На правах рукописи ТАСКИН Виталий Витальевич ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ И

На правах рукописи
ТАСКИН Виталий Витальевич
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ И
ЭКСПЛУАТАЦИИ МУТНОВСКОЙ МАГМАТОГЕННОЙ
ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Специальность 25.00.20 – Геомеханика, разрушение горных
пород, рудничная аэрогазодинамика
и горная теплофизика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2008
Работа выполнена в Научно-исследовательском геотехнологическом центре Дальневосточного отделения Российской
академии наук (НИГТЦ ДВО РАН)
Научный руководитель –
доктор геолого-минералогических наук
Юрий Петрович Трухин
Официальные оппоненты –
доктор технических наук, профессор
Семен Григорьевич Гендлер
кандидат технических наук, доцент
Алла Анатольевна Чермошенцева
Ведущее предприятие: ОАО «Геотерм».
Защита диссертации состоится 12 декабря 2008 г. в 13 ч.
15 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при
Санкт-Петербургском государственном горном институте имени
Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106,
Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 1160.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СанктПетербургского государственного горного института.
Автореферат разослан 12 ноября 2008 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
д.т.н., профессор
Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ
2
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ
Одной из проблем совершенствования топливно-энергетического
баланса, является изменение его структуры за счет использования
возобновляемых источников энергии вместо традиционных видов
топлива. Помимо сохранения истощающихся запасов нефти газа и
угля, применение возобновляемых источников энергии позволяет
решить ряд экологических проблем. Одним из таких источников являются геотермальные ресурсы. По данным многочисленных исследований, во многих регионах геотермальная энергия может быть
эффективно извлечена с глубин до 3-4 км.
Высокий геотермический градиент Камчатки обуславливается, современной вулканической деятельностью. Вместе с тем, в настоящее
время в энергетических целях используется теплоноситель, отбираемый из месторождений парогидротерм. Применение такого теплоносителя для выработки электроэнергии в связи с его низкими тепловыми параметрами характеризуется невысокой производительностью. Повышение эффективности выработки энергии до уровня современных электростанций, связано с использованием геотермального теплоносителя с температурой выше 4000С.
Энергия такого потенциала сосредоточена в областях очагов магматогенных геотермальных систем. Потенциальные ресурсы Мутновской магматогенной геотермальной системы на Камчатке составляют более 2000 МВт. Оценка перспектив освоения Мутновской
системы сдерживается отсутствием достаточного объема достоверной информации о горно-геологических и геотермических условиях
массива горных пород на глубинах, перспективных для извлечения
геотермальной энергии. Одним из способов повышения точности
прогностических оценок возможности извлечения геотермальной
энергии является построение математических моделей формирования геотемпературного поля, описывающих различные сценарии
теплового взаимодействия магматического очага и массива окружающих его горных пород.
Значительный вклад в теоретические и натурные исследования
термогидродинамического и гидрогеохимического режима Мутновской магматогенной геотермальной системы внесли: Вакин Е.А.,
Кирсанов И.Т., Поляк Б.Г., Трухин Ю.П., Шувалов Р.А., Таран
3
Ю.А., Пилипенко В.П. Технология геотермальной циркуляционной
системы в докритических термогидродинамических условиях подземного коллектора была разработана в трудах Аладьева И.Т., Ароновой Н.Н., Артемьевой В.Л., Богуславского Э.И., Васильева В.А.,
Вознюка Л.Ф., Гендлера С.Г., Дядькина Ю.Д., Егорова А.Г., Забарного Г.Н., Кононенко Г.Н., Кремнева О.А., Мерзлякова Э.И., Морозова Ю.П., Павлова И.А., Парийского Ю.М., Пашкевича Р.И., Пискачевой Т.Ю., Пудовкина А.М., Романова В.А., Рыженко И.А., Саламатина А.Н., Смирновой Н.Н., Трусова В.Н., Цырульникова А.С.,
Шурчкова А.В.
Тем не менее, в настоящий момент не существует единой концептуальной модели Мутновской магматогенной геотермальной системы, а труды, посвященные разработке технологии геотермальных
циркуляционных систем предполагают докритическое состояние
теплоносителя.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ – обоснование целесообразности освоения энергетического потенциала Мутновской магматогенной геотермальной
системы на основе данных, полученных при численном моделировании процессов теплопереноса в слагающих ее горных породах.
ИДЕЯ РАБОТЫ – в районе Мутновской магматогенной геотермальной системы на глубинах до 3 км существует высокотемпературная зона (>400оС), энергетические ресурсы которой оценены на базе термогидродинамического моделирования процессов
теплопереноса с использованием прогнозной температуры магматического очага (1200оС) и замеренной температуры фумарол на поверхности (490–950оС); эта зона перспективно возможна для промышленного освоения по технологии геотермальных циркуляционных систем.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:
● разработка численной термогидродинамической модели Мутновской магматогенной геотермальной системы;
● получение расчетного распределения температур, давлений, фазового состояния и скоростей движения фаз флюида в лавовыводящем канале и в окружающих его породах в заданном диапазоне исходных параметров;
4
● численное исследование теплофизических и гидродинамических
параметров теплового коллектора геотермальной циркуляционной системы в начальных надкритических условиях;
● установление технологических параметров геотермальной циркуляционной системы для освоения тепловых ресурсов Мутновской магматогенной геотермальной системы.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ
● установлена закономерность распределения температуры, давления, фазового состояния и скоростей фаз флюида в массиве
пород Мутновской магматогенной геотермальной системы на
базе разработанной численной термогидродинамической модели, включающей фазовые переходы в полном диапазоне возможных состояний, теплофизические свойства пород и воды до
1200оС и 1 ГПа, фактический рельеф поверхности;
● получены закономерности распределения температуры, давления, фазового состояния и водонасыщенности в вертикальном и
горизонтальном разрезах теплового коллектора геотермальной
циркуляционной системы в начальных надкритических условиях, соответствующих расчетным условиям Мутновской магматогенной геотермальной системы, а также зависимости параметров
теплоносителя в открытых интервалах добычных и нагнетательной скважин от времени эксплуатации.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1. Адекватное описание формирования Мутновской магматогенной
геотермальной системы может быть осуществлено на основе разработанной термогидродинамической модели, включающей источник теплоты, представляющий собой магматический очаг эллипсоидальной формы, где за счет подпитки магматическим веществом поддерживается постоянная температура и расход дегазирующегося флюида.
2. Область горных пород Мутновской магматогенной геотермальной
системы имеющая температуру не менее 400оС, достаточную для
получения геотермального теплоносителя высокого потенциала
располагается на расстоянии не более 2,5 км от лавовыводящего
канала и на глубине до 3-х км.
3. Для обеспечения эксплуатации Мутновской магматогенной геотермальной системы по циркуляционной технологии, в течение
5
времени не менее 35 лет, дебит теплоносителя может составлять
10–15 кг/с при расстоянии между нагнетательной и добычными
скважинами 250 м, при этом открытый интервал нагнетательной
скважины следует располагать на 250 м выше забоя добычных
скважин.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Принята комплексная методика исследования, включающая:
обобщение и анализ натурных наблюдений за тепловым режимом
Мутновской магматогенной геотермальной системы, анализ мирового опыта разработки и использования технологии геотермальных
циркуляционных систем, компьютерное моделирование процесса
теплопереноса в породах Мутновского комплекса и в тепловом коллекторе геотермальной циркуляционной системы.
ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИЙ подтверждается:
● корреляцией полученных в работе результатов с натурными
наблюдениями, выполненными другими исследователями;
● значительным объемом аналитического обзора данных предшествующих работ по натурным наблюдениям за геотермическим
режимом Мутновской магматогенной геотермальной системы;
● большим количеством вариантов вычислений по моделям на
ЭВМ в широком диапазоне исходных параметров (120 вариантов
серийных расчетов);
● использованием фундаментальных физических законов сохранения массы и энергии в основе численной модели теплопереноса.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:
● прогнозируемые параметры Мутновской магматогенной геотермальной системы должны быть использованы при постановке
геолого-геотермических исследований на данном объекте;
● результаты термогидродинамического моделирования позволяют выполнить прогнозную оценку энергетических ресурсов
Мутновской магматогенной геотермальной системы;
● установленные геометрические параметры системы скважин типа «триплет» могут быть рекомендованы для опытной циркуляционной установки при освоении Мутновской магматогенной
геотермальной системы;
6
● результаты диссертационной работы предложены в ОАО
«Геотерм» для внедрения;
● научные и практические результаты работы используются в
учебном процессе Камчатского государственного технического
университета при проведении занятий по дисциплинам:
«Основы
технологии
и
проектирования
топливноэнергетических комплексов».
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА работы заключается: в постановке
цели, формулировке задач и разработке методики исследований, систематизации и обработке геологических, гидрологических данных,
а также данных по геотермическому режиму Мутновской магматогенной геотермальной системы, разработке модели, выполнении
численных экспериментов и интерпретации полученных результатов, а также обработке их на ЭВМ, разработке практических рекомендаций.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Содержание и основные положения диссертационной работы были
доложены на: научно-технической конференции профессорскопреподавательского состава и аспирантов КамчатГТУ «Проблемы и
задачи регионального природопользования», ПетропавловскКамчатский, 2004; 18-ой международной научной конференции
«Математические методы в технике и технологиях ММТТ-18», Казань, 2005; международном семинаре, посвященному закрытию 27ой сессии Специальных геотермических курсов Университета Объединённых Наций (UNU GTP – United Nations University Geothermal
Training Program), Рейкьявик, Исландия, 2005г.; региональной научно-практической конференции «Минерально-сырьевые ресурсы как
фактор развития промышленной и социальной инфраструктуры
Камчатского края», Петропавловск-Камчатский, 2007; научнотехническом совете ОАО «Геотерм», 2007; семинарах лаборатории
геотехнологии и геохимии, а также физико-химической гидродинамики НИГТЦ ДВО РАН, на Ученых советах НИГТЦ ДВО РАН,
2006-2008, на заседании кафедры Геотехнологии руд РГГРУ от
12.05.08 г.
ПУБЛИКАЦИИ: По теме диссертации опубликовано 12 печатных
работ, в том числе 9 – в журналах и изданиях «Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий» Высшей аттестацион7
ной комиссии Минобрнауки России, рекомендованных экспертным
советом.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка
литературы из 142 наименований, приложений, иллюстрирована 49ю рисунками, содержит 8 таблиц, общий объем – 145 страниц.
БЛАГОДАРНОСТИ
Автор благодарит: Ю.П. Трухина и Р.И. Пашкевича за научное руководство, постановку задач исследования, плодотворную критику,
действенную поддержку и помощь на всех этапах работы; А.С. Латкина, Р.А. Шувалова, В.В. Потапова, В.А. Степанова (НИГТЦ ДВО
РАН) за ценные советы и консультации; профессора С. Арнорсона
(Национальный Университет Исландии, г. Рейкьявик) за консультации и советы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В главе 1 выполнен анализ результатов предшествующих работ по
натурным наблюдениям за тепловым режимом Мутновской магматогенной геотермальной системы; выявлены характеристики системы как объекта освоения с целью использования тепловых ресурсов
ее магматического очага; рассмотрены современные технологии
освоения тепловых ресурсов магматогенных геотермальных и вулкано-геотермальных систем; сформулированы цель и задачи исследований;
В главе 2 разработана термогидродинамическая модель Мутновской магматогенной геотермальной системы; установлены границы
расчетной области, начальные и граничные условия для 3-х типов
моделей и диапазон исходных теплофизических, геотермических,
гидрогеологических параметров для расчетов;
В главе 3 на основе разработанной модели выполнен расчет и анализ параметров теплопереноса в Мутновской магматогенной геотермальной системе; установлена степень адекватности 3-х типов
моделей реальным условиям; установлена зависимость конфигурации изотерм, изобар и границы области флюида в надкритическом
состоянии от проницаемости лавовыводящего канала и окружающих
его пород, давления и расхода флюида на входе в канал, формы очага при двух доминирующих типах теплопереноса;
8
В главе 4 выполнено численное моделирование термогидродинамического режима коллектора циркуляционной системы в начальных надкритических условиях, соответствующих условиям объекта
исследования; установлены рациональные технологические параметры циркуляционной системы с целью выработки тепловой и
электрической энергии;
Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:
1. Адекватное описание формирования Мутновской магматогенной геотермальной системы может быть осуществлено на
основе разработанной термогидродинамической модели, включающей источник теплоты, представляющий собой магматический очаг эллипсоидальной формы, где за счет подпитки магматическим веществом поддерживается постоянная температура и
расход дегазирующегося флюида.
В настоящее время не существует единой концептуальной модели
Мутновской магматогенной геотермальной системы. Это связано с
тем, что детальных геолого-геотермических исследований на объекте не проводилось. Поэтому в работе использовался спектр исходных параметров, учитывающий широкий диапазон возможных значений (табл. 1).
Математическая модель теплопереноса в породах системы основывается на уравнениях сохранения массы и энергии в виде:
 (n f )
t
 kk 

 kk 

    rs s (p   s g)      rw w (p   w g)   qm  0


s
w




 kk  h

 kk  h


 n  f h f  (1  n)  r h r      rs s s (p   s g)      rw w w (p   w g)     K mT  qh  0
t 


s
w




(1)
(2)
где n – пористость; ρf, ρs, ρr – плотность флюида, пара и пород; k, krs
krw – соответственно абсолютная и относительная проницаемости;
µs, µw – динамические вязкости пара и воды; Кm – теплопроводность;
hf, hr – удельные энтальпии флюида и пород; qm и qh – соответственно массовый расход на единицу объема и тепловой поток на единицу объема. Последние две величины используются для задания в
явном виде расхода дегазации магмы на входе в лавовыводящий канал и регионального потока тепла на нижней границе расчетной области.
9
Таблица 1.
Параметры, варьируемые в расчетах
Тип модели
А
Форма очага
Горизонтальный
эллипсоид
В
С
По всем моделям
Вертикальный/
Горизон- Вертикальный/
Горизонтальтальный Горизонтальный
эллипсоид ный эллипсоид
эллипсоид
Размеры большой и
2,2
2,5
2,2
2,2…2,5
малой полуосей очага,
1,1
1,5
1,1
1,1…1,5
км
Глубина залегания
3…4,5
1
0,75…4,5
очага, км
Температура апикаль- Остывающий
900-1200
1200
900-1200
ной части очага, оС
очаг
Проницаемость пород
10-4…100
0,001…1
1…100
10-4…100
канала, мД
Проницаемость окру10-4…1
0,001
10-4…1
жающих пород, мД
Проницаемость очага,
10-8…10-4
10-8…10-4
мД
Региональный тепло80-120
120
80-120
вой поток (q1), мВт/м2
Тепловой поток на оси
1200
1200
очага (q2), мВт/м2
Расход дегазирующе3-600
71
0-600
гося флюида (G), кг/с
Давление магматического флюида на входе
От гидростатического, до
в лавовыводящий калитостатического
нал
Доминирующий тип
теплопереноса в
Кондуктивный, конвективный
окружающих породах
Численная реализации осуществляется конечно-разностным методом на базе программного комплекса HYDROTHERM, предназначенного для трехмерного моделирования многофазного потока воды
и тепла в диапазоне температуры и давления до 12000С и 1 ГПа.
В работе Мутновская магматогенная геотермальная система рассматривается как проницаемая плоская зона, проходящая через ее
10
центр и гидравлически связанная с магматическим очагом посредством лавовыводящего канала (рис. 1а). Использовалась двумерная
постановка. Модель охватывает в плане 18 км. Глубина расчетной
области определяется принятой глубиной залегания магматического
очага. Расчетная область делится на 3 домена, рис. 1а, б. Рассматривались три типа моделей, рис. 1.
Модель А (рис. 1а) включает остывающий магматический очаг.
Модель В (рис. 1б) включает конвектирующий очаг, с постоянной
температурой поверхности его апикальной части. На входе в лавовыводящий канал задавался источник дегазирующегося флюида.
Поскольку действительная форма поверхности очага неизвестна, в
расчетах по модели В она менялась с горизонтального на вертикальный эллипсоид (рис. 1б, 4 и 5).
Модель С (рис. 1в), включает в себя конвектирующий магматический очаг, с заданием давления и расхода флюида на входе в лавовыводящий канал. Породы канала имеют начальную температуру
близкую к температуре поверхности очага.
Результаты расчетов по модели А для случая конвективной теплопроводности в окружающих породах представлены на рис. 2. При
всех выполненных вариантах численного эксперимента по модели
А, температура на поверхности не достигает фактически измеренных значений 492–950оС (табл. 2).
Термогидродинамическая модель Мутновской магматогенной геотермальной системы не может быть описана с помощью модели
остывающего очага, необходимо учитывать расход дегазирующегося магматического флюида.
Результаты расчетов в рамках модели В также показали несоответствие реально наблюдаемым на поверхности Мутновской магматогенной геотермальной системы явлениям.
Результаты численных экспериментов с использованием модели С
показали наибольшую адекватность природным характеристикам
объекта исследования. При всех возможных вариантах расчетов,
температура на поверхности составила 500–700оС, а состояние флюида – перегретый пар, что совпадает с замерами и наблюдениями,
выполненными Вакиным Е.А., Кирсановым И.Т., Поляком Б.Г., Зеленским М.Е. в период 1960–2000 гг. (табл. 2).
11
Рис. 1. Схема расчетной области модели А–(а), В–(б), С–(в), начальные и
граничные условия: 1 – лавовыводящий канал; 2 – магматический очаг; 3 –
окружающие порода; 4 – очаг в форме горизонтального, 5 – в форме вертикального эллипсоидов; q1 – региональный тепловой поток; q2 – тепловой
поток на оси очага; Q – расход на границах модели; G – расход флюида на
входе в канал в результате дегазации магмы; РАТМ – атмосферное, РНАЧ –
начальное, РГСТ – гидростатическое давления; Р1, Т1 и Т2 – начальные изобара и геоизотермы в окрестности очага.
12
Таблица 2
Температура на поверхности Мутновской системы.
500-700оС
750оС
950оС
524оС
492оС
520оС
620оС
50-100оС
1963
1964
1999
2000
2002
2005
Расчетная температура, по модели
А
В
С
900-1000оС
Год за- Максимальная измеренная температумеров
ра газов на поверхности
Рис. 2. Распределение температуры и фазового состояния при разных
глубинах залегания очага (км): а – 4,5, б – 3. В верхнем правом углу – время с начала расчета, годы. По оси y – глубина модели, по оси х – ее ширина,
км.
2. Область горных пород Мутновской магматогенной геотермальной системы имеющая температуру не менее 400оС, достаточную для получения геотермального теплоносителя высокого
потенциала располагается на расстоянии не более 2,5 км от лавовыводящего канала и на глубине до 3-х км.
13
Практический интерес с целью освоения тепловых ресурсов Мутновской магматогенной геотермальной системы представляет температура горных пород превышающая 400оС.
Результаты численных экспериментов, выполненных по модели С
показывают, что при конвективном типе теплопереноса в окружающих породах и давлении дегазирующегося флюида на входе в лавовыводящий канал превышающим гидростатическое, указанные температуры располагаются на глубине до 3 км и расстоянии не более
2,5 км от центра лавовыводящего канала при глубине залегания
магматического очага 4,5 км (рис. 3).
о
Рис. 3. Распределение температуры (Т, С), давления (Р, бар) и фазового
состояния при конвективном теплопереносе в породах, окружающих лавовыводящий канал при разном давлении флюида на его входе: а–45 мПа, б–
80 мПа. В верхнем правом углу – время с начала расчета, годы. По оси y –
глубина модели, по оси х – ее ширина, км. Векторами показано направление и скорость движения флюида.
14
В случае наиболее «не благоприятного» варианта расчетов (кондуктивного типа теплопереноса и принятого гидростатического давления апикальной части очага), минимальная расчетная температура
горных пород на глубине до 3 км и расстоянии не более 2,5 км от
центра лавовыводящего канала составляет 400оС при залегании очага от 1,5 до 3 км (рис. 4).
3. Для обеспечения эксплуатации Мутновской магматогенной
геотермальной системы по циркуляционной технологии, в течение времени не менее 35 лет, дебит теплоносителя может составлять 10–15 кг/с при расстоянии между нагнетательной и добычными скважинами 250 м, при этом открытый интервал нагнетательной скважины следует располагать на 250 м выше забоя добычных скважин.
В данной работе было выполнено численное трехмерное моделирование работы системы скважин типа «триплет» при разработке
Мутновской магматогенной геотермальной системы по циркуляционной технологии (рис. 5). Диапазон исходных параметров показан в
таблице 3.
Рис. 5. Расположение скважин. Численная сетка модели. Цифры в кружках – породы с разной проницаемостью. Д, Н – открытые интервалы добычных и нагнетательной скважин. 1, 2 – наблюдательные точки.
15
В отличие от имеющихся работ по моделированию режима геотермальной циркуляционной системы, в том числе типа «триплет»,
начальные условия в окрестности добычных и нагнетательной скважин были приняты надкритическими, ожидаемыми по результатам
расчетов на заданных глубинах.
Таблица 3.
Исходные данные для расчетов.
Расстояние между добычными и нагнетательной скважиной
L, м
Высота забоя нагнетательной скважины над линией добычных Нн, м
Проницаемость продуктивной зоны, мД
Размер продуктивной зоны (ВхШхТ), км
200, 250, 500, 650
0, 250, 450, 550
0,9; 1,0; 2,0; 5,0
1,8х1,95х1,0
Дебит добычных скважин G, кг/с
1,0; 5,0; 10,0; 15,0
Мощность открытых интервалов скважин, м
50
Расчетная область включает продуктивную проницаемую зону – 2
и малопроницаемые породы 1 (10-5 мД). Верхняя малопроницаемая
зона имеет мощность 1 км, нижняя – 0,2 км (рис. 5). Начальное распределение давления – гидростатическое, на верхней поверхности
задавалось атмосферное давление. Начальный градиент температуры – 137оС/км, на верхней поверхности задана температура 10оС, на
нижней поверхности – 420оС. Продуктивная зона считается изотропной с постоянной проницаемостью в данном варианте расчета.
С учетом того, что проницаемости интервалов опробования
наиболее продуктивных скважин Мутновского месторождения парогидротерм располагаются в диапазоне значений 0,9–3,1 мД, принятие в работе проницаемости продуктивной зоны в диапазоне значений 0,9–5 мД представляется оправданным.
Установлено, что в ходе эксплуатации в окрестности забоя добычных скважин теплоноситель испытывает последовательную смену
состояния от сверхкритического к перегретому и далее к влажному
пару. Показан характер изменения температуры (ТоС), давления (Р)
и водонасыщенности (S) в блоках открытых интервалов добычных и
нагнетательной скважин.
В результате численных экспериментов в указанном диапазоне
расстояний между забоями добычных и нагнетательной скважин (L)
16
получено, что при всех прочих равных условиях, температура и давление забоя добычных скважин выше при расположении забоев на
расстоянии 250 м. Давление нагнетания при этом отличается не значительно.
Для расстояния между забоями скважин 250 м показано, что при
расположении забоя нагнетательной скважины по глубине на линии
добычных (Нн=0), при дебите 15 кг/с и проницаемости продуктивной зоны 1 мД, спустя 20 лет с начала эксплуатации происходит линейное снижение температуры теплоносителя на забое добычных
скважин, рис. 6 б. Конденсация теплоносителя к 20 годам достигает
100% (рис 6 в).
Рис.6. Изменение параметров в ходе эксплуатации при разных Нн: а, б, в на забое добычной скважины, г - нагнетательной. Дебит 15 кг/с, проницаемость продуктивной зоны 1 мД.
При более высоком расположении забоя нагнетательной скважины
(Нн=250, 450, 550 м), параметры добычной скважины быстро снижаются в течение 2 лет с начала эксплуатации, а затем практически
стабилизируются. При этом, относительная высота забоя нагнетания
250 м представляется наиболее целесообразной, так как температура
17
и давление в этом случае выше, чем при расположении забоя на высотах 450 и 550 м (рис. 6 а,б).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация
представляет
собой
законченную
научноисследовательскую работу, в которой содержится решение актуальной задачи количественной оценки термогидродинамических условий в породах Мутновской магматогенной геотермальной системы и
установления рациональных параметров освоения ее тепловых ресурсов по технологии геотермальных циркуляционных систем.
Основные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему:
1. Разработана численная термогидродинамическая модель Мутновской магматогенной геотермальной системы и оценена ее адекватность природным условиям;
2. При предполагаемой глубине залегания магматического очага
1,5…3 км минимальная расчетная температура горных пород
Мутновской магматогенной геотермальной системы, на расстоянии 2,5 км от ее центра и на глубине до 3 км, составляет 400оС
при различных доминирующих типах теплопереноса в окружающих флюидопроводящую зону породах;
3. Установлено, что забой нагнетательной скважины в системе «триплет» при освоении тепловых ресурсов Мутновской магматогенной геотермальной системы с дебитом скважин 15 кг/с и расстоянием между скважинами 250 м, рационально размещать на 250 м
выше забоя добычных скважин глубиной 2,7 км при проектных
сроках эксплуатации более 35 лет;
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:
1. Таскин В.В. Термогидрогазодинамические процессы в массиве
пород вулкана Мутновский при остывании его магматического
очага: численный эксперимент /Пашкевич Р.И., Таскин В.В.//
Естественные и технические науки. – 2007. – №5. – С. 169–174.
18
2. Таскин В.В. Моделирование теплопереноса при фильтрации во
флюидопроводящей зоне Мутновской магма-геотермальной системы: роль проницаемости пород и давления дегазации магмы
/Пашкевич Р.И., Таскин В.В.// Вопросы современной науки и
практики. Университет им. Вернадского. – 2007. №4(10) – С.
156–165.
3. Таскин В.В. Численное исследование динамики паровых зон
магма–геотермальных систем на примере вулкана Мутновский,
Южная Камчатка /Пашкевич Р.И., Таскин В.В.// Геофизика. –
2007. – №5. – С. 68–71.
4. Таскин В.В. Термогидродинамическое моделирование магма–
геотермальной системы вулкана Мутновский /Пашкевич Р.И.,
Таскин В.В.// Геоинформатика. – 2007. – № 3. – С. 57–61.
5. Таскин В.В. Перспективные технологии использования тепла
Земли // Сб. тез. докл. региональной научно-практической конф.
«Минерально-сырьевые ресурсы как фактор развития промышленной и социальной инфраструктуры Камчатского края 1–2
марта 2007. Петропавловск-Камчатский, Россия», Петропавловск-Камчатский, 2007. С. 38–41.
6. Таскин В.В. Моделирование магматогенно-гидротермальной
системы вулкана Мутновский и его магматического очага
/Трухин Ю.П., Пашкевич Р.И., Таскин В.В.// Сб. тез. докл. региональной научно-практической конф. «Минерально-сырьевые
ресурсы как фактор развития промышленной и социальной инфраструктуры Камчатского края 1–2 марта 2007. ПетропавловскКамчатский, Россия», Петропавловск-Камчатский, 2007. С. 41–
43.
7. Таскин В.В. О возможности оценки глубины залегания очага
Мутновской магма-геотермальной системы по геотермическим
данным /Пашкевич Р.И., Таскин В.В.// Сб. науч. трудов Х Международной конф. «Тепловое поле Земли и методы его изучения» Москва, 18-19 июня 2008 г., РГГУ. Сб. науч. трудов / Отв.
ред. Ю.А.Попов. – М.: РИО РГГРУ, 2008, С. 176-181.
8. Таскин В.В. Теплоперенос в горном массиве при эксплуатации
геотермальной циркуляционной системы /Таскин В.В., Пашкевич Р.И.// Горный журнал. – 2008. - №11. - С. 32-34.
19
9. Таскин В.В. Исследование термогидродинамического режима надкритической геотермальной циркуляционной системы
/Таскин В.В., Пашкевич Р.И.// Известия высших учебных заведений. Горный журнал. – 2008. - №8. С 21-24.
10. Таскин В.В. Теплоперенос в породах Мутновской геотермальной системы: влияние формы, расхода дегазации очага и
проницаемости пород /Пашкевич Р.И., Таскин В.В.// Горный
информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во
МГГУ. – 2008.- №12.- С. 178-185.
11. Таскин В.В. Зависимость технологических параметров геотермальных циркуляционных систем в начальных надкритических условиях от относительной высоты забоя нагнетательной скважины /Пашкевич Р.И., Таскин В.В.// Горный
информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во
МГГУ. – 2008. №12.- С. - 186-190.
12. Таскин В.В. Влияние расстояния между скважинами и глубины нагнетательной скважины надкритической геотермальной циркуляционной системы на отбор тепла /Пашкевич
Р.И., Таскин В.В.// Горный информационно-аналитический
бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ. – 2008.- №12.- С. 191-194.
20