Hlatki Miklós GW Technológiai Tanácsadó Kft Magyar Geotermális Egyesület
Előzmények Geotermikus Kutak Kiképzése Vgtv.15. - A kizárólag energiahasznosítás céljából kitermelt termálvizet a külön jogszabályban megfogalmazottak szerint vissza kell táplálni. Probléma: a visszasajtolási kötelezettség elrendelése a tanulási szakaszt megelőzően történt A FP homokkövek kőzetmechanikai és kőzetfizikai tulajdonságai megnehezítik igényesebb előkészítés, tervezés, fejlett kivitelezési technológia a visszasajtolást. A visszasajtolás versenyképességi kérdés is!
Potenciális rétegkárosító tényezők FP homokkövek: jellemzően kis cementáló-anyag tartalmú, kis, vagy közepes szilárdságú, viszonylag nagy agyag tartalmú, rosszul osztályozott szemcseméretű homokkövek. A visszasajtoló kút kúttalpi környezetében a hőmérséklet csökkenés és a pórusnyomás növekedés miatt a kőzet tönkremeneteli állapotba kerülhet, a lyukfal kitámasztás nélkül beomolhat. A visszasajtolt víz szuszpendált lebegőanyag tartalmának felületi és mélységi kiszűrődése Migráló szilárdanyag jelenléte a kőzetben, vagy a besajtolás következtében való jelentkezése; agyagok duzzadása, diszpergálódása Vízkő és csapadék kiválás Kutak indítása, leállítása, vízütés
Jellemző kőzetmechanikai adatok Kis szilárdságú homokkő: UCS < 140-200 bar, E < 5 GPa Nagyon kis szilárdságú homokkő: UCS < 70 bar, E < 2 GPa A hőmérséklet változásának hatása a feszültségekre Δσ ~ α*e*δt /(1 ν) α = hőtágulási együttható E = Young / rugalmassági modulus ν = Poisson tényező
A hőmérséklet és pórusnyomás változás hatása besajtoló kutakban Nagy szilárdságú homokköveknél a hőmérséklet csökkenés a kisebb vízszintes főfeszültség tengelyére merőlegesen repedést hozhat létre, amely a kút körüli lehűlt zóna kiterjedésével egyre jobban behatol a kőzetbe. A besajtolás során keletkező repedés az injektivitást javítja! Kis szilárdságú, konszolidálatlan homokkövek esetében a hőmérséklet csökkenés hatására repedés keletkezhet, vagy a lyukfal részleges, esetleg teljes tönkremenetele és beomlása is bekövetkezhet. A besajtolásra gyakorolt hatás az utóbbi esetben kedvezőtlen. Az egytengelyű nyomószilárdság is lecsökkenhet a hőmérséklet csökkenés hatására. A homokkövek kőzetmechanikai és kőzetfizikai tulajdonságai között igen jelentős különbségek lehetnek! Heterogén rétegek együttes benyitása esetén nem várt eredmények születhetnek! A kőzet tulajdonságoknak megfelelő kútkiképzés!
Felszíni és mélységi kiszűrődés A visszasajtolt víz szuszpendált lebegő szilárdanyagot tartalmaz: mikrométer nagyságú finom kőzetrészek jellemzően agyagok -, korróziós termékek, kiválásokcsapadékok, baktériumok, baktérium metabolitok, stb. Felszíni kiszűrődés ( szűrőlepény ): D(részecske) > 33% D(pórus) Mélységi kiszűrődés: 7-14% D(pórus) < D(részecske) < 33% D(pórus) Szűrési ökölszabály: szűrés 1μm-re /Vízminőség pontos meghatározása: magvizsgálatok/ Szűrő elhelyezés a besajtoló kútnál, nyomás alatti zárt rendszer Besajtoló vezeték tisztítása
FP homokkövek pórusméret eloszlása /Példák/ 5.3.1-10. minták Kismértékben kalcitcementált apró-középszemcsés hkövek. Porozitás: 28-32 % K (petroleum): 0,5 1,5 Darcy Pórustérfogat (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 Ekv. pórustorok méret (µm) 5.3.1. 5.3.2. 5.3.3. 5.3.4. 5.3.5. 5.3.6. 5.3.7. 5.3.8. 5.3.10. 5.3.14-23. minták Nem cementált apró-középszemcsés hkövek. Porozitás: 30-32 % K (petroleum): 1,5 3,4 Darcy Pórustérfogat (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 Ekv. pórustorok méret (µm) 5.3.14. 5.3.15. 5.3.16. 5.3.17. 5.3.18. 5.3.19. 5.3.20. 5.3.21. 5.3.22. 5.3.23.
Migráló szilárdanyag Geotermikus Kutak Kiképzése A homokkövek jelentős migráló szilárdanyag tartalommal rendelkezhetnek. (Jellemzően finom agyagrészecskék.) A migráló szilárdanyag eltömheti a pórusokat. Mechanizmus: mélységi kiszűrődés analógia. Vizsgálat: XRD, SEM, áramlásos magvizsgálatok Súlyosbító tényező: lüktető áramlás, nem Darcy áramlás
Vízkő és csapadékképződés Statikus és dinamikus vízkő- és csapadék kiválási tesztek, szimuláció Legveszélyesebb a pórusokban történő vízkőképződés Nyomás alatti, zárt rendszerű üzemelés Megfelelő mintavétel, időszakos vízelemzések Zöld inhibitorok
Vízütés /tranziens nyomáshullámok/ Konszolidálatlan homokkövek érzékenyek a tartósan jelentkező nyomásváltozásokra, a tapasztalatok szerint még akkor is, ha a változás amplitúdója kicsi. (Pl.: egy beszámoló szerint néhány 10 Psi tartósan jelentkező változás maradandó károsodást eredményezett.) Vízütés nem csak indításkor, leállításkor is fellép. Lágy indítás, lágy leállítás! Szigorúan kerülni kell a hírtelen leállításokat, és biztosítani kell különösen a nagy frekvenciájú tranziens nyomásváltozás mentes - besajtolási üzemet. A leállások veszélyesebbek, mint az indítások!
Kavicságyas-szűrős kútkiképzés A kavicságy a kőzetet a szűrő a kavicságyat támasztja ki. A Kavics helyett célszerűbb a kitámasztó anyag kifejezést alkalmazni. A pórusokban migráló finom, jellemzően agyag részecskéket át kell engedni a kavicságyon és a szűrőn. Csak a tömör kavicságy képes kitámasztani a kőzetet. Öntisztító huzal profil.
Huzalszűrők Geotermikus Kutak Kiképzése
Kavics betétes szűrők /pre-packed screen/
Speciális igénybevételre és célra kialakított szűrők Nagyobb, megnövelt keresztmetszet a folyadékáramlás részére Eróziónak jobban ellenálló anyagok és kivitel Vízszintes, többlábas és ferde kutak CFD /numerikus áramlástani/ vizsgálatok
Speciális igénybevételre és célra kialakított szűrők
Speciális igénybevételre és célra kialakított szűrők
Speciális igénybevételre és célra kialakított szűrők /expandable screen/
Hasított béléscsövek Geotermikus Kutak Kiképzése
Kavicságyas-szűrős kútkiképzés típusok
Kavicságy elhelyezés béléscsövezett perforált kutakban Prepacked Formation Sand Prepack Cement Annular Pack Screen Perf Length 2.75 in Perf Dia 0.5 in Casing Size 7.0 in
A kavicságyas-szűrős kútkiképzés műveleti lépései Nyitott szakasz fúrása méretezett, jól osztályozott hídképző anyagot tartalmazó fúrási folyadékkal. /Vékony és tömött iszaplepény./ Fúrási folyadék - iszap cseréje a műveleti folyadékra: 1-2 μm-re szűrt inhibitált sósvíz. Béléscsövezett, perforált kútkiképzés esetén perforáció tisztítás. Szűrő szerelvény beépítése. /Központosítás/ Tömítő ültetés. Iszaplepény eltávolítás. Kavicságy elhelyezése. Tömör kavicságyat nagy ütemű vízelhelyezéssel lehet létrehozni. Béléscsövezett perforált kiképzés esetén elhelyezés veszteséggel. Az elhelyező szerszámban maradt kavics-zagy kiöblítése. Elhelyező szerszám kiépítése.
Kútszerkezeti, műveleti és kút-üzemeltetési követelmények Megfelelő geometriai méretek alkalmazása a hídképződés megakadályozása és a kis áramlási sebességek biztosítása érdekében. /Pl-.: 6 5/8 2 7/8, 14-16 4 1/2 / Szemcseméret analízis magokból Jól osztályozott kitámasztó anyagból tömör kavicságy. A mesterséges kitámasztó anyagok jobbak a jobb alaktényezőjük miatt. Polimer folyadékok alkalmazása nem vált be. Huzalszűrők alkalmazása jelentős mennyiségű migráló szilárdanyag esetén A lehető legrövidebb nyitott szakasz alkalmazása. Hosszú nyitott szakaszokban nehéz jó kavicságyat létrehozni. Lehetőség szerint kerüljük el a vakcsövek beépítését a szűrő szakaszok közé. Tisztaság, műveleti folyadék szűrése ΔP = 1,7 x UCS Keresztáramlást kerüljük el!!!
Kitámasztó anyag szemcseméretének meghatározása Saucier szabály: D(50) = 5 6 x d(50) Konzervatív módszer, főleg mesterségesen előállított kitámasztó anyagok és termelő kutak esetén nagyobb szemcseméret tartomány is megengedhető, és más tervezési módszer is alkalmazható. 1/7-es szabály a szűrő résméretének meghatározására kavicságy nélküli esetben. Szűrő kavicságy nélkül: csak jól osztályozott szemcseméret homokkövek esetén!
Szemcseméret eloszlás Geotermikus Kutak Kiképzése
Természetes kitámasztó anyag 20/40 mesh
Mesterséges kitámasztó anyag 20/40 mesh
Vízbesajtolás ellenőrzése /Diagnosztika/ Adatgyűjtés, feldolgozás: p, q, T, vízminőség Hagyományos kútvizsgálat / p = p(t), tranziens nyomásmérés, skin tényező. / q = q(t) vizsgálat /Production analysis, advanced decline curve/ Injektivitási tényező, hozamegyenlet Hall diagram /Hall plot, egyszerű, üzembiztos, bizonyított/ Hozamcsökkenés előrejelzése /Barkman Davidson, Hofsaess, Bedrikovetsky, stb./ Diagnosztika, Diagnosztika, Diagnosztika!!!
Összefoglalás Geotermikus Kutak Kiképzése A vízbesajtolás kulcs tényezői: kőzetmechanika; vízminőség; víz-kőzet kompatibilitás; magas színvonalú kútkiképzés és üzemeltetés. A vizet vissza lehet sajtolni, de konszolidálatlan homokkövek esetén fejlett technológiát igénylő, összetett, bonyolult feladatról van szó. A kútkiképzési technológia színvonalát javítani szükséges. Magas színvonalon kiképzett visszasajtoló kutak üzemeltetésével kapcsolatban nincs gyakorlati tapasztalat; a működő visszasajtolásokról nincs elérhető, elemzésre alkalmas adatbázis. A vízvisszasajtolás technológiája fejleszthető, a technológia jelentős fejlődési potenciállal rendelkezik. Az érintett szakemberek, vállalkozások és a kormányzati tényezők részéről aktívabb, szakmailag magasabb színvonalú közreműködésre és együttműködésre van szükség. A tanulási szakasz kezdetén vagyunk!
Köszönöm a figyelmet! Hlatki Miklós GW Technológiai Tanácsadó Kft mhlatki@t-online.hu Tel.: 20 / 9545977