Kútpálya kialakítás hatása nagymélységű geotermikus kutaknál. Diplomamunka

Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Kőolaj és Földgáz Intézet

Kútpálya kialakítás hatása nagymélységű geotermikus kutaknál Diplomamunka

Baráth Tibor

Konzulensek: dr. Tóth Anikó Nóra Klemenik Ráhel Boglárka

 

1  

1. Bevezetés Napjainkban a népességszaporulattal és az átlagos életszínvonal növekedésével arányosan növekszik a világ energiaigénye. Jelenleg az energiatermelés döntő részét az atomerőművek, illetve a fosszilis energiahordozókat elégető erőművek adják. Ezek üzemeltetése azonban környezetszennyező, az erőművek hulladékot termelnek, és nagyfokú veszélyeket rejtenek magukban. Adott az igény tehát egy környezetkímélő, biztonságos és megújuló energiákat hasznosító megoldás iránt. Erre lehet válasz a Föld belső hőjének energiáját hasznosító geotermális energiatermelés. A geotermikus energia kinyerésének több módszere is létezik: kinyerhetjük közvetlenül a mélyebb, melegebb rétegekben található víz felszínre hozatalával, illetve ennek hiányában mi juttathatunk le valamilyen közeget, hogy azt felmelegedve kitermelhessük. Szerencsére a világ nagy részén a föld alatti tárolókban (aquifer) jelentős mennyiségű víz található, így az energia sokkal egyszerűbben és olcsóbban kitermelhető. Ezzel együtt a technológia nagy hátránya, hogy egyszeri, nagyobb befektetést igényel, mely csak hosszú évek során térül meg. Így gyakori jelenség, hogy nem kifejezetten jó geotermikus adottságokkal, ám jelentős anyagi javakkal rendelkező országok vágnak bele ezekbe a projektekbe. Ezeken a helyeken készülnek a kis és közepes entalpiájú rendszerek, melyek 2000 – 3000 m mélységből kitermelt, 150 oC alatti hőmérsékletű vizet hasznosítanak. Ilyen „alacsony” hőmérséklet mellett nagyon fontos, hogy a kutak kialakítása olyan legyen, amely a rétegből kinyert vizet a lehető legkevésbé hagyja lehűlni. Ezt a célt szolgálják a speciális, geotermikus kutakhoz alkalmazott cementek, béléscsövek, szivattyúk. Fontos, hogy a kitermelt vizet a felszínen se hagyjuk lehűlni, ezért célszerű a kútpárat a hőközpont alatt, ahhoz a lehető legközelebb elhelyezni. A visszainjektált víznek a mélyben időt kell hagyni az újra felmelegedésre, ezért a két kúttalp távolságát a rezervoár fizikai tulajdonságai alapján optimalizálni kell: a víznek legyen elég ideje visszamelegedni, de még egy rezervoárblokkon belül helyezkedjenek el a kúttalpak.

Ezt a kútkialakítást

irányított ferdefúrással célszerű létrehozni, mely manapság már hazánkban is rutinműveletnek számít. Diplomamunkámban a PETEX programcsoport PROSPER software-je segítségével megvizsgáltam, hogy a manapság elterjedt kútprofilok (függőleges, J-profil, S-profil, horizontális) miként befolyásolják a kifolyó víz hőmérsékletét, ezáltal a hasznosítható energia mennyiségét. További fontos szempont a

 

2  

gazdaságosság, melyet figyelembe véve teszek ajánlást geotermikus kutak kútpályájának kialakítására.

 

 

 

3  

2.  Szakirodalmi  összefoglaló   A geotermikus fúrás terjedésével arányosan folyamatosan nő a kapcsolódó publikációk száma is. Korábban a szakkönyvek csupán egy-egy fejezetben, egy-egy konkrét problémára koncentrálva foglalkoztak a témával (pl.: HPHT - nagy nyomású, magas hőmérsékletű kutak), mára viszont bőséges szakirodalom áll rendelkezésre. A kutatások főleg azokban az országokban jellemzőek, melyekben jelentős a geotermikus energiafelhasználás. A legtöbb szakirodalom az Egyesült Államokból származik, ahol több egyetemen is található geotermikus kutatóközpont (Stanford, Cornell). A publikációk másik fele a geotermiával foglalkozó cégektől származik, amelyek általában a gyakorlati úton megszerzett információkat rendszerezik és bocsátják rendelkezésünkre. Ezek főleg megvalósult projektekről szóló beszámolók és technológiai utasítások. Rendkívül átfogó képet ad a geotermia jelenlegi helyzetéről és a jövőbeli fejlődéséről a Massachusetts Institute of Technology által készített The Future of Geothermal Energy c. jelentés, amely többek között rendkívül részletes gazdasági elemzéseket is tartalmaz. A Sandia National Laboratories által készített Handbook of Best Practices for Geothermal Drilling c. kiadvány pedig a geotermikus fúrás különlegességeit ismerteti, valamint ezekre a munkafolyamatokra ad gyakorlati tanácsokat. Európában Izland és Németország elöl jár a kutatásokban, mindkét országban több projekt is zajlik jelenleg. Az egyik legnagyobb központ a potsdami Geoforschungszentrum, mely az elméleti munkák mellett a gyakorlati megvalósításból is kiveszi a szerepét. Ennek egyik kimagasló példája a Herrenknecht-Vertical GmbH-val közösen folyó, speciálisan geotermikus fúrásokhoz tervezett fúróberendezés fejlesztése. A kutatóközpont kapcsán meg kell említeni Dr. Ernst Huenges nevét, akinek publikációi saját kutatásom során is rendkívül hasznosnak bizonyultak. Magyarországon geotermikus kutatások jellemzően a Miskolci Egyetemen, a Debreceni Egyemenen, valamint az ELTE-n folynak. Jelentős adatbázissal rendelkezik az 1869-ben alapított Magyar Állami Földtani Intézet, mely hazánk állami geológiai szolgálata.

 

4  

3. Geotermikus kutak sajátosságai 3.1. Geotermikus kutak kialakítása A geotermikus kutak kialakításánál is a szénhidrogén-ipar által kifejlesztett rotary fúrási technológia az elterjedt. Ennek lényege, hogy a lyuktalpon haladó fúrófej felaprítja a kőzetet, melyet a fúróiszap hoz a felszínre. A fúróiszap továbi funkciót is ellát: többek között biztosítja a fúrólyuk állékonyságát, hűtést és kenést biztosít a fúrófejnek, valamint megakadályozza a telepfluidum belépését a fúrólyukba. A szénhidrogén-fúrásokhoz használatos technológia kis mértékben ugyan, de eltér a geotermikus fúrások esetén használtaktól, amely főleg az eltérő hőmérsékleti viszonyokból adódik. Geotermikus kutaknál az elsődleges szempont a fluidum hőmérséklete, tehát a fúrásokat lehetőleg olyan helyen végzik, ahol a geotermikus gradiens magasabb az átlagnál. Ilyen körülmények között nem csak a tároló hőmérséklete lesz magas, hanem a fúrás során folyamatosan, már kis mélységekben feltárt rétegeké is. Az angol és norvég gyakorlat alapján magas hőmérsékletűnek számít egy kút, ha a rezervoár hőmérséklete magasabb mint 149 oC.1 Néhány fúrásnál a körülmények már a víz szuperkritikus hőmérsékletét közelítik (374 oC), de ma már a 200 oC feletti hőmérséklet sem számít különlegesnek száraz gőzt termelő kutaknál. Tehát a fúrás tervezésekor ezt a körülményt igen nagy súllyal kell figyelembe venni, mivel nagy hőmérséklet-különbségek alakulnak ki a felhevült kőzet, és a mindössze 20-30 oC hőmérsékletű fúróiszap között. Különös figyelmet kell fordítani a következőkre: -­‐

a béléscsövek anyagát, falvastagságát, csatlakozását úgy kell megtervezni, hogy ne jelentsen nagy problémát a hő hatására bekövetkező extrém mértékű megnyúlás.

-­‐

A béléscsöveket mindig felszínig kell cementezni, hogy megakadályozzuk a szélsőséges hőmérséklet-változás hatására bekövetkező húzótehelésből adódó szakadást vagy horpadást.

Geotermikus

fúrásoknál

gyakori

az

alulegyensúlyozottság,

mivel

a

nyugalmi

lyuktalpnyomás alacsonyabb a hideg víz nyomásgradiense alapján meghatározottnál, így a nyugalmi vízszint a felszín alatt 100-300 méterre található. Ilyen esetekben nagyobb körültekintéssel kell a fúrás során eljárni, mivel ezekben az alulegyensúlyozott zónákban és az erősen permeábilis zónákban (rezervoár) teljes iszapveszteség következhet be. Ez                                                                                                                 1

 

Hussain Rabia: Weel Engineering and Construction

5  

főleg kisebb mélységekben jelenthet problémát, mivel azon rétegek még kevésbé tömörödöttek, szilárdságuk jóval alacsonyabb, és könnyebben felrepednek. Jellemző a geotermikusan hasznosítható telepfluidumokra, hogy nem csak fizikai, hanem kémiai tulajdonságaik is nagymértékben eltérnek a felszín közelében található talaj- és rétegvizektől. Oldottanyag- és gáztartalmuk jóval magasabb, így savas kémhatásúak lehetnek és igen abrazívak, károsíthatják a fúrószerszámot, kútfejet, béléscsöveket. Ezért geotermikus kutak tervezésénél mindeképpen megfelelően ellenálló anyagot kell választani: ezek az API szabvány szerinti 5CT (H-40, J-55, K-55, C-75, L-80) vagy 5L (A, B, X42) minőségű acélok. Előbbit a 20"-nál kisebb átmérőjű csövek esetén alkalmazzák, míg utóbbit a 20" felettiekhez. A felszínre áramlás során a lehűlő vízből szilárd anyagok válhatnak ki, melyek akár a vezeték teljes keresztmetszetét képesek eltömíteni. Nem csak a berendezésekre jelenthet veszélyt, ha oldott gázként legjellemzőbb széndioxid mellett megjelennek a kén-hidrogének is, melyek igen gyors egészségkárosító hatással rendelkeznek. Amennyiben az előzetes kutatások kén-hidrogének jelenlétét valószínűsítik a területen, arra a fúrási személyzetet megfelelően fel kell készíteni. Erősen savas közeg esetén a hagyományos cementezési eljárások is korlátozottan használhatók. A szénhidrogén-kutaknál általában csak a konduktor és a biztonsági csőrakatot cementezik felszínig, a többi csőszakaszt elegendő csak az előző saruig. Geotermikus kutaknál viszont minden esetben felszínig kell cementezni, mivel a hőmérséklet csökkenésével a csövek megnyúlása is csökken és a nem cementezett szakaszokon a béléscső behorpadhat. Ennek ellenkezője megy végbe nagy hőmérsékletnövekedéskor: a cső erősen megnyúlik, ami cementezés nélkül az anyag szakadásához vezethet. A cementezés további különleges feladata geotermikus kutaknál, hogy egy hőzáró burkolatot képezzen a kút körül, ezzel megakadályozva a termelt fluidum lehűlését. Tehát ebben az esetben az optimális cement hővezető képessége kicsi és ellenáll a CO2 nak és a savas telepfolyadéknak. Jelenleg több gyártó is rendelkezik ezeknek a kritériumoknak megfelelő termékkel (pl.: Halliburton - ThermaLockTM). További fontos sajátossága a geotermikus kutaknak a szűrőzés. Míg a szénhidrogéniparban a kívánt réteget a béléscső perforációjával nyitják meg, addig itt a legelterjedtebb megoldás a szabad lyukszakasz alkalmazása, melybe biztonsági okokból, a lyukfal állékonyságát biztosítandó, egy - a felszínen már a geofizikai mérések alapján egyenletesen perforált - kis átmérőjű béléscsövet raknak. Ennek rögzítése az előző

 

6  

béléscsőszakasz saruja felett kb. 20 méterrel történik hidraulikas vagy mechanikus akasztóval. Mint láthatjuk, nagy különbségek nincsennek a geotermikus fúrásnál, és azok is jellemzően a kútszerkezet kialakításában vannak. Ebből következik, hogy a más területeken használt fúróberendezések nagy része gond nélkül alkalmazható ezen a területen is. A legfontosabb, hogy a forgatóasztal megfelelően átmérőjű legyen a nagy fúrási keresztszelvényekhez (akár 27 1/2"- 37 1/2"). Ehhez kell igazodnia a kitörésgátlónak is, így a fúrási munkálatok elején nem ritka a 30" átmérőjű eszköz sem. Kitörésgátlóknál fontos megemlíteni, hogy a gumibetéteknek - a normál betétekkel ellentétben, melyek általában 121

o

C-ig

2

használhatóak - bírniuk kell a magas hőmérsékletet. Már ilyen nagy átmérőjű fúrásoknál is elterjedtek a gyémántfejes fúrófejek (PDC), melyek nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket, így jóval ellenállóbbak a magas hőmérsékletben történő munkavégzés során. Hátrányuk, hogy bizonyos rétegviszok között nehezen használhatók (pl. agyagos kőzetek), illetve áruk exponenciálisan emelkedik a méretükkel. A nagy hőmérsékleten végzett fúrás során az iszap is jelentősen felmelegedhet, mely károsíthatja a felszíni iszapkezelő-berendezéseket. Ezért szükséges hűtőtornyokat vagy egyéb hűtőberendezéseket beépíteni a rendszerbe. Így a lyukba újra viszonylag hideg (2030 oC) iszap szivattyúzható be. A magas hőmérséklet nem csak a felszíni és mélységi eszközöket károsíthatja, hanem magát az iszapot is. Jelenleg a legelterjedtebb iszapjavító anyagok polimerek, melyek hosszú szálai a magas hőmérséklet hatására felbomolhatnak, előnyös tulajdonságai megszűnhetnek. Ilyenkor használhatóak a pszeudo-olaj iszapok (SBM), melyek nagy hőmérsékleten is stabilak maradnak. Nagy különbségek nincsennek a hagyományos fúróberendezésekhez képest, de sok gyártó kínálatában szerepel speciálisan geotermikus fúráshokhoz kialakított berendezés, mint például a Geoforschungszentrum Potsdam és a Herrenknecht-Vertical közreműködésében tervezett Innovarig (1. ábra), vagy az olasz DrillMac HH szériája.

                                                                                                                2

 

John Finger, Doug Blakenship: Handbook of Best Practices for Geothermal Drilling

7  

1. ábra: Herrenknecht-Vertical Innovarig Dürrnhaarban (Németország) forrás: a szerző sajátja

3.2. Geotermikus kutak Magyarországon Magyarországon a geotermikus adottságok európai viszonylatban is jónak nevezhetőek. Míg Európában a geotermikus gradiens átlagosan 33 m/oC, addig hazánkban 18-22 m/oC. Ennek ellenére a hazai energiatermelés jóval alulmarad a lehetőségekhez képest. Az éves hőtermelés jelenleg 118 MWT körül van, míg elektromos áramot termelő erőmű eddig nem került kialakításra. A Bányászatról szóló 1993. évi XLVIII. törvény (Bányatörvény) 2010-es módosítása értelmében a 2500 méter alatti víztároló rétegek hasznosítása koncesszió köteles tevékenység. A koncessziós pályázatok kiírása a mai napig nem történt meg, így új kút létesítésére jelenleg nincs lehetőség. A működő kutak nagy része 2000 előtt kerültek kialakításra, egy részük eredetileg szénhidrogén-kutatófúrás volt, melyek meddőnek bizonyultak. Kialakításuk jellemzően függőleges, a kutak összeköttetését

 

8  

hőszigetelt felszíni vezeték biztosítja, és a ferdítéses technológia magas ára miatt kerültek így kialakításra. A kivitelezett kutak vízjogi létesítési engedéllyel, míg az üzemelő kutak vízjogi üzemeltetési engedéllyel rendelkeznek, melyek nyílvánosak, az engedélyeket kiadó vízügyi felügyelőségeknél bárki számára hozzáférhetőek. Ezek az engedélyek egyebek mellett tartalmazzák a kutak fő műszaki paramétereit, melyek alapján összeállítottam az 1. táblázatot.

1. táblázat: Néhány jellemző magyarországi geotermikus kút főbb műszaki paramétere forrás: Közép-Duna-völgyi Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelőség

Kitermelhető Kút

Kialakítás

Csövezés

Szűrőzés

vízmennyiség [m3/nap]

0–34 m között 16 1/2"

Veresegyház B-15

Vertikális

(termelőkút) Vácrátót Vt-1 (termelőkút)

0– 697 m között 9 5/8" 492–1411 m között 7" 1361–1462 m között 4 1/2"

Vertikális

1414–1457 m között perforált 4 1/2"

1080

béléscső

0– 45 m között 13 3/8”

820–940 m között

0– 780 m között 9 5/8”

6 5/8”-os perforált

770– 950 m között 7”

béléscső

1920

0–20 m közöt 20 1/2" Szada Sz-2 (termelőkút)

Vertikális

0–200 m között 13 3/8"

1700-1900 m között

0–800 m között 9 2/3"

perforált 4 1/2"

750–1700 m között 7"

béléscső

300

1650–1900 m között 4 1/2" 0– 30 m között 20" Gödöllő

Vertikális

0–500 m között 13 3/8”, 450–2000 m között 9 5/8”, 1970– 2450 m között 7”

 

9  

1970 - 2450 m között perforált 7" béléscső

2600

3.3. Meddő szénhidrogén kutak geotermikus hasznosítása Magyarország geológiailag jól megkutatottnak számít, egyrészt az ország területén található több mint 10 000 nagymélységű (2000 méternél mélyebb) kútnak köszönhetően. Többségük az 1950-es és az 1990-es évek között mélyített szénhidrogénre meddő kút, melyek nagy részén nem végeztek geofizikai vagy hidrodinamikai vizsgálatokat, így csak becsülhetjük az adott környék geotermális jellemzőit, a várható rétegsort illetve a tárolókőzet fizikai jellemzőit (nyomás, hőmérséklet, kitermelhető vízmennyiség, stb.). Az ország jelentős része fedett 3D szeizmikával, 2D vonalakkal pedig szinte mindenütt. Ezek feldolgozottsága magas szintű, amelyhez a fúrásokból származó adatokat is hasznosították. A meddő kutak nem pusztán az általuk megszerzett adatok miatt lehetnek hasznosak, hanem azokat aktívan is be lehetne vonni a geotermikus energiatermelésbe, termelő vagy injektáló kútként felhasználva, amennyiben műszaki állapotuk megfelelő. Ehhez először is az adott területet kell szemügyre vennünk: meg kell vizsgálni, hogy mekkora geotermikus potenciál található a területen. Magyarországon jelenleg az állami tulajdonban lévő meddő szénhidrogén-kutak kezelője a Bányavagyon-hasznosító Nonprofit Közhasznú Kft., mely a hasznosítható termálkút adatait az alábbiakban határozta meg: "Értékelés kritériumai: •

legalább 30 m tárolóvastagság,

•

legalább 30 oC hőmérsékletű víz nyerhető a tárolóból,

•

legalább 400 l/min hozam várható." 3

Ám ez egy igen leegyszerűsített kritériumrendszer, melynek értékelésétől eltekintenék, de néhány fontos egyéb szempontot tovább vizsgálnék. Magyarországon a vízgazdálkodásról szóló 1995. évi LVII. törvény alapján energetikai célú vízfelhasználásnál kötelező a kitermelt víz teljes mennyiségét abba a rétegbe visszasajtolni, ahhonan az kitermelésre került. Ez egy igen sarkalatos pontja a geotermikus rendszereknek, mivel a jó geotermikus gradienssel rendelkező alföldi területeken található rossz áteresztőképességű, túlnyomásos rétegekbe a visszainjektálás csak nehezen megoldható. Ez a probléma akár a projekt sikertelenségét is jelentheti. Másik fontos szempont a kitermelt energia felhasználása. A geotermikus energia egyik nagy hátránya, hogy az gazdaságosan csak a kinyerés helyének közelében hasznosítható, szállítása körülményes és drága. Mivel a meddő szénhidrogén-kutak jellemzően lakott                                                                                                                 3

 

BVH Kft.: Meddő szénhidrogén-kutak hasznosítási lehetőségei

10  

területektől távol kerültek lemélyítésre, ezért az energia lakossági felhasználása nehezen kivitelezhető. Megoldást jelenthet a mezőgazdasági felhasználás (üvegházak, karámok fűtése, stb.). Fontos, hogy már a projekt legelején meggyőződjünk arról, hogy a kitermelt energiára lesz-e piacképes igény. A geológiai és gazdasági háttér vizsgálata után következhet a kútszerkezetet alapos vizsgálata. Nem elegendő az, hogy a kút egy hasznosítható termálvíz-tároló réteget csapol meg, hanem a kútszerkezetnek is alkalmasnak kell lennie a feladatra. Mint már említettem, ezek a kutak akár 40-50 évvel ezelőtt is készülhettek, tehát kialakításuk az adott kor technikai színvonalát tükrözi. Ez nem feltétlenül jelenti azt, hogy a kút elavult volna, pusztán azt, hogy szénhidrogén termelésre, nem pedig geotermikus célra lettek kialakítva (tehát nem az 3.1. fejezetben tárgyalt kritériumok alapján). Az is előfordulhat, hogy a fúrási naplók, kútkönyvek azóta elvesztek, így a kútról sok lényeges információ nem áll rendelkezésünkre. Ezért ha meddő szénhidrogén-kutat szeretnénk geotermikus rendszerbe bevonni, a következőket kell megvizsgálni: -­‐

a kút megfelelő műszaki állapotban van-e, a részei képesek-e betölteni funkciójukat, nem sérültek-e? Ha a kút felújításra szorul, mérlegelni kell, hogy az gazdaságilag előnyös-e? Egy szűrőcsere vagy kúttisztítás sokkal kisebb költséget jelent egy újracementezésnél.

-­‐

A kút képes-e kis súrlódási nyomásveszteséggel (max. 10 %) szállítani a fluidomot? Ehhez megfelelően nagy átmérők szükségesek.

-­‐

Ha a kút energiaviszonyai szükségessé teszik (alacsony rétegnyomás vagy kis permeabilitás), akkor elképzelhető, hogy búvárszivattyúra lesz szükségünk. Ebben az esetben a kút felső szakaszán kiemelten fontos a nagy csőátmérő. Nagy átmérőjű béléscsőben értelemszerűen nagyobb átmérőjű búvárszivattyút lehet elhelyezni, ami azonos teljesítmény mellett sokkal olcsóbb, mint kisebb átmérőjű társai.

Amennyiben ezek a feltételek teljesülnek és a kutat alkalmasnak találjuk geotermikus célra, meg kell tervezni a komplett rendszert, illetve el kell döntenünk, hogy a meddő kút milyen funkciót töltsön be: termelő vagy injektáló kút legyen. Ez utóbbi abban az esetben célszerű, ha a kút a kis átmérők miatt csak nagy nyomáseséssel tud termelni és a visszainjektáláshoz még egy kút létesül.

 

11  

3.3.1. Egy konkrét meddő szénhidrogén-kút adatai Mivel az ország területe jól megkutatott, csökkenti a kockázatot, ha egy új projektnél már egy meglévő és hasznosítható kút környezetében kezdünk el vizsgálódni, ahol olyan információkkal rendelkezünk az adott területről, amelyeket "érintetlen" területeken csak súlyos anyagi áldozatok árán szerezhetünk meg. Ilyen információk például a tárolókőzet fizikai tulajdonságai vagy a jellemző rétegsor. Amennyiben ezekkel az adatokkal rendelkezünk, számítógépes modellezés esetén is nagyobb valószínűséggel kapunk a későbbi végleges értékekhez hasonló adatokat. Ezért dolgozatom kiindulási pontja is egy megfelelő geotermális viszonyokkal rendelkező területen fekvő meddő szénhidrogén-kút, melynek fúrási és kútkiképzési adatai az 1. táblázat és az 1. ábra tartalmazza. A kút korszerű és jó állapotú, viszont szénhidrogénre az előzetes várakozásokkal ellentétben meddőnek bizonyult. 2. táblázat: Meddő szénhidrogén-kút fúrási adatai Béléscső méret

Fúrófej méret

[in]

[in]

0-30

28"

-

0-504

13 3/8"

17 1/2"

0-1880

9 5/8"

12 1/4"

1880-2508

7"

8 1/2"

MD [m]

2508-2718

 

4 1/2" (réselt liner)

6"

12  

Fúróiszap

Cementezés [m]

-

0-30

1,05-1,10 kg/l bentonitos

0-504 595-1884

1,08-1,16 kg/l KLA-Cure

2510-1348 -

2. ábra: Meddő szénhidrogén-kút szerkezete (nem méretarányos)

Ezt a kútszerkezetet alakítottam át a modellezéshez a geotermikus termelés igényeinek megfelelően. A béléscsövezés kialakítása megfelelet a követelményeknek, viszont a cementezést minden esetben a felszínig kell tervezni. Természetesen kivételt jelent a liner, ahol erre nincs lehetőség.

 

13  

4. Kútpálya kialakítás hatása Az irányított ferdefúrás segítségével bizonyos határokon belül ma már tetszőleges, és a célnak

legmegfelelőbb

kútpálya

is

kialakítható.

Kétféle

módszer

áll

jelenleg

rendelkezésünkre: a "hagyományos" fúrómotoros, illetve a Magyarországon még újdonságnak számító RSS (Rotary Stearable System). Jelentősen növelte a ferdefúrások elterjedését az MWD (Measurment While Drilling) és az LWD (Logging While Drilling) rendszerek megjelenése, melyek segítségével kiépítés nélkül, a fúrás közben folyamatosan nyomon tudjuk követni a BHA pozícióját. Legtöbb esetben két dolog indokolja a ferdített kútpálya alkalmazását: az egyik, ha a felszínen a kutakat szeretnénk olyan közel elhelyezni egymáshoz, amennyire csak lehetséges. Ez a távolság akár 6-8 méter is lehet, csak az szab határt, hogy a fúróbrendezés elférjen a korábban már kialakított kút aknájától. A másik ok, ha olyan terület alatt helyezkedik el a célzóna, ahol nincs lehetőség a torony felállítására. Ez lehet lakott terület, de akár olyan telek is, melynek használatához a tulajdonos valamilyen okból nem járult hozzás. A kútból kitermelhető energiamennyiség változását két fontos paraméter figyelembe vételével állapítottam meg: a kúthossz során végbemenő nyomás- és hőmérsékletváltozás. Az első paraméter meghatározza az alkalmazandó búvárszivattyú típusát, szükséges munkáját és ezáltal az áramfelvételét, míg a második a hőcserélő rendszeren keresztül kinyerhető energia mennyiségét. A szimulációkat a Petroleum Experts Ltd. által fejlesztett PETEX programcsalád Prosper programjának 11.5 verziójával (IPM verzió: 7.5) készítettem, ami eredetileg olaj- és gázkutakban lezajló folyamatok modellezésére fejlesztettek ki, ám a termelési vízkihozatal 100 %-ra történő állításával tökéletesen alkalmas geotermikus kutakhoz is, mivel képes modellezni a hőátadási viszonyokat is, így az adott kútszerkezet és a rétegsor ismeretében a választott termelési ütem mellett pontosan számítható a kútfejhőmérséklet. 4.1. Rétegsor és rezervoár jellemzők A modell felépítésének első lépése a környezet adatainak megadása volt, mivel ez a mind a négy esetben azonos. A környezetet a korábban már ismertetett meddő szénhidrogénkútnál megismert adatokból állítottam össze, így a modellt valós körülmények közé

 

14  

ültethettem. Az egyszerűsített rétegsort a 2. táblázat tartalmazza, mely a furadékból vett minták alapján lett meghatározva. 3. táblázat: Fúrási rétegsor Hővezetési

TVD

Sűrűség

[m]

[kg/m3]

Homokkő

0 - 660

2650

1.83458

0.76618

Agyag

660 - 1620

2750

1.28367

0.88945

Vulkanikus

1620 - 2000

2560

2.76918

0.83736

Agyagpala

2000 - 2550

2400

1.21151

0.93784

Dolomit

2550 - 2800

2870

1.73073

0.91691

Kőzet

tényező [W/m/K]

Fajhő [kJ/kg/K]

Mivel magfúrásra csak a tárolókőzetben került sor, ezért a rétegek fizikai tulajdonságánál, a Prosperben előre megadott, adott kőzetre jellemző átlagos értéket használtam. 4. táblázat: Rétegjellemzők Referencia mélység [TVD, m]

2618.2

Átlagos tároló hőmérséklet [◦C]

147.72

Tárolónyomás a referencia mélységben

257.35

[bar]

 

Víztelítettség [%]

100

Effektív rétegvastagság [m]

60

Permeabilitás [mD]

350

Tápterület [m2]

3.08·106

Kútkiképzés

nyitott lyuk

Beáramlási keresztmetszet sugara [in]

3"

Szkin tényező

-4.255

Porozitás [ - ]

0.05

Dietz-tényező

0.2318

15  

A tárolóréteg adatait a meddő kúton végzett vizsgálatok alapján adtam meg, ezeket az 3. táblázat tartalmazza. A hőmérséklet és nyomásadatokat a kútban mért gradiensek alapján számítottam a megfelelő mélységre vonakozóan. A kúton csak nyeletési vizsgálatot végeztek, ezért az IPR görbe meghatározása ez alapján történt a Prosper segítségével és a Darcy model alkalmazásával.

3. ábra: A meddő CH kút becsült beáramlási görbéje

4.2. Kútpálya profilok Dolgozatomban a négy legelterjedtebb kútpályát vizsgáltam meg. Ezek között található egyszerűbb, elterjedtebb kialakítás, de bonyolultabb, geotermikus kutaknál kevésbé használt is.  

16  

4.2.1. Vertikális kútpálya A legegyszerűbb és legelterjedtebb kútpálya kialakítás a vertikális fúrás, melynél az eltérés a függőleges iránytól kevesebb mint 3o. Ennek előnye az, hogy a szerszámba nem szükséges költséges alkatrészeket (pl. MWD) beépíteni, hanem elegendő, ha a stabilizátorok megfelelő elhelyezésével kihasználjuk az inga-effektust. Így csökkenthetjük a kútkiképzés költségeit és probléma esetén is kisebb a kockázat, hogy drága szerszámokat hagyunk a lyukban. Hátránya, hogy a réteg hőmérsékletének fenntartása érdekében a kutaknak

távol

kell

elhelyezkednie

egymástól,

így

a

víz

szállítását

felszíni

vezetékrendszerrel kell megoldani, ami nagy távolságokon a hőmérséklet csökkenését eredményezheti, illetve a vezeték ki van téve a környezeti ártalmaknak (időjárás, lakosság, stb.). Az alacsonyabb kivitelezési költségek és az egyszerűbb kialakítás miatt Magyarországon ez a legelterjedtebb kútprofil. A modell elkészítése a kút kialakítása miatt szintén egyszerű volt, mivel a mélység (TVD True Vertical Depth) végig megegyezik a kúthosszal (MD Measured Depth). A kútkiképzésnél a korábban már bemutatott meddő szénhidrogén-kutat vettem alapul, ennek mintájára készítettem el egy, a geotermikus követelményeknek megfelelő modellt. A kút kialakításának fő adatait a 5 táblázat tartalmazza. 5. táblázat: Vertikális kút kialakításának adatai

 

Béléscső méret

MD [m]

TVD [m]

Lyukátmérő [in]

0 - 30

0 - 30

30"

30"

-

0 - 504

0 - 504

17 1/2"

13 3/8"

0 - 504

0 - 1884

0 - 1884

12 1/4"

9 5/8"

0 - 1884

1795 - 2510

1795 - 2510

8 1/2"

7"

1795 - 2510

2508 - 2804

2508 - 2804

6"

17  

[in]

4 1/2" (réselt liner)

Cementezés [m]

-

4. ábra: A függőleges kút csövezési rajza (nem méretarányos) 4.2.2. J-profil A legegyszerübb irányított fúrással készített kútprofil lényege, hogy a kívánt ferdeséget (általában 15o és 55o között) egy ferdítési sugárral érjük el, majd a fennmaradó szakaszon a ferdeség és az irány már nem változik. Két fajtáját különböztetjük meg: -­‐

a hagyományos J-profilnál egy egyenest szakaszt követően kis mélységben (500800 m) kezdődik a ferdeség felépítése, majd a kívánt szög elérése után egy újabb egyenes szakasszal érjük el a célzónát.

-­‐

A másik típus a "deep kick off well", melynél hosszú függőleges szakasszal kezdődik a fúrás, majd nagy mélységben megfelelő nagyságú ferdítési sugárral érjük el a termelni kívánt réteget. Kialakítása során több probléma is felmerül: a

 

18  

mélyebben fekvő rétegek keményebbek, így a ferdítési sugár felépítése is nehézkesebb, valamint a nagy mélység miatt a szerszám cseréje is hosszabb ideig tart. Általában sórétegek megfúrásánál vagy repedezett tárolóknál használják. Mindkét kialakítás előnye a költséghatékonyság, mivel a ferdítőszerszámot csak a rádiusz felépítéséig kell használni, az előtte és az utánna lévő egyenes szakaszokon pedig elegendő a hagyományos BHA használata. A modellezésnél hagyományos J-profilt akalmaztam, melynél a ferdítés a 13 3/8"-os béléscső saruja alatt kezdődik, tíz méterenként 1 fokos intenzitással, egészen 37o-ig. A kút főbb adatait és kialakítását az 6. táblázat és az 5. ábra mutatja be. 6. táblázat: A J-profilú kút kialakításának adatai

 

Béléscső méret

TVD [m]

MD [m]

Lyukátmérő [in]

0 - 30

0 - 30

30"

30"

-

0 - 504

0 - 504

17 1/2"

13 3/8"

felszínig

0 - 1884

0 - 2150

12 1/4"

9 5/8"

felszínig

1795 - 2510

2135 - 2905

8 1/2"

7"

saruig

2508 - 2804

2894 - 3277

6"

19  

[in]

4 1/2" (réselt liner)

Cementezés [m]

-

5. ábra: J-profilú kút kútpályája 4.2.3. S-profil Kialakítása a kút felső szakaszaiban hasonló a J-profilhoz, de a középső egyenes szakasz után egy újabb rádiusszal ejtjük a ferdeséget (akár újra függőlegesig), így érve el a célzónát. 7. táblázat: Az S-profilú kút kialakításának adatai

 

Béléscső méret

TVD [m]

MD [m]

Lyukátmérő [in]

0 - 30

0 - 30

30"

30"

-

0 - 504

0 - 504

17 1/2"

13 3/8"

felszínig

0 - 1884

0 - 2112

12 1/4"

9 5/8"

felszínig

1795 - 2610

2090 - 3094

8 1/2"

7"

saruig

2608 - 2804

3081 - 3406

6"

20  

[in]

4 1/2" (réselt liner)

Cementezés [m]

-

Fúrása bonyolultabb és nehézkesebb mint a többi kútfajtának, a szerszám súrlódása és csavarodása miatt magasabb lesz a szükséges nyomaték, és a ki- és beépítések is nehezebben fognak menni.

6. ábra: Az S-profilú kút kútpályája 4.2.4. Horizontális kút Ez a legbonyolultabb és legdrágább kialakítású kútpálya-model. Jellemzője, hogy a ferdeség a kútban megközelíti, vagy eléri a 90o-ot, amit fel lehet építeni egy vagy két ferdítési rádiusszal. Az első horizontális kutat 1937-ben fúrták, de a technológia csak az 1980-as évek végére vált rutinműveletté, és várhatóan pár éven belül ez lesz a legelterjedtebb kútprofil. Előnye, hogy vékony vagy alacsony permeabilitású rétegek is hosszú szakaszon beszűrőzhetők, növelve ezzel a beáramlást. Továbbfejlesztett változatuk

 

21  

a ERW (Extended Reach Wells), ahol a kúthossz és a mélység aránya eléri legalább a kettőt (de nem ritka, hogy ez az értél akár nyolc feletti is lehet). Geotermikus felhasználása egyenlőre nem túl elterjedt, ami főleg a vastag tárolórétegeknek köszönhető, de ilyen technológiával kerültek kialakításra a németországi Gross Schönebeck és Kirchweidach kútjai is. Ennél a kúttípusnál mutatkozik a legnagyobb eltérés a többihez képest a vízszintesen szűrőzött szakasz miatt, de itt is igyekeztem hasonló beáramlási körülményeket kialakítani. Ezt úgy értem el, hogy ez a kút nem lett annyira mély mint a többi, a szűrőzött vízszintes szakasz a tárolóréteg közepére került. Jól alkalmazható a horizontális kút repedezett tárolóban, ha annak repedései, illetve nagyobb áteresztőképességű tektonikai elemei leginkább függőlegeshez közeliek, és egymással párhuzamosak (ami Magyarországon több helyen is előfordul). Ebben az esetben lehetőség van több ilyen elem összenyitására, ami számunkra igen szerencsés, mivel a repedezett tárolókban nem csak az áramlásban, hanem az effektív tárolóképességben is meghatározó szerepük van a permeábilis repedéseknek, vetőknek.

8. táblázat: A horizontális kút kialakításának adatai

 

Béléscső méret

TVD [m]

MD [m]

Lyukátmérő [in]

0 - 30

0 - 30

30"

30"

-

0 - 504

0 - 504

17 1/2"

13 3/8"

felszínig

0 - 1884

0 - 2564

12 1/4"

9 5/8"

felszínig

1795 - 2510

2549 - 3382

8 1/2"

7"

saruig

2508 - 2600

3371 - 3688

6"

22  

[in]

4 1/2" (réselt liner)

Cementezés [m]

-

7. ábra: A horizontális kút kútpályája 4.3. Kapott adatok elemzése Miután a Prosperbe bevittem mind a geológiai környezet, mind a kutak paramétereit ki kellett választanom a termelést meghatározó tulajdonságokat is. Hogy minél átfogóbb képet

kapjunk

a

kútban

lezajló

nyomás-

és

hőmérsékletváltozásokra,

azokat

megvizsgáltam 6000, 7000 és 8000 m3/nap termelési ütem mellett, mivel legalább ebben a hozamtartományban kell gondolkodnunk, ha energetikai hasznosítás a cél. A felszíni rendszer és a visszasajtoló kút vizsgálata már nem tartozik a dolgozatom témájához, ezért a kívánt kútfej-nyomást egységesen 15 barban állapítottam meg, mely nagyságrendileg megegyezik a felszínen fellépő nyomásveszteséggel és ennél a nyomásnál biztosan oldva maradnak a sók, így kiválásukkal nem okoznak problémát. Mivel a kutak ilyen feltételek mellet nem képesek felszálló termelésre, ezért valamilyen segédenergiát kell biztosítani.

 

23  

4.3.1. Búvárszivattyú kiválasztása A hazai és nemzetközi geotermikus gyakorlathoz hűen én is az elektromos búvárszivattyús (ESP) megoldást választottam. A szivattyú 350 méteres mélységben került elhelyezésre a 13 3/8" átmérőjű béléscső szakaszban, a felszínnel 7"-os termelőcsővel összekötve. A szivattyú és a meghajtómotor típusát a Prosper segítségével határoztam meg, törekedve arra, hogy a lehető legtöbb helyen alkalmazzam ugyanazt a típust. A szivattyú és a meghajtómotor is a víz alá merül, ezért fontos olyan konstrukciót választani, mely ellenáll a magas hőmérsékletnek. További fontos szempont a kiválasztásnál, hogy a szivattyú megfelelően elférjen a béléscsőben, ezért jelen esetben a 11"-os átmérőnél kisebbekre szűkítettem a kört. A kiválasztott szivattyúkat és motorokat a 9. táblázat tartalmazza. 9. táblázat: Kiválasztott szivattyúk és motorok 6000 m3/nap Szivattyú Motor Fokozatok száma [db] Vízmennyiség [m3/nap]

REDA-

REDA-

REDA-

REDA-

N1400NA

N1400NA

N1400NA

N1400NA

ODI-96JM250-

ODI-96JM150-

ODI-96JM150-

E 89A

S 103A

S 66A

8

10

11

4

6488

6487

6488

6480

5

7000 m3/nap Szivattyú Motor Fokozatok száma [db] Vízmennyiség [m3/nap]  

 

REDA-

REDA-

REDA-

REDA-

N1400NA

N1400NA

N1400NA

N1400NA

ODI-96JM250-

ODI-96JM150-

ODI-96JM250-

ODI-96JM150-

E 112 A

S 128A

E 120A

S 101A

10

11

12

5

7618

7573

7583

7546

 

24  

8000 m3/nap Szivattyú Motor Fokozatok száma [db] Vízmennyiség [m3/nap]

REDA-P2000A

REDA-P2000A

REDA-P2000A

REDA-P2000A

ODI-96JM250-

ODI-96JM150-

ODI-96JM150-

ODI_96JM-

E 128A

S 165A

S 172A

250-E 90A

9

11

12

6

8661

8659

8662

8650

A táblázatból jól látható, hogy a 6000 és 7000 m3/nap termelési ütemeket ugyanaz a Reda N1400NA típusú szivattyú tudja szolgáltatni, a fokozatok számának és a motor típusának változtatásával. A megadott termelési ütemek pusztán irányszámok, a valós termelést a software határozza meg a szivattyú optimális működésének függvényében. 4.3.2. A hőmérséklet viszonyok alakulása a kutakban Mint korábban említettem a kutak energiakihozatalát a kútfejen mérhető hőmérsékletből és nyomásból lehet kiszámolni. Emellett a kút által termelt energiának kell meghajtani a búvárszivattyú motorját is, mely így a termelt energiából levonásra kerül. A Prosper segítségével kiszámoltam az összes hozamra külön-külön a nyomás- és hőmérséklet gradiens értékeit, melyeket a 1-3 melléklet tartalmaz. Előzetesen a következőkre számítottam: -­‐

a rövidebb kútpálya esetén a fluidum gyorsabban a felszínre jut, kevesebb ideje van lehűlni,

-­‐

ferde kútpályánál a víz tovább tartózkodik a mélyebb, melegebb rétegekben, így a lehűlés itt nem lesz olyan intenzív,

-­‐

valamint nagyobb termelési ütemnél szintén gyorsabban jut a felszínre a folyadék, ami így kevésbé hűl le.

Ezek után a kapott értékeket a mélység függvényében ábrázoltam, majd termelési ütemenként összehasonlítottam.

 

25  

0  

6000  m3/nap  

500  

TVD  [m]  

1000  

J   S  

1500  

VerGkális   Horizontális  

2000  

2500  

 142.00      143.00      144.00      145.00      146.00      147.00      148.00      149.00     Hőmérséklet  (oC)  

8. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 6000 m3/nap-os termelés mellett Látható, hogy a kútban a hőmérséklet állandósulása után a hőmérséklet csökkenése 4-5 oC körüli. A víz hőmérséklete a függőleges kútnál csökken a legkevésbé, míg a horizontális kútnál a legjelentősebben, ám le kell szögezni, hogy a kútfej-hőmérsékletek között különbség mindössze 0,3 oC.

 

26  

7000  m3/nap   0  

500  

TVD  [m]  

1000  

J  

1500  

S   Horizontális   VerGkális  

2000  

2500  

3000    143.00    

 144.00    

 145.00    

 146.00    

 147.00    

 148.00    

Hőmérséklet  [oC]  

9. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 7000 m3/nap-os termelés mellett A 7000 m3/nap-os termelésnél is hasonló eredmények adódtak, mint korábban, a legnagyobb lehűlés a horizontális, míg legkisebb a függőleges kútnál jelentkezett. A termelési ütem növekedésével azonban nőtt a kútfej-hőmérséklet is.

 

27  

8000  m3/nap   0  

500  

TVD  [m]  

1000  

Vertikális  

1500  

J   S   Horizontális  

2000  

2500  

3000    144.00    

 145.00    

 146.00    

 147.00    

 148.00    

Hőmérséklet  [oC]  

10. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 8000 m3/nap-os termelés mellett A vizsgált legnagyobb termelési ütemnél lettek legmagasabbak a kifolyó hőmérsékletek, a legmelegebb vizet termelő kút továbbra is a függőleges, míg legnagyobb lehűlés a horizontálisnál megy végbe. A kutakat jellemző hőmérsékleteket a 10. táblázatban foglaltam össze.

 

28  

10. táblázat: Kútfejhőmérsékletek Vertikális

J-profil

S-profil

Horizontális

143,50

143,32

144,09

143,94

144,54

144,40

6000 m3/nap Hőmérséklet [oC]

143,58

143,35 7000 m3/nap

Hőmérséklet [oC]

144,16

143,96 8000 m3/nap

Hőmérséklet [oC]

144,60

144,42

A táblázatot végignézve megállapítható, hogy a lehűlés a kútban igen kismértékű, valamint a kutak közötti különbség is igen alacsony. Mindhárom esetben a vertikális kút szolgáltatja a legmelegebb vizet, az S-profil a második, J-profil a harmadik, míg legnagyobb lehűlés a horizontális kútnál következik be. Továbbá jól kivehető, hogy nagyobb termelési ütem esetén a termelvény kevésbé hűl le. 4.3.3. A nyomásviszonyok alakulása a kutakban A kútban bekövetkező nyomásveszteség három tagból áll: hidrosztatikus tagból, ami a gravitációs erő által okozott helyzeti energiaváltozástól és a sűrűségtől függ, a súrlódási tagból ami a cső belső falán fellépő súrlódás miatt jön létre, illetve a mozgási tagból, ami a sebesség

megváltozásával

arányos.

Az

utóbbi

folyadék

fázisú

fluidumoknál

elhanyagolható. Függőleges vagy enyhén ferde kutak a súrlódási nyomásveszteség 10 % körüli, míg horizontális kutaknál a vízszintes szakasz miatt magasabb. Tehát a nyomásesést legjobban befolyásoló tényező a termelvény sűrűsége és a kút ferdesége. Ebből következik, hogy a nyomásesésnek a horizontális, illetve a hosszabb kutaknál nagyobbnak kellene lennie. A Prosper segítségével kiszámított nyomásgradiens értékeit a 4-6. mellékletek tartalmazzák.

 

29  

0  

6000  m3/nap  

500  

TVD  [m]  

1000   Vetikális   J   S  

1500  

Horizontális  

2000  

2500  

 -­‐        

 50.00    

 100.00    

 150.00    

 200.00    

 250.00    

Nyomás  [bar]  

11. ábra: Nyomásviszonyok alakulása a kutakban 6000 m3/nap termelés mellett A görbéken szépen kivehető, hogy a kutak felszálló termelésre a vizsgált hozamok mellett nem képesek, csak a szivattyú által szolgáltatott plussz energia segítségével érjük el a kívánt kútfejnyomást. A függőleges kút, J-profilú és az S-profilú görbéje szinte azonos, míg a horizontális kúté szépen elkülönül. Ez abból adódik, hogy az nincs olyen mélyre szűrőzve mint a többi, tehát a kútnak alacsonyabb folyadékoszlop terhelését kell legyőznie.

 

30  

7000  m3/nap   0  

500  

TVD  [m]  

1000  

Vertikális   J  

1500  

S   Horizontális  

2000  

2500  

 -­‐        

 50.00      100.00      150.00      200.00      250.00     Nyomás  [bar]  

12. ábra: Nyomásviszonyok alakulása a kutakban 7000 m3/nap termelés mellett A korábbi tendenciák megfigyelhetők a megnövekedett termelési ütem mellett is. Látható, itt is, hogy csak a horizontális kútnál van eltérés a többi görbéhez képest. Ez megfigyelhető volt a szivattyúknál is, mivel ugyanolyan szivattyúk beépítése mellett a horizontális kútnál jóval kevesebb fokozat és kisebb teljesítményű meghajtómotor is elegendő.

 

31  

8000  m3/nap   0  

500  

TVD  [m]  

1000  

Vertikális  

1500  

J   S   Horizontális  

2000  

2500  

3000    -­‐        

 50.00      100.00      150.00      200.00      250.00      300.00     Nyomás  [bar]  

13. ábra: Nyomásviszonyok alakulása a kutakban 8000 m3/nap termelés mellett 4.3.3. Energiakihozatal a kutakból Összességében a kapott adatok alapján megállapíthatóak a következők: -­‐

hőmérsékletben nem alakulnak ki nagy különbségek a kutaknál, nagyobb jelentősége van a nyomásesésnek.

-­‐

Hosszabb kutpályánál nagyobb a súrlódási nyomásveszteség és így az összes nyomásesés.

 

32  

-­‐

Mivel a horizontális kutat nem kell olyan mélyre fúrni, mint a többit, ezért kisebb teljesítményű szivattyú is elegendő.

-­‐

Nagyobb anyagáramnál kevésbé hűl le a fluidum, ám nagyobb teljesítményű szivattyú szükséges a termeléshez.

A kapott eredmények pontos összehasonlításának legjobb módja a kutakból kinyerhető termikus teljesítmény kiszámítása, melynek számítása a tömegáramon és a hőmérsékleten alapul. A hévíz tömegáramát az adott hőmérsékleten jellemző sűrűség értékkel számítottam, míg a fajhőjét 4270 J/K/kg-nak vettem. A számításhoz szükséges ismernünk, hogy mekkora lesz a hasznosítás utáni vízhőmérséklet, amit én 90 oC-nak vettem. 11. táblázat: A kutak termikus teljesítménye Kútfej    

hőmérséklet   [oC]  

Víz  sűrűsége  

Tömegáram  

[kg/m3]  

[kg/s]  

Termikus  

Szivattyú  

teljesítmény   teljesítményigénye   [MW]  

[kW]  

6000  m3/nap   Vertikális  

143,58  

967,125  

72,624  

16,29  

303,687  

J-­‐profil  

143,35  

967,125  

72,61  

16,22  

379,678  

S-­‐profil  

143,50  

967,125  

72,623  

16,27  

379,649  

Horizontális  

143,32  

967,125  

72,526  

16,19  

151,912  

 

7000  m3/nap  

Vertikális  

144,16  

967,03  

85,264  

19,34  

406,72  

J-­‐profil  

143,96  

967,03  

84,760  

19,15  

448,89  

S-­‐profil  

144,09  

967,03  

84,876  

19,22  

489,35  

Horizontális  

143,94  

967,03  

84,462  

19,08  

204,38  

 

8000  m3/nap  

Vertikális  

144,60  

966,956  

96,930  

21,62  

538,77  

J-­‐profil  

144,42  

966,956  

96,908  

21,42  

658,69  

S-­‐profil  

144,54  

966,956  

96,941  

21,41  

718,416  

Horizontális  

144,40  

966,956  

96,807  

21,69  

359,45  

   

 

33  

5. A kútpálya kialakításának gazdasági szempontjai Az előző fejezetben láthattuk, hogy a kútpálya kialakítása milyen mértékben befolyásolja az energiahozatalt. A kutak szerkezeti kialakításából adódik, hogy a különböző kútpályák költsége igen eltérő. A geotermikus fúrás eleve drágább mint egy olaj- vagy gázkúté, aminek több oka is van: -­‐

geotermikus mezőkben mostohábbak a körülmények a magas hőmérséklet és nyomás miatt. Ilyen helyeken speciális eszközöket kell használni, melyek ezeknek ellenállnak. Ezek ára természetesen magasabb a hagyományos szerszámokénál.

-­‐

Mivel a termelt fluidum energiatartalma alacsony, ezért nagy tömegáramra, ezáltal pedig nagy átmérőkre van szükség. A nagy átmérőjű szerszámok és béléscsövek ára

az

alapanyag

igénnyel

együtt

növekedik

(ez

nem

vonatkozik

a

búvárszivattyúkra, ahol ez pont fordítva működik, mivel a kisebb alkatrészek legyártása és összeszerelése bonyolultabb). A fúrási költségek növekedését az átmérő ill. a kúttípus függvényében a 12. táblázat mutatja. 12. táblázat: Fúrási költségek kútfajtánként forrás: The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

Legkisebb Kút fajtája

TVD

Termelőcső mérete

fúrófej

[m]

[in]

mérete [in]

Átlagos fúrási költség [m $] / Fúrás időtartalma [nap]

Geotermikus

2500

11 3/4"

10 5/8"

3,4 / 43

Olaj v. gáz

2500

8 5/8"

6 3/4"

1,8 /29

2500

5 1/2"

6 3/4"

1,4 /21

Olaj v. gáz (slim hole)

-­‐

A geotermikus mezőket általában jóval kevesebb kúttal csapolják meg, mint az olaj- vagy gázmezőket. Az egyedisége miatt egy kutat fajlagosan sokkal drágább lefúrni, mint egy kútcsoportot egy-egy tagját.

 

34  

14. ábra: Geotermális, olaj- és gázkutak összköltsége a mélység függvényében forrás: The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

Hogy az energiaforrásunk ténylegesen megújuló legyen a kinyert vizet vissza kell injektálni a termelőrétegbe, amihez egy vagy két további kútra lesz szükségünk. Így a legtöbb kiadást duplán kell számolnunk. Ezek miatt egy geotermikus projekt összköltségének akát 50 %-át4 is elérheti a kútpár kialakításának költsége, ezért a műszaki                                                                                                                 4

John Finger, Doug Blakenship: Handbook of Best Practices for Geothermal Drilling (Sandia National

Laboratories, USA, 2010)

   

35  

mellett a gazdasági szempontok figyelembe vétele is igen fontos. Hatványozottan érvényes ez Magyarországra, mivel itt mélyebbre kell fúrni, mint az Egyesült Államokban (ahol az MIT felmérése készül) és a beruházások is szerényebb anyagi támogatás élveznek. A különböző kútpályák közötti árkülönbséget alapvetően a ferdítés határozza meg: egyrészt a ferdítés költsége, másrészt pedig a ferdítés miatt hosszabbodó kútpálya költsége. A ferdítésnél speciális szerszámot kell összeállítani, mely általában tartalmaz fúrómotort, MWD-t és az ezekhez kapcsolódó speciális alkatrészeket (antimágneses súlyosbító, átmenetek, stb.), amik legtöbbször a ferdítést végző szervízcég tulajdonai, melyekért napi bérleti díjat számolnak fel. A ferdítés költségeihez sorolható még a ferdítést felügyelő szakamber (MWD engineer, directional driller) napi díja, továbbá a felszíni műszereket tartalmazó kabin költségei. Ezekre függőleges fúrásánál nincs szükség, valamint bizonyos kútpályáknál megoldható, hogy a ferdeség felépítése előtt/után található egyenes szakaszokon ezeket mellőzzük, megspórolva a használaton kívüli alkatrészek bérleti díját. Hosszabb kútpálya magasabb költsége azonban nem ilyen egyszerű, jóval több részletből áll össze. Hosszabb kutat több ideig tart fúrni, ám ez a két adat nem egyenesen arányos, ennek az oka, hogy nagyobb mélységből tovább tart egy ki- vagy beépítés (15. ábra).

15. ábra: A fúrás és a ki- és beépítés időtartalmának változása forrás: The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

 

36  

Ezzel együtt nő az egyik legmagasabb fix költség, a berendezés napidíja is. A fúrófej élettartalma is véges, mely munkaórában vagy fordulatban van megadva. Ezt három tényező befolyásolja: a litológia, a szerszámösszeállítás, valamint a fúrási paraméterek, melybe beletartozik a kútpálya is. Míg az első tulajdonság adott (geotermikus fúrásoknál gyakran erősen abrazív kőzetekkel találkozunk), a másik kettőt tudjuk a javunkra változtatni. A geotermikus fúrásokhoz hasznos a mozgó alkatrészek nélküli PDC fúrófejek, melyek élettartalma magasabb a hagyományos fúrófejeknél, ám ára - főleg nagy átmérőknél - jóval magasabb. A fúrás során nem csak a fúrófej kopik, amortizálódik, hanem a összes többi szerszám is, melyet adott időközönként a lyukból kiépítve ellenőrizni kell. Ez a munka is lassíthatja a fúrást, ami a költségek emelkedésével jár. Ha kifúrtuk az adott szakaszt, a lyukat a fúrószerszám saruig történő ki- és beépítésével stabilizálni kell, ez után következhet a geofizikai szelvényezés, ami hosszabb szakaszoknál a ki- és beépítések miatt szintén hosszabb ideig tart. Problémás lehet az erősen ferde vagy horizontális kutak szelvényezése, mivel itt a gravitációs erő kevésbé érvényesül, a műszer könnyebben elakadhat a kritikus szakaszokon. A szelvényezést követi a béléscsövezés mely a kútkiképzés sarokpontja. Geotermikus kutaknál eleve drágább a béléscső a nagyobb átmérők miatt, ám ha a megnövekedett kúthosszal számolunk, a béléscső költsége az egész kútkiképzés költségének több mint 50 %-a5 is lehet. 13. táblázat: A béléscső költségének növekedése a kúthossz függvényében

Kúttípus

Kúthossz [m]

Eltérés a

Béléscső költsége a teljes

kúthosszban

kút költségeihez képest

[%]

[%]

Függőleges

2804

100

30

J-profil

3277

117

35

S-profil

3406

122

36

Horizontális

3688

132

40

                                                                                                                5

John Finger, Doug Blakenship: Handbook of Best Practices for Geothermal Drilling (Sandia National

Laboratories, USA, 2010)

   

37  

A 11. táblázatból is kitűnik, hogy a ferdítés által okozott kúthossz növekedés miatt a béléscső költségei akár 5-10 %-kal is emelhetik a kútkialakítás teljes költségeit. Továbbá ferde kutakban fennáll a szelvényezésnél már ismertetett probléma: nagyobb ferdeség mellett nagyobb a surlódás, nehézkesebb a bélscső elhelyezése, valamint több központosítóra van szükség a pontos elhelyezéshez. Elképzelhető, hogy a megnövekedett hossz miatt túl hosszú szakaszok maradnának "nyitva", ami problémákhoz vezethet. Ennek megoldása, ha egy újabb béléscső szakaszt tervezünk be, ami akár a duplájára is növelheti a teljes kútkialakítás költségét, ahogy az a 16. ábrán látható.

16. ábra: Kútkiképzés költsége a béléscsőszakaszok számának függvényében forrás: The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

Összességében kijelenthető, hogy a megnövekedett kúthossz szinte az összes fúrási munkafolyamatot lassítja valamint az alapanyag igénye is magasabb. A kutak költségei közötti eltérést a 12. táblázat alapján számítottam. Az adatok természetesen nem pontosak, csupán nagyságrendileg megegyezőek, mivel ezekhez igen nehéz hozzájutni, a cégek bizalmasan kezelik az ilyen jellegű információkat. Megjegyzem, hogy ez nem jelent nagy problémát, mivel nekünk nem a végleges ár, hanem az azok közötti különbség a fontos. A táblázatban szereplő adatok korábbi tapasztalataimon és az interneten fellelhető nyilvános információkon alapulnak.

 

38  

14. táblázat: A kutak költségének fő paraméterei Berendezés  napidíja  [USD]

20000

Ferdítés  költségei  [USD/nap]

10000

Béléscső  30"  [USD/m]

90

Béléscső  13  3/8"  [USD/m]

70

Béléscső  9  5/8"  [USD/m]

50

Béléscső  7"  [USD/m]

40

Béléscső  4  1/2"  [USD/m]

25

Átlagos  fúrási  sebesség  [m/nap]

50

Ezeken az adatokon kívűl természetesen számtalan egyéb munkafolyamat és alapanyag befolyásolja egy kút végleges költségét, ám azokat jelen esetben elhanyagolhatónak vettem, mivel azok egyformán terhelnek minden kutat, kútpályától függetlenül, tehát az árak közötti különbséget nem befolyásolják. 15. táblázat: Költségek kúttípusonként Függőleges

J-­‐profil

S-­‐profil

Horizontális

Kút  hossza  [m]

2804

3277

3406

3688

Fúrás  időtartalma  [nap]

56,08

65,54

68,12

73,76

1  121  600

1  310  800

1  362  400

1  475  200

0

581

1162

1413

Ferdítés  időtartalma  [nap]

0

11,62

23,24

28,26

Ferdítés  összköltség  [USD]

0

116  200

232  400

282  600

Béléscső  hossz  30"  [m]

30

30

30

30

Béléscső  hössz  13  3/8"  [m]

504

504

504

504

Béléscső  hossz  9  5/8"  [m]

1884

2150

2112

2564

Béléscső  hossz  7"  [m]

715

770

1004

833

Béléscső  hossz  4  1/2"  [m]

296

383

325

317

Berendezés  összdíja  [USD] Ferdítendő   szakasz   hossza   [m]

 

39  

Béléscső  összköltség  [USD]  

168  180  

185  855  

191  865  

207  425  

Kút  összköltsége  [USD]

1289780

1612855

1786665

1965225

0

25,04

38,52

52,37

Eltérés   a   kutak   összköltsége   között  [%]

Látható, hogy a kutak kialakítási költségei között akár 50 %-nál nagyobb különbség is lehet, mely főleg a ferdítés költségéből adódik. Hogyha kútpárban tervezünk, akkor ez az összeg már egy teljes út költségével egyezik meg. Nem tartalmazza a fejezet a nem számszerüsíthető adatokat: azt, hogy milyen veszélyeket rejt a kútkialakítása. Ezekkel a költségekkel nem számolhatunk előzetesen, mivel azok csak probléma esetén jelennek meg. Minél bonyolultabb egy kútkialakítás, annál nagyobb az esélye annak, hogy valami nem a tervezett módon történik. Ez legrosszabb esetben lehet megszorulás, melynek következtében akár a szerszám egy része is a lyukban maradhat. Ilyenkor mentésre van szüksége, mely egy igen költséges és időrabló folyamat. De előfordulhatnak kisebb problémák is, melyek során egy munkafolyamatot újra el kell végezni. Ez lehet egy béléscsövezési, vagy cementezési hiba. Tehát ilyen szempontból a horizontális és az S-profil kevésbé ajánlott, mint a másik két egyszerűbb kútpálya. Abban az esetben, ha a kútpár egyik tagja egy rendelkezésünkre álló, függőleges kút, akkor érdemes mérlegelni annak lehetőségét, hogy a második kút kialakítását a már meglévő alapon kezdjük el. A közös alap használata olcsóbb és gyorsabb, mivel nem kell az új alapot megtervezni, illetve engedélyeztetni.

 

40  

6. Összefoglalás Dolgozatomban a kútpálya kialakításának hatását a négy legelterjedtebb kútprofilon (függőleges, J-profil, S-profil, horizontális) keresztül vizsgáltam műszaki és gazdasági szempontból. Az összehasonlítást a Prosper programmal végeztem, melynek segítségével elkészítettem a négy kút számítógépes modelljét egy meglévő, reprezentatív mintaként szolgáló meddő szénhidrogén-kút paramétereit alapul véve. Ezeket igyekeztem annyira hasonlóra készíteni, hogy az eltérést csupán a kútpályák különbsége adja. A modelleket ezután egy valós magyarországi kút geológiai környezetébe helyeztem, hogy a kapott adatok lehetőleg minél közelebb álljanak a valósághoz. A modellezés során több hozamot is vizsgáltam, hogy minél több adat álljon rendelkezésemre. A kapott adatok kiértékelésekor azt tapasztaltam, hogy miután a kút hőmérséklete a folyamatos termeltetés hatására állandósult, a kútfejhőmérsékletek között igen kicsi, 1 oC alatti különbségek alakulnak ki. Sokkal nagyobb eltérést tapasztaltam a megnövelt hozamok során, a termelés 1000 m3/nap-pal történő emelése mellett a kifolyó víz hőmérséklete nagyjából 1 oC-kal emelkedett. A legmagasabb hőmérsékletet minden esetben a függőleges kialakítású kút adta, a legalacsonyabbat pedig a horizontális, míg a Jprofil és az S-profil a kettő között, közel azonosat. A modellkísérlet is egyértelműen bebizonyította, hogy minél rövidebb úton jut a víz a felszínre, annál kevésbé hűl le. Jelentősebb eltérés jelentkezett a nyomásveszteségek vizsgálata során. Mivel a kútfejnyomás

azonos

volt,

az

eltérés

a

búvárszivattyú

által

szolgáltatott

nyomásnövekedésnél jelentkezett. A vízszintes szűrőzésnek köszönhetően a horizontális kút kisebb mélységből adott hasonló hőmérsékletet, mint a többi kút, és ez látható a búvárszivattyú teljesítményigényén is, ami közel fele volt a többi kútnál számítottnak. A műszaki elemzés után megvizsgáltam a téma gazdasági vonzatait is. Itt derült ki, hogy a kutak kialakítási költségei között igen nagy eltérések vannak, amelyek főleg a ferdítés költségeiből, valamint a megnövekedett béléscsőhosszból adódnak. Az interneten fellelhető és saját korábbi tapasztalataimon alapuló költségek alapján kiszámítottam az összes kút kialakításának rész- és összköltségeit. Az összehasonlításból látható, hogy a kutak között igen nagy különbségek tapasztalhatóak, melyek akár az 50 %-ot is meghaladhatják. Véleményem szerint a kútpálya kialakítása csak kis mértékben befolyásolja a kinyerhető energia mennyiségét, és a befektetett költség csak nagyon hosszú idő után termeli vissza.

 

41  

Azonban ha a geológiai viszonyok miatt kénytelenek vagyunk bonyolultabbb kútprofilhoz fordulni, nem fogunk hátrányt szenvedni a kialakítás miatt. Amennyiben anyagi lehetőségeink megengedik a megnövekedett költségeket, akkor mindenképp javaslom a kútpár ferdítéses kialakítását, mivel a felszíni létesítményeket sokkal egyszerűbben és praktikusabban lehet elhelyezni. Ezen belül is a J-profil ajánlom, mivel a hosszú egyenes szakaszokon mellőzhetjük a ferdítőszerszám használatát, ami csökkenti a költségeket, továbbá probléma esetén is kisebb a kockázat.    

 

 

42  

7. Summary In my thesis I analyzed the technical and economical effects of the four most used wellpaths (vertical, J-profile, S-profile, horizontal). I made simulations with the Prosper software, based on an existing dry oil well. I tried to made this four models so similar, so the difference between the calculations came only from the difference between the wellpaths. The models were placed in the environment of an existing well in Hungary, in order to get as accurate information as possible. I simulated several different flow rates, so as to get enough data. Analyzing all the information gathered, I noticed that after the temperature of the well has become continuous as a result of settled production, the difference between wellhead temperatures are always lower than 1 oC. But when I raised the flow rate with 1000 m3/day, the temperature of the wellhead rised with 1 oC. The biggest temperature was always resulted by the vertical well, the lowest was by the horizontal, while the J-profile and S-profile gave almost the same results in between. It is also a result of the simulation that the shorter the wellpath was, the less the temperature of the water fell. I noticed a more significant discrepancy at the analysis of the head loss. As the wellhead pressure was the same at all four wells, the difference between the pressures was at the sunction side of the ESP. As a result of using a horizontal wellpath, this well provided water with the same temperature from lower depth than the other three wells. The required power of the ESP of the horizontal wellpath was also around half of the others. After the technical analysis I studied the ecological aspects as well. I noticed that there are significant differences between the costs of the wells, which usually come from the expenses of the directional drilling and the differences between the lengths of the casings. According to my calculations the differences in costs between the different types of wells can be more that 50%. In my opinion the design of the wellpath does not significantly influence the amount of the produced energy, and the return of the costs is a very long process. Even if the use of a more complex wellpath (S-profile/horizontal well) is needed due to geological aspects, the energy production will not be lower. If it is financially possible, choose directional drilling, as establishing surface equipments are easier and more practical. More specifically I would recommend the use of J-profile,

 

43  

because directional drilling tools on long, straight sections are not necessary in this case, which reduces the costs and risks as well.  

 

 

44  

I.  Melléklet    

A kutak hőmérsékletgradiense 6000 m3/nap termelésnél TVD  (m)   2800   2725   2580   2400   2380   2280,4   2379,1   2334   2330   2280   2268,7   2258,2   2230   2203   2180   2170,4   2160,8   2137,4   2120,4   2080   2041,3   2137,4   2030   2000   1980   1930   1921,7   1880   1862,9   1802,1   1784,9   1725,7   1689,7   1682,5   1594,6   1588,5   1562,9   1499,4   1451,2  

 

 Vertikális    

 147,72            147,72                            147,71                            147,68                                147,64                                147,56                            147,47                    147,34                        147,20                    147,03          

Hőmérséklet  (oC)    "J"  profil      "S"  profil    

 147,72                    147,71                147,68                                                    147,64                        147,57                                147,48                    147,36                        147,23                    147,08                  

 147,72                        147,71                            147,70                    147,68                147,67                147,66                147,64            147,62                    147,59                147,55            147,51                147,47                    147,35                147,21                147,05                    146,87               45  

 Horizontális    

         147,72            147,71                        147,69                    147,66                    147,61                        147,56                                147,48                            147,37                    147,24                        147,08                    146,89          

TVD  (m)   1443,3   1404,3   1323,8   1314   1309,1   1214   1204,2   1176,8   1164   1114   1084,6   1039,6   1014   965   964   950   935   920   914   905   902,4   890   875   864   860   845   830   815   814   800   785   773,2   770   764   755   740   725   714   710   695   680   665   664  

 

 Vertikális    

             146,84                        146,63                        146,39                                            146,13                                                    145,86                                                      

Hőmérséklet  (oC)    "J"  profil      "S"  profil    

 146,91                146,71                        146,50                        146,26                    146,01                145,96            145,92            145,87                145,83                145,78            145,74                145,69            145,64            145,59            145,55                145,50            145,45                145,40                145,35            145,30            145,25                145,20            145,15            145,10            145,05              

     146,68                    146,47            146,24                    146,15            146,06                    145,86                145,75                        145,64                            145,53                            145,42                            145,30                        145,18                            145,05           46  

 Horizontális    

             146,68                        146,44                        146,18                                            145,89                                                    145,62                                                      

TVD  (m)   650   644,1   635   620   614   605   590   575   564,5   560   545   530   515   507,5   500   457,5   450   400   375   350   350   240   233,3   130   116,7   20   10   0  

 Vertikális    

     145,58                                                    145,27            145,25            145,23                144,92            144,61            144,51            144,42                144,22                144,00                143,77            143,68            143,58          

Hőmérséklet  (oC)    "J"  profil      "S"  profil    

 144,99                144,94            144,89                144,83            144,78            144,73                144,67            144,62            144,56            144,50                    144,36                144,22            144,13            144,04                    143,82                143,59                    143,35          

                 144,92                        144,79                        144,66                    144,52                144,37            144,28            144,19                    143,97                143,74                    143,50          

     

 

 

47  

 Horizontális    

     145,33                                                    145,01            144,99            144,97                144,66            144,35            144,26            144,16            144,16            143,96                143,74                143,52            143,12            143,32          

II.  Melléklet    

A kutak hőmérsékletgradiense 7000 m3/nap termelésnél TVD  (m)   2800   2580   2400   2380   2379,1   2334   2330   2280   2268,7   2258,2   2230   2203   2180   2170,4   2160,8   2137,4   2120,4   2080   2041,3   2137,4   2030   2000   1980   1930   1921,7   1880   1862,9   1802,1   1784,9   1725,7   1689,7   1682,5   1594,6   1588,5   1562,9   1499,4   1451,2   1443,3   1404,3  

 

 Vertikális    

 147,72                        147,71                            147,69                                147,65                                147,59                            147,50                    147,40                        147,27                    147,13                  

Hőmérséklet  (oC)    "J"  profil      "S"  profil    

 147,72                147,71                            147,69                                    147,65                        147,59                                147,51                    147,41                        147,30                    147,17                    147,02              

 147,72                    147,71                        147,70                    147,69                147,68            147,67                    147,65            147,63                    147,61                147,58            147,58                147,51                    147,40                147,28                147,14                    146,99                    146,83           48  

 Horizontális    

     147,72            147,71                        147,69                147,67                    147,63                        147,58                                147,51                            147,42                    147,31                        147,17                    147,01                  

TVD  (m)   1323,8   1314   1309,1   1214   1204,2   1176,8   1164   1084,6   1039,6   1114   1064   1014   965   964   950   935   920   914   905   902,4   890   875   864   860   845   830   815   814   800   785   773,2   770   764   755   740   725   714   710   695   680   665   664   650  

 

 Vertikális    

     146,97                        146,78                    146,58                                                    146,35                                                    146,13                                                          

Hőmérséklet  (oC)    "J"  profil      "S"  profil    

 146,85                        146,67                    146,47                            146,25                146,21            146,17            146,13                146,09                146,06            146,02                145,98            145,93            145,89            145,85                145,81            145,77                145,73                145,68            145,64            145,60                145,55            145,51            145,47            145,42                145,38          

         146,65            146,45                    146,37                    146,29            146,21            146,12                146,03                        145,94                            145,84                            145,74                            145,64                        145,53                            145,43               49  

 Horizontális    

     146,83                        146,62                    146,40                                                    146,15                                                    145,92                                                          

TVD  (m)   644,1   635   620   614   605   575   564,5   560   545   530   515   507,5   500   457,5   450   400   375   350   350   240   233,3   130   116,7   20   10   0  

 Vertikális    

 145,88                                                145,62            145,60            145,58                145,32            145,04            144,97            144,89                144,71                144,52                144,33            144,24            144,16          

Hőmérséklet  (oC)    "J"  profil      "S"  profil    

     145,33            145,29                145,24            145,15                145,10            145,05            145,00            144,96                    144,84                144,71            144,63            144,55                    144,37                144,17                    143,96          

             145,32                    145,20                        145,09                    144,97                144,84            144,77            144,69                    144,50                144,30                    144,09          

   

 

 

50  

 Horizontális    

 145,66                                                145,39            145,38            145,36                145,09            144,82            144,74            144,66                144,49                144,30                144,11            144,02            143,94          

III.  Melléklet    

A kutak hőmérsékletgradiense 8000 m3/nap termelésnél TVD  (m)   2800   2580   2400   2380   2280,4   2379,1   2334   2280   2268,7   2258,2   2230   2203   2180   2160,8   2137,4   2120,4   2080   2041,3   2137,4   2030   2000   1980   1930   1921,7   1880   1862,9   1802,1   1784,9   1725,7   1689,7   1682,5   1594,6   1588,5   1562,9   1499,4   1451,2   1443,3   1404,3   1323,8  

 

 Vertikális    

 147,72                            147,71                        147,69                            147,66                                147,60                            147,53                    147,44                        147,33                    147,20                      

Hőmérséklet  (oC)    "J"  profil      "S"  profil    

 147,72                147,71                147,69                                            147,66                        147,60                                147,54                    147,45                        147,35                    147,24                    147,11                146,96          

 147,72                    147,71                        147,70                    147,69                147,68                    147,66            147,64                    147,62                147,59            147,57                147,53                    147,44                147,33                147,22                    147,08                    146,94               51  

 Horizontális    

     147,72            147,71                        147,70                147,67                    147,64                    147,60                                147,54                            147,46                    147,36                        147,24                        147,10                  

TVD  (m)   1314   1309,1   1214   1204,2   1176,8   1164   1084,6   1039,6   1114   1064   1014   965   964   950   935   920   914   905   902,4   890   875   864   860   845   830   815   814   800   785   773,2   770   764   755   740   725   714   710   695   680   665   664   650   644,1  

 

 Vertikális    

 147,06                        146,90                    146,72                                                    146,52                                                    146,32                                                            146,11          

Hőmérséklet  (oC)    "J"  profil      "S"  profil    

             146,80                    146,62                            146,43                146,40            146,36            146,33                146,30                146,26            146,23                146,19            146,16            146,12            146,08                146,05            146,01                145,97                145,94            145,90            145,86                145,82            145,78            145,74            145,71                145,67              

     146,78            146,61                    146,54                    146,47            146,39            146,32                146,24                        146,16                            146,07                            145,98                            145,90                        145,80                            145,71                   52  

 Horizontális    

 146,94                        146,76                    146,56                                                    146,35                                                    146,14                                                            145,92          

TVD  (m)   635   620   614   605   575   564,5   560   545   530   515   507,5   500   457,5   450   400   375   350   350   240   233,3   130   116,7   20   10   0  

 Vertikális    

                                     145,88            145,86            145,85                145,61            145,37            145,31            145,24                145,08                144,92                144,75            144,67            144,60          

Hőmérséklet  (oC)    "J"  profil      "S"  profil    

 145,63            145,59                145,55            145,46                145,42            145,38            145,34            145,30                    145,19                145,08            145,01            144,94                    144,78                144,60                    144,42          

         145,61                    145,51                        145,41                    145,31                145,20            145,13            145,06                    144,89                144,72                    144,54          

 

 

53  

 Horizontális    

                                     145,68            145,67            145,65                145,42            145,18            145,11            145,04                144,88                144,72                144,55            144,48            144,40          

IV. Melléklet   A kutak nyomásgradiense 6000 m3/nap termelésnél TVD  (m)   2800   2779,2   2758,4   2738,9   2725   2690   2669,6   2650   2600   2580   2550   2539,9   2524,9   2500   2499,5   2489,6   2480   2449,7   2430   2400   2380   2280,4   2379,1   2334,3   2330   2280   2268,7   2258,2   2230   2203   2180   2170,4   2160,8   2120,4   2137,4   2080   2041,3   2030   2000  

 

 Vertikális    

 247,96                        240,59                    233,21            228,30                223,38                221,05            218,61                                            207,40                            196,10                                    184,80                        171,98          

Nyomás  (bar)   "J"  profil   "S"  profil  

243,02   241,06   239,09               230,09           221,08       217,29           213,51           208,83       204,15       192,91                                           180,67               170,44          

243                   232,16               221,31       217,3           213,3   212,34   211,38       206,41       201,44               196,48   191,51           186,54       181,58   180,63   179,68   175,89       172,1       167,42       54  

 Horizontális    

                                     243,00                238,83                    234,66                    229,49                224,32                        218,12                    211,92                    205,72                            199,52                        186,68          

TVD  (m)   815   814   800   785   773,2   770   764   755   740   725   714   710   695   680   665   664   644,1   635   620   614   605   590   575   564,5   560   545   530   515   507,5   500   457,5   450   400   375   350   350   240   233,3   130   116,7   20   10   0  

 

Nyomás  (bar)      Vertikális       "J"  profil   "S"  profil  

                 57,45                                                        45,40                                                    33,36            32,66            31,96                27,34            22,72            20,40            18,09            48,40            37,58                26,75                15,93            15,01            14,09          

55,27       53,86   52,44       51,03       49,62   48,2   46,79       45,37   43,96   42,54   41,13           38,3   36,89       35,47   34,06   32,64       31,23   29,82   28,4   26,99           21,6       16,22   13,94   11,59   49,5       38,1       26,53           15,05  

    53,32                   48,64               43,96                   39,29               34,61               29,98               25,35           19,98       14,61   12,29   9,98   47,87       36,39       24,91           13,43   55  

   Horizontális      

                 71,97                                                        59,91                                                    47,86            47,16            46,46                41,83            37,21            34,90            32,58            47,75            36,92                26,10                15,27            14,35            13,43          

V.  Melléklet    

A kutak nyomásgradiense 7000 m3/nap termelésnél

  TVD  (m)   2800   2779,2   2758,4   2725   2690   2669,6   2650   2600   2580   2550   2539,9   2524,9   2500   2499,5   2489,6   2480   2449,7   2430   2400   2380   2379,1   2334,3   2330   2280,4   2280   2268,7   2258,2   2230   2203   2180   2170,4   2160,8   2120,4   2137,4   2080   2041,3   2137,4   2030   2000  

 

 Vertikális    

 247,96                    240,44                    232,92            227,90                222,89                220,54            218,20                                        206,85                                195,51                                    184,17                            171,30          

Nyomás  (bar)   "J"  profil   "S"  profil  

243,02   241,05   239,07           229,8           220,53       216,72           212,92           208,21       203,51                   192,21                               180,91               169,62              

243               231,93               220,86       216,75           212,64   211,66   210,68       205,6       200,51           195,42       190,33           185,25       180,17   179,19   178,22   174,42       170,61           165,91       56  

 Horizontális    

                                 243,00                238,67                    234,34                    228,98                223,61                    217,37                        211,13                    204,89                            198,65                            185,76          

TVD  (m)   815   814   800   785   773,2   770   764   755   725   714   710   695   680   665   664   650   644,1   635   620   614   605   590   575   564,5   560   545   530   515   507,5   500   457,5   450   400   375   350   350   240   233,3   130   116,7   20   10   0  

 

 Vertikális    

                 56,40                                                        44,32                                                    32,23            31,53            30,83                26,21            21,59            19,28            16,97            50,82            39,72                28,72                17,67            16,75            15,83          

Nyomás  (bar)   "J"  profil   "S"  profil  

53,82       52,4   50,97       49,55       48,13   45,28       43,85   42,43   41,01   39,58       38,16       36,74   35,31       33,89   32,46   31,04       29,62   28,19   26,77   25,34           19,94       14,53   12,22   9,91   50,54       38,82       27,1           15,38  

    51,24                   46,54           41,85                   37,15                   32,46               27,81               23,16           17,77       12,38   10,07   7,76   48,38       36,66       24,94           13,22   57  

 Horizontális    

                 70,64                                                        58,54                                                    46,45            45,75            45,04                40,42            35,80            33,49            31,17            51,50            40,45                29,40                18,35            17,43            16,50          

VI.  Melléklet    

A kutak nyomásgradiense 8000 m3/nap termelésnél TVD  (m)   2800   2779,2   2758,4   2725   2690   2669,6   2650   2600   2580   2550   2539,9   2524,9   2500   2499,5   2489,6   2480   2449,7   2430   2400   2380   2280,4   2379,1   2334,3   2330   2280   2268,7   2258,2   2230   2203   2180   2170,4   2160,8   2120,4   2137,4   2080   2041,3   2030   2000   1980  

 

 Vertikális    

 247,96                    240,27                    232,57            227,44                222,32                219,96            217,61                                            206,22                            194,83                                    183,45                        170,53              

Nyomás  (bar)   "J"  profil   "S"  profil  

243,02   241,03   239,05           229,47           219,9       216,07           212,24           207,51       202,78       191,4                                           180,04               168,67              

243               231,66               220,33       216,11           211,9   210,89   209,88       204,66       199,44               194,21   188,98           183,76       178,54   177,54   176,54   172,72       168,9       164,17       159,45   58  

 Horizontális    

                                 243,00                238,49                    233,98                    228,39                222,80                        216,51                    210,22                    203,94                            197,65                        184,70              

TVD  (m)   1930   1921,7   1880   1862,9   1802,1   1784,9   1725,7   1689,7   1682,5   1594,6   1588,5   1562,9   1499,4   1451,2   1443,3   1404,3   1323,8   1314   1309,1   1214   1204,2   1176,8   1164   1114   1084,6   1064   1039,6   1014   965   964   950   935   920   914   905   902,4   890   875   864   860   845   830   815  

 

 Vertikális    

             157,62                    144,71                        131,80                    118,90                        106,00                        93,11                            80,21                                            67,32                                      

Nyomás  (bar)   "J"  profil   "S"  profil  

    157,31           145,95               134,59           123,24           111,89       100,53               89,19               77,84               66,49       65,06   63,62   62,19       60,75       59,32   57,88       56,45   55,01   53,58   52,14  

154,73       150           140,94       131,88       122,82           113,76           104,7           95,65   86,59           81,87   77,15       72,43       67,72       63               58,28                   53,56                   59  

 Horizontális    

             171,76                    158,82                        145,88                    132,95                        120,02                        107,09                            94,17                                            81,25                                      

TVD  (m)   814   800   785   773,2   770   764   755   725   714   710   695   680   665   664   650   644,1   635   620   614   605   590   575   564,5   560   545   530   515   507,5   500   457,5   450   400   375   350   350   240   233,3   130   116,7   20   10   0  

 Vertikális    

             55,19                                                        43,06                                                    30,94            30,23            29,53                24,91            20,29            17,98            15,66            51,76            40,44                29,13                17,83            16,90            15,98          

Nyomás  (bar)   "J"  profil   "S"  profil  

    50,71   49,27       47,84       46,4   43,53       42,1   40,66   39,23   37,79       36,36       34,92   33,49       32,05   30,62   29,18       27,75   26,31   24,88   23,44           18,01       12,58   10,27   7,95   52,07       40,07       28,08           16,08  

48,84                   44,13           39,41                   34,69                   29,98               25,31               20,64           15,23       9,82   7,5   5,19   53,31       41,31       29,31           17,32  

   

60  

 Horizontális    

             69,10                                                        56,96                                                    44,82            44,12            43,41                38,79            34,17            31,86            29,54            53,62            42,31                30,99                19,68            18,76            17,84          

Ábrajegyzék   1. ábra: Herrenknecht-Vertical Innovarig Dürrnhaarban (Németország).............................7 2. ábra: Meddő szénhidrogén-kút szerkezete (nem méretarányos).....................................12 3. ábra: A meddő CH kút becsült beáramlási görbéje........................................................15 4. ábra: A függőleges kút csövezési rajza (nem méretarányos)..........................................17 5. ábra: J-profilú kút kútpályája..........................................................................................19 6. ábra: Az S-profilu kút kútpályája....................................................................................20 7. ábra: A horizontális kút kútpályája.................................................................................22 8. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 6000 m3/nap-os termelés mellett.....................25 9. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 7000 m3/nap-os termelés mellett.....................26 10. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 8000 m3/nap-os termelés mellett...................27 11. ábra: Nyomásviszonyok alakulása a kutakban 6000 m3/nap termelés mellett.............29 12. ábra: Nyomásviszonyok alakulása a kutakban 7000 m3/nap termelés mellett.............30 13. ábra: Nyomásviszonyok alakulása a kutakban 8000 m3/nap termelés mellett.............31 14. ábra: Geotermális, olaj- és gázkutak összköltsége a mélység függvényében...............34 15. ábra: A fúrás és a ki- és beépítés időtartalmának változása..........................................35 16. ábra: Kútkiképzés költsége a béléscsőszakaszok számának függvényében.................37

 

61  

Táblázatok jegyzéke 1. táblázat: Meddő szénhidrogén-kút fúrási adatai.............................................................11 2. táblázat: Fúrási rétegsor..................................................................................................14 3. táblázat: Rétegjellemzők.................................................................................................14 4. táblázat: Vertikális kút kialakításának adatai.................................................................16 5. táblázat: A J-profilú kút kialakításának adatai................................................................15 6. táblázat: Az S-profilú kút kialakításának adatai.............................................................19 7. táblázat: A horizontális kút kialakításának adatai 8. táblázat: Kiválasztott szivattyúk és motorok 9. táblázat: A kutak termikus teljesítménye 10. táblázat: Fúrási költségek kútfajtánként 11. táblázat: A béléscső költségének növekedése a kúthossz függvényében 12. táblázat: A kutak költségének fő paraméterei 13. táblázat: Költségek kúttípusonként

 

 

 

62  

Felhasznált irodalom

•

Bihari-Tóth Gergely: Iceland Deep Drilling Project

•

Bobok Elemér Dr., Tóth Anikó Dr.: Helyzetkép a geotermikus energia termelésről és hasznosításról (Miskolc, 2011)

•

Bobok Elemér Dr., Tóth Anikó Dr.: Megújuló energiák (Miskolc, 2005)

•

Bódi Tibor Dr.: PVT számítások (Miskolc, 2006)

• •

BVH Kft.: Meddő szénhidrogén kutak hasznosítási lehetőségei (Eger, 2010. november 18.) Drilling Data Handbook (Seventh edition, Paris, 1999)

•

Ernst Huenges Dr., Inga Moesck: Directional Drilling and Stimulation of a Deep Sedimentary Geothermal Reservoir (Scientific Drilling No.5, September 2007)

•

Ernst Huenges Dr.: Geothermal energy systems (Potsdam, 2010)

•

Geothermal deep well drilling practices - an introdution (Geothermal Consultants New Zealand Limited)

•

Hussain Rabia: Well Engineering & Construction

•

John Finger, Doug Blakenship: Handbook of Best Practices for Geothermal Drilling (Sandia National Laboratories, USA, 2010)

•

Ladislaus Rybach: Status and Prospects of Geothermal Energy (World Geothermal Congress, Bali, 2010)

•

Oil Field Familization (Baker Hughes INTEQ, 1996)

•

Petroleum Experts (IPM 7): User Manual - Prosper version 11 (2009)

•

T. A. Inglis: Petroleum Engineering and Development Studies vol. 2. Directional drilling (London, 1987)

•

Takács Gábor Dr.: ESP Manual (Elsevier, 2009)

•

The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

•

Wulf Brandt & Geotermics Group: Drilling a geothermal well into a deep sedimentary geothermal reservoir – conclusions from case study Gross Schoenebeck (Geoforshungzentrum Potsdam, 2010)

 

 

63