Henryk BIERNAT
Przedsiêbiorstwo Geologiczne POLGEOL S.A 03-908 Warszawa, ul. Berezyñska 39 e-mail: biernat@polgeol.pl
Stanis³aw KULIK
Geotermia Pyrzyce Sp. z o.o.
74-200 Pyrzyce, ul. Ciep³ownicza 27 e-mail: skulik@inet.pl
Bogdan NOGA Politechnika Radomska
Instytut Mechaniki Stosowanej i Energetyki 26-600 Radom, ul. Krasickiego 54 e-mail: b.noga@pr.radom.pl
Technika Poszukiwañ Geologicznych Geotermia, Zrównowa¿ony Rozwój nr 1–2/2010
PROBLEMY ZWI¥ZANE Z EKSPLOATACJ¥ CIEP£OWNI GEOTERMALNYCH WYKORZYSTUJ¥CYCH WODY TERMALNE
Z KOLEKTORÓW POROWYCH
STRESZCZENIE
W artykule przedstawione zosta³y problemy zwi¹zane z postêpuj¹cym spadkiem wydajnoœci i efektywnoœci zat³aczania oraz postêpuj¹c¹ korozj¹ w otworach zat³aczaj¹cych. Wydaje siê, ¿e procesu inkrustacji obecnie nie da siê ca³kowicie wyeliminowaæ przy zat³aczaniu wód do kolektorów porowych. Po ograniczeniu lub wrêcz wyeli- minowaniu korozji w Ciep³owni Geotermalnej w Pyrzycach, aby ograniczyæ przytykanie strefy przyodwiertowej zwi¹zkami chemicznymi, zastosowano miêkkie kwasowanie, a obecnie prowadzone s¹ prace zwi¹zane z wdro-
¿eniem super miêkkiego kwasowania.
S£OWA KLUCZOWE
Geotermia, zat³aczanie, korozja, kwasowanie, inkrustacja
* * *
Recenzowa³ prof. dr hab. in¿. Stanis³aw Nagy
Artyku³ wp³yn¹³ do Redakcji 10.08.2009 r., zaakceptowano do druku 05.10.2010 r.
WPROWADZENIE
Obecnie prawie wszystkie zak³ady geotermalne w mniejszym lub wiêkszym stopniu borykaj¹ siê z trudnoœciami zwi¹zanymi z zat³aczaniem sch³odzonej wody termalnej do warstw macierzystych. Jak wykaza³y przeprowadzone badania, mo¿liwoœci ch³onne otwo- rów ju¿ na etapie ich dokumentowania s¹ o oko³o jedn¹ trzeci¹ mniejsze ni¿ mo¿liwoœci eksploatacyjne (przy stosowanych obecnie konstrukcjach otworów eksploatacyjnych). We wszystkich dzia³aj¹cych obecnie zak³adach geotermalnych obserwuje siê równie¿ wystê- powanie w mniejszym lub wiêkszym stopniu zjawiska korozji metali w kontakcie z wod¹ termaln¹. Na podstawie wykonanych pomiarów geofizycznych zjawisko korozji obserwuje siê g³ównie w otworach zat³aczaj¹cych i w napowierzchniowych ruroci¹gach t³ocznych.
Obecnie istnieje mo¿liwoœæ wyeliminowania b¹dŸ ograniczenia wp³ywu korozji na kol- matacjê strefy z³o¿owej w otworach zat³aczaj¹cych. Pozostaje jednak nadal bardzo powa¿ny problem inkrustacji strefy przyodwiertowej zwi¹zkami chemicznymi wytr¹caj¹cymi siê z wysoko zmineralizowanych wód na skutek zmian warunków fizykochemicznych spowo- dowanych eksploatacj¹. Problem inkrustacji mo¿na znacz¹co ograniczyæ poprzez zasto- sowanie super miêkkiego kwasowania, które wymaga jeszcze dalszych badañ.
1. PROBLEMY Z ZAT£ACZANIEM WYDOBYTYCH WÓD TERMALNYCH
Problemy z zat³aczaniem wydobytej wody termalnej przedstawione zostan¹ na przy- k³adzie otworów zat³aczaj¹cych Pyrzyce GT-2 oraz Pyrzyce GT-4. Proces technologiczny w Ciep³owni Pyrzyce polega na wydobyciu z wnêtrza ziemi dwoma otworami eksploa- tacyjnymi Pyrzyce GT-1 i Pyrzyce GT-3 wody termalnej o temperaturze 61°C, za pomoc¹ pomp eksploatacyjno-ch³onnych i przepompowaniu jej do hali ciep³owni. Maksymalna wydajnoœæ jednego otworu eksploatacyjnego wynosi 170 m3/h, zaœ wydajnoœæ pomp eks- ploatacyjno-ch³onnych jest zmienna, tak wiêc iloœæ wydobywanej wody termalnej jest dostosowywana do aktualnych potrzeb ciep³owni.
W budynku ciep³owni woda termalna po przepompowaniu jej przez zespó³ filtrów workowych trafia na dwa niskotemperaturowe wymienniki ciep³a, oddaj¹c swoj¹ energiê uzdatnionej wodzie sieciowej kr¹¿¹cej w zamkniêtym systemie centralnego ogrzewania. Ze wzglêdu na wysok¹ mineralizacjê wynosz¹c¹ 120 g/dm3, wydobyta woda termalna po oddaniu energii cieplnej musi zostaæ ponownie zat³oczona do górotworu. Do tego celu w ciep³owni geotermalnej w Pyrzycach s³u¿¹ dwa otwory zat³aczaj¹ce Pyrzyce GT-2 i Pyrzyce GT-4.
Ciep³ownia Geotermalna w Pyrzycach usytuowana jest na jednostce geologicznej zwanej Synklinorium Szczeciñskie. Dzieli siê ono na dwie równorzêdne mniejsze jednostki zwane Nieck¹ Szczeciñsk¹ i Blokiem Gorzowa. Granica miêdzy nimi tworzy g³êbok¹ strefê dys- lokacji Pyrzyce-Krzy¿ oddzielaj¹c otwory GT-1, GT-3 i GT-4 zlokalizowane na Bloku Gorzowa od otworu ch³onnego GT-2 na Niecce Szczeciñskiej.
Po odwierceniu i zafiltrowaniu miêdzy 20.11.1992–23.01.1993 otworu Pyrzyce GT-2 wykonano pompowanie oczyszczaj¹ce, które wykaza³o wydajnoœæ 168 m3/h. Pod koniec
1995 i z pocz¹tkiem 1996 roku przeprowadzono pompowania eksploatacyjno-zat³aczaj¹ce, a wydajnoœæ zat³aczania wynosi³a 148,6 m3/h przy stabilizacji ciœnienia na poziomie 2,5 bara po 55 godzinach. Z kolei w otworze GT-4 uzyskano wydajnoœæ 143 m3/h oraz stabilizacjê ciœnienia na poziomie 3,7 bara, któr¹ uzyskano po 314 godzinach. Po w³¹czeniu otworu GT-2 do obiegu geotermalnego ciœnienie zat³aczania wynosi³o 5,7 bara przy wydajnoœci zat³aczania 135 m3/h. Od 1997 nastêpowa³ systematyczny spadek wydajnoœci od 115 m3/h przy ciœnieniu 9 barów w marcu 1997 roku, a¿ do 12 m3/h w 2000 roku przy ciœnieniu przekraczaj¹cym 12 barów (rys. 1). W tym samym czasie w otworze GT-4 nie obserwowano pogorszenia ch³onnoœci – oko³o 6 barów przy wydajnoœci 100 m3/h, oko³o 10 barów przy wydajnoœci 150 m3/h.
W 2000 roku stwierdzono jednoznacznie du¿e narosty osadu w interwa³ach czêœci roboczej filtra, powoduj¹ce zmniejszenie œrednicy filtra ze 158 do 143 mm (Bujakowska 2000). Z interpretacji geofizycznych wynika, ¿e najwiêksze zwê¿enie œrednicy otworu wystêpuje w interwale 1428–1435 m. Prace rekonstrukcyjne polega³y na czyszczeniu mechanicznym i chemicznym filtra. Po wykonanych zabiegach w pierwszej dobie eks- ploatacji uzyskano wydajnoœæ 100 m3/h przy ciœnieniu 0 barów–podciœnienie (Biernat 2001).
Do roku 2005 problemy pojawia³y siê cyklicznie wed³ug tego samego schematu – nag³y wzrost ciœnienia i spadek wydajnoœci po przestoju. Ka¿dorazowo pomaga³a regeneracja otworu GT-2, gdzie po regeneracji w lutym 2004 wydajnoœæ wzros³a dwukrotnie. Jednak ka¿de obni¿enie efektywnoœci zat³aczania i ka¿dorazowa regeneracja pomimo poprawy parametrów skraca³y czas miêdzy wyst¹pieniami kolejnych spadków wydajnoœci. W 2005 roku wykonano kolejne próby poprawy ch³onnoœci otworów GT-2 i GT-4 poprzez grun- towne czyszczenie mechaniczne i chemiczne. Wykonane wówczas prace doprowadzi³y do znacznej poprawy (osi¹gniêto rezultat 170 m3/h przy ciœnieniu 1,8 bara).
Rys. 1. Wydajnoœæ i ciœnienie g³owicowe w otworze zat³aczaj¹cym Pyrzyce GT-2 Fig. 1. Efficiency and pressure of geothermal head in injection well Pyrzyce GT-2
Tak wiêc, podstawowymi problemami otworów zat³aczaj¹cych s¹ postêpuj¹cy spadek wydajnoœci i efektywnoœci zat³aczania. Problemy te zale¿¹ natomiast od wielu czynników technicznych zwi¹zanych z dzia³alnoœci¹ okreœlonej ciep³owni, przy czym najwa¿niejszymi wydaj¹ siê byæ:
– sposób eksploatacji, tzn. wielkoœæ poboru i ci¹g³oœæ zat³aczania wody, – oczyszczanie wody zat³aczanej,
– sta³oœæ sch³adzania wody,
– zabezpieczenie antykorozyjne ca³ego uk³adu, – inkrustacja strefy przyodwiertowej.
2. KOROZJA RUR OK£ADZINOWYCH W OTWORACH ZAT£ACZAJ¥CYCH
W 2005 roku za³o¿ono wykonanie w otworach Pyrzyce GT-2, GT-3 i GT-4 profilowania œrednicomierzem wieloramiennym Sondex MIT 60 w celu okreœlenia œrednicy wewnêtrznej i stanu technicznego rur f 958" i filtra f 658" oraz czyszczenia mechanicznego i che- micznego czêœci roboczej filtra (Biernat 2006).
Ocenê stanu technicznego po 10 latach eksploatacji rur ok³adzinowych w otworze Py-rzyce GT-2 wykonano na podstawie analizy statycznej pomiaru wykonanego wielora- miennym œrednicomierzem (Multifinger Imaging Tool – MIT 60). Pomiaru dokonano w in- terwale od 0 do 1511 m z dok³adnoœci¹ do 3 mm. W otworze Pyrzyce GT-2 zapuszczona jest kolumna rur ok³adzinowych 958", gruboœæ œcianki 10,05 mm. Rury te wykonane s¹ ze stali J55 z przeznaczeniem do odwiertów geologicznych i hydrogeologicznych. W otworze za- montowano równie¿ zestaw rur 658" z filtrem prêtowym Johnsona wykonanym ze stali nierdzewnej S304. Okaza³o siê, ¿e w 2 rurach ok³adzinowych 958" wystêpuj¹ bardzo g³êbokie w¿ery równe b¹dŸ przekraczaj¹ce 90% gruboœci ich œcianek (rys. 2).
a) b)
Rys. 2. Wizualizacja w¿erów korozyjnych w otworze Pyrzyce GT-2:
a) rura nr 45 – g³êbokoœæ 423 m, b) rura nr 124 – g³êbokoœæ 1192 m Fig. 2. Visual of corrosion pit in injection well Pyrzyce GT-2:
a) pipe no. 45 – depth 423 m, b) pipe no. 124 – depth 1192 m
Podczas oceny stany technicznego rur ok³adzinowych 958" w otworze Pyrzyce GT-2 stwierdzono, ¿e 39 z nich jest w bardzo z³ym stanie technicznym – wartoœæ uszkodzeñ zawiera siê w przedziale od 51 do 100% gruboœci œcianki (rys. 3). Z³y stan techniczny – czyli przypadek, kiedy uszkodzenia zawieraj¹ siê w przedziale od 41 do 50% gruboœci œcianki – stwierdzono w przypadku 59 rur. Œredni stan uszkodzeñ wahaj¹cy siê w przedziale od 21 do 40% gruboœci œcianki zanotowano w przypadku 47 rur. ¯adnej badanej rury nie zakwali- fikowano do stanu dobrego czyli takiego, dla którego uszkodzenia nie przekraczaj¹ 20%
ubytku gruboœci œcianki (Milczanowski 2005a).
Podczas pomiarów wieloramiennym œrednicomierzem stwierdzono, ¿e rury 658" (filtr Johnsona) we wszystkich otworach geotermii Pyrzyce s¹ w dobrym stanie technicznym.
Wyniki pomiarów potwierdzi³y siê po wyci¹gniêciu sita bezpieczeñstwa, na którym nie zanotowano ¿adnych ognisk korozji.
Ocenê stanu rur ok³adzinowych wieloramiennym œrednicomierzem MIT-60 przeprowa- dzono równie¿ w otworze Pyrzyce GT-4, w którym zapuszczone s¹ identyczne rury jak w otworze Pyrzyce GT-2. W tym przypadku pomiar wykonano w interwale od 0 do 1270 m oraz w oparciu o uzyskane dane statystyczne dokonano oceny technicznej 136 rur ok³adzi- nowych. Po wykonaniu pomiarów zlokalizowano a¿ 35 potencjalnych otworów, a najg³êbszy z nich przebijaj¹cy œciankê rury znajduje siê w rurze nr 134 na g³êbokoœci 1247 m (rys. 4).
Na podstawie wykonanej analizy mo¿na stwierdziæ, i¿ rury ok³adzinowe w badanym otworze s¹ w znacznie gorszym stanie ni¿ w otworze Pyrzyce GT-2. W badanym interwale a¿
125 rur ok³adzinowych 958" jest w bardzo z³ym stanie technicznym, 4 jest w z³ym stanie, a 7 z nich charakteryzuje siê œrednim stanem technicznym (rys. 5). Do g³êbokoœci 1006 m kolumna rur ok³adzinowych jest skorodowana i przeplatana kilkoma strefami perforacji np.
692–711 m, 891–910 m. Poni¿ej g³êbokoœci 1006 m kolumna rur jest skorodowana i znacz- nie sperforowana – wykazuje ubytki powy¿ej 90% gruboœci œcianki (Marcinek 2005).
Na rysunku 6a przedstawione s¹ fragmenty rur ze stali J55 wydobyte z otworu zat³a- czaj¹cego Pyrzyce GT-4 po 10 latach eksploatacji. Na rysunku 6b przedstawiony jest fragment wyci¹gniêtego sita bezpieczeñstwa, na którym nie zaobserwowano ¿adnych ogniw korozji.
Rys. 3. Zmniejszenie gruboœci œcianki rur w otworze zat³aczaj¹cym Pyrzyce GT-2 Fig. 3. To decrease thickness of the pipe wall in injection well Pyrzyce GT-2
Pomiaru œrednic wewnêtrznych rur ok³adzinowych dokonano równie¿ w otworze eks- ploatacyjnym Pyrzyce GT-3. Po przebadaniu 110 rur okaza³o siê, ¿e s¹ one w stanie dobrym lub œrednim w miarê zwiêkszania siê g³êbokoœci (Milczanowski 2005b). W tym przypadku tylko na jednej rurze nr 108 zanotowano punktowe zjawisko korozji (rys. 7). Mo¿na zatem stwierdziæ, ¿e postêpuj¹cej korozji nie obserwuje siê w otworach eksploatacyjnych.
Jednoczeœnie z pomiarem œrednicy wykonano prace zwi¹zane z czyszczeniem me- chanicznym i chemicznym czêœci z³o¿owej filtra. Wykonane prace znacznie poprawi³y ch³onnoœæ otworu; w ci¹gu pierwszej doby osi¹gniêto 170 m3/h przy ciœnieniu zat³aczania 1,8 bara. Wynik ten jest lepszy od uzyskanego w czasie prac dokumentacyjnych podczas pompowañ pomiarowych (Bujakowska 1995).
Jednak po d³u¿szej eksploatacji obserwuje siê nadal spadek wydajnoœci i wzrost ciœnie- nia na zat³aczaniu, a co za tym idzie ponowne czyszczenie mechaniczne i chemiczne przy
a) b)
Rys. 4. Wizualizacja w¿erów korozyjnych w otworze Pyrzyce GT-4:
a) rura nr 134 – g³êbokoœæ 1247 m, b) rura nr 136 – g³êbokoœæ 1263 m Fig. 4. Visual of corrosion pit in injection well Pyrzyce GT-4:
a) pipe no. 134 – depth 1247 m, b) pipe no. 136 – depth 1263 m
Rys. 5. Zmniejszenie gruboœci œcianki rur w otworze zat³aczaj¹cym Pyrzyce GT-4 Fig. 5. To decrease thickness of the pipe wall in injection well Pyrzyce GT-4
u¿yciu urz¹dzenia wiertniczego, które jest bardzo kosztowne. Na prze³omie 2007 i 2008 roku w otworach Pyrzyce GT-2 i GT-4 oraz w geotermalnym ruroci¹gu t³ocznym zainstalowano rury HDPE odporne na korozjê. Nie uchroni³o to jednak od wzrostu ciœnienia zat³aczania wykorzystanej wody termalnej i spadku wydajnoœci.
3. INKRUSTACJA W OTWORACH ZAT£ACZAJ¥CYCH
W przypadku Geotermii Pyrzyce kolmatacja wydaje siê byæ g³ówn¹ przyczyn¹ spadku wydajnoœci. Wydaje siê, ¿e tego procesu obecnie nie da siê ca³kowicie wyeliminowaæ przy eksploatacji wód w kolektorach porowych. Po ograniczeniu lub wrêcz wyeliminowaniu
a) b)
Rys. 6. Elementy wydobyte z otworu zat³aczaj¹cego Pyrzyce GT-4:
a) fragmenty punktowo skorodowanych rur, b) sito bezpieczeñstwa Fig. 6. Elements take out of injection well Pyrzyce GT-4:
a) fragments of corrosion pipe, b) Johnson's filter
Rys. 7. Zmniejszenie gruboœci œcianki rur po 10 latach eksploatacji otworu Pyrzyce GT-3 Fig. 7. To decrease thickness of the pipe wall in exploitation well Pyrzyce GT-3
korozji w ciep³owni geotermalnej w Pyrzycach, aby ograniczyæ przytykanie strefy przyod- wiertowej zwi¹zkami chemicznymi zastosowano miêkkie kwasowanie, co ograniczy³o prob- lem wystêpowania inkrustacji i przytykania czêœci czynnej filtra zainstalowanego w war- stwie wodonoœnej.
W 2008 roku zdecydowano siê na zastosowanie nowej metody czyszczenia otworów zat³aczaj¹cych polegaj¹cej na tzw. miêkkim kwasowaniu (Bednarski 2008). Celem miêk- kiego kwasowania (Portier 2006), podobnie jak kwasowania standardowego, jest poprawa wydajnoœci zat³aczania poprzez usuniêcie skutków kolmatacji – miêdzy innymi wêglanu wapnia (Ca-CO3). Jednak miêkkie kwasowanie adresowane jest nie tylko do filtra i strefy przyodwiertowej, ale równie¿ do warstwy wodonoœnej. Jego miejscem docelowym jest warstwa wodonoœna, do której dociera rozpuszczaj¹c po drodze wêglany wytr¹caj¹ce siê na filtrze i strefie przyodwiertowej.
W metodzie miêkkiego kwasowania kwas solny bezpoœrednio ze zbiornika wt³aczany jest bezpoœrednio do otworu zat³aczaj¹cego za pomoc¹ pompy dozuj¹cej, która ustawiona jest w jego pobli¿u. Problem w stosowanej metodzie stanowi³o stê¿enie kwasu solnego, jakie nale¿a³oby dobraæ. Przy wysokim stê¿eniu zat³aczanego kwasu mog³oby dochodziæ do reakcji z rurami ok³adzinowymi, a z kolei zbyt niskie nie odnios³oby ¿¹danego skutku.
Badania przeprowadzone przez laboratorium PG „POLGEOL” wykaza³y, ¿e optymalne stê¿enie kwasu solnego powinno wynosiæ oko³o 0,1–0,2%. Wyniki uzyskano eksperymen- talnie poprzez umieszczenie w naczyniach o ró¿nym stê¿eniu kwasu solnego (0,2%, 1%, 5%, 10%, 15%) piêciu próbek pobranych z rury stalowej. Nastêpnie mierzono czas przebywania poszczególnych prób w zadanym œrodowisku kwasowym oraz mierzono iloœæ przereagowa- nego kwasu w danym czasie. Przy relatywnie wysokich stê¿eniach reakcja zachodzi³a prawie natychmiast. Kwas uzyskiwa³ jasno¿ó³t¹ barwê, œwiadcz¹c¹ o reakcji kwasu ze stal¹; przy stê¿eniach ni¿szych, reakcja zachodzi³a znacznie wolniej. Przy roztworze kwasu solnego o stê¿eniu 1% widoczne efekty zauwa¿yæ mo¿na by³o dopiero po kilku godzinach, zaœ w przypadku stê¿enia 0,2% minimalne efekty mo¿na by³o zaobserwowaæ dopiero po 24 h.
Zatem stosowanie przez d³u¿szy czas kwasu o stê¿eniu do 0,2% nie powinno wywo³ywaæ objawów negatywnych. Co wiêcej, po oczyszczeniu rur z rdzy, HCl ze stalowymi rurami bêdzie reagowa³ w jeszcze mniejszym stopniu.
Z wykresów pracy obiegu geotermalnego wynika, ¿e trend ch³onnoœci sumarycznej jest korzystny i nast¹pi³a zdecydowana poprawa pracy otworów zat³aczaj¹cych. Po zastoso- waniu miêkkiego kwasowania uzyskano znaczn¹ poprawê ch³onnoœci otworów zat³aczaj¹- cych (rys. 8). Zdecydowanie wzrasta wydajnoœæ i spada ciœnienie zat³aczania. Niemniej po pewnym czasie od wykonanego zabiegu obserwuje siê powolny spadek ch³onnoœci otwo- rów i wzrost ciœnienia zat³aczania.
Obecnie w ciep³owni geotermalnej w Pyrzycach prowadzone s¹ prace, które zmierzaj¹ do zastosowania super miêkkiego kwasowania zapobiegaj¹cego powstawaniu inkrustacji na filtrach i w warstwie z³o¿owej poprzez symulacjê pH solanki. Celem badañ jest modyfikacja metody miêkkiego kwasowania, tak aby mo¿na j¹ by³o stosowaæ do eliminowania przyczyn kolmatacji, a nie do usuwania jej skutków. Cel ten mo¿na osi¹gn¹æ przez wyeliminowanie negatywnej dzia³alnoœci wyk³adnika stê¿enia jonów wodorowych (pH), jednej z przyczyn powstawania kolmatacji (Bednarski 2008, 2010).
Badania przeprowadzone przez laboratorium PG POLGEOL wykaza³y, ¿e dla solanki z Pyrzyc optymalnym pH, dziêki któremu bêdzie mo¿na uzyskaæ stan równowagi, jest pH równe 4,5. W metodzie super miêkkiego kwasowania pompa dozuj¹ca zosta³a zaprojek- towana tu¿ za otworem eksploatacyjnym (rys. 9). Dziêki takiemu ustawieniu warunki chemiczne mo¿na stymulowaæ ju¿ w napowierzchniowym obiegu geotermalnym (ruroci¹gu t³ocznym).
Rys. 8. Zmiana wydajnoœci zat³aczania w otworze zat³aczaj¹cy Pyrzyce GT-2 Fig. 8. Change of pump efficiency in injection well Pyrzyce GT-2
Rys. 9. Schemat super miêkkiego kwasowania Fig. 9. Diagram of soft acidizing process
PODSUMOWANIE
We wszystkich Zak³adach Geotermalnych udokumentowane zasoby wód termalnych s¹ limitowane nie mo¿liwoœciami wydobywczymi otworów eksploatacyjnych, a mo¿liwo- œciami wt³aczania wód sch³odzonych do górotworu. Jak wykaza³y przeprowadzone badania, mo¿liwoœci ch³onne otworów ju¿ na etapie ich dokumentowania s¹ o oko³o jedn¹ trzeci¹ mniejsze ni¿ mo¿liwoœci eksploatacyjne. Dodatkowo mo¿liwoœci ch³onne odwiertów zat³a- czaj¹cych pogarszaj¹ siê podczas ich eksploatacji w wyniku wystêpowania zjawiska korozji rur ok³adzinowych i inkrustacji, co powoduje przytykanie strefy przyodwiertowej (Biernat 2009).
Woda termalna jest oœrodkiem agresywnym chemicznie, a jej agresywnoœæ zale¿y od sk³adu chemicznego oraz parametrów eksploatacyjnych, takich jak: szybkoœæ przep³ywu, temperatura i ciœnienie. W otworach eksploatacyjnych korozja zachodzi w znacznie mniej- szym stopniu ni¿ w otworach zat³aczaj¹cych, co wynika z analizy przeprowadzonej na rysunku 3, 4 i 7. Podczas eksploatacji ruroci¹gów naziemnych powstaje korozja punktowa.
Efektem wystêpowania korozji w¿erowej s¹ miejscowe uszkodzenia wewnêtrznej powierz- chni, mog¹ce prowadziæ do powstawania perforacji i wycieków zmuszaj¹cych do zatrzy- mania obiegu wody termalnej.
Na podstawie wykonanych pomiarów geofizycznych w Ciep³owni Geotermalnej w Py- rzycach zjawisko korozji obserwuje siê równie¿ w otworach zat³aczaj¹cych. Obecnie ist- nieje mo¿liwoœæ wyeliminowania b¹dŸ bardzo powa¿nego ograniczenia wp³ywu korozji na kolmatacjê strefy z³o¿owej w otworach zat³aczaj¹cych. Mo¿na tego dokonaæ poprzez dobór odpornych na korozjê filtrów i rur ok³adzinowych. W otworach geotermalnych, które dopiero bêd¹ wykonywane ograniczenie problemu z korozj¹ mo¿na osi¹gn¹æ przez zasto- sowanie rur z fiberglasu lub rur wy³o¿onych od œrodka wyk³adzin¹ polietylenow¹ wysokiej gêstoœci typu HDPE. Rozwi¹zanie z rurami z fiberglasu bêdzie jednak wymaga³o zmiany obecnie stosowanych konstrukcji otworu, co w znacznym stopniu podnosi koszt ca³ej in- westycji.
W otworach ju¿ eksploatowanych korozjê rur ok³adzinowych mo¿na ograniczyæ po- przez wy³o¿enie od œrodka rur eksploatacyjnych wyk³adzin¹ polietylenow¹ wysokiej gê- stoœci typu HDPE. Rozwi¹zanie to zosta³o zastosowane w Ciep³owni Geotermalnej w Py- rzycach i przynios³o oczekiwane rezultaty.
Drugim problemem z jakim borykaj¹ siê ciep³ownie geotermalne jest zjawisko in- krustacji powoduj¹ce powstawanie w filtrze zainstalowanym w warstwie z³o¿owej osadu powoduj¹cego pogorszenie siê ch³onnoœci strefy z³o¿owej, a co za tym idzie spadku wy- dajnoœci i wzrostu ciœnienia na zat³aczaniu. Na etapie rozruchu i w pierwszych latach eksploatacji Ciep³owni Geotermalnej w Pyrzycach w otworach zat³aczaj¹cych udra¿nianie strefy przyodwiertowej wykonywano poprzez czyszczenie mechaniczno-chemiczne. Meto- da ta z uwagi na zaanga¿owanie urz¹dzenia wiertniczego jest doœæ pracoch³onna i kosz- towna.
W ostatnim czasie do usuwania skutków kolmatacji zastosowano metodê miêkkiego kwasowania. Polega ona na zat³aczaniu do otworu ch³onnego kwasu solnego o odpowiednim stê¿eniu, w celu rozpuszczenia i zapobiegania wytr¹caniu siê osadów w filtrze i strefie
z³o¿owej. Jest to zdecydowanie tañszy sposób poprawy ch³onnoœci otworów zat³aczaj¹cych w stosunku do czyszczenia mechaniczno-chemicznego. Jest to usuwanie jedynie przyczyn powstawania inkrustacji. Po pewnym czasie pracy obiegu geotermalnego nastêpuje pogor- szenie w³aœciwoœci ch³onnych otworów ch³onnych i taki zabieg nale¿y powtarzaæ.
Obecnie w ciep³owni geotermalnej w Pyrzycach prowadzone s¹ prace zwi¹zane z zasto- sowaniem super miêkkiego kwasowania, polegaj¹cego na ci¹g³ym zat³aczaniu niewielkich iloœci kwasu solnego ju¿ do napowierzchniowego ruroci¹gu t³ocznego. G³ównym celem zastosowania tego rodzaju kwasowania jest zapobieganie powstawaniu inkrustacji, a nie jak to mia³o miejsce do tej pory na usuwaniu jej skutków.
LITERATURA
BIERNAT H., 2001 — Sprawozdanie z dzia³añ zmierzaj¹cych do poprawy ch³onnoœci w otworze Pyrzyce GT-2.
Arch. POLGEOL S.A., Warszawa.
BIERNAT H., POSYNIAK A., 2006 — Sprawozdanie z wykonanych prac na otworach geotermalnych Pyrzyce GT-2, Pyrzyce GT-3, Pyrzyce GT-4. Arch. POLGEOL S.A., Warszawa.
BIERNAT H., KULIK S., NOGA B., 2009 — Mo¿liwoœci pozyskiwania energii odnawialnej i problemy zwi¹zane z eksploatacj¹ ciep³owni geotermalnych wykorzystuj¹cych wody termalne z kolektorów porowych. Przegl¹d Geologiczny t. 57, Nr 8, s. 65– 656.
BIERNAT H., MARTYKA P., NOGA B., SALETOWICZ G., 2010 — Projekt prac geologicznych zmierzaj¹cych do poprawy ch³onnoœci warstwy z³o¿owej poprzez wykonanie zabiegów intensyfikacji i dozowania para- metrów kondycjonuj¹cych dla otworów geotermalnych Geotermii Pyrzyce. Arch. POLGEOL S.A., War- szawa.
BEDNARSKI L., BIERNAT H., 2008 — Program prac zmierzaj¹cych do poprawy ch³onnoœci warstwy z³o¿owej poprzez wykonanie zabiegów intensyfikacji zwi¹zanych z miêkkim kwasowaniem. Arch. POLGEOL S.A., Warszawa.
BUJAKOWSKA K., BIERNAT H., 2000 — Program dzia³añ zmierzaj¹cych do poprawy ch³onnoœci w otworze Pyrzyce GT-2. Arch. POLGEOL S.A., Warszawa.
BUJAKOWSKA K., BIERNAT H., BENTKOWSKI A., KAPUŒCIÑSKI J., 1995 — Dokumentacja hydro- geologiczna zasobów eksploatacyjnych ujêcia wód termalnych z utworów jury dolnej dla potrzeb m. Pyrzyc.
Arch. POLGEOL S.A., Warszawa.
MARCINEK K., 2005 — MIT report owerview Pyrzyce GT-4, Arch. Geotermia Pyrzyce Sp. z o.o, Pyrzyce.
MILCZANOWSKI A., 2005a — MIT report owerview Pyrzyce GT-2, Arch. Geotermia Pyrzyce Sp. z o.o, Pyrzyce.
MILCZANOWSKI A., 2005b — MIT report owerview Pyrzyce GT-3, Arch. Geotermia Pyrzyce Sp. z o.o, Pyrzyce.
PORTIER S., 2006 — Review of chemical stimulation techniques and results of acid injection, EHDRA.
VENTRE A.V., UNGEMACH P., 1998 — Soft acidizing of damaged geothermal injection wells. Discussion of results achieved in Paris Basin, Twenly – Third Workshop on Geothermal Reservotr Engineenng.
PROBLEMS ASSOCIATED WITH EXPLOITATION GEOTHERMAL PLANTS TO USE THERMAL WATER WITH ROCK PORES
ABSTRACT
The article presents the problems associated with progressive loss of productivity and efficiency of the pumping and the progressive corrosion in injection wells. It seems that the process currently inlys can not be completely eliminated by pumping water into the porous collectors. After the reduction or even elimination of corrosion in a geothermal plant in Pyrzyce to reduce hint well zone chemicals, used soft acids and work is now underway towards the deployment of super-soft acid treatment.
KEY WORDS
Geothermic, pumping, corrosion, acid, incrustation
