МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАУЖЕТСКОГО ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ гг A.В. Kирюхин Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН

Введение, концептуальная гидрогеологическая модель Генерация 3D численной модели и ее параметризация Содержание: Решение обратных задач (iTOUGH2): естественное состояние и эксплуатация Приложения моделирования (TOUGH2, iTOUGH2) для оценки эксплуатационных запасов Исходные данные

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 250 о С, откуда формируются восходящие потоки теплоносителя с энтальпией кДж/кг, поступающие в продуктивный резервуар.

46 лет эксплуатации с общим расходом кг/с в период 1975 – 2006 гг Реинжекция осуществляется с 1979 г История эксплуатации:

Первые 15 лет эксплуатации с расходом 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 км к юго-востоку от Старого поля История эксплуатации:

(1)Паужетский гидротермальный резервуар пластового типа доказан на площади км2, имеет среднюю мощность 505 м и его подошва сообщается с восходящими потоками теплоносителя. Обобщение данных по месторождению

(2) Анализ данных по скважинам показывает трещинно-блоковую структуру гидротермального резервуара, при этом объемная доля трещин (FV) 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 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 %). (Продолжение) Обобщение данных по месторождению

(8) Данные по гидроизотопии (D, O18) и тритию подтверждают существенный приток метеорных вод в гидротермальный резервуар (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. (Продолжение) Обобщение данных по месторождению

-> 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 Концептуальная гидрогеологическая модель

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. Генерация 3D модели

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= 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: естественное состояние

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 – Приняты T=5оС, P=0.3 bars, h=20 кДж/кг. Инверсное моделирование: эксплуатация

(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. Инверсное моделирование: эксплуатация

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 бар, температура – 12oC

Анализ сходимости показывает следующие : энтальпия – 36 кДж/кг, давление 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 при постоянном расходе отбора п.в.с. (iTOUGH2) Расходы п.в.с. на ноябрь 2006 г: 264.9

Анализ распространения ошибок (iTOUGH2) для энтальпии добычной скважины 106 показывает достаточно высокую надежность модельного прогноза на интервале 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 гг: ширина коридора 95% доверительной вероятности – менее1 бар. Прогноз при заданном расходе

В действительности, эксплуатация Паужетского геотермального месторождения осуществляется при заданном WHP. Поэтому, для прогноза эксплуатации 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 (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.

Моделирование подтверждает возможность устойчивой продукции с расходом п.в.с. от до кг/с (в среднем кг/с) в течение последующих 25 лет. Прогноз эксплуатации на (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. Прогноз эксплуатации на (при заданном WHP)

Заключение о необходимости ввода пяти доп. добычных скважин в последующие 25 лет эксплуатации согласуется с опытными данными 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 гг. Осуществлена оценка 7-ми ключевых параметров модели. 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 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). 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%).

Эта работа не могла бы быть выполнена без поддержки ГУП «Камчатскбургеотермия», грантов ДВО РАН 06-I-ОНЗ-109 и РФФИ а и взаимодействия с Dr. S. Finsterle и Dr. K. Pruess (LBNL).