Ինչպես են աշխատում և տեղադրվում երկրաջերմային հորերը

Ինչպես են աշխատում և տեղադրվում երկրաջերմային հորերը

Երկրաջերմային էներգիան վերականգնվող էներգիայի աղբյուր է, որն օգտագործում է երկրի ներսից ստացված ջերմությունը: Շատ երկրներում, այդ թվում՝ Ինդոնեզիայում, որը գտնվում է Կրակի օղակի երկայնքով, երկրաջերմային էներգիան հսկայական ներուժ ունի էլեկտրաէներգիա արտադրելու և ջերմության ուղղակի օգտագործման համար: Երկրաջերմային էներգիայի օգտագործման ամենակարևոր բաղադրիչներից մեկը երկրաջերմային հորատանցքն է՝ փորված անցք, որը փորված է ստորգետնյա ջրամբարից տաք հեղուկներ (գոլորշի և/կամ տաք ջուր) ստանալու համար: Այս հոդվածում քննարկվում է, թե ինչպես է աշխատում երկրաջերմային հորատանցքը և դրա տեղադրման ընդհանուր քայլերը:

1. Ի՞նչ է երկրաջերմային հորատանցքը։

Երկրաջերմային հորատանցքը որոշակի խորության վրա փորված հորատանցք է՝ երկրաջերմային ջրամբարի գոտի հասնելու համար: Այս ջրամբարը պարունակում է ճնշման տակ գտնվող տաք հեղուկ, գոլորշու, տաք ջրի և չխտացվող գազերի խառնուրդ (օրինակ՝ CO₂ և H₂S որոշակի կոնցենտրացիաներով): Կա երկրաջերմային հորատանցքի մեկից ավելի տեսակ. երկրաջերմային դաշտը սովորաբար պարունակում է.

1. Արտադրական հորատանցք. տաք հեղուկը հոսում է մակերես՝ օգտագործման համար։
2. Ներարկման հորատանցք. խտացրած ջուրը կամ աղաջուրը (բարձր հանքային պարունակությամբ տաք ջուր) վերադարձնում է ջրամբար, որպեսզի ճնշումը մնա կայուն, իսկ շրջակա միջավայրն ավելի լավ պաշտպանված լինի։
3. Հորերի մոնիթորինգ. վերահսկել ճնշումը, ջերմաստիճանը և ջրամբարի վարքագիծը։

Այս հորատանցքերի համադրությամբ երկրաջերմային համակարգը կարող է կայուն գործել՝ պահպանելով ջրամբարի հավասարակշռությունը և երկարացնելով հանքավայրի շահագործման ժամկետը։

2. Ինչպես են աշխատում երկրաջերմային հորատանցքերը

Երկրաջերմային հորատանցքի աշխատանքի ձևը կախված է ջրամբարի բնութագրերից և օգտագործվող գեներացնող տեխնոլոգիայից: Այնուամենայնիվ, ընդհանուր սկզբունքը հետևյալն է.

ա) Երկրաջերմային ջերմությունը ձևավորվում և կուտակվում է ջրամբարներում
Ջերմությունը ծագում է Երկրի խորքից՝ կամ մագմայի ակտիվությունից, կամ բնական ջերմային գրադիենտներից։ Ներքև ներծծվող ստորգետնյա ջրերը տաքանում և կլանվում են ծակոտկեն կամ կոտրված ապարների մեջ՝ ձևավորելով ջրամբարներ։ Խորքում բարձր ճնշումը թույլ է տալիս հեղուկներին կուտակել զգալի քանակությամբ էներգիա։

բ) Տաք հեղուկը բարձրանում է արտադրական հորատանցքով
Երբ բացվում է արտադրական հորատանցք, ճնշման տարբերությունը ստիպում է հեղուկին շարժվել դեպի վեր։ Որոշ դեպքերում հեղուկը կարող է հոսել ինքնուրույն (արտեզյան) առանց պոմպի։ Որոշակի տեսակների դեպքում, մասնավորապես՝ չափավոր ջերմաստիճանի երկրաջերմային համակարգերի համար, կարող է անհրաժեշտ լինել հորատանցքի պոմպ։

գ) Գոլորշու և ջրի բաժանում (անհրաժեշտության դեպքում)
Եթե ​​արտանետվող հեղուկը գոլորշու և ջրի խառնուրդ է, օգտագործվում է մակերեսային բաժանիչ։ Գոլորշին ուղղվում է դեպի տուրբին, մինչդեռ տաք ջուրը (աղաջուրը) կարող է վերադարձվել ներարկման հորատանցք կամ օգտագործվել այլ նպատակներով (օրինակ՝ տաքացում, չորացում կամ արդյունաբերական գործընթացներ)։

դ) Էլեկտրաէներգիայի կամ ուղղակի ջերմության փոխակերպում
Երկրաջերմային էլեկտրակայանների երեք հիմնական սխեմաներն են՝
– Չոր գոլորշի. չոր գոլորշին ուղղակիորեն պտտեցնում է տուրբինը։
– Արագընթաց գոլորշի. ճնշման տակ գտնվող տաք ջուրը «վերածվում է» գոլորշու ավելի ցածր ճնշման տակ. գոլորշին պտտեցնում է տուրբինը։
– Երկուական ցիկլ. Երկրաջերմային հեղուկից եկող ջերմությունը ջերմափոխանակիչում տաքացնում է երկրորդային աշխատանքային հեղուկը (օրինակ՝ իզոբութանը). աշխատանքային հեղուկը գոլորշիանում է և պտտեցնում տուրբինը: Այս սխեման հարմար է ջրամբարի ցածր ջերմաստիճանների համար և հակված է ավելի փակ ցիկլի, ինչը հանգեցնում է ավելի ցածր արտանետումների:

ե) Հեղուկի կրկնակի ներարկում ռեզերվուարի մեջ
Էներգիայի արդյունահանումից հետո մնացած հեղուկը, որպես կանոն, կրկին ներարկվում է ներարկման հորանի միջով։ Ներարկումը օգնում է.
- պահպանել ջրամբարի ճնշումը,
- նվազեցնել արտադրության նվազման ռիսկը,
– նվազեցնել հանքային ջրերի արտանետումները շրջակա միջավայր,
- նպաստում է երկարաժամկետ կայունությանը։

3. Երկրաջերմային հորատանցքի տեղադրման փուլերը

Երկրաջերմային հորատանցքերի տեղադրումը բարդ գործընթաց է, որը ներառում է երկրաբանական ուսումնասիրություններ, հորատման ճարտարագիտություն, անվտանգություն, ինչպես նաև շրջակա միջավայրի թույլտվություններ և կառավարում: Ընդհանուր քայլերը հետևյալն են.

1) Նախնական և հետազոտական ​​ուսումնասիրություններ
Հորատումից առաջ անցկացվում է հետազոտություն՝ հորատանցքի հնարավոր տեղանքները բացահայտելու և հորատանցքի փլուզման պատճառով բարձր ծախսերի ռիսկը նվազեցնելու համար: Այս փուլը ներառում է.
– Երկրաբանական ուսումնասիրություններ՝ ապարների քարտեզագրում, բեկվածքային կառուցվածքներ, մակերևութային դրսևորումներ (տաք աղբյուրներ, ֆումարոլներ):
– Երկրաքիմիա. տաք ջրի պարունակության վերլուծություն՝ ջրամբարի ջերմաստիճանը և հեղուկի ծագումը գնահատելու համար։
– Երկրաֆիզիկա. մագնիսատելուրիկ (ՄՏ), գրավիտացիոն, սեյսմիկ կամ դիմադրության մեթոդներ՝ ստորգետնյա կառուցվածքների քարտեզագրման համար։
– Հորատանցքի տեղադրման ընտրություն՝ հաշվի առնելով մուտքի հնարավորությունները, տեղագրությունը, անվտանգությունը և ջերմային պոտենցիալ պաշարները։

Հետախուզման արդյունքները կորոշեն թիրախի խորությունը, հորատման ուղղությունը (ուղղահայաց կամ ուղղորդված) և տեխնիկական նախագիծը։

2) Լիցենզավորում, AMDAL և տեղանքի նախապատրաստում
Քանի որ երկրաջերմային նախագծերը մեծածավալ են և հաճախ տեղակայված են զգայուն տարածքներում, անհրաժեշտ է.
- լիցենզավորում՝ համաձայն կանոնակարգերի,
– շրջակա միջավայրի ուսումնասիրություններ (օրինակ՝ AMDAL),
– հանրային խորհրդակցություններ և սոցիալական կառավարման ծրագրեր։

Դաշտում իրականացվել են սահմանափակ հողի մաքրում, հորատանցքերի հարթակի կառուցում, ճանապարհային մուտքի աշխատանքներ և անձրևաջրերի ու հորատման ցեխի կառավարման համար ջրահեռացման համակարգ։

3) Հարթակների և սարքավորումների մոբիլիզացիա
Երկրաջերմային հորատման հարթակները մի քանի առումներով տարբերվում են նավթի և գազի հարթակներից, հիմնականում բարձր ջերմաստիճանների և կոռոզիայի հավանականության պատճառով: Տեղափոխվող սարքավորումները ներառում են.
- բեռնամբարձման հարթակ և համակարգ,
- ցեխի պոմպ,
- հորատման խողովակ և հորատման սայր,
– հորատանցքի վերահսկման սարքավորումներ (պայթյունի կանխարգելիչ/BOP),
– հեղուկների մշակման համակարգեր, բաքեր և անվտանգության հարմարություններ։

4) Հորատում քայլ առ քայլ (հատվածային հորատում)
Երկրաջերմային հորատանցքերը սովորաբար հորատվում են խորության հետ տրամագծի նվազման փուլերով՝
– Հաղորդիչ պատյան. նախնական խողովակ՝ գետնի վերին մասը կայունացնելու և փլուզումը կանխելու համար։
– Մակերեսային պատյան. պաշտպանում է մակերեսային ջրատար շերտերը և ապահովում է նախնական պաշտպանություն։
– Միջանկյալ պատյան (անհրաժեշտության դեպքում). որոշակի անկայուն կամ ճնշման տակ գտնվող ապարային գոտիների համար։
– Արտադրական պատյան/միջնապատ. պատում է արտադրական գոտին՝ հեղուկի հոսքը կարգավորելու համար։

Հորատման ընթացքում հորատման ցեխը օգտագործվում է ապարների կտորտանքները բարձրացնելու, հորատանցքը կայունացնելու, ճնշումը կարգավորելու և հորատման գլխիկը սառեցնելու համար: Երկրաջերմային էներգիայի մեջ լրացուցիչ մարտահրավերներից են ապարների կոտրվածքների և ցեխի հատկություններին ազդող ծայրահեղ ջերմաստիճանների պատճառով շրջանառության կորուստը:

5) Պատյանների տեղադրում և ցեմենտացում
Յուրաքանչյուր հատվածի հորատումից հետո կատարվում է պատյանի կառուցում և ցեմենտացում: Ցեմենտացումը կարևոր է, քանի որ այն նպատակ ունի.
– կապեք պատյանը ժայռային կազմավորմանը,
– կանխել հեղուկի արտահոսքը շերտերի միջև,
– բարելավել հորատանցքի ամբողջականությունը բարձր ջերմաստիճաններում։

Երկրաջերմային ցեմենտային նյութերը նախագծված են ջերմակայուն լինելու համար՝ հորատանցքի տաքացման-սառեցման ցիկլի ընթացքում ճաքերի առաջացումը կանխելու համար։

6) Հորատանցքի վերահսկողություն և անվտանգություն
Երկրաջերմային էներգիան կարող է առաջացնել ճնշման տակ գտնվող գոլորշի և վտանգավոր գազեր, ինչպիսին է H₂S-ը: Հետևաբար, անվտանգության չափանիշները շատ խիստ են, ներառյալ՝
– BOP տեղադրում,
- հորատանցքերի վերահսկման ընթացակարգեր,
- գազի մոնիթորինգ,
- անձնական պաշտպանիչ միջոցների օգտագործումը,
- արտակարգ իրավիճակներին արձագանքման պլան։

7) Հորատանցքի լրացում և խթանում
Նպատակին հասնելուց հետո ավարտական ​​փուլն իրականացվում է հետևյալ կերպ.
- ջրհորի գլխիկի և անվտանգության փականի տեղադրում,
– անցքերի տեղադրում կամ որոշակի արտադրական գոտիների բացում (կախված նախագծից),
– խթանում (անհրաժեշտության դեպքում), օրինակ՝ հորատանցքի մաքրում կամ մշակում՝ հեղուկի հոսքի թափանցելիությունը մեծացնելու համար։

Երկրաջերմային էներգիայի մեջ ավարտը պետք է հաշվի առնի նստվածքագոյացումը (միներալների, ինչպիսիք են սիլիցիումը կամ կալցիտը, տեղումները) և կոռոզիան։

8) Արտադրական փորձարկում (հորատանցքերի փորձարկում)
Հորատանցքը փորելուց հետո այն անմիջապես մշտապես չի օգտագործվում։ Կատարվում են թեստեր, ինչպիսիք են՝
– հոսքի փորձարկում՝ գոլորշու/ջրի արտադրության արագությունը չափելու համար,
- ջերմաստիճանի և ճնշման չափում,
- հեղուկների քիմիական վերլուծություն,
– հոսքի կայունության և մասշտաբավորման ներուժի գնահատում։

Փորձարկման տվյալները որոշում են, թե արդյոք հորատանցքը հարմար է արտադրության համար, կարիք ունի վերանորոգման, թե նախատեսված է որպես ներարկման հորատանցք օգտագործելու համար։

9) Ինտեգրում մակերեսային կառույցների հետ
Երբ հորատանցքը մտնում է շահագործման փուլ, այն միացված է.
– երկֆազ խողովակներ (գոլորշու-ջուր) կամ գոլորշու խողովակներ,
– բաժանիչ և մաքրիչ,
– գեներատոր (տուրբին, կոնդենսատոր, սառեցման աշտարակ),
– վերադարձի ներարկման գիծ։

Ամբողջ ցանցը նախագծված է բարձր ջերմաստիճաններին, ճնշումներին և կոռոզիոն պայմաններին դիմակայելու համար։

4. Երկրաջերմային հորատանցքերի տեղադրման հիմնական մարտահրավերները

Երկրաջերմային հորատանցքերի տեղադրումը բախվում է բավականին յուրահատուկ մարտահրավերների, ինչպիսիք են՝
– Ծայրահեղ ջերմաստիճաններ, որոնք արագացնում են գործիքի մաշվածությունը և ազդում ցեմենտի/պատյանների վրա։
– Կոտրված ապարներում շրջանառության կորուստ, որը կարող է մեծացնել հորատման ծախսերն ու ժամանակը։
– Խողովակների և մակերեսային սարքավորումների վրա ազդող նստվածքի առաջացում և կոռոզիա։
– H₂S ռիսկեր և գազերի արտանետումներ, որոնք պահանջում են մեղմացման և մոնիթորինգի համակարգեր։
– Վայրեր մուտքը հաճախ լեռներում է, ուստի լոգիստիկան դժվար է։

Հետևաբար, երկրաջերմային նախագծումը, նյութերը և շահագործման ընթացակարգերը մեծ շեշտադրում են կատարում երկարաժամկետ հուսալիության վրա։

5. Եզրակացություն

Երկրաջերմային հորատանցքերը երկրաջերմային էներգիայի հավաքագրման հիմնական դարպասներն են. ջրամբարից տաք հեղուկները բարձրացվում են արտադրական հորատանցքերի միջով, մշակվում են մակերեսին՝ էլեկտրաէներգիա կամ ուղղակի ջերմություն արտադրելու համար, ապա վերադարձվում են գետնի տակ՝ ներարկման հորատանցքերի միջոցով՝ կայուն և կայուն համակարգ պահպանելու համար: Տեղադրումը պահանջում է մի շարք քայլեր՝ հետախուզումից և թույլտվություններից մինչև հորատում, պատյաններ և ցեմենտի տեղադրում, մինչև արտադրական փորձարկում և արտադրող կայանքների ինտեգրում: Զգույշ պլանավորման և բարձր անվտանգության չափանիշների դեպքում երկրաջերմային հորատանցքերը կարող են դառնալ ռազմավարական ենթակառուցվածք՝ մաքուր էներգիայի անցմանը և ազգային էներգետիկ անվտանգությանը աջակցելու համար:

Եթե ​​ցանկանում եք, կարող եմ այս հոդվածը հարմարեցնել՝ այն ավելի տեխնիկական դարձնելու համար (օրինակ՝ ավելացնելով պատյանների պարամետրեր, ցեմենտի տեսակներ և հորատանցքի գլխիկի սխեմաներ) կամ ավելի հանրաճանաչ դարձնելու լայն ընթերցողների համար, ինչպես նաև անհրաժեշտության դեպքում ապահովելով, որ բառերի քանակը մոտ 1000 բառ լինի։