ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2014, № 3, с. 24-36
УДК 550.341.5
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ИНФИЛЬТРАЦИИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАУЖЕТСКОГО И МУТНОВСКОГО ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (КАМЧАТКА, РОССИЯ)
© 2014 г. А. В. Кирюхин1, Н. П. Асаулова2, О. Б. Вереина3, А. Ю. Поляков1
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: avk2@kscnet.ru 2ГУП "Камчатскбургеотермия" 684035 пос. Термальный, Крашенинникова, 1 3 Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7 Поступила в редакцию 16.04.2012 г.
Показано, что при эксплуатации Паужетского геотермального месторождения (1960—2007 гг.) в продуктивный резервуар поступает значительное количество метеорных вод, оцениваемое в 30% от расхода отбора теплоносителя, что приводит к охлаждению продуктивного резервуара и снижению добычи пара. Моделирование процесса эксплуатации при условии изоляции зон инфильтрации показывает возможность увеличения продукции пара на 23.2%. Многовариантное моделирование эксплуатации участка Дачный Мутновского геотермального месторождения показывает, что наиболее вероятным сценарием эксплуатации является инфильтрация метеорных вод с расходом около 60 кг/с в продуктивный резервуар сверху. Эти результаты согласуются с понижением паросодержания в первые четыре года эксплуатации.
DOI: 10.7868/S0203030614020035
ВВЕДЕНИЕ
Моделирование эксплуатации Паужетского геотермального месторождения [Кирюхин и др., 2010а]показало, что при введении в модель пяти дополнительных скважин в период с 2007 по 2032 гг. сохраняется средняя паропроизводительность в 29 кг/с, достаточная для поддержания мощности 6.8 МВт эл. на Паужетской геотермальной электростанции (ГеоЭС). Приток метеорных вод составил 30% от общего объема извлекаемого флюида. Инфильтрация метеорных вод в геотермальный резервуар может происходить через плохо зацементированные ликвидированные скважины, что должно приводить к охлаждению продуктивных зон и отрицательно влиять на параметры продуктивности. Многовариантное моделирование эксплуатации участка Дачный Мутновского месторождения позволило уточнить условия обеспечения паром Мутновской ГеоЭС мощностью 50 МВт эл. в течение 15 лет, с использованием семи дополнительных модельных скважин на этом участке [КгуикЫп, 2005]. Аномально низкие уровни воды (на глубинах 500—600 м) также приводят к вертикальной инфильтрации метеорных вод в продуктивные зоны через плохо зацементированные ликвидированные скважины. Сводный анализ промысловых данных за 2000—2006 гг. совместно с численным моделированием показал возможность таких явлений.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАУЖЕТСКОГО
ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
В основе трехмерной численной модели эксплуатации Паужетского геотермального месторождения лежит концептуальная гидрогеологическая модель Паужетской гидротермальной системы [КтуикЫп й а1, 2008]. Для создания численной модели были использованы пакеты программ TOUGH2, iTOUGH2, генератор сеток Л-МЕ8Н ^^ейе, 2007; Наик^а, 1998; Ргие88 Йа1., 1999], для калибровки модели-результаты моделирования естественного состояния системы совместно с данными по эксплуатации месторождения за период с 1960 по 2006 гг. [КгуикЫт е! а1., 2008]. В откалиброванной модели из условий теплового и массового баланса были определены источники геотермальных ресурсов месторождения. Было проведено прогнозное моделирование эксплуатации месторождения для периода с 2007 по 2032 гг., при условии введения в модель пяти дополнительных скважин и усовершенствования паропровода от скважин 122 и 131 (понижения устьевого давления на скважинах). Результаты моделирования показали, что суммарный расход пароводяной смеси сохраняется в диапазоне 266.1—317.7 кг/с (288.3 кг/с в среднем), а суммарная паропроизводительность — в диапазоне 26.8—
0 500 м
1_I
Рис. 1. Численная сетка для моделирования эксплуатации Паужетского геотермального месторождения, по [КпуикЫп е! а1., 2010]. Изотерма 180°С соответствует начальной температуре на абсолютной отметке —250 м. Скважина 142 — нагнетательная; РР — геотермальная электростанция.
1 — существующие эксплуатационные скважины, 2 — старые эксплуатационные скважины, 3 — дополнительные скважины, 4 — паропроводы, 5 — отдельный водопровод, 6 — участки горячих источников, 7 — области низкой проницаемости, 8 — области инфильтрации, 9 — потенциальные проводники инфильтрации (ликвидированные или наблюдательные скважины на участках инфильтрации).
31.9 кг/с (28.9 кг/с в среднем), что достаточно для поддержания мощности 6.8 МВт эл. на Паужет-ской ГеоЭС. Минимальная суммарная производи-
тельность существующих скважин (103, 106, 108, 120, 121, 122, 123, 131 и GК3) составит 159.2 кг/с (в том числе 12.8 кг/с пара) (рис. 1).
г^оосло^нсчт^гтчог^оосло^нсчт^гтчог^оосло^нсчт ооо^н^^н^н^н^н^н^н^н^нсчсчсчсчсчсчсчсчсчсчтттт
ооооооооооооооооооооооооооо 222222222222222222222222222
Рис. 2. Паужетское геотермальное месторождение: результаты прогнозного моделирования.
1 — суммарный двухфазный расход для скв. 103, 106, 108, 120, 121, 122, 123, 131, GК3, 120А, 123А, 107А, 102А и 102В в течение 2007-2032 гг. [КпуикЫп е! а1., 2008, 2010]; 2 — то же при условии отключения областей инфильтрации; 3 — суммарный двухфазный расход с учетом только скважин, существующих на декабрь 2006 г. [КпуикЫп е! а1., 2010]; 4 — то же при условии отключения областей инфильтрации.
Согласно результатам моделирования, а также данным об изотопном составе Н20 (Т, D, О18) и анализу баланса хлора, приток метеорных вод на Паужетском месторождении составляет 30% от общего объема извлеченного флюида [Кирюхин и др., 2010а]. Это установлено не только в бывшей области разгрузки существовавших ранее горячих источников, но и главным образом в районе ликвидированных скважин, где до начала эксплуатации никакой естественной разгрузки не наблюдалось (см. рис. 1). Изотопный состав воды ф) добычных скважин по состоянию на 2005 г. соответствовал составу воды р. Паужетка [Кирюхин и др., 2010б]. Отсюда можно сделать вывод, что некоторые (плохо зацементированные) из ликвидированных скважин могут служить путями инфильтрации метеорных вод в резервуар, что должно вызывать охлаждение продуктивных зон и отрицательно влиять на параметры продуктивности.
Следующий вариант моделирования показал, что производительность можно значительно повысить, если прекратить инфильтрацию через ликвидированные скважины. После исключения областей инфильтрации в модели (см. рис. 1) для
периода с 2007 по 2032 гг. были получены следующие прогнозные результаты (рис. 2, 3): суммарный расход пароводяной смеси — 267.0—370.0 кг/с (322.4 кг/с в среднем), суммарная паропроизво-дительность — 28.9—41.2 кг/с (35.6 кг/с в среднем), а минимальная производительность существующих скважин (103, 106, 108, 120, 121, 122, 123, 131 и ОК3) — 274.7 кг/с (в том числе 24 кг/с пара). Таким образом, согласно результатам моделирования, суммарную паропроизводительность можно увеличить в среднем на 23.2%. Кроме того, минимальная паропроизводительность существующих скважин может вырасти на 87.5%. Это позволит повысить мощность электростанции с 7 до 8.6 МВт эл. без бурения дополнительных скважин.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ МУТНОВСКОГО ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
На Мутновском месторождении — крупнейшем на Камчатке высокотемпературном геотермальном месторождении, расположенным вблизи г. Петро-павловска-Камчатского, сейчас работают две геоВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ № 3 2014
40
35
30
25
20
15
10
102В
102А
107А
103 + 106 + 108 + 120 + 121 + 122 + 123 + 131 + GK3 + 120А + 123А + 107А + 102А + 102В
4
103 + 106 + 108 + 120 + 121 + 122 + 123 + 131 + GK3
131—
WHP = 3 бар
122— WHP = 3.5 бар
1
3
5 -
0
7 8 сл 0 1 2 3 4 5 6 7 8 сл 0 1 2 3 4 5 6 7 8 сл 0 1 2 3
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Рис. 3. Паужетское геотермальное месторождение: результаты прогнозного моделирования.
1 — суммарная паропроизводительность для скв. 103, 106, 108, 120, 121, 122, 123, 131, ОК3, 120А, 123А, 107А, 102А и 102В в течение 2007-2032 гг. [КпуикЫп е! а1., 2008; 2010]; 2 — то же при условии отключения областей инфильтрации;
3 — паропроизводительность с учетом только скважин, существующих на декабрь 2006 г. [КпуикЫп е! а1., 2008; 2010];
4 — то же при условии отключения областей инфильтрации. Паропроизводительность была рассчитана при давлениях сепарации на соответствующих скважинах.
термальные электростанции: Верхне-Мутновская (с 1999 г. — 12 МВт эл.) на участке Верхне-Мутнов-ский и Мутновская (с 2002 г. — 50 МВт эл.) на участке Дачный. Возможные варианты эксплуатации участка Дачный Мутновского месторождения были впервые проанализированы в работах [КиуикЫп, 1996; Кирюхин и др., 2005; КиуикЫп, 2005; КиуикЫп, \fereina, 2005]. В его центральной части находится продуктивная зона "Основная", вскрытая многочисленными скважинами и изученная в период с 2001 по 2003 гг. После уточнения геометрии этой зоны была разработана концептуальная гидрогеологическая модель резервуара [Кирюхин и др., 2005], в которой описана вскрытая скважинами продуктивная зона, приуроченная к разломной зоне северо-северо-восточно-го простирания падением 60° на восток-юго-восток и средней вертикальной мощностью около 240 м (истинная мощность 120 м). Эта модель была усовершенствована путем учета тепломассообмена продуктивной зоны с вмещающим ее массивом горных пород [КиуикЫп, Уегета, 2005]; с помощью численного моделирования (на основе паке-
та программ ТОиОИ2 [Ргие88 е! а1., 1999]) был проведен анализ естественного состояния продуктивной зоны и дан прогноз различных режимов эксплуатации участка Дачный.
Генерация вычислительной сетки
Гидротермальный резервуар был представлен в виде единого резервуара, объединяющего продуктивную зону "Основная" [Кирюхин и др., 2005] и вмещающие горные породы [КиуикЫп, Уегета, 2005]; оба резервуара совпадают в плане с основной вычислительной сеткой, привязанной к существующим скважинам (рис. 4). При создании вычислител
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.