Теплофізичні процеси при формуванні та використанні геотермальних ресурсів

Тривалість

процесу нагнітання, с

Об'єм закачаної рідини,м3

3.0

260

1.0

5.0

160

1.0

8.0

150

1.0

10.0

85

1.0

3.0

230

1.0

5.0

155

1.0

7.5

155

1.0

Подальші випробування системи геотермального теплопостачання проводилося в два етапи.

На першому етапі випробовувалася безпосередньо геотермальна циркуляційна система без підключення до неї наземного теплотехнічного устаткування. Метою випробування ГЦС було:

- вимірювання дебіту, динамічного тиску на усті підйомної свердловини і температури термальної води при різних режимах роботи ГЦС;

- вимірювання концентрації механічних домішок в термальній воді на вході в систему очищення і на виході з неї;

- вимірювання тиску нагнітання при різних значеннях витрат термальної води;

- уточнення фільтраційних параметрів водоносного горизонту за даними дослідних випробувань ГЦС.

У процесі випробувань включаються: підйомна і нагнітальна свердловини, підземний проникний колектор, устаткування насосної станції по зворотному закачуванню води, система механічного очищення термальної води, контрольно-вимірювальні прилади і апаратура.

У початковий період нагнітання гідродинамічні процеси мають різко нестаціонарний характер. Відбувається швидке падіння тиску на виході з підйомної свердловини і зростання тиску нагнітання (табл. 4).

Як видно з табл. 4, параметри, що вимірюються - витрата термальної води G, динамічний тиск на усті підйомної (Р_ДП) і нагнітальної (P_ДН) свердловин, - в початковий період роботи ГЦС зазнають істотних змін. У момент включення нагнітального насоса тиск на усті підйомної свердловини знижується з 1.2 МПа до 0.05-0.10 МПа, на усті нагнітальної свердловини тиск, відповідно, починає зростати.

Швидкість зростання тиску нагнітання в початковий момент

МПа/с.

Потім темп зростання тиску нагнітання уповільнюється. Одночасно відбувається поступове зменшення витрати води. Тому умовна величина приємистості в перші 30 хвилин роботи ГЦС зменшується від 0.012 м³/с МПа до 0.004 м³/с МПа, тобто приємистість за цей час погіршується в три рази.

Таблиця 4 Зміна параметрів в початковий період роботи ГЦС

24.0 3.06.1994 р.,год, хв	1115	1120	1130	1135	1140
Витрата, м3/час	58	47	37	32	30
РД.П., МПа	0.1	0.53	0.73	0.78	0.8
РД.Н., МПа	2.5	3.05	3.4	3.5	3.5
4.06.1994 р.,год, хв	1415	1500	1505	1510	1515
Витрата, м3/час	54	57	60	63	54
РД.П., МПа	0.12	0.15	0.15	0.17	0.16
РД.Н., МПа	1.5	2.0	2.5	3.0	3.0
год, хв	1520	1530	1555	1600	1610
Витрата, м3/час	51	44	36	36	34
РД.П., МПа	0.18	0.28	0.10	0.14	0.10
РД.Н., МПа	3.0	3.2	3.1	3.2	3.2

На даному етапі роботи ГЦС при неусталеному гідродинамічному режимі великий вплив мають пружноємнісні характеристики водоносного горизонту. Швидкість розповсюдження гідродинамічного збурення від свердловини всередину пласта визначається величиною коефіцієнта п'єзопровідності. Оскільки при роботі двосвердловинної ГЦС гідродинамічні збурення розповсюджуються від обох свердловин, то в об'ємі колектора відбувається інтерференція полів тиску, які зумовлені роботою підйомної і нагнітальної свердловин.

При цьому наступає момент, коли при заданих робочих параметрах ГЦС розподіл полів тиску в охопленому об'ємі пласта, що фільтрується теплоносієм, вже не зазнає істотних змін, тобто наступає квазістаціонарний режим фільтрації рідини в проникному колекторі. Залежно від відстані між свердловинами і характеристик водоносного горизонту тривалість періоду встановлення квазістаціонарного режиму складає від декількох до десятка діб. Протягом цього періоду як динамічний тиск на усті підйомної свердловини, так і тиск нагнітання будуть істотно змінюватись.

При дослідних випробуваннях ГЦС, тобто відборі і нагнітанні термальної води без відбору теплоти, абсолютні значення зміни рівнів на підйомній і нагнітальній свердловинах повинні бути рівні, оскільки ідентичні всі фізичні і фільтраційні параметри об'єктів, що задіяні в процесі. В той же час, як показують приведені в таблиці результати випробувань, зміни рівнів в різнойменних свердловинах відрізняються більш ніж в два рази.

Причин такої різниці в змінах рівнів може бути декілька. По-перше, при зворотному закачуванні теплоносія відбувається ущільнення в призабійній зоні механічних частинок, які не могли бути винесені на денну поверхню потоком термальної води при промивці свердловин, що створює додатковий гідравлічний опір і приводить до підвищення тиску нагнітання. По-друге, можливо, має місце ефект зворотного клапана, який виражається в різних значеннях гідропровідності призабійної зони пласта (ПЗП) при тому, що потоки теплоносія радіально сходяться та розходяться. Щоб вирішити це питання, необхідно провести тривалі спостереження та натурні експерименти на діючих геотермальних циркуляційних системах.

Не зважаючи на те, що перед проведенням дослідних випробувань ГЦС підйомна і нагнітальна свердловини промивалися протягом тривалого часу, під час роботи свердловин відбувалось винесення механічних домішок з підйомної свердловини.

Встановити концентрацію механічних домішок і якісну картину їх надходження в систему очищення дуже складно, оскільки цей процес має випадковий характер, і періодичним відбором проб визначити ці параметри неможливо.

Тому застосовувався метод вимірювання сумарної кількості механічних домішок, що були уловлені системою очищення протягом певного періоду (доби, тижня і т.д.). Середня величина об'ємної концентрації визначалася по формулі:

де ₀ - концентрація механічних домішок, см³/м³; V_мп - об'єм механічних домішок, що осіли в гідроциклоні, см³; G - витрата термальної води, м³/ч; - час, протягом якого проводилося спостереження, год.

Об'ємна концентрація, виміряна вказаним способом, склала величину порядку 10^-1 см³/м³. Мабуть, цей показник істотно занижений, оскільки конструкція і технологічні параметри гідроциклона обумовлюють наявність нижнього порогового значення розмірів уловлюваних (осаджених) механічних частинок. Це означає, що вся маса механічних домішок з частинками, що мають розміри менші від вказаного порогового значення, гідроциклоном не уловлюється і поступає із закачуваною термальною водою в ПЗП, погіршуючи її фільтраційні характеристики.

Тому на основі накопиченого практичного досвіду рекомендується встановити двоступеневу систему механічного очищення термальної води перед зворотним закачуванням в пласт, що складається з блоку попереднього (грубого) очищення та блоку тонкого очищення.

Максимальний дебіт свердловин при дослідних випусках на даному родовищі досягав 70 м³/год (1700 м³/добу). Проте забезпечити роботу ГЦС з такою витратою термальної води виявилося досить складно. Через невисокі фільтраційні характеристики колектора для закачки таких об'ємів води необхідно було підтримувати тиск нагнітання порядку 6.0 МПа, що недоцільно ні з економічної, ні з технічної точок зору.

На рис. 16 показані графіки зміни експлуатаційних показників ГЦС під час дослідних випробувань. Приведені усереднені результати декількох спостережень на конкретному етапі випробувань.

У подальших натурних експериментах, регулюючи витрату термальної води на подавальній свердловині, вдалося поступово досягти майже стабільного режиму роботи ГЦС та встановити стабільний режим роботи системи і відповідні експлуатаційні характеристики (рис. 17, табл. 5).

При використанні мінералізованих природних теплоносіїв відкладення солей на теплообмінних поверхнях веде до зниження коефіцієнтів тепловіддачі та зростання гідравлічних опорів в термоперетворювачах геотермальної енергії і, в результаті, до зниження їх ефективності. Проте, для умов родовища Янтарне контроль за поверхнями теплообмінних апаратів через 6 місяців експлуатації показав відсутність відкладень солей. Подібний контроль поверхонь теплообміну проводиться регулярно в період часткової консервації системи геотермального теплопостачання в літній період.

Таблиця 5 Технічні характеристики ГТП в с. Янтарному

Характеристики	Розмірність	Величина
1. Теплопродуктивність, зокрема, блок опалювання блок гарячого водопостачання 2. Температура термальної води 3. Дебіт свердловини 4. Річний відпуск теплоти 5. Частка в річному відпуску теплоти від геотермального джерела 6. Річна економія палива	МВт МВт МВт С м3/г МВтг т у.п.	4.1 3.5 0.6 85 60 22800 100 2500

У зимовий період ГТП працює на систему опалювання, а гаряче водопостачання здійснюється в літній період. Експлуатація геотермального теплового пункту в с. Янтарне протягом всього року дає можливість економії палива до 2500 т у.п.

Аналіз одержаних фактичних даних свідчить про ефективність систем геотермального теплопостачання.

У 1994 р. дослідно-промисловий зразок типового геотермального пункту в с. Янтарне випробуваний і зданий Міжвідомчій комісії. Передбачаються повністю заводське виготовлення і комплектація теплового пункту.

В Інституті технічної теплофізики НАН України виконані розробки по створенню на базі діючої системи геотермального теплопостачання ряду нових технологій по переробці та зберіганню сільськогосподарської продукції.

Планується створити систему геотермального опалювання теплиць, комплекс по переробці та зберіганню сільськогосподарської продукції, до якого будуть включені: геотермальна сушильна установка, геотермальна холодильна установка й лінія по виробництву харчових продуктів і лікарських препаратів, а також система використання термальної води в бальнеологічних цілях (рис. 18).

На лінії, яка призначена для сушіння овочів, фруктів, сільськогосподарської та лікарської рослинної сировини з використанням теплоти геотермальних теплоносіїв, можна переробити сировину на сушену продукцію або порошок, що значно скорочує енергетичні витрати на переробку, підвищує якісні показники продукції.

Запропонована сушильна установка технологічно універсальна, дозволяє переробляти різну сировину: овочі, фрукти, плоди, пряно-ароматичну зелень, лікарські трави, гриби, ягоди і т.д. При необхідності можна виготовити копчені м'ясо та рибу.

На сушарці при використанні теплоти геотермальної води за годину можна напрацювати в середньому 20 кг сушеної продукції або харчового порошку, що складає 150250 кг по сировині.

Прибуток від роботи однієї геотермальної сушильної установки протягом 200 днів в сезон складе більше 180 тис. грн.

Разом із геотермальною сушильною установкою в с. Янтарне передбачається створити геотермальну холодильну установку з використанням абсорбційного термотрансформатора, яка в холодну пору року (в опалювальний період) може працювати в теплонасосному режимі. Сумарна теплопродуктивність термотрансформатора й теплообмінника нагріву підживлюючої води складає 350 кВт.

Кількісні витрати на будівництво геотермальної холодильної установки складають 145 тис. грн. Сумарні експлуатаційні витрати - приблизно 20 тис. грн. Річний прибуток - 40 тис. грн. Термін, протягом якого установка окупиться - 3,5 роки.

До запропонованого до будівництва комплексу належить також лінія по виробництву харчових продуктів і екстрактів лікарських трав, що складається з роторного гомогенізатора, вакуумного концентратора, установки по виробництву водних і водно-спиртових екстрактів із рослинної сировини, установки по виробництву олії, коптильної установки (вона ж - міні-пекарня).

Розроблений в ІТТФ НАНУ роторний гомогенізатор призначений для отримання, емульгування і гомогенізації високов'язких емульсій типу вода - олія. Установка використовується для виробництва майонезу, сумішей морозива; емульсій білкової ікри, соусів, паст, пюре, десертів; розчинення порошків та інших сипучих продуктів; змішування різних рідин.

Вакуумний концентратор призначений для концентрації рідких дисперсних систем. Використовується в технологіях обезводнення різних харчових продуктів, в т.ч. при виготовленні згущених молочних продуктів (натурального згущеного молока, концентрованого молока, вершків, кави з молоком та ін.), томатних паст, джемів, варення та ін. продуктів.

Лінія по виробництву водних і водно-спиртових екстрактів із рослинної сировини призначена для випуску: готових лікарських засобів (настоянок глоду, календули, валеріани і т.д.); бальзамів; добавок для виробництва лікерів, горілчаних настоянок, біологічно активних й ароматичних добавок; фарбників для виробництва шампунів, кремів, лосьйонів; біологічно активних добавок для виробництва продуктів лікувально-профілактичного харчування, зокрема з радіопротекторними та імуностимуляційними властивостями. Сумарне виробництво товарної продукції на описаному комплексі за рік складає близько 4000 тис. грн (табл. 7).

Термін окупності витрат на реалізацію проекту - менше 1,5 року, що вказує на високу комерційну ефективність проекту.

У табл. 7 представлені зведені техніко-економічні показники описаного технологічного комплексу.

Таблиця 7Техніко-економічні показники геотермального комплексу

Найменування технології	КВ тис. грн.	РВП	ЕВ тис. грн.	ПР, тис. грн.
Теплопостачання та гаряче водопостачання	234	10440 МВт.г	252	156,6
Тепличне господарство (0,5 га) із урахуванням будівництва теплиць без урахування будівництва теплиць	295 70	100 т	130,7	200,0
Теплопостачання з ТНУ	60	1225 МВт.г	8,14	25,0
Виробництво водно-спиртових екстрактів із рослинної сировини	290	54 т	323,5	710
Мініхлібопекарня	25	250 тис. шт.	88,2	58
Мінікоптильня	25	50 т	257,0	50
Сушильна установка	350	92.8 т	181,7	185
Термопрес масловіджимний	40	55 т	75,5	33,6
Лінія по виробництву харчових продуктів - майонез - соус томатний	90 80	180 т 50 т	370,6 107,8	162 50,0
- соки фруктові	60	8 т	41,2	65,0
- пюре (дитяче харчування)	75	80 т	164,7	72,0
Лікувально-оздоровчий комплекс із будівельними роботами без будівельних робіт	450 144	6080 сеансів	26,6	40,5
Холодильна установка	85	419 МВт.г	9,1	15,0
ВСЬОГО	2159 1598		2037	1823

У таблиці: КВ - капітальні вкладення; РВП - річний випуск продукції; ЕВ - експлуатаційні витрати; ПР - прибуток.

Багаторічні випробування підтвердили ефективність циркуляційної технології, її екологічну чистоту та стабільність експлуатації геотермальних родовищ. Технологія створення ГЦС в даний час є освоєною в промислових масштабах для видобування геотермальної енергії з глибини до 3000 м і з температурами теплоносіїв до 120-130С. На базі ГЦС можуть створюватися системи геотермального теплопостачання населених пунктів, промислових й сільськогосподарських об'єктів.

ВИСНОВКИ

Узагальнення результатів виконаних досліджень дозволяє зробити наступні висновки:

Серед альтернативних джерел енергії найперспективнішою та готовою для практичного використання є геотермальна енергія, ресурсна база якої характеризується значними величинами.

Видобування геотермальних ресурсів за інтенсивною екологічно чистою технологією циркуляційних систем в промислових масштабах освоєне до глибини 3000 м.

На території України є ряд регіонів із значними розвіданими запасами теплоенергетичних вод, використання яких може забезпечити значний об'єм енергоспоживання. До таких регіонів, в першу чергу, можна зарахувати Кримський півострів.

Комітетом з геології та використання надр України розвідані й визначені потенційні експлуатаційні запаси термальних вод, що залягають на глибині до 3000 метрів у кількості 27303 тис. м³/добу. Використання їх може забезпечити роботу систем геотермального теплопостачання сумарною потужністю 50 тис. МВт.

На основі аналізу геолого-геотермічних умов і результатів дослідно-промислової експлуатації систем видобування геотермальної енергії автором розроблені теплофізичні моделі та методи розрахунку полів температур термоаномальних зон Криму.

Розроблені моделі та виконані розрахунки температурних полів термоаномалій Криму за приведеними глибинами.

Розроблена теплофізична модель утворення Кримської геотермальної аномалії, що надає можливість прогнозувати температурний режим на будь-який момент з початку виникнення термоаномальної зони.

Розроблені моделі та виконані розрахунки процесів фільтрації й теплопереносу в підземних проникних колекторах із урахуванням сил гравітації і:

теплопритоків від навколишнього гірського масиву;

фізичних параметрів породних блоків;

одночасним урахуванням всіх трьох факторів.

Розроблені теплофізичні моделі планової безнапірної неізотермічної фільтрації.

На родовищах Криму реалізовані розроблені технологічні схеми використання теплоти геотермальних ресурсів, які підтвердили високу екологічну безпеку та економічну ефективність розробленої технології.

Системи комплексного використання геотермальних ресурсів за своїми техніко-економічними показниками є конкурентноспроможними в порівнянні з традиційними джерелами єнергії.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

1. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Модели процессов теплопередачи в геотермальной аномалии Степного Крыма. Освоение циркуляционной технологии добычи тепла Земли. -Киев: ИПМЭ НАН Украины, 2000. -170 с.

Постановка задачі, участь в розробці моделей.

2. Розвиток децентралізованого енергопостачання на основі нетрадиційних місцевих енергоресурсів / Шурчков А.В., Горохов М.Й., Разаков А.М., Наумов С.Є., Аронова Н.М., Крупевич Т.Г. / За ред. акад. Долінського А.А. -Київ, Інститут електродинаміки НАН України, 2001. -132 с.

Участь в розробці технологічних схем.

3. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Модели процессов теплопереноса при образовании Крымской геотермальной аномалии // Геофизический журнал. -2001.- Т. 23, №1. -С. 121-128.

Постановка задачі, участь в розробці моделей.

4. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Плановые модели геотермальных месторождений Крыма // Электронное моделирование. -2000, №5. -С. 90-96.

Постановка задачі, участь в розробці моделей.

5. Razakov A.M., Tarapon A.G. Planar Models for Geothermal Deposits of the Crimea Engineering Simulation. -2001, Vol. 18. -РР. 671-677.

Постановка задачі, участь в розробці моделей.

6. Разаков А.М., Шурчков А.В. Геотермальный тепловой пункт системы теплоснабжения п. Янтарное в Крыму // Промышленная теплотехника. -2000. -Т. 22, №5-6. -С. 99-103.

Участь в розробці технологічної схеми, аналіз результатів випробувань системы теплоснабжения.

7. Разаков А.М. Моделирование неизотермической фильтрации в геотермальных циркуляционных системах // Методы и средства компьютерного моделирования Сб. научн. тр. ИПМЭ НАН Украины. -Киев.-1997. -С. 63-65.

8. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Двумерная модель неизотермической фильтрации в водонапорном пласте с учетом сил гравитации // Зб. наук. праць ІМ НАН України. -Вип. 3. -Київ. -1998. -Ст. 230-233.

Постановка задачі, участь в розробці моделей.

9. Разаков А.М. Методы расчета геотермальных энергосистем // Сб. научн. тр. ИПМЭ НАН Украины. -Вып 3. -Львов.-1997. -С. 63-65.

10. Разаков А.М. Освоение циркуляционной технологии разработки геотермальных месторождений в Крыму // Зб. наук. праць IПМЕ НАН України. -Вип. 4. -Київ. -1998. -C. 74-79.

11. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Двумерная модель неизотермической фильтрации в водонапорном пласте с учетом физических параметров породных блоков, теплопритоков от окружающего массива и гравитации // Зб. наук. праць IПМЕ НАН України. -Вип. 4. -Київ. -1998. -Ст. 69-74.

Постановка задачі, участь в розробці моделей.

12. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Модель плановой безнапорной неизотермической фильтрации // Зб. наук. праць IПМЕ НАН України. -Вип. 6. -Київ. -1998. -Ст. 49-53.

Постановка задачі, участь в розробці моделей.

13. Разаков А.М. Моделирование геотермальных циркуляционных систем // Зб. наукових праць IПМЕ НАН України. -Вип. 6. -Київ. -1998. -C. 53-56.

14. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Метод прогнозного расчета и моделирования температурных полей геотермальных месторождений Крыма на профильных моделях // Зб. наук. праць IПМЕ НАН України. -Вип. 7. -Київ. -1999. -Ст. 39-15.

Постановка задачі, участь в розробці моделей.

15. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Моделирование процессов образования геотермальной аномалии Степного Крыма // Зб. наук. праць IПМЕ НАНУ. -Вип. 8. -Київ. -1999. -С. 53-56.

Постановка задачі, участь в розробці моделей, аналіз результатів моделювання.

16. Разаков А.М. Профильная модель процесса теплопередачи в геотермальных месторождениях Крыма (разрез с. Оленевка - с. Янтарное до глубины 5000 м) // Моделювання та iнформацiйнi технологii / Зб. наук. праць IПМЕ НАН України. -Вип. 1. -Львiв: Cвiт. -1999. -Ст. 60-65.

17. Разаков А.М., Шурчков А.В. Двухскважинные модули геотермальных циркуляционных систем для эксплуатации месторождений Крыма // Моделювання та iнформацiйнi технологii / Зб. наук. праць ІПМЕ НАН України. -Вип. 2. -1999. -С. 91-95.

Участь в розробці технологічної схеми, аналіз результатів випробувань системы теплопостачання.

18. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Плановые модели температурных полей геотермальных месторождений Крыма // Моделювання та iнформацiйнi технологii / Зб. наук. праць IПМЕ НАН України. -Вип. 3. -Київ. -1999. -Ст. 66-70.

Постановка задачі, участь в розробці моделей, аналіз результатів моделювання.

19. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Разработка теплофизических основ формирования геотермальных аномалий Крыма на профильных моделях // Зб. наук. праць IПМЕ НАНУ. -Вип. 9. -Київ. -2000. -С. 53-60.

Постановка задачі, участь в розробці моделей, аналіз результатів моделювання.

20. Разаков А.М., Шурчков А.В. Экономическая модель эксплуатации геотермального теплового пункта п. Янтарное в Крыму // Зб. наук. праць ІПМЕ НАН України. -Вип. 10. -2000. -С. 31-34.

Розробка технологічної схеми, аналіз показників економічної ефективності системи.

21. Разаков А.М. Геотермальные тепловые пункты систем теплоснабжения в Крыму // Моделювання та iнформацiйнi технологii / Зб. наук. праць ІПМЕ НАН України. -Вип. 5. -2000. -С. 41-47.

22. Разаков А.М, Тарапон А.Г. Модели образования тепловых аномалий // Зб. наук. праць IПМЕ НАН України / Моделювання та iнформацiйнi технологii. -Вип. 6. -Київ. -2000. -С. 15-20.

Постановка задачі, участь в розробці моделей, аналіз результатів моделювання.

23. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Определение линий равных температур и построение карты подошвы водоносного комплекса Крыма // Моделювання та iнформацiйнi технологii / Зб. наук. праць IПМЕ НАНУ. -Вип. 7. -Київ. -2001. -С. 77-81.

Постановка задачі, участь в розробці моделей, аналіз результатів моделювання.

24. Разаков А.М, Тарапон А.Г. Модели геотермальной аномалии Степного Крыма // Моделювання та iнформацiйнi технологii / Зб. наук. праць IПМЕ НАНУ. -Вип. 8. -2001. -С. 71-76.

25. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Двухмерная модель неизотермической фильтрации в водонапорном пласте с учетом сил гравитации и параметров породных блоков // Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова НАНУ. -Вип. 17. -К. -2002. -С. 115 - 120.

Постановка задачі, участь в розробці моделей, аналіз результатів моделювання.

26. Разаков А.М., Тарапон А.Г. Двумерная модель неизотермической фильтрации в водонапорном пласте с учетом сил гравитации и теплопритоков от окружающего массива // Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова НАНУ. -Вип. 18. -К. -2002. -С. 121 - 125.

Постановка задачі, участь в розробці моделей, аналіз результатів моделювання.

27. Евдокимов В.Ф., Разаков А.М., Тарапон А.Г. Построение схематических карт температурных полей геотермальных аномалий Крыма на программном комплексе “Фурье-2” // Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова НАНУ. -К., 2003. Вип. 20. -С. 76-82.

Постановка задачі, участь в розробці моделей, аналіз результатів моделювання.

АНОТАЦІЯ

Разаков А.Т. Теплофізичні процеси при формуванні та використанні геотермальних ресурсів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - технiчна теплофiзика та промислова теплоенергетика. -Інститут технічної теплофізики НАН України, м. Київ, 2005.

Серед альтернативних джерел енергії найперспективнішою і готовою для практичного використання є геотермальна енергія. Видобування геотермальних ресурсів за інтенсивною екологічно чистою технологією циркуляційних систем в промислових масштабах освоєне до глибини 3000 м.

На території України є ряд регіонів із значними розвіданими запасами теплоенергетичних вод, використання яких може забезпечити значний об'єм енергоспоживання. До таких регіонів, в першу чергу, можна зарахувати Кримський півострів.

В галузі геотермальної енергетики найважчими та недостатньо вивченими є теплові й гідродинамічні процеси при утворенні, розвитку і розробці родовищ.

На основі аналізу геолого-геотермічних умов і результатів дослідно-промислової експлуатації систем видобування геотермальної енергії автором розроблені:

Моделі та методи розрахунку полів температур термоаномальних зон Криму. Виконані розрахунки температурних полів аномалії.

Модель утворення Кримської геотермальної аномалії, що надає можливість прогнозувати температурний режим на будь-який момент з початку виникнення термоаномальної зони.

Моделі процесів фільтрації і теплопереносу в підземних проникних колекторах із урахуванням теплопритоків від навколишнього гірського масиву, фізичних параметрів породних блоків, сил гравітації та з одночасним урахуванням всіх трьох факторів.

Моделі планової безнапірної неізотермічної фільтрації.

Приведені технологічні схеми систем геотермального теплопостачання, які реалізовані на родовищах Криму, результати їх дослідно-промислової експлуатації, що підтвердили економічну ефективність та екологічну безпеку розробленої технології.

Ключові слова: теплові процеси, фільтрація, фізична модель, математична модель, геотермальна аномалія, геотермальне родовище, температурні поля, теплопровідність.

АННОТАЦИЯ

Разаков А.Т. Теплофизические процессы при формировании и использовании геотермальных ресурсов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.06 - техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. - Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев, 2005.

Среди альтернативных источников энергии наиболее перспективной и готовой для практического использования является геотермальная энергия. Извлечение геотермальных ресурсов по интенсивной экологически чистой технологии циркуляционных систем в промышленных масштабах освоено до глубины 3000 м.

На территории Украины имеется ряд регионов со значительными разведанными запасами теплоэнергетических вод, использование которых может обеспечить значительную часть объема энергопотребления. К таким регионам, в первую очередь, относится Крымский полуостров.

В проблеме геотермальной энергетики наиболее трудными и недостаточно изученными являются тепловые и гидродинамические процессы при образовании, развитии и разработке месторождений.

По территории Крымского полуострова информация о геологическом строении земной коры и распределении температур по глубине ограничена данными, полученными в результате бурения скважин. При этом плотность размещения скважин и глубина, достигнутая бурением (1,5 - 4,0 км), недостаточны для построения целостной картины полей температур по территории всего полуострова даже до указанных глубин.

Исследование процессов формирования геотермальных аномалий имеет не только чисто теоретическое, но и большое практическое значение, поскольку на этом основывается прогноз динамики развития геотермальных систем, выбор перспективных площадей для практического использования ресурсов геотермальных месторождений.

С использованием методов моделирования термогидродинамических процессов в геотермальных системах получены данные о распределении полей температур до глубины 50 км. При этом результаты расчетов температуры до глубины 4,0 км, полученные на основе разработанных моделей, практически совпадают с данными натурных геотермических исследований на территории полуострова.

Такая информация необходима при выборе перспективных площадей для первоочередного строительства энергетических объектов на базе геотермальных ресурсов.

Водонасыщенные пластовые системы Степного Крыма представляют собой сложный комплекс напорных горизонтов, разделенных слабопроницаемыми пластами, с определенными условиями возникновения напора, движения жидкости и разгрузки этих систем. Реализация геотермальных циркуляционных систем создает значительные возмущения фильтрационных потоков и температурных полей месторождения. Эти процессы описываются сложной системой уравнений теплопроводности и фильтрации, решение которых затрудняется необходимостью учета большого числа факторов, влияющих на протекание указанных процессов.

Разработанные численные методы позволяют исследовать процессы теплопроводности и фильтрации в подземных проницаемых средах с учетом практически всех основных факторов, таких как теплопритоки от окружающего пласт горного массива, теплообмен между жидкостью и породными блоками, слагающими пласт, сила гравитации и др.

На основе анализа геолого-геотермических условий и результатов опытно-промышленной эксплуатации систем извлечения геотермальной энергии автором разработаны:

1. Модели и методы расчета полей температур термоаномальных зон Крыма. Выполнены расчеты температурных полей аномалии.

2. Расчетный модуль для построения схематических электронных карт температурных полей геотермальной аномалии Крыма для любого среза по глубине. Полученное решение можно представить в виде таблицы, цветной картинки на экране монитора со значениями температур с координатами любого узла, и эквипотенциальных линий с требуемым интервалом отображения температуры.

3. Модель образования Крымской геотермальной аномалии, позволяющая прогнозировать температурный режим практически на любой момент времени с начала возникновения термоаномальной зоны.

4. Модели процессов фильтрации и теплопереноса в подземных проницаемых коллекторах с учетом теплопритоков от окружающего горного массива, физических параметров породных блоков, сил гравитации и с одновременным учетом всех трех факторов.

Модели плановой безнапорной неизотермической фильтрации.

Приведены технологические схемы систем геотермального теплоснабжения, реализованных на месторождениях Крыма, и результаты их опытно-промышленной эксплуатации, подтверждающие экономическую эффективность и экологическую безопасность разработанной технологии.

Ключевые слова: тепловые процессы, фильтрация, физическая модель, математическая модель, геотермальная аномалия, геотермальное месторождение, температурные поля, теплопроводность.

ABSTRACT

Razakov A.T. Thermo-physical processes under the forming and utilization of geothermal resources.- Manuscript.

Thesis for a Doctor's degree in technical science on profession code 05.14.06 - "Technical thermo-physics and industrial heat-and-power engineering". - Institute of technical thermo-physics. Ukrainian National Academy of Science, Kiev, 2005.

Among alternative sources of energy most perspective and ready for practical use is geothermal energy, which resource base is characterized by rather impressive sizes. The extraction of geothermal resources by intensive ecologically pure technology of circulating systems in industrial scales is mastered up to depth of 3000 m.

There is а number of regions in territory of Ukraine with the significant reconnoitered stocks of heat power waters, which use can supply an essential part of energy consumtion volume. The Crimean peninsula concerns to such regions, first of all.

The thermal and hydrodynamical processes at formation, development and extraction of deposits are most difficult and unsufficiently investigated in а problem of geothermal power.

The models and account methods of temperature fields of Crimea thermoanomaly zones are developed by authors on the basis of the geology-geothermal analysis of conditions and results of trial operation of extraction geothermal energy systems:

The models are developed and the accounts of temperature fields of Crimea thermoanomaly on the given depths are executed.

The model of geothermal Crimean anomaly formation is developed which allow to predict а temperature mode practically on any moment time from а beginning of thermoanomal zone occurrence.

The models are developed and the accounts are executed of filtration and heat transfere processes in underground nontight collectors with the account flow of heat from an environmental mauntain mass, physical parameters of rock blocks, gravitation forces, with the simultaneous account of all three factors.

The models are developed and the accounts are executed of planned unpressure а unisothermal filtration.

The technological scheems of geothermal heat supply systems, which realized on Crimea deposits, and results of their trial operation confirming an economic efficiency and ecological safety of developed technology are given.

Key words: thermal processes, filtration, physical model, mathematical model, geothermal anomaly, geothermal power, temperature fields, heat transmission.

Размещено на Allbest.ru

...