TÚLNYOMÁSOS TÁROLÓK MŰVELÉSÉNEK LEHETŐSÉGEI PROF. DR. BOBOK ELEMÉR DR. TÓTH ANIKÓ PHD MISKOLCI EGYETEM 1. BEVEZETÉS



Hasonló dokumentumok
Anyagjellemzők változásának hatása a fúróiszap hőmérsékletére

Ellenáramú hőcserélő

GEOTERMIA AZ ENERGETIKÁBAN

Lemezeshőcserélő mérés

Geotermikus távhő projekt modellek. Lipták Péter

Geotermia az Önkormányzatok számára Szakmapolitikai Konferencia Szeged, május 28. Meddő CH-kutak geofizikai vizsgálatának

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Hajdúnánás geotermia projekt lehetőség. Előzetes értékelés Hajdúnánás

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

GÁZÁTADÓ ÁLLOMÁSOK GEOTERMIKUS FŰTÉSE Dr. Zsuga János PhD FGSZ ZRt.

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Ellenörző számítások. Kazánok és Tüzelőberendezések

A geotermikus energiában rejlő potenciál használhatóságának kérdései. II. Észak-Alföldi Önkormányzati Energia Nap

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

Gépészmérnök. Budapest

Komplex geofizikai vizsgálatok a Győri Geotermikus Projekt keretében 2012 és 2016 között

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

A középkori (XIV-XV. század) Franciaországból ismert példa, hogy Aix le Bans közelében egy kolostort hőforrás vizével fűtöttek.

A landaui és az insheimi geotermikus erőművekben tett látogatás tapasztalatai

A GEOTERMIKUS ENERGIA ALAPJAI

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

AZ ÉPÜLETEK ENERGETIKAI JELLEMZŐINEK MEGHATÁROZÁSA ENERGETIKAI SZÁMÍTÁS A HŐMÉRSÉKLETELOSZLÁS JELENTŐSÉGE

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

MTA-ME ME Műszaki Földtudományi Kutatócsoport

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

EGS RENDSZER BEMUTATÁSA

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Magyar Mérnöki Kamara Szilárdásvány Bányászati Tagozat Geotermikus Szakosztály tevékenysége

ALKALMAZOTT ÁRAMLÁSTAN MFKGT600654

Hogyan segíti a hőmérséklet szelvényezés a kútvizsgálatot?

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

2.GYAKORLAT (4. oktatási hét) PÉLDA

3. Mérőeszközök és segédberendezések

Vállalati szintű energia audit. dr. Balikó Sándor energiagazdálkodási szakértő

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

1. feladat Összesen 21 pont

Hogyan készül a Zempléni Geotermikus Atlasz?

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

Erdélyi Barna geofizikus mérnök, geotermikus szakmérnök és Kiss László gépészmérnök, geotermikus szakmérnök

ÉRTÉKVADÁSZAT A RÉGIÓBAN Small & MidCap konferencia a BÉT és a KBC közös szervezésében október 11. Hotel Sofitel Budapest

NYOMÁS- ÉS HŐMÉRSÉKLET VÁLTOZÁS SZÉN-DIOXID-BESAJTOLÓ KÚTBAN. egyetemi tanár Miskolci Egyetem, 2

Visszasajtolás pannóniai homokkőbe

Sz.G. - Gyakorlati mélyfúrás-geofizika 5. éves geofizikus hallgatóknak 1

MMK Auditori vizsga felkészítő előadás Hő és Áramlástan 1.

Folyadékok és gázok áramlása

MIKOVINY SÁMUEL FÖLDTUDOMÁNYI DOKTORI ISKOLA GEOTERMIKUS ENERGIATERMELŐ RENDSZEREK HŐMÉRSÉKLETVISZONYAI

HŐKÖZLÉS ZÁRTHELYI BMEGEENAMHT. Név: Azonosító: Helyszám: K -- Munkaidő: 90 perc I. 30 II. 40 III. 35 IV. 15 ÖSSZ.: Javította:

Hő- és füstelvezetés, elmélet-gyakorlat

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

Hogyan mûködik? Mi a hõcsõ?

MSZ EN :2015. Tartalom. Oldal. Előszó...8. Bevezetés Alkalmazási terület Rendelkező hivatkozások...10

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

A fenntartható geotermikus energiatermelés modellezéséhez szüksége bemenő paraméterek előállítása és ismertetése

BINÁRIS GEOTERMIKUS ERŐMŰVEK TECHNOLÓGIAI FEJLŐDÉSE TŐL NAPJAINKIG

Folyadékok és gázok mechanikája

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

FAVA XIX. Konferencia a felszín alatti vizekről március Siófok. Szongoth Gábor Hévízkút monitoring (TwM)

KÖZEG. dv dt. q v. dm q m. = dt GÁZOK, GŐZÖK ÉS FOLYADÉKOK ÁRAMLÓ MENNYISÉGÉNEK MÉRÉSE MÉRNI LEHET:

Szivattyú indítási folyamatok problémája több betáplálású távhőhálózatokban

ÉPÜLETGÉPÉSZET ISMERETEK

10 ÉVE A GEOTERMIA SZOLGÁLATÁBAN IX. Geotermikus Konferencia Szeged, március 21. Húsz szentesi hévízkút teljeskörű kútvizsgálatának eredményei

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

A geotermia ágazatai. forrás: Dr. Jobbik Anita

Folyadékok és gázok mechanikája

Danfoss Hőcserélők és Gömbcsapok

Folyadékok és gázok áramlása

1. feladat Összesen 25 pont

A BÍRÁLÓ TÖLTI KI! Feladat: A B C/1 C/2 C/3 ÖSSZES: elégséges (2) 50,1..60 pont

A GEOTERMIKUS ENERGIA

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

A gyakorlat célja az időben állandósult hővezetési folyamatok analitikus számítási módszereinek megismerése;

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

A szükségesnek ítélt, de hiányzó adatokat keresse ki könyvekben, segédletekben, rendeletekben, vagy vegye fel legjobb tudása szerint.

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA ÉPÜLETGÉPÉSZET ISMERETEK EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA MINTAFELADATOK

BMEGEÁTAT01-AKM1 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) 2.FAKZH AELAB (90MIN) 18:45H

Az aktív hőszigetelés elemzése 1. rész szerző: dr. Csomor Rita

Tippek-trükkök a BAUSOFT programok használatához. Kazánok tulajdonságainak változása az égéstermék tömegáramának függvényében

2. (b) Hővezetési problémák. Utolsó módosítás: február25. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

MSZ EN :2015. Tartalomjegyzék. Oldal. Előszó Alkalmazási terület Rendelkező hivatkozások...10

Áramlástechnikai mérések

MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI. Termodinamika. Név: Azonosító: Helyszám: Munkaidő: 80 perc I. 50 II. 50 ÖSSZ.: 100. Javította: Képzési kódja:

Nem konvencionális szénhidrogének, áteresztőképesség. Az eljárás nettó jelenértéke (16/30-as bauxit proppant esetén)

HŐÁTADÁSI FOLYAMATOK SZÁMÍTÁSA

1. feladat Összesen 17 pont

Mérnöki alapok 8. előadás

Helyszínen épített vegyes-tüzelésű kályhák méretezése Tartalomjegyzék

TU 7 NYOMÁSSZABÁLYZÓ ÁLLOMÁSOK ROBBANÁSVESZÉLYES TÉRSÉGÉNEK MEGHATÁROZÁSA ÉS BESOROLÁSA AZ MSZ EN :2003 SZABVÁNY SZERINT.

Dr. Tóth Anikó Nóra Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézet

A magyar geotermikus energia szektor hozzájárulása a hazai fűtés-hűtési szektor fejlődéséhez, legjobb hazai gyakorlatok

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

A DINAMIKUS TÁVVEZETÉK-TERHELHETŐSÉG (DLR) ALKALMAZHATÓSÁGÁNAK FELTÉTELEI

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

Dr. Tóth Anikó Nóra Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézet

1. tétel. 2. tétel. 3. tétel. 4. tétel. 5. tétel

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Átírás:

TÚLNYOMÁSOS TÁROLÓK MŰVELÉSÉNEK LEHETŐSÉGEI PROF. DR. BOBOK ELEMÉR DR. TÓTH ANIKÓ PHD MISKOLCI EGYETEM 1. BEVEZETÉS A Kőolajkutató Vállalat az 1980-as években több nagy mélységű kutatófúrást mélyített az Alföld délkeleti részén szénhidrogén-előfordulásokat keresve. Fábiánsebestyén és Nagyszénás környékén több 300-3500 m mélységű kút lefúrása után 1985 végén került sor a korábbiaknál nagyobb mélység-tartományt megcélzó Fábiánsebestyén-4 jelű kutatófúrás lemélyítésére. 1985. december 16-án az akkor 439 m-es talpmélységig jutott fúrólyukban éppen fúrócsere miatti kiépítés folyt, amikor a kúttalpi nyomásegyensúly megbomlott és jelentős iszaptúlfolyás keletkezett. A kiépítés a végéhez közeledett, már csak a szerszám és egy súlyosbító rakat volt a fúrólyukban amikor a kút beindult. A kitörés hamarosan kitermelte a kutat megtöltő iszapmennyiséget, s az iszap elfogytával gőzkitöréssé vált. A tönkrement kitörésgátló, az életveszélyes munkakörülmények és a kitört kút szélsőséges üzemi jellemzői nem tették lehetővé a szokásos szigorú műszaki előírások és felműszerezés mellett elvégzett kútvizsgálatot. Ennek ellenére az ott dolgozó szakemberek a fő cél, a kitörés elhárítása mellett nagyon sok értékes üzemi adatot rögzítettek, s ezek lényegretörően tömör, pontos, megbízható összefoglalását adja BUDA E. (001) a kitörésről készített esetleírása amelynek alapján lehetségessé válik a kitörés áramlás- és hőtechnikai folyamatainak rekonstrukciója.

. A JELENSÉG ÁRAMLÁS ÉS HŐTECHNIKAI REKONSTRUKCIÓJA.1. A KITÖRÉS ADATAINAK EGYSÉGESÍTÉSE.1 ábra A kitörés kezdeti szakaszában A Fábiánsebestyén-4 számú kúton történt gőzkitörés rekonstrukciója matematikai modelljének vizsgálata révén lehetséges. A matematikai modellalkotást megelőzően viszont a jelenség fogalmi modelljének meghatározása szükséges. A fogalmi modell lényege: a Fáb-4 fúrás egy nagy hőmérsékletű és rendkívül nagy túlnyomású forróvíztárolót tárt fel. A kút kitört és a közel 4 km-es mélységből felszínre tört a forró víz a sérült kitörésgátlón keresztül. A feláramló víz nyomása a hidrosztatikai nyomás csökkenése és az áramlási nyomásveszteségek miatt jelentősen csökkent az eredeti rétegnyomáshoz képest, de még így is 360 bar túlnyomás jelentkezett a kútfejen. Ez a nyomás kizárja, hogy a sérült kútfejszerelvényen folytonos sugárban áramoljon ki a forró víz-gőz keverék. A nagy túlnyomás a forró vizet, a belsőégésű diesel motorok adagolószivattyújához hasonló módon porlasztással juttatja a kisebb nyomású térbe. Ez a korszerű dieselmotoroknál

00-50 bar túlnyomásról történik a mintegy 10-1 bar nyomásúra komprimált égőtérbe. Ehhez képest a 360 bar-ról 1 bar nyomású környezetbe történő porlasztás nem jelent lényegi különbséget. A porlasztással a sugár folytonossága megszűnik. A rendkívül nagy nyomási energia a homogén forró víz tömegét különálló, rendkívül kisméretű cseppek halmazára bontja, s ez nagy mennyiségű energiát emészt fel. A kútfej kilépő keresztmetszetéig tehát nagy (360 bar) nyomáson áramlik a forró víz, s a kilépéstől kezdve individuális csepphalmazként mozog s a cseppek szenvedik el atmoszférikus nyomáson a forró víz-gőz fázisátalakulást. A gőzsugárról készült fotókon a sugár rendhagyó alakja is ezt támasztja alá (. ábra).. ábra A gőzsugár rendhagyó alakja A kitörést megelőző utolsó teszteres vizsgálat 3684,5 m mélységben 190,5 o C réteghőmérsékletet és 71,6 bar nyomást mutatott. A geotermikus gradiens értékére ebből T T0 190,5 10,5 o 0,04885 C / m (.1) H 3684,5 3

adódik. A kitörés helyeként feltételezett 3881 m átlagmélységű rétegben az extrapolált hőmérséklet-érték T T H 10,5 0,04885 3880 199,6 C (.) 0 A túlnyomásos zónában az erre a mélységre extrapolált nyomás 731 bar. A kútfejszerelvényen lévő manométer a kitörés folyamán 360 bar stabilizálódott kútfejnyomást mért. A tömedékelési kísérletek alkalmával, amikor az áramló közeg tömegárama csökkent, ez az érték 410 bar értékig emelkedett. A kútfejszerelvény külső felületén kontakt hőmérővel a csőfej alatti hőmérséklet 150 o C-ra adódott. o A kútban kialakuló nyomások jellegzetes értékeit meghatározhatjuk a kitörés alkalmával a kútfejen mért valamint a kitörést megelőzően végzett teszteres vizsgálat nyomásadataiból. Mint az BUDA E. (001) esetleírásából ismert, hogy a kút elfojtására több kísérlet történt a lefúvató vezetékre szerelt bombán keresztül, különféle tömedékelő anyagokkal (gumi, danamid golyók, keményfa, parafa). A kísérletek időnként sikerrel kecsegtettek, mivel a kút termelése szemmelláthatóan csökkent, a kútfejen mért nyomás növekedése mellett. Ez a nyomás általában 370-375 bar körül alakult, ám egy alkalommal a kút átmeneti dugulása során 410 bar értékig emelkedett. Az áramlás leállásakor tranziens nyomáslengések következnek be. A nyomáshullámok amplitudója 5 N p ac 90 101 3,1 8,86 10 m 9 bar (.3) ahol a a vízzel telt acélcsőben a hangsebesség, c pedig az áramlás sebessége a zárást megelőzően. A lezáráskor statikusnak vehető nyomás nyilván a nyomásmaximum és az amplitudó különbsége, tehát p st.k p p 410 9 381 bar (.4) max volt a lezárt kútfej statikus nyomása. Ebben az állapotban a kútban az áramlás leállt, a fúrólyuk egy piezométer csőnek megfelelően viselkedett. A beáramlást tápláló 4

rétegben is megállt az áramlás, tehát a rendszerben hidrosztatikai viszonyok uralkodtak. A réteg statikus nyomása egyensúlyt tartott a kutat megtöltő forróvízoszlop nyomásával és a kútfejnyomással. A hidrosztatikai egyenletek felírása előtt tekintsük a.3 ábrát. 0 0 100 00 300 400 500 600 700 800 900 1000 381 Nyomás [bar] 500 1000 1500 000 500 C 3000 3500 4000 E 4500 Mélység [m] B D.3 ábra Nyomáseloszlás a kútban Az ábrán a kút hidrosztatikai nyomáseloszlását szemlélhetjük. Az AB szakasz egy természetes hidrosztatikus nyomáseloszlást mutat. A C-D szakaszon viszont a túlnyomásos rétegben a víz a kőzet litosztatikus nyomásából eredő túlnyomást is viseli. Az E pontban történt a teszteres vizsgálat, ennek mélysége 3684 m, és a mért statikus rétegnyomás 71 bar ismert. Feltételezzük, hogy a kutat közel állandó hőmérsékletű víz tölti ki, ennek sűrűsége 90 kg/m 3. A nyomásgradiens tehát állandó 5

mind a felszíntől a túlnyomásos zóna kezdetéig (C pont) és a túlnyomásos zónában a beáramlás átlagos H mélységéig (D pont). Amikor a kitörés során átmenetileg leállt a kút, a kútfej statikus nyomása 381 bar volt. A túlnyomásos zóna feletti átlagos kőzetsűrűség értéke 34 kg/m 3. Ezekkel az alábbi hidrosztatikai egyenletek írhatók fel: p p c c g h (.5) k k c p gh (.6) c Ebből a két egyenletből a túlnyomásos zóna kezdetét jelző mélység-érték h c p k 38110 735 m g (.7) 9,81 340 90 k 5 A lyukgeofizikai mérések 730 m-től veszik a túlnyomás kezdetét és ez megegyezik a számított értékkel. A hőmérséklet-eloszlásból a beáramlás átlagmélységére 3880 adódott. Ebből az ott értelmezhető statikus nyomás p H 5 5 N p k gh 3,8110 90 9,81 3880 73110 731 bar (.8) m A fúrólyukban adódó nyomás és hőmérsékletekkel a sűrűség 90 kg/m 3, a kinematikai viszkozitási tényező 1,3 10-7 m /s. Ezek az adatok képezik a rekonstrukció sarokpontjait, innen kiindulva határozunk meg a lehetőség szerint minél több részletet. Az egyik legfontosabb paraméter, amit nem sikerült megmérni de a meglevő adatokból számítható a kút hozama... ÁRAMLÁS A TÁROLÓBAN ÉS A KÚTBAN A kitörés idején hozammérés nem történt. Valamennyi beszámoló egybehangzóan jegyzi meg, hogy a kitermelt forró víz és gőz igen nagy mennyiségű volt, becslések szerint 5000-8000 m 3 /nap, a kútfejnyomás nem csökkent, csak a nagymértékű vízkövesedés jelentett fojtást. A kitörés alkalmával mért nyomás- és hőmérsékletadatok alapján a kút hozama megbízhatóan számítható. 6

A tárolótól a kútfejig tartó úton a nyomás 731 bar-ról 360 bar-ra csökkent, a hőmérséklet pedig a 199,6 o C értékről mintegy 191,5 o C-ra hűlt. Ezek az adatok teljesen egyértelművé teszik, hogy a víz útjának teljes hosszában csak vízfázisban lehetett. A 191,5 o C hőmérsékleten a telített gőz nyomása 13,3 bar tehát gőzfázis megjelenése a kútban sehol nem lehetséges. Ez számunkra a számítások szempontjából szerencsés körülmény. A homogén vízfázisban egyrészt sokkal pontosabban meghatározható a súrlódási nyomásveszteség és a hozam közti függvénykapcsolat, másrészt viszont a számítás formularendszere sokkal egyszerűbb. Ugyanez vonatkozik a hőmérsékleteloszlás számítására is. A tároló viselkedésének meghatározására a kút rendkívül alkalmas diagnosztikai eszköz. A kútfejnyomás és a kútfejhőmérséklet értékeiből a kúttalpon adódó nyomásés hőmérsékletértékek jól meghatározhatók. A nyomásokat ismerve viszont a kútban felszálló víz tömegárama számítható pontosan. A hozam meghatározásakor eltekintünk a kitörés kezdeti tranziens szakaszától. Feltételezzük, hogy a forró víz már felszínre hozta a kutat eredetileg megtöltő fúróiszapot, s homogén, stacionárius vízáramlást vizsgálunk. A kútban áramló forró víz hőmérséklete a mélységgel csak kevéssé változik, így anyagjellemzőinek egy átlaghőmérsékletre vonatkozó értékeit vesszük. A közeget összenyomhatatlannak tekintjük, az áramlás turbulens. Az ún. súrlódásos Bernoulli-egyenlet ekkor a beáramlás helye és a kútfej között az alábbi alakban írható fel: p wf p gh p' (.9) k amelyben p wf a tárolóból a kútba beáramló víz nyomása p k a kútfejnyomás, a sűrűség, H a beáramlás helyének mélysége, p a kútoszlopban áramló víz súrlódási nyomásvesztesége. A p wf nyomás is függ a tömegáramtól, hiszen a tárolóban a kút felé áramló folyadékban is keletkezik súrlódási nyomásveszteség. A kút által meg nem zavart folyadéktestet egy R sugarú hengerpalást határolja, ezen túl a víztest statikus nyomása p. A vízadó réteg vastagsága h, permeabilitása K, a víz kinematikai viszkozitási tényezője. A p wf nyomás 7

p wf p m R ln hk R 1 (.10) A tárolóban lévő p nyomás és a p k kútfejnyomás különbsége fedezi a fúrólyukban felszálló víz helyzeti energiájának növekedését, a súrlódási nyomásveszteséget a rétegben és a fúrólyukban: p m R 8 1 p k gh ln 1 5 m 5 hk R 1 D1 D (.11) Ezzel m -ra egy másodfokú algebrai egyenletet kaptunk, amiből a tömegáram meghatározható. A fizikailag is reális gyök az m=89,45kg/s tömegáram. Ez egyszerűen ellenőrizhető. A termelő rétegben bekövetkező nyomásveszteség: L L 7 p, m R 89,45 1,3 10 8,517 5 N r p p wf ln 4,1110 1 hk R 6,8 4 10 m A kútban fellépő súrlódási nyomásveszteség 1 4,11 bar (.1) p' 1 L D 17,1110 5 1 5 1 N m L D 5 8m 17,1 bar 0,03 197 0,194 3684 8 89,5 0,0 0, 3,14 90 (.13) Az érintetlen rétegnyomás, p p r gh p' p k 4,11 350 17,1 360 731 bar (. 14) kiadja a kút elzáródásakor mért statikus értéket. Ezzel a kút hozama a vízkövesedés kialakulását megelőzően m 89,45 kg/s 778,5 t/nap, vagyis 8400 m 3 /nap, ez jelentéktelen mértékben a BUDA E. (1996) becsült hozamintervallum felső határa fölé esik. Ezt az értéket a béléscső elvízkövesedett felső 1150 m-es szakasza az átmérő fokozatos szűkülése miatt nyilvánvalóan csökkentette a kitörés időtartamának előrehaladtával..3. A HŐMÉRSÉKLETI VISZONYOK REKONSTRUKCIÓJA A termelőcsőben feláramló forró víz hőmérsékleteloszlását a jól ismert módon (Tóth, A., 010) a 8

zh z A A T T0 Ae (.15) Ebben A a hosszúság dimenziójú úgynevezett kútüzemi tényező: Ehhez feltesszük: a k K hővezetési tényező mélység menti integrálközépértékével számolunk, az U 1B eredő hőátviteli tényezőnek is a mélység menti integrálközépértékét vesszük, továbbá úgy tekintjük, hogy az f(t) tranziens hővezetési függvény a mélységtől nem függ. A kapott megoldás a mélység és az idő függvényében adja meg a hőmérséklet mélység menti eloszlását. Az idő hatása implicit módon szerepel, hiszen az időtől függő tranziens hővezetési függvény szerepel az A együtthatóban. Az idő hatása különösen a kitörés első periódusában érvényesül jelentősen, később a hőmérséklet tart a kb. 30 nap után bekövetkező egyensúlyi értékhez. Így pl. a gőzfelhő elfújását követő hőmérsékletmérés az egyensúlyi értéknél kisebb kútfejhőmérsékletet ad a béléscsőfej külső palástfelületén. A (.15) egyenlet nyilvánvalóan a kútban áramló víz hőmérsékletét adja meg a következő értékekkel számolva: A víz tömegárama m = 89,45 kg/s, fajhője c = 4187 J/kg o C. A kőzet átlagos hővezetési tényezője k K = 3,5 W/m o C, a béléscső belső sugara R 1B = 0,1 m, az eredő hőátviteli tényező U 1B = 4 W/m o C. A gőzfelhő elfújásának időpontjában az f(t) tranziens hővezetési függvény értéke 1,8 így az A együtthatóra mc K A R k R U f 89,45 41873,5 0,1 4 1,8 1B U 1B 1B k 1B K 6,8 0,1 4 3,5 adódik. Ezzel a víz hőmérséklete a kútfejen a z = 0 helyen: 44870 m (.16) T ki 10 0,04885 448701 e 3880 44870 191,5 o C (.17) Ebből a beáramlási mélység közelítő értéke is meghatározható, ha a mért kútfejpalást hőmérsékletből (150 o C) visszaszámoljuk a T ki vízhőmérsékletet. A kútban áramló forró víz hőmérséklete-eloszlásából a z=0 érték behelyettesítésével kapjuk a kútfejhőmérsékletet: T ki 0 H A T A Ae (.18) 9

A kútfejhőmérséklet és az A tényező ismeretében a kitörés helyének mélysége is meghatározható, csupán H értékét kell kifejeznünk: 1 H A ln T0 T (.19) ki 1 A Ezzel a túlnyomás-eloszlásból kapott mélység-érték egy független, hőmérsékletmérésen alapuló eljárással ellenőrizhető. A kútfejen mért hőmérsékletértékeknél figyelembe kell, hogy vegyük azt a tényt, hogy a kontakthőmérővel csupán a szerelvény alatti csatlakozó csőfej külső palástfelületén lehetett hőmérsékletmérést végezni. Ebből a csőben áramló víz hőmérséklete kiszámítható, s a (.17) egyenlettel számított értékkel összevethető. Ehhez a csőfejcsatlakozás alatti eredő hőátviteli tényező és az itt kialakuló hőfluxus meghatározása szükséges. A kútfejszerelvény alatti béléscsőfej eredő hőátviteli tényezőjét a 8 5/8 béléscsőben kialakuló kényszerkonvekció három koaxiális csőben vezetés és két vízzel telt gyűrűs térben szabad konvekció befolyásolja: 1 U 1 R R R R R R R R (.0) 1B 1K 1B 1B K 1B 1B 3K ln ln ln 1B h1b k a R1B R1K h GY1 k a R B R Kh a k a R 3B Az ezen áthaladó hőfluxus egyenlő az R 3K sugarú palástfelületről szabad konvekcióval és sugárzással távozó hőfluxusok összegével: 4 4 T T R T _ Q R (.1) 3K h 3K 3K L 3K 3K TL Másrészt az eredő hőátviteli tényezővel a hőáram: 1BU1B Tki T3K Q R (.) amiből a forró víz hőmérséklete Q T T3K R U (.3) Ezt hasonlíthatjuk össze a (.17) egyenlettel számított hőmérséklettel a következőkbe. Meghatározzuk a Q hőfluxust a (.1) egyenlet alapján, feltételezve az alábbi adatokat: 1B 1B 10

A béléscsőfej külső sugara R 3K = 0,5 m, a levegő hőmérséklete a kútfej közelében 50 o C, a felületen adódó szabad konvekció hőátadási tényezője h 3K = 1,518 W/m o C, a kútfejen az eredő hőátviteli tényező 9 W/m o C. Ezekkel az adatokkal: Q 6,8 0,5 1,518 150 8 8 8 50) 6,8 0,5 0,5 5,67 10 4,3 10 3,4 10 707 W/m Ezt behelyettesítve a (.) egyenletbe a kútfejre érkező víz hőmérséklete: (.4) T k 707 o 150 188,8 C (.5) 6,8 0,1 9 s ez a (.17) számított értékkel igen jó egyezést mutat. A fábiánsebestyéni gőzkitörés elfojtásán dolgozó szakemberek a szélsőségesen nehéz körülmények ellenére nagyon sok értékes adatot regisztráltak, amelyek lehetőséget adnak a feltárt túlnyomásos forróvíztároló tulajdonságainak megismerésére. Az így kapott adatok adekvátságának ellenőrzésére egy koherens áramlástechnikai és hőátviteli számításon alapuló rekonstrukciót végeztünk. A fizika törvényei mint rendszerező elvek alkalmasnak bizonyultak a kitörés alkalmával kapott adatok megbízhatóságának minősítésére. Az adatok ellentmondásmentes rendszerbe illeszthetők. A becsült hozam, amit az egyik legbizonytalanabb adatnak tartottak a kitörést elemzők az ott dolgozó olajmérnökök kiváló realitásérzékét bizonyítják. A számításokból a vízkövesedés hatásának figyelembe vétele nélkül adódó 8400 m 3 /nap térfogatáram a kitörés kezdeti szakaszára becsült 8000 m 3 /nap értéket megerősíti, s ez az elvízkövesedett béléscső és lefúvatóvezeték okozta fojtás miatt nyilvánvalóan csökkent a becsült 5000 m 3 /nap, sőt annál akár kisebb értékig. A 360 bar kútfejnyomás is nehezen illeszthetőnek tűnt a modellbe, amíg a kútfejen történteket csak izentalpikus expanziónak, a kiömlő közeget folytonosnak tekintették. A porlasztással megbontott individuális csepphalmazként viselkedő sugár koncepciója ezt az adatsorból kilógó túlnyomás-értéket is értelmezhetővé és az adatrendszerbe beilleszthetővé tette. 11

Bizonyos diszkrepanciát okozott a becsült kútfejhőmérséklet értéke is. Már BUDA E. (006) jóval magasabbra becsülte a kútfejre érkező víz hőmérsékletét, mint amekkorára a béléscsőfej külső palástján kontakt hőmérővel kapott hőmérsékletből következtettek. A szélsőségesen nagy hozam miatt a kútban feláramló víz hőmérsékletcsökkenése még a stacionárius állapot beállta előtt is viszonylag kicsiny. A kút hőveszteségeinek számításából kapott, valamint a mért külső palásthőmérsékletből számított hőmérsékletek egyezése igen jónak tekinthető. Ez a korai periódusban adódó hőmérséklet az idő függvényében növekszik, a kút körüli felfűtött hőköpeny kifejlődéséig. Ez a végleges érték is jól számítható. Ahhoz azonban, hogy a tároló élettartamára, kapacitására valósághű becsléseket végezhessünk, ki kell dolgozni annak részletesebb hidrogeológiai modelljét. Mindamellett a tárolóról szerzett ismereteink egy majdani termelő kúton végzett kútvizsgálat eredményeivel megerősítve válhatnak bizonyossággá..4. A TÁROLÓ HASZNOSÍTÁSÁNAK LEHETŐSÉGEI A mért adatok alapján az áramlási és termodinamikai folyamat rekonstrukciója egyértelműen egy nagy entalpiájú túlnyomásos tároló létezését bizonyítja. A kitörés 45 napja alatt a kútfejnyomás alig változó értéke egy igen nagy kiterjedésű forróvíz tárolót valószínűsít. A Nagyszénás-I. fúrás kútvizsgálati eredményei, a telepfolyadékok hasonló teljes oldottanyag-tartalma ( 5000 mg/l ) azt valószínűsítik, hogy ugyanarról a nagy kitejedésű geotermikus rendszerről van szó. Ezt meghaladó túlnyomásokat (>1000 bar) a Mexikói öböl texasi partvidékén mértek, de a Gulf Coast tárolóiban alig 110 o C a hőmérséklet. A Fábiánsebestyén- Nagyszénás rendszer tehát világviszonylatban is egyedülálló rezervoár, amelynek hasznosítása nagy kihívás geotermikus szakembereink számára. A Gulf Coast túlnyomásos tárolóit elsősorban metántartalmuk miatt tárták fel. A tároló geotermikus energiáját eddig egyetlen esetben, a texasi Pleasant Bayouban létesült kísérleti erőműben hasznosították. A telepfolyadék leválasztott metántartalmával egy kis gázturbinát hajtottak meg, a víz entalpiája pedig egy bináris gőzturbináján alakult mechanikai munkává. A két turbina együttesen 1 MW teljesítményt adott le, egy évig működve 1989-90-ben. A Louisiana State University kutatócsoportjának vizsgálata 1

azzal a konklúzióval zárult, hogy a Gulf Coast túlnyomásos tárolói egyelőre nem alkalmasak gazdaságos geotermikus áramtermelésre.(griggs, 004) A fábiánsebestyéni túlnyomásos tároló hőmérséklete sokkal magasabb lévén geotermikus rezervoárként jóval értékesebb, hasznosítása további vizsgálatokra érdemes. A tárolót hőmérséklete elsősorban villamos erőmű telepítésére predesztinálja. Tekintettel a geotermikus erőmű várhatóan 15-16% körüli hatásfokára, hatalmas mennyiségű a hulladékhő, a kitermelt energia 84-85%-a. Gazdaságos működtetés csak kombinált villamos és hőhasznosítás esetén lehetséges. A tároló művelésbe vonásának azonban számos komoly akadálya van. A nagy oldottanyag-tartalom és a nagy nyomás miatt kizárólag bináris erőmű tervezése jöhet szóba. A beépíthető hőcserélők kialakítása az első nagy probléma. A geotermikus létesítményeknél jól bevált lemezes hőcserélő típusok ebben a nyomás-tartományban nem alkalmazhatók. Az általánosan használt nagy helyigényű, robosztus ellenáramú hőcserélők beépítése sem lenne rutinfeladat. A nagy nyomású tárolóba csak akkor lehet gazdaságos a visszasajtolás, ha nem nagy a felszíni rendszer súrlódási nyomásvesztesége. A besajtoló szivattyúval szemben nagyon szigorú feltételt jelentene a rendkívül nagy szívóoldali nyomás. Valamennyi felszíni berendezésre kiterjedően egyedi gépészeti tervekre és egyedi gyártásra lenne szükség, ami jelentősen megnövelné a költségeket, rontva a gazdaságosságot. A tároló nyomásszintjének csökkentésével el lehetne érni egy kiforrott technológiájú, termelő és visszasajtoló kutakból álló rendszer megvalósítását. Ezt megelőzően a nyomáscsökketés szakaszában viszont visszasajtolás nélkül kellene folytatni a termelést, ami nyilvánvaló ellen-állást váltana ki a környezetvédelmi hatóságból. Az egyedülálló adottságú tároló talán egyszeri kivétel lehetne, nagy hozamú vízfolyásba vezetve az elhasznált hévizet. Mivel ilyen extrém paraméterekkel jellemzett geotermikus tárolóra és erőműre nincs példa a nemzetközi gyakorlatban, egyelőre számos feladat alapkutatás-szintű megoldását kívánja meg a legkülönbözőbb szakemberektől ahhoz, hogy a fábiánsebestyéni erőmű létesítése időszerűvé váljon.. 13

IRODALOMJEGYZÉK ÁRPÁSI M.,LORBERER Á. PAP S:High pressure and temperature (geopressured) geothermal reservoirs in Hungary. Proceedings of World Geothermal Congress 000, pp.511-514. BOBOK E:Geotermikus energiatermelés Tankönyvkiadó, Budapest,1987. BOBOK E: TÓTH A. Megújuló energiák. Miskolci Egyetemi Kiadó, 005 BUDA E: Gáz, olaj, széndioxid, gőz és forróvíz kitörések a magyar kőolajbányászatban, Nagykanizsa 001 DREW,S.R:Direct use projects, equipments and controls.geothermics, 17. 1.141-171.1988. GRIGGS,J: A re-evaluation of geopressured-geothermal aquifers as an energy resource. Louisiana State University, 004. TESTER et al. The Future of Geothermal Energy. MIT: 006. TÓTH A:: Steam blowout from an over pressure geothermal reservoir in Hungary, Transaction GRC, Sacramento, USA, 010. "A tanulmány/kutató munka a TÁMOP 4..1.B 10//KONV 010 0001 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg" 14