőzt is tartalmaz) Az NSz-3 fúrásban az alsó triász konglomerátum szakaszban 4-7%, a homokkő rétegekben 8-10% porozitás volt jellemző. A kőzet repedezettsége a tárolókapacitást, különösen az áteresztőképességet (permeabilitást) jelentősen növelheti. A középső triász breccsásodott dolomit a legkedvezőbb tároló tulajdonságú preneogén kőzet a fúrásban. A tárolótulajdonságok a mélységgel alig romlanak /46/. Az NSz-3 fúrás részletes rétegvizsgálata során (1991) a 3038-3492 m szakaszon perforált béléscső mögötti tétegek hosszan tartó vizsgálatakor termeltetés közben 3006 m-ben maximálisan 185,47 C hőmérsékletet mértek. A termeltetés közbeni hőmérséklet-gradiens
20 mérés alapján a beáramlás 3165 méterből jött. A termeltetés után lezárt kútban 25,5 óra alatt a hőmérséklet 184,84 C-ra csökkent. A próbatermeltetés/ kapacitás vizsgálat/ során mért hőmérsékletek alapján megállapítható volt, hogy a geotermikus gradiens a kútban számítottan 55,4 C/km, a kőzetek hővezető képessége 3006-3165 m között átlag 4,7 kj/m C értékű. Az Si-hőmérővel végzett hőmérséklet mérések szerint a geotermális fluidumban lévő szilícium mennyiség 193-199 C hőmérsékleten oldódhatott be a fluidumba, ez a kútban lévő geotermális fluidum paleohőmérséklete /46/. Ez azt jelenti, hogy a fluidum alulról-felfelé áramlással, egy igen nagy mélységre lehatoló tektonikai mélytörés mentén került a kútba, az 1.7 ábrán feltüntettük a Fáb-4 ill. az NSz-3 kutat is. A tároló rétegből /alsó triász, Jakabhegyi Homokkő Formáció, homokkő ill. konglomerátum/ valamint a nagymélységű, NyÉNy-KDK csapásirányú tektonikai mélytörésből származó, alulról-felfelé áramló nagynyomású és hőmérsékletű geotermális fluidum a próbatermeltetés során, a felszínen, légköri nyomáson, forróvíz-gőz keverék, nedves gőz formájában jelent meg (1.10. ábra). A termelt fluidum összes oldott sótartalma nagy, típusát tekintve Na + /K +, ill. Cl - - os rétegvíz jelentős litium, fluorid, bróm, jód és metakovasav tartalommal. A termelt fluidum oldott gáz tartalma igen jelentős, a mélységi mérésekből visszaszámítottan ennek értéke R = 7,7-10,22 m 3 / m 3, az éghető rész 45,8-63,0 % /46/. A geotermális fluidum 1.4. táblázat ismerteti /46/. becsült belépésének helyére számított teleptani paramétereket a 1.4. táblázat: Az NSz-3 geotermális fluidum termelő kút számított adatai a kapacitásvizsgálat alapján 3165 m-ben Egyensúlyi telepnyomás p wst 63,0 MPa Egyensúlyi telephőmérséklet T wst 190 C Hozamegyenlet q w (m 3 /nap) q w = 613,1 x (p wst - p wt) 19-0,577 Szkinhatás s - 4,60 Termelékenységi arány PR 1,95 Áteresztőképeség (permeabilitás) a 400 méteres síksugarú kútkörnyezetre k 11,28 md (11,28 x 10-15 m 2 ) A nyomásemelkedési görbe alakja inhomogén tárolóra utal. A közvetlen kútkörnyezeten (400 m-en) túl az áteresztőképesség várhatóan jobb, mint a közvetlen környezetben. Ennek utánpótlódása viszont kisebb áteresztőképességű tárolórészből valószínűsíthető /59/.
21 Az NSz-3 fúrás rétegvizsgálata során a maximálisan 1891,2 m 3 /nap víz és vele együtt kitermelt 10 060 m 3 /nap gáz 4,5 bar nyomáson és 171 C felszíni hőmérsékleten hagyta el a lefuvatóvezetéket /62/. Megfelelő kútszerkezetet és kútfejkialakítást feltételezve akár 3000 m 3 /nap víz + 15600 m 3 /nap oldott gáz mennyiség is kitermelhető /62/, melyeket a kútnál megállapított min. 5,2 m 3 /m 3 gáz/víz viszonnyal és gázösszetétellel lehet számolni. A szilícium - geotermométeres vízsgálatok alapján 193-199 C réteghőmérséklet tételezhető fel /58-60/. A geotermális fluidum az NSz-3 fúrás esetén is 4-8 km-es mélységből feláramló, a legalább 10 km mélységre lenyúló, NyÉNy-KDK-i csapásirányú tektonikai mélytöréshez köthető geotermális fluidum tárolóból származtatható. Az NSz-3 fúrással feltárt és rövid kapacitás méréssel vizsgált nagy entalpiájú geotermális tárolóra szimulációs számításokat végeztek /4/. A rétegvízben oldott gáz mennyiségének, tulajdonságainak meghatározására a Nagyszénás-3 /NSz-3/ vízkúton PVT méréseket végeztek./44,46/ Az felszíni PVT mérések eredményei: A kút adatai Réteghőmérséklet 3300 m-ben 185 C Kezdeti rétegnyomás 3300 m-ben 650 MPa Termelési adatok Fúvóka átmérő Kútfejhőmérséklet Termelési talpnyomás 10 mm 158,6 C 60,75 MPa (3006 m-ben) Kútfejnyomások (termelőcső/béléscső) ptf pcf Víztermelés Gáztermelés 27,2 MPa 29,8 MPa 718,5 m 3 /d (légköri viszonyokon) 3820 m 3 /d (15 C, 760 Hgmm) A PVT mérések eredményei alapján megállapítható, hogy a víz telítetlen, ezért a kútfejen vett minta reprezentatív.