ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
GEOTHERMAL ENERGY
Статья поступила в редакцию 05.12.13. Ред. рег. № 1892
The article has entered in publishing office 05.12.13 . Ed. reg. No. 1892
УДК 662.997
МЕТОД ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДЕБИТА ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ СКВАЖИН
Ю.П. Морозов
Институт возобновляемой энергетики, Национальная академия наук Украины 02094 Киев, ул. Красногвардейская, д. 20А Тел./факс +38-044-206-28-09, E-mail: renewable@ukr.net
Заключение совета рецензентов: 15.12.13 Заключение совета экспертов: 20.12.13 Принято к публикации: 25.12.13
Предложен метод интенсификации дебета геотермальных скважин путем закачки нерастворимой в термальной воде жидкости с удельным весом меньшим, чем удельный вес термальной воды.
Ключевые слова: геотермальная скважина, нерастворимая в термальной воде жидкость, погружная трубка, пластовое давление
THE METHOD OF THE ENHANCEMENT OF GEOTHERMAL WELLS DEBIT
Yu.P. Morozov
Institute of Renewable Energy of NASU, 20A Krasnogvardeyskaya St., Kiev, 20294, Ukraine Tel/fax +38044 206-28-09, e-mail: renewable@ukr.net
Referred: 15.12.13 Expertise: 20.12.13 Accepted: 25.12.13
The method of the enhancement of the debit of geothermal wells is proposed. The suggested approach involves pumping into thermal water the insoluble liquid which density is the lower then density of thermal water.
Keywords: geothermal wells, insoluble liquid in thermal water, immersion tube, reservoir pressure.
Сведения об авторе: заведующий отделом геотермальной энергетики Института возобновляемой энергетики НАН Украины, канд. техн. наук, старший научный сотрудник. Образование: высшее.
Область научных интересов: возобновляемая энергетика, геотермальная энергетика, использование тепла окружающей среды. Публикации: более 140.
Юрий Петрович Морозов
Одним из основных показателей системы добычи геотермальных источников энергии из подземных проницаемых слоев является дебит геотермальных скважин, который определяет ее тепловую мощность и вместе с давлением нагнетания - энергетическую эффективность геотермальных технологий.
Известны такие способы повышения дебита геотермальных скважин: газлифт, эрлифт, термолифт и погружные насосы [1].
Предлагается проводить интенсификацию дебита геотермальных скважин путем закачки нерастворимой в термальной воде жидкости с удельным весом меньшим, чем удельный вес термальной воды.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 17 (139) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Ю.П. Морозов. Метод интенсификации дебита геотермальных скважин
Схема повышения дебита геотермальных скважин (рисунок) включает насос для закачивания легкой жидкости 1, погружную трубку для подачи легкой жидкости в скважину 2, геотермальную скважину 3, проницаемый подземный слой 4 и отстойник смеси термальной воды и легкой жидкости 5.
Схема повышения дебита геотермальных скважин: 1 - насос для закачивания легкой жидкости; 2 - погружная трубка для подачи легкой жидкости в скважину; 3 - геотермальная скважина; 4 - проницаемый подземный слой; 5 - отстойник смеси термальной воды и легкой жидкости The scheme of the enhancement of the debit of geothermal wells:1 - pump for low density liquid; 2 - immersion tube for feeding of low density liquid into the well; 3 - geothermal wells; 4 - permeable underground layer; 5 - sump mixture of thermal water and low density liquid
Повышение дебита геотермальных скважин основано на снижении действия веса ствола воды в скважине.
В схеме повышения дебита геотермальных скважин можно выделить две гидравлически связанные системы:
Первая гидравлическая система содержит проницаемый пласт, который характеризуется начальным пластовым давлением Рст, динамическим пластовым давлением Рдн, коэффициентом производительности ^пд, который равняется:
О
1 =
Р - Р
(1)
Известно [1-3], что минимальное пластовое давление в напорных водах равняется гидростатическому давлению. Разницу между пластовым давлением и давлением в стволе геотермальной скважины опре-
деляет давление, под действием которого происходит движение жидкости в скважине.
Перепад давления ЛР, под действием которого происходит начало движения смеси термальной воды и легкой нерастворимой в воде жидкости в скважине, равняется:
АР = Р - Lm„
тсм = (1 -Х) тв -Хтл.
(2) (3)
где Рс - статическое давление геотермальной скважины; Ь - длина (глубина) скважины, м; тсм, тв, тлж - соответственно удельный вес смеси, воды и легкой жидкости; % - доля рабочей (легкой) жидкости в ее смеси с термальной водой
X =
G G
_лж _ _лж
G + G ~ G„
(4)
где Ов, Олж, Осм - соответственно расход термальной воды, легкой (рабочей) жидкости и смеси.
Значение динамического давления устанавливается на основании испытания скважины и учитывает потери давления в призабойной зоне скважины и потери давления на трение в скважине, а в нашем случае в межтрубном (кольцевом) пространстве.
Рассчитать динамическое давление на устье скважины ЛРдн можно таким образом:
АР = АР +АР ,
д пр тр '
(5)
где ЛРпр - потери давления в призабойной зоне скважины, рассчитывается по формуле Дюпюи [1]; ЛРтр -потери трения в стволе скважины, рассчитывается по формуле трубной гидравлики Дарси-Фейсбаха [4].
Таким образом, в процессе повышения дебита геотермальных скважин после закачивания легкой жидкости дебит смеси в межтрубном пространстве равняется:
G =l(m L-т L + P -АР).
см ~ \ в см ст д /
(6)
Вторая гидра лическая с язанная система содержит: насос, погружную трубку для закачивания легкой жидкости, кольцевое межтрубное пространство, где движется смесь термальной воды и рабочей жидкости и отстойник. На первой стадии процесса закачивания рабочей жидкости давление нагнетания Рн составляет:
Р = т L - т L + АР ,
н в лж тр тр •
(7)
где Ь-ф - длина трубки, м; ЛРтр - потери давления на трение в погружной трубке.
На второй стадии происходит постепенное наполнение легкою жидкостью межтрубного пространства и давление нагнетания рабочей жидкости постепенно понижается из-за того, что в кольцевом пространстве давление понижается.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 17 (139) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Геотермальная энергетика
Третья стадия нагнетания характеризуется полным заполнением межтрубного пространства расчетным объемом легкой жидкости.
Давление нагнетания рабочей жидкости равняется
Р = m L - т L + AP
н см лж тр тр
(8)
Если принять L = LTp, то
Рн =[(1 -х) mB-хтлж ] L + АРтр = = К -т„ж)(1 -х)L + АРтр .
(9)
Давление, которое будет в отстойнике Рот, или на всасывании нагнетательного насоса, определяется таким образом:
Рот = тЕЬ-[(1 -х) тв +хтлж ] Ь + Рс-АРД =
= ХЦ -тлЖ)Ь + Рс -АРд. (10)
Разница давления между давлением на всасывании насоса (давления в отстойнике) и выхлопе (АРн), что определяет необходимое давление для нагнетания легкой (рабочей) жидкости определяется таким образом:
АР, = Рот - Рн =х(тв - тлж )Ь + Ре -
-Рд -(тв - тлж )(1 -X) Ь + АРтр . (11)
Из (11) можно увидеть, что при % = 0,5 давление нагнетания рабочей жидкости равняется
АР = Р - Р + АР
н н л 1 тт
(12)
На основании (12) можно сделать вывод, что при X = 0,5 на закачивание легкой жидкости тратится только давление на трение в погружной трубке, потому что динамическое давление (Рд) в межтрубном пространстве имеет гидравлическую связь только с пластовым давлением.
Техническое воплощение разработанного метода интенсификации дебита геотермальной скважины изложено в [5, 6].
Выводы
Разработаны метод повышения дебита геотермальных скважин при закачке нерастворимой в термальной воде жидкости с удельным весом меньшим, чем удельный вес термальной воды и методика расчета увеличения дебита этих скважин с учетом гидравлических потерь давления в погружной трубке и изотрубном пространстве скважин.
Список литературы
1. Максимов В.М., Бабушкин В.Д., Веригин Н.Н. и др. // Справочное руководство гидрогеолога. 3-е изд., перераб. и доп. Т. 1. Л.:, Недра, 1979.
2. Бочевер Ф.М. Теория и практические методы гидрогеологических расчетов эксплуатационных запасов подземных вод. М.: Недра, 1968.
3. Бузинов С.Н. Гидродинамические методы исследования скважин и пластов. М.: Недра, 1973.
4. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети М.: Госэнергоиздат, 1963.
5. А.с. 8и 1495494, СССР А1, Б 03 в 7/00. Способ извлечения геотермальной энергии / Ю.П. Морозов //Опубл. 23.07.1989.
6. 99578 Украна, МПК (2012.01) Р03в 7/00, Е03В 3/00. Споаб видобування геотермально! води / Ю.П. Морозов; заявник та патентовласник 1нститут ввдно-влювано! енергетики НАН Украни. № а 2011 15206; заявл. 22.12.2011; опубл. 27.08.2012, Бюл. № 16.
References
1. Maksimov V.M., Babuskin V.D., Verigin N.N. i dr. // Spravocnoe rukovodstvo gidrogeologa. 3-e izd., pererab. i dop. T. 1. L.:, Nedra, 1979.
2. Bocever F.M. Teoria i prakticeskie metody gidrogeologiceskih rascetov ekspluatacionnyh zapasov podzemnyh vod. M.: Nedra, 1968.
3. Buzinov S.N. Gidrodinamiceskie metody issledovania skvazin i plastov. M.: Nedra, 1973.
4. Sokolov E.A. Teplofikacia i teplovye seti M.: Gosenergoizdat, 1963.
5. A.s. SU 1495494, CCCP A1, F 03 G 7/00. Sposob izvlecenia geotermal'noj energii / U.P. Morozov //Opubl. 23.07.1989.
6. 99578 Ukraina, MPK (2012.01) F03G 7/00, E03B 3/00. Sposib vidobuvanna geotermal'noi' vodi / U.P. Morozov; zaavnik ta patentovlasnik Institut vidnovluvanoi' energetiki NAN Ukrai'ni. № a 2011 15206; zaavl. 22.12.2011; opubl. 27.08.2012, Bul. № 16.
Транслитерация по ISO 9:1995
с---* — TATA — (_XJ
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 17 (139) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
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.