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