Применение компьютерного моделирования для устойчивой эксплуатации термальных подземных вод Ханкальского месторождения

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью достижения устойчивости в эксплуатации термальных подземных вод. Снижение температуры геотермального резервуара при обратной закачке использованного флюида является важнейшей проблемой долгосрочной эксплуатации, прогноз которой возможен с помощью компьютерного моделирования. Цель: дать прогноз изменения температурного режима в ходе эксплуатации Ханкальского месторождения, рассмотреть различные сценарии разработки и предложить возможные решения достижения устойчивости в разработке месторождения. Объекты: Ханкальское месторождение; дублетная циркуляционная система Ханкальской геотермальной станции. Методы: компьютерное моделирование изменения температуры ресурса термальных подземных вод; оценка и анализ возможных вариантов периодической эксплуатации месторождения; оценка суммарной выработки тепла и конечной темпертуры геотермального резервуара на момент остановки для различных вариантов эксплуатации. Результаты. На Ханкальском месторождении снижение температуры в продуктивной скважине начнется через 6–7 лет после разработки в запланированном режиме. Периодическая короткая эксплуатация и остановка (10-летний цикл, 100 лет суммарно) позволяют выработать больше тепла по сравнению с более продолжительной эксплуатацией (50-летний цикл, 100 лет суммарно), вместе с тем второй вариант дает возможность достичь более высокого восстановления температуры в продуктивной скважине. В случае значительного снижения температуры после некоторого периода эксплуатации XIII пласта предлагается периодическое использование различных продуктивных горизонтов (IV–VII, XVI или XXII) для обеспечения устойчивости работы геотермальной станции. Разработка XIII пласта возможна после периода остановки благодаря относительно высокой скорости восстановления температуры. Следует размещать скважины параллельно двум главным разломам Ханкальского месторождения, при этом продуктивную скважину – в южной, а нагнетательную – в северной части, так как естественный поток подземных вод может замедлить расширение холодного фронта до продуктивной скважины. Установка и периодическое использование двух или более циркуляционных систем могут обеспечить наибольшую устойчивость при долгосрочной эксплуатации. Однако рациональность этого метода, требующего больших дополнительных затрат на начальном этапе реализации проекта, представляет собой сложный вопрос. Выбор режима эксплуатации требует учета гидрогеологических, геотермальных, экономических и технических аспектов при совместном участии гидрогеологов, специалистов по геотермии, технологов и экономистов.

The relevance of the research is caused by the need of achieving sustainability in exploitation of geothermal waters. Temperature drop of geothermal reservoir during the reinjection of used fluid is the most important problem of long term operation, the forecast of which is possible with the help of computer modelling. The main aim of the research is to forecast the temperature changes during the Khankala field exploitation, consider various development scenarios and propose possible solutions to achieve sustainability in field operation. Objects of the research are the Khankala field; doublet circulation system of the Khankala geothermal station. Methods: computer modelling of temperature changes of the geothermal resource; assessment and analysis of possible variants for periodic exploitation of the field; calculation of the total heat generation and the final temperature of the geothermal reservoir at the time of shutdown for various operating options. Results. Temperature drop in a production well will start after 6-7 years of exploitaion in the planned mode at the Khankala field. Periodic short-term operation and shutdown (10-year cycle, 100 years in total) allows more heat to be generated compared with longer operation (50-year cycle, 100 years in total), while the second variant makes it possible to achieve a higher temperature recovery in the production well. In the case of a significant decrease in temperature after a certain period of the XIII layer exploitation, periodic use of various productive layers (IV-VII, XVI or XXII) is proposed to ensure the sustainability of the geothermal station. Development of the XIII layer is possible after a period of stopping due to the relatively high rate of temperature recovery. Wells should be placed parallel to the two main faults of the Khankala field, with the production well in the south and the injection well in the northern part, since the natural flow of groundwater can slow down the expansion of the cold front to the production well. The installation and periodic use of two or more circulation systems can provide the greatest stability in long-term operation. However, the rationality of this method, which requires large additional costs at the initial stage of project implementation, is a complex issue. The choice of operating mode requires consideration of hydrogeological, geothermal, economic and technical aspects with the joint participation of hydrogeologists, geothermal specialists, technologists and economists.