Использование тепла Земли для производства электроэнергии и теплоснабжения - это один из наиболее реальных и крупных источников энергии в будущем, хотя в настоящее время промышленное использование геотермальной энергии ведется более чем в 50 странах. В России наиболее распространенным и мощным источником тепловой энергии Земли является теплота водонасыщеных и «сухих» горных пород, температуры которых во многих районах Камчатки, Курильских островов и Предкавказья на глубине 3-5 км. составляет 150 - 250°С, а в отдельных районах - 180 - 300°С. Разработка систем извлечения теплоты «сухих» горных пород и использование ее для выработки электроэнергии и теплоснабжения начались в бывшем СССР с 1964 г. Такие системы представляют собой подземные тепловые котлы (ПТК), образованные в естественном коллекторе с проницаемостью более 10-15 мД или в искусственно нарушенных (организованных) зонах горного массива с природной проницаемостью пород менее 10-15 мД. Через скважины, расположенные по определенной схеме, воду с поверхности нагнетают в ПТК, где в процессе теплообмена с горными породами
она нагревается до определенной температуры, а через другие скважины ее извлекают на поверхность и используют для различных целей, в том числе и для выработки электроэнергии. Объем таких ПТК составляет от нескольких миллионов кубических метров до нескольких кубических километров. Извлекаемая теплота «сухих» горных пород в несколько раз дешевле теплоты, получаемой в современных котельных установках при сжигании органического топлива (угля, мазута и др.).
Бурение геотермальных скважин - один из основных видов работа при создании и эксплуатации геотермальных систем. С помощью скважин осуществляется вскрытие геотермальной системы, проводят подготовительные работы, осуществляют нагнетание теплоносителя и извлечение его или пластового фонда на поверхность.
|
По зарубежным данным самой распространенный конечный диаметр скважин на термы - 219 мм, реже - 168 мм.
На выбор конструкции скважины влияют размеры используемого водоподъемного устройства (обычно это центробежный насос) и место расположения его в стволе, а также намеченный срок эксплуатации скважин, который по зарубежного опыту составляет 30-50 лет.
При вскрытии напорных геотерм диаметра эксплуатационной колонны устанавливают по требуемому дебиту и условию обеспечения минимальных гидравлических сопротивлений движению по скважине теплоносителя. Диаметр эксплуатационных колонны лежит в пределах 219-244 мм.
На рис. 15.5 приведены типовые конструкции скважин ряда геотермальных месторождений России.
При эксплуатации паро - и гидротермальных месторождений необходимо учитывать повышенные значения геотермального градиента, температуры и давления пластовых флюидов, а также их повышенную коррозионную активность.
Кроме того технология должна учитывать требования, вытекающие из особенностей выбранного способа создания ПТК.
Принципиальная схема конструкции и оборудования эксплуатационной скважины приведена на рис. 15.6.
Проведенные специальные исследования показали, что при глубине до 3000 м оптимальный диаметр скважин составляет 300 - 400 мм т.е. требуется применение эффективных методов бурения скважин увеличенного диаметра, в частости реактивно-турбинного.
|
Высокая температура горных пород на больших глубинах отрицательно влияет на материалы, входящие в состав буровых и тампонажных растворов, используемых при бурении.
Как химические реагенты, так и глины в буровых растворах при высокой температуре становятся слабоактивными и нестабильными и не могут обеспечить необходимый режим бурения. Для вскрытия продуктивных зон применяют различные безглинистые водные растворы, воду, аэрированные жидкости, пены. Очистные агенты и входящие в их состав химические реагенты должны быть термостойкими, неток
сичными и не загрязняющие ствол скважины. Кроме того они должны обладать необходимой стабильностью, выносной способностью и устойчивостью к агрессивному воздействию высокотемпературного пластового флюида. С целью предотвращения грифонообразования образования затрубное пространство тщательно тампонируют с проверкой его надежности. Применяют тампонажный шлакопесчанный цемент, утяжеленный шлаковый для скважин с температурой от 80° до 220°С, белито-кремнеземлистый цемент БКЦ, а также тампонажный цемент на базе неорелиновых отходов производства глинозема, который разработан в НИИЦЕМЕНТ для условий камчатки. Последний предполагается использовать при температурах до 250°С.
Наличие высокотемпературного источника на забое оказывает отрицательное влияние на износостойкость и эффективность работы долот. На контакте долота с забоем возникают температуры до 450 - 650°С и даже выше. При таких условиях материал долота теряет сои прочностные свойства, подвергается ускоренному износу, в том числе и
породоразрушающих элементов.
На основе таких геотермальных систем в России можно строить опытно-промышленные ГеоТЭС мощностью до 30 - 50 МВт, а в будущем и промышленные ГеоТЭС мощностью до 300 - 500 МВт и выше со сроком службы до 25 - 35 лет.