Способ эксплуатации геотермального месторождения Советский патент 1985 года по МПК E21B43/00 

Изобретение относится к добыче жидких и газообразных полезных ископаемых с помощью буровых скважин и может быть использовано при разведке и эксплуатации геотермальных месторождений трещинно-жильного типа. Цель изобретения - повьшение эффективности отбора тепла. Способ осуществляют следующим образом, В скважины, пробуренные на стадии разведки месторождения и вскрывшие его продуктивные зоны, до начала их эксплуатации нагнетают (зиливают) жидкость и наблюдают за изменением уровня вод или забойного давления в соседних скважинах. С учетом полученных при этом характеристик гидрав лической связи между скважинами на площади месторождения вьщеляют гидродинамически локализованные участки границы которых проводят по линиям, ,разделяющим скважины, не имеющие меж ду собой гидравлической связи, и выходящим за внешний контур месторожде ния. На каждом из выделенных таким образом участков последовательно проводят кратковременные выпуски теплоносителя из скважин с применением и без применения возвратной закачки, изменяя расход нагнетания в каждом периоде эксплуатации с применением возвратной закачки так, чтобы продолжительность этого периода t, при сохранении качественных параметров получаемого теплоносителя на кондиционном уровне стала рав ной продолжительности восстановлени температуры в нагнетательных скважи нах этого участка в период проведения на нем выпуска из добывающих скважин без применения возвратной закачки Соответствующий этому условию режим возвратной закачки счи тается сбалансированным по времени восстановления температурного поля. Для установления такого режима требуется провести 2-3 цикла кратковременных вьшусков, в результате чего, помимо продолжительности пери дов эксплуатации с применением и бе применения возвратной закачки Г и , а также расхода нагнетания G соответствующего сбалансированному режиму, определяют суммарные массовые дебиты добывающих скважин для калодого из периодов эксплуатации ц и G соответстве нно, которые наряду 932 со значениями С, , С и G являются характеристиками эксплуатационных возможностей участков. Участки с одинаковой продолжительностью рабочего цикла ty (при сбалансированном режимеС ц 2С,) группируют в объекты эксплуатации. Количество участков, объединяемых в одном объекте, и количество объектов зависят от степени гидродинамической расчлененности месторождения и неоднородности эксплуатационных характеристик участков. Для каждого из объектов определяют количество отработанного теплоносителя, которое необходимо подавать к нему в тот или иной период эксплуатации для обеспечения сбалансированного режима, а также суммарное количество получаемого из добывающих . скважин теплоносителя, которое должно подаваться в каждом периоде эксплуатации к энергопотребляющей установке. Это количество теплоносителя с учетом его термодинамических параметров определяет энергетические ресурсы объектов эксплуатации и месторождения в целом. Если суммарный массовый дебит всех добывающих скважин объекта эксплуатации превышает соответствующий сбалансированному режиму расход нагнетания, то излишнее количество отработанного теплоносителя направляют на другой объект, где в этот период эксплуатации имеется дефицит по расходу нагнетания, или в систему сброса (захоронения) отработанных термальных вод. Соответственно полученной таким образом схеме распредег ления потоков теплоносителя сооружают комплекс промысловых коммуникаций, после чего осуществляют отбор теплоносителя на одной части каждого из объектов эксплуатации с применением возвратной закачки, а на другой части, гидравлически не связанной с первой, отбирают теплоноситель без. применения возвратной закачки, направляя по системе промысловых коммуникаций в нагнетательные скважинй эксплуатируемой с применением возвратной закачки части объекта отработанный теплоноситель в количестве, соответствующем установленному в период кратковременных выпусков сбалансированному режиму закачки, и чередуя указанные режимы эксплуатации на каждой части объекта через равные промежутки времени в соответствии с установленными для него временными характеристиками цикла эксплуатации € и Т Предлагаемый способ обеспечивает возможность многократного использования тепловых ресурсов водовмещающих пород в процессе эксплуатации месторождения. Это достигает.ся восстановлением температурного поля .продуктивной зоны в каждом цикле эксплуатации после применения возвратной закачки.

Суммарный массовый дебит добьгоающих скважин на данном участке месторождения в период его эксплуатации без применения возвратной закачки . продолжительностью &, составляет G . На сопряженном с ним в одном объекте эксплуатации участке, где в этот же пе;риод применяется возвратная закачка, суммарный дебит добывающих скважин составляет Gg Общий дебит добывающих скважин по всему объекту эксплуатации

G, G,+G

у I -о I VJ 2

Во второй период цикла продолжительностью j, , когда режимы эксплуатации поменяются местами, имеем

G(, , , |где GI - дебит добываюнщх скважин

на данном участке в условиях применения возвратной закачки}

Gg - то же, на сопряженном учаске, где в этот период возвратная закачка не применяется,

причем G, , а G2-G2, поскодьку возвратная закачка приводит к увеличению дебита добывающих скважин. Тогда количество теплоносителя, получаемого на объекте за один цикл эксплуатации, составляет

, +G,, (G,+G,,)C, ,

при этом учтено, что при сбалансирова,нном режиме эксплуатации , -2

Если расчетный срок эксплуатации месторождения равен о, (С, 2), то необходимое количество циклов эксплуатации составляет

ч

где 2 о, - продолжительность одного цикла.

Тогда общее количество теплоносителя, получаемого на объекте за весь срок его эксплуатации

.n(G,H-G;4.)f-.

Допустим, что один из участков эксплуатируется с применением возвратной закачки в течение всего расчетного срока 9 а другой без. Поскольку С, С, , расход нагнетания при возвратной закачке должен, быть в этом случае значительно уменьшен

0 по сравнению с описанным вариантом, чтобы качественные параметры получаемого теплоносителя оставались на кондиционном .уровне. С учетом линейной зависимости дебита добывающих скважин G, от расхода нагнетания получают, что - G, .

Тогда общее количество теплоносителя, получаемого на первом участке за весь срок эксплуатации,

А

0 я

На втором участке, эксплуатируемом без применения возвратной закачки, за то же время получают количество теплоносителя

5 ,T,

а на объекте в целом

,- Qj CGl+Gj). Эффект от применения возвратной закачки в этом случае 0 uQ Q-Qi(G/-G,)C,,

где Q (G,-bG) - количество теплоносителя, получаемого на объекте без применения возвратной закач5ки.

Эффект от гфименения возвратной закачки в предлагаемом способе

AQ Q-Q GL|Gk .)ir.

0

Вычитая, получают

( (G;-G)-(Gi-G)-t-(G,-G,).,

Q-UQ

,

поскольку разность (G, -G, ) больше, чем (d,-G), что подтверждает достижение положительного эффекта при при|Менении предлагаемого способа. Пример. Допустим, что в результате наблюдений за изменением забойных давлений во взаимодействующих скважинах на площади гипотетического месторождения выделено 8 локализованных в гидродинамическом отношении участков, для которых проведением кратковременных вьшусков теплоносителя получены следующие эксплуатационные характеристики: расход нагнетания, соответствующий Сбалансированному режиму эксплуатации, кг/с; суммарный дебит добывающих скважин в период эксплуатации с применением возвратной закачки, G , кг/cj то же. для периода эксплуатации без применения возвратной закачки, G, кг/с; продолжительность периода эксплуатации с возвратной закачкой, ч , , мес; -то же без возвратной закачки, f, , мес; энергетическая мощность участка в период эксплуатации с возвратной закачкой, N , МВт; то же для периода эксплуатации без возвратной закачки, N , МВт

Значения эксплуатационных характеристик для каждого из выделенных участков месторождения приведены в табл, 1.

При эксплуатации месторождения без применения возвратной закачки его энергетические ресурсы обеспечивают получение суммарной мощности , 23 МВт на установившемся режиме. При этом количество сбрасываемого в окружающую среду на земной поверхности отработанного теплоносителя соответствует суммарному дебиту добывающих скважин и составляет 46 кг/с. При одновременной эксплуатации всех выделенных участков на неизотермическом режиме мощность месторождеиия можно бьто бы увеличить до 41 МВт, но продолжительность его эксплуатации с сохранением качественных параметров теплоносителя на кондиционном уровне не превысила бы в этом случае 6 мес. Осуществление предлагаемого способа позволяет устранить ограничения по продолжител ности эксплуатации в результате обеспечения стабильности качественных и количественных показателей разработки месторождения, повысить его энергетическую мощность по сравнению с известным способом эксплуатации и резко сократить вредные вы(бросы в окружающую среду.

Реализация преимуществ предлагаемого способа обусловлена рациональ иой группировкой участков месторождения по объектам эксплуатации. Основным критерием для группировки участков по объектам эксплуатации является соответствие их характеристик условиям сбалансированного режима

эксплуатации, определяемым идентич ностью временных характеристик цикла , и 2 При этом необходимо учесть возможности регулирования режимов как по расходам теплоносителя, так и по продолжительности периодов Z, и fj Например, при объединении участков 6 и 7 в один объект в период эксплуатации участка 6 с возвратной закачкой имеет место дефицит по расходу нагнетания 2 кг/с (G 18 кг/с; G+G,16 кг/с), а в период его эксплуатации без возвратной закачки количество отбираемого на объекте теплоносителя на 2 кг/с превьшает потребный для сбалансированного режима расход нагнетания (Gц 16 кг/с; Gy кг/с. Соответственно, в первый период на объект требуется подавать дополнительное количество отработанного теплоносителя, а во второй - направлять излишнее количество отработанного теплоносителя на другой объект или в сисг тему сброса. При этом продолжительность периодов с, и Cj обоих участках должна соответствовать их минимальному значению, т.е. 6 мес, чтобы обеспечить стабильность качественных параметров получаемого теплоно сит еля.

Результаты группировки участков с учетом указанных особенностей приведены в табл. 2, где в каждом объекте на первом месте указан номер основного участка, а на втором - сопряженного; в знаменателе даны избыточные или недостающие количества теплоносителя. Из приведенных в табл. 2 данных следует, что целесообразно объединять объекты 3 и 4 в один укрупненный объект, учитывая ; идентичность временных характеристик цикла эксплуатации /, и ьд,, Тогда получают 3 объекта, характеристиками которых могут служить продолжительность одного цикла эксплуатации о расход нагнетания количество отбираемого теплоносителя G,, ; количество сбрасываемого отработанного теплоносителя G.- , кг/с; энергетическая мощность N, МВт, по каждому из периодов цикла эксплуатации (табл; 3). При одновременной эксплуатации всех трех объектов суммарный расход нагнетания составляет 58-60 кг/с, отбор теплоносителя колеблется в пределах 60-68 кг/с, что позволяет обеспечить энергетическую мощность месторождения на уровне 31 33 МВт в течение расчетного срока

его эксплуатации, при этом сброс отработанного теплоносителя в отдельные периоды составляет 2 6 кг/с.

Таким образом, реализация предлагаемого способа в указанных условия: позволяет примерно в полтора раза увеличить энергетические ресурсы месторождения в результате использования тепла водовмещающих по.род и более чем в 7 раз сократить

Рлбросы в окружающую среду по сравэнию с известным способом. Таблица 1

Продолжение табл,1

10

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕСТЕР-. МАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ, осуществляемый с применением или без применения возвратной закачки отработанного теплоносителя через нагнетательные скважины, отличающийся тем, что, с целью повьшения эффективности отбора тепла, определяют гидродинамически изолированные участки месторождений, на которых определяют продолжительность периода восстановления температуры в нагнетательных скважинах, при этом участки с одинаковым временем восстановления температуры эксплуатируют совместно при поддержании продолжительности (Л периода нагнетания теплоносителя равной продолжительности периода восстановления температуры.

Характеристики объектов эксплуатации

Таблиц

ТаблицаЗ