авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Теплофизическое обоснование формирования и эксплуатации мутновской магматогенной геотермальной системы

-- [ Страница 2 ] --

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 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).

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.

Таблица 2

Температура на поверхности Мутновской системы.
Год замеров Максимальная измеренная температура газов на поверхности Расчетная температура, по модели
А В С
1963 750оС 50-100оС 900-1000оС 500-700оС
1964 950оС
1999 524оС
2000 492оС
2002 520оС
2005 620оС

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.

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).

 Распределение температуры (Т,оС), давления (Р, бар) и фазового состояния при-3

Рис. 3. Распределение температуры (Т,оС), 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.

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 1015 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.

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 200, 250, 500, 650
Высота забоя нагнетательной скважины над линией добычных Нн, м 0, 250, 450, 550
Проницаемость продуктивной зоны, мД 0,9; 1,0; 2,0; 5,0
Размер продуктивной зоны (ВхШхТ), км 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) 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 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 научно-исследовательскую 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.

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. Петропавловск-Камчатский, 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.

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.


Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.