Ppt-3-20

A.В. Kирюхин
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ПАУЖЕТСКОГО ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
1960-2006 гг
Содержание:
Введение, концептуальная гидрогеологическая модель
Генерация 3D численной модели и ее параметризация
Исходные данные
Решение обратных задач (iTOUGH2): естественное
состояние и эксплуатация
Приложения моделирования (TOUGH2, iTOUGH2)
для оценки эксплуатационных запасов
Паужетская ГеоЭС работает с 1966 года,
когда была установлена турбина 5 МВт эл.
Фото В.М. Сугробова, 1985
Концептуальная гидрогеологическая модель предполагает питание
системы холодными метеорными водами, проникающими на глубину 5-6 км
в зону прогрева с температурой более 250оС, откуда формируются
восходящие потоки теплоносителя с энтальпией 950-1050 кДж/кг,
поступающие в продуктивный резервуар.
История эксплуатации:
46 лет эксплуатации с
общим расходом 180-260 кг/с
в период 1975 – 2006 гг
Реинжекция осуществляется
с 1979 г
История эксплуатации:
Первые 15 лет эксплуатации с
расходом 160-190 кг/с показали
постепенное снижение
температуры и разбавление по
Cl- в добычных скважинах,
размещенных вблизи очага
разгрузки гидротерм,
поэтому пришлось пробурить
доп. эксплуатационные
скважины, пока они не вскрыли
на Центральном участке зону
восходящего потока в 1.5-2.0 км
к юго-востоку от Старого поля
Обобщение данных по месторождению
(1) Паужетский гидротермальный резервуар пластового типа доказан на площади
2  2.5 км2, имеет среднюю мощность 505 м и его подошва сообщается с
восходящими потоками теплоносителя.
(Продолжение) Обобщение данных по месторождению
(2) Анализ данных по скважинам показывает трещинно-блоковую структуру
гидротермального резервуара, при этом объемная доля трещин (FV) - 0.28 и
среднее расстояние между трещинами (FS) 105 м.
(Продолжение) Обобщение данных по месторождению
(3) Естественная разгрузка гидротерм включала горячие источники с измеренным
расходом 31 кг/с (13 МВт), и парящие площадки (Верхнее и Восточное поля с
суммарным выносом тепла 0.7 МВт)
(Продолжение) Обобщение данных по месторождению
(4) Проводимость
гидротермального
резервуара оценивалась в
диапазоне kM от 35 до 94
Дм
(5) Начальное давление в
резервуаре 34.5-35.5 бар на
-250 м абс., с тенденцией
возрастания на ЮВ в
северной части поля.
(6) Температура
гидротермального
резервуара 180 – 220 оС;
зона восходящего потока
ограничена изотермой в
пределах разбуренного
участка.
(Продолжение) Обобщение данных по месторождению
(7) Хлоридно-энтальпийная диаграмма показывает существенное разбавление
привлекаемыми в процессе эксплуатации метеорными водами (на 30 - 62%).
(Продолжение) Обобщение данных по месторождению
(8) Данные по гидроизотопии (D, O18) и тритию подтверждают существенный приток
метеорных вод в гидротермальный резервуар.
1983
2005
(Продолжение) Обобщение данных по месторождению
(9) Ломонтит маркирует трещины, кальцит-хлорит-иллитовая ассоциация маркирует
низкопроницаемые блоки в гидротермальном резервуаре (А.Д. Коробов,1985).
Это дополнительно подтверждает трещинно-блоковую структуру гидротермального
резервуара.
Концептуальная гидрогеологическая модель
-> Концептуальная гидрогеологическая модель Паужетского гидротермального
резервуара, рассматриваемого как трехслойную систему, включающую:
(1) Гидротермальный резервуар на -250 м абс, со средней мощностью 500 м
на площади 4 * 5 км2; (2) Верхний относительный водоупор с гидравлическими
окнами; и (3) фундамент, с каналами подводящими глубинный теплоноситель
Генерация 3D модели
3D численная модель включает три слоя:
(1) Нижний слой: фундамент, вмещающий
восходящие потоки теплоносителя,
(2) Средний слой, представляющий
гидротермальный резервуар на -250 м абс.,
(3) Верхний относительный водоупор с
гидравлическими окнами.
Инверсное моделирование: естественное состояние
Калибровочные точки для модели естественного состояния:
(1) Усредненные по вертикали температуры в гидротермальном
резервуаре (52 T-точки);
(2) Давления, приведенные к -250 м абс. (14 P-точек);
(3) Расход естественной разгрузки (2 значения).
Приняты: T=1-3оС, P=0.1-0.5 бар, Q=15-50%.
Инверсное моделирование: естественное состояние
Параметризация модели:
(1) Трещинная проницаемость гидротермального резервуара kr, м2
(2) Массовый поток на подошве фундамента Qb, кг/с
Инверсное моделирование: эксплуатация 1960-2006
Данные для калибровки включали: (1) Среднемесячные энтальпии добычных
скважин (10 E-наборов), (2) среднемесячные давления в наблюдательных
скважинах, приведенные к -250 м абс. (22 P-набора), и (3) среднемесячные
температуры в гидротермальном резервуаре (26 T-наборов). Общее число
калибровочных точек – 13757. Приняты T=5оС, P=0.3 bars, h=20 кДж/кг.
Инверсное моделирование: эксплуатация 1960-2006
(Продолжение) Параметризация модели (эксплуатация):
(3) Сжимаемость гидротермального резервуара Сr, Па-1
(4) Трещинная пористость гидротермального резервуара f
(5) Сжимаемость фундамента Сb, Па-1
(6) Пористость фундамента b
(7) Вертикальная проницаемость фундамента kb,м2
(8) Проницаемость Северного гидравлического окна kN, м2
(9) Проницаемость Восточного гидравлического окна kE, м2
(10) Проницаемость Западного гидравлического окна kW, м2.
Обобщение результатов и физический смысл инверсного моделирования (iTOUGH2):
Емкость активного объема гидротермального резервуара,
Притоки из фундамента и притоки метеорных вод.
Выполнена оценка 10-ти
параметров,
т.к. 3 параметра сильно
коррелируют, то число
оцениваемых параметров
снижено до 7
Анализ сходимости показывает следующие :
энтальпия – 36 кДж/кг, давление - 0.4 бар, температура – 12oC
Анализ сходимости показывает следующие :
энтальпия – 36 кДж/кг, давление - 0.4 бар, температура –12oC
Приложения моделирования для оценки теплового и массового баланса (2005)
Приложения моделирования (TOUGH2, iTOUGH2)
для оценки эксплуатационных запасов
В терминах ГКЗ РФ применительно к Паужетскому геотермальному
месторождению:
«Эксплуатационные запасы - расход теплоносителя (пароводяной смеси и пара,
при заданном давлении сепарации), которые могут быть обеспечены в течение
25-ти лет эксплуатации с использованием существующих и пробуренных
дополнительно эксплуатационных скважин».
Категория «A» – подтвержденные длительной эксплуатацией и источниками
формирования массового и теплового баланса.
Категория «B» – подтвержденные эксплуатацией в течение 1-го года и
источниками формирования массового и теплового баланса.
Категория «С1» – подтвержденные кратковременными опытными выпусками и
источниками формирования массового и теплового баланса.
Категория «A+B» необходима для получения лицензии на длительную
эксплуатацию геотермальных месторождений.
Поскольку в процессе эксплуатации Паужетского геотермального
месторождения не наблюдается стабилизации, предлагается использовать
результаты прогнозного TOUGH2\iTOUGH2 моделирования для обоснования
«A+B».
Прогноз изменения давления в резервуаре и энтальпии добычных
скважин на 2007-2032 при постоянном расходе отбора п.в.с. (iTOUGH2)
Расходы п.в.с.
на ноябрь 2006 г:
264.9
Прогноз при заданном расходе
Анализ распространения ошибок (iTOUGH2) для энтальпии добычной скважины 106
показывает достаточно высокую надежность модельного прогноза на интервале
1960-2032 гг: ширина коридора 95% доверительной вероятности – менее 20 кДж/кг.
Прогноз при заданном расходе
Анализ распространения ошибок (iTOUGH2) для давления в резервуаре
(скв. 123) показывает достаточно высокую надежность модельного прогноза
на интервале 1960-2032 гг: ширина коридора 95% доверительной вероятности
– менее1 бар.
В действительности, эксплуатация Паужетского геотермального месторождения
осуществляется при заданном WHP. Поэтому, для прогноза эксплуатации 2007-2032
на модели на каждой добычной скважине (103, 106, 108, 120, 121, 122, 123, GK3 и 131)
задается WHP (таблица), т.е. задается взаимодействие «резервуар-скважина».
А перед этим рассчитываются таблицы забойных давлений (HOLA ) и
определяются коэффициенты продуктивности PI.
Для прогноза производительности добычных скважин
необходимы таблицы забойных давлений (HOLA)
Прогноз эксплуатации на 2007-2032 (при заданном WHP)
Моделирование показывает,
что для обеспечения устойчивой
продукции пара необходимы пять
дополнительных скважин:
120A (включение в 2008 г),
123A (включение в 2012 г),
107A (включение в 2015 г),
102A (включение в 2025 г),
102В (включение в 2028 г).
и показывает
необходимость переключения
скв. 131 на WHP 3.0 бар (2018 г)
и скв. 122 на 3.5 бар (2023 г),
для того чтобы эти скважины
продолжали устойчивую работу.
Прогноз эксплуатации на 2007-2032 (при заданном WHP)
Моделирование подтверждает возможность устойчивой продукции
с расходом п.в.с. от 266.1 до 317.7 кг/с (в среднем 288.3 кг/с) в течение
последующих 25 лет.
Прогноз эксплуатации на 2007-2032 (при заданном WHP)
Моделирование подтверждает возможность устойчивой продукции
с расходом пара от 26.8 до 31.9 кг/с (в среднем 28.9 кг/с) в течение
последующих 25 лет.
Заключение о необходимости ввода пяти доп. добычных
скважин в последующие 25 лет эксплуатации согласуется с опытными
данными 1996-2006 гг, когда для поддержания устойчивого расхода пара
на среднем уровне 25.6 кг/с пришлось подключать в среднем одну скважину
в пять лет (скв. 103 и 131).
Выводы
Выполнена калибровка 3D численной TOUGH2\iTOUGH2 модели
Паужетского геотермального месторождения по данным естественного
состояния и эксплуатации 1960-2006 гг. Осуществлена оценка 7-ми
ключевых параметров модели.
На основе моделирования установлены условия формирования
эксплуатационных запасов: приток теплоносителя из фундамента (40.6%),
приток метеорных вод сверху (30%), емкость гидротермального
резервуара (21.1%) и реинжекция (8.3%).
Численная модель позволяет с высокой точностью осуществлять
прогноз энтальпии добычных скважин и давления в резервуаре.
Прогнозное моделирование подтверждает возможность устойчивой
эксплуатации Паужетского геотермального месторождения в течение
последующих 25 лет со средним расходом пара 28.9 кг/с и п.в.с. 288.3 кг/с
при условии ввода пяти дополнительных скважин. Это достаточно для
работы ГеоЭС 6.8 МВт и эти оценки предлагается использовать для
обоснования эксплуатационных запасов по категории «А+В» (в терминах
ГКЗ РФ).
Эта работа не могла бы быть выполнена без поддержки
ГУП «Камчатскбургеотермия»,
грантов ДВО РАН 06-I-ОНЗ-109 и РФФИ 06-05-64688-а
и взаимодействия с Dr. S. Finsterle и Dr. K. Pruess (LBNL).