OCENA MO¯LIWOŒCI PRACY DUBLETU GEOTERMALNEGONA STRUKTURZE WIŒNIOWEJ KO£O STRZY¯OWA,JAKO WYNIK MODELOWAÑ DYNAMICZNYCH

(1)

Wojciech MACHOWSKI Grzegorz MACHOWSKI

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza

Wydzia³ Geologii, Geofizyki i Ochrony Œrodowiska Katedra Surowców Energetycznych

al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

e-mail: machow@agh.edu.pl, machog@agh.edu.pl tel.: (12) 888 37 56, (12) 617 24 30

Katarzyna BIA£ECKA

Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut Badawczy Oddzia³ Œwiêtokrzyski w Kielcach

ul. Zgoda 21, 25-953 Kielce

e-mail: katarzyna.bialecka@pgi.gov.pl tel.: (41) 361 25 37

Technika Poszukiwañ Geologicznych Geotermia, Zrównowa¿ony Rozwój nr 2/2013

OCENA MO¯LIWOŒCI PRACY DUBLETU GEOTERMALNEGO NA STRUKTURZE WIŒNIOWEJ KO£O STRZY¯OWA,

JAKO WYNIK MODELOWAÑ DYNAMICZNYCH

STRESZCZENIE

Wynikiem naftowych prac poszukiwawczych w obszarze depresji strzy¿owskiej (p³aszczowina skolska) by³o odwiercenie w 1991 roku otworu Wiœniowa-1. Na g³êbokoœci 3793 m uzyskano przyp³yw wody o mineralizacji 15,15 g/dm³, wydajnoœci 180 m³/h i temperaturze 85°C. Poziom zbiornikowy stanowi¹ zeszczelinowane piaskowce warstw spaskich (kreda dolna) z anomalnie wysokim ciœnieniem z³o¿owym.

Skonstruowany trójwymiarowy model porowatoœci efektywnej, przepuszczalnoœci szczelinowej i temperatury, poddano symulacjom z u¿yciem symulatora Eclipse (Schlumberger). W modelowaniach wykorzystano istniej¹ce otwory wiertnicze: Wiœniowa-1, Szufnarowa-1 i Nawsie-1, oraz zaprojektowany otwór zrzutowy (INJ1), oddalony o 1km na NW od otworu produkcyjnego.

Przeprowadzone modelowania dynamiczne pozwoli³y na wyliczenie optymalnej pracy dubletu geotermalnego, gdzie wielkoœæ produkcji otworem Wiœniowa-1 przy jednoczesnym zrzucie tej samej objêtoœci otworem zat³aczaj¹cym (INJ1) wyliczono na poziomie 640 m³/dobê. Dla modelu wyjœciowego zapewnia ona ci¹g³oœæ eksploatacji jedynie przy kilku stopniach spadku temperatury produkowanej wody przez okres niemal 50 lat.

Wykonano analizê czu³oœci systemu ze wzglêdu na ró¿ne scenariusze modelu parametrycznego (model pesymistyczny, model wyjœciowy i model optymistyczny).

S£OWA KLUCZOWE

P³aszczowina skolska, warstwy spaskie, dublet geotermalny, modelowanie dynamiczne, symulacje z³o¿owe

* * *

(2)

WPROWADZENIE

Otwór badawczo-poszukiwawczy Wiœniowa-1 odwiercono w 1991 roku, w miejsco- woœci Wiœniowa (woj. podkarpackie, pow. strzy¿owski) w zwi¹zku z kontynuacj¹ badañ poszukiwawczych za rop¹ naftow¹ i gazem ziemnym w tym rejonie (rys. 1). W trakcie prac wiertniczych odkryto wody geotermalne w utworach piaszczystych dolnej kredy (warstwy spaskie) na g³êbokoœci 3793 m o wydajnoœci 180 m³/h i temperaturze 85°C. G³ówn¹ przyczyn¹ uniemo¿liwiaj¹c¹ kontynuowanie wiercenia otworu by³o anomalnie wysokie ciœnienie, co zmusza³o do stosowania ciê¿kich p³uczek o gêstoœci dochodz¹cej do 2,4 g/cm³. Odwiert zlikwidowano i zabezpieczono korkami cementowymi, umo¿liwiaj¹cymi w przy- sz³oœci przyst¹pienie do jego rekonstrukcji w celu zagospodarowania wody termalnej dla celów termicznych i balneologicznych (Karnkowski, Jastrz¹b 1994). Ze wzglêdu na wysok¹ temperaturê wody, du¿¹ wydajnoœæ przy anomalnie wysokim ciœnieniu z³o¿owym, wykonano modelowanie dynamiczne pracy dubletu geotermalnego.

1. BUDOWA GEOLOGICZNA

1.1. Tektonika

Rejon Wiœniowej le¿y w po³udniowym obrze¿eniu p³aszczowiny skolskiej zewnêtrznych Karpat fliszowych (rys. 1), w obrêbie tzw. depresji strzy¿owskiej, wype³nionej p³asko zalegaj¹cymi osadami eocenu–oligocenu, wtórnie zafa³dowanymi w otoczeniu odwiertów Wiœ- niowa-1 i Szufnarowa-1 (rys. 2). Na pó³noc od depresji strzy¿owskiej, w brze¿nej czêœci p³aszczowiny skolskiej rozci¹ga siê strefa tzw. fa³dów ropczyckich, któr¹ buduje mi¹¿szy kompleks warstw inoceramowych, poni¿ej którego wystêpuj¹ margle krzemionkowe i utwory starszej kredy (rys. 2). Na po³udnie od analizowanej strefy p³aszczowina skolska przy- kryta jest przez p³aszczowiny: podœl¹sk¹ i œl¹sk¹, górna czêœæ jej profilu zosta³a rozpoznana odwiertami w rejonie Frysztaka (rys. 2). W pod³o¿u p³aszczowiny skolskiej wystêpuj¹ fragmenty zmiennej mi¹¿szoœci utworów jednostki zg³obickiej, poni¿ej równie¿ fragmen- tarycznie rozpoznany jest miocen autochtoniczny (rys. 2). Rozpoznany wierceniami kompleks mezozoiku to g³ównie utwory jurajskie, podœcielone utworami paleozoiku (rys. 2), a w po³udniowej, g³êbokiej strefie wystêpuj¹ prawdopodobnie utwory mezopaleozoiku i paraautochtonu fliszowego (rys. 2).

Strefa Wiœniowej jest stosunkowo dobrze rozpoznana profilami wierceñ i profilami sejsmicznymi, ukierunkowanymi g³ównie na rozpoznawanie gazonoœnych osadów miocenu autochtonicznego oraz ropogazonoœnych utworów mezopaleozoiku.

(3)

1.2. Stratygrafia

P³aszczowina skolska zbudowana jest z fliszowych utworów kredy – paleogenu z facj¹ inoceramow¹ (ropianieck¹) i warstwami kroœnieñskimi, których stropowa czêœæ siêga miocenu (Chowaniec, Górka 2009). Najstarszym ogniwem p³aszczowiny skolskiej s¹ mu³owce z Be³wina (hoteryw), przykryte formacj¹ ³upków spaskich (barrem – cenoman) o mi¹¿szoœci do 200 m (¯ytko i in. 1973). W centralnej czêœci p³aszczowiny skolskiej, w stropie tej formacji, wystêpuj¹ grubo³awicowe piaskowce o znacznej mi¹¿szoœci, nawiercone w otworze KuŸmina-1 (Borys i in. 1989). Ponad formacj¹ spask¹ wyró¿niæ mo¿na kompleksy twardych margli krzemionkowych (póŸny cenoman–turon) o mi¹¿szoœci do 150 m. Osady wieku kreda górna–paleocen w obrêbie p³aszczowiny skolskiej reprezentowane s¹ przez grube kompleksy warstw inoceramowych (ropianieckich), piaskowcowo-ilastych. Na osady eocenu sk³adaj¹ siê: pstre ³upki ilaste czerwone i zielone z podrzêdnie wystêpuj¹cymi cienkimi ³awicami piaskowców krzemionkowych oraz zalegaj¹ce powy¿ej warstwy hieroglifowe rozwiniête przewa¿nie jako kompleksy ³upkowo-piaszczyste. Najm³odszymi osadami fliszowymi, wieku oligocen–wczesny miocen, jest tzw. seria menilitowo-kroœnieñska (Jucha, Kolarczyk 1958). W jej sk³ad wchodz¹ ³upki menilitowe (z piaskowcami kliwskimi), powy¿ej zalegaj¹ warstwy kroœnieñskie dolne (z przewag¹ piaskowców mikowych), natomiast stropowa czêœæ serii to warstwy kroœnieñskie górne (wczesny miocen).

Reasumuj¹c, profil stratygraficzny p³aszczowiny skolskiej charakteryzuje ³upkowy roz- wój ni¿szych ogniw kredy, obecnoœæ margli krzemionkowych i warstw inoceramowych,

³upkowy rozwój eocenu (³upki pstre), obecnoœæ wk³adek piaskowców kliwskich w warstwach menilitowych i niezbyt du¿a mi¹¿szoœæ warstw kroœnieñskich, pozbawionych na ogó³ du¿ych wk³adek piaskowcowych (Ksi¹¿kiewicz 1972).

2. WARUNKI HYDROGEOLOGICZNE

W trakcie prac wiertniczych w otworze Wiœniowa-1 nawiercono wody geotermalne w utworach piaszczystych dolnej kredy na g³êbokoœci 3698 m o wydajnoœci 8 m³/h i na g³êbokoœci 3793 m o wydajnoœci 180 m³/h i temperaturze 85^oC. Pod wzglêdem chemicznym jest to woda zmineralizowana typu Cl-HCO₃-Na. W Karpatach fliszowych na obszarze m.in.

p³aszczowiny skolskiej rozci¹ga siê zewnêtrzna strefa hydrogeochemiczna z wodami o mineralizacji do 150 g/dm³w g³êbokich otworach (Chowaniec 2004). Woda z otworu Wiœ- niowa-1 posiada ni¿sz¹ mineralizacjê – 15,15 g/dm³, w porównaniu np. z mineralizacj¹ wody z otworu Szufnarowa-1 (39,6 g/dm³) i Nawsie-1 (89 g/dm³).

Na podstawie obliczonych wartoœci wskaŸnika hydrochemicznego Cl^–/Br^– (Macio- szczyk 1987) mo¿na stwierdziæ, ¿e zasolenie wody jest pierwotne i œwiadczy o izolacji zbiornika termalnego. Zbiornik wody geotermalnej kredy spaskiej traktuje siê równie¿

jako izolowany, na podstawie pomierzonych gradientów ciœnieñ w interwale kredy górnej, przyjmuj¹cych znacznie ni¿sze wartoœci. Obserwowane przyp³ywy wody z dwóch ho-

(4)

ryzontów kredy górnej, oraz jej temperatury, wskazuj¹ na bardziej izolacyjny charakter nadk³adu.

3. CHARAKTERYSTYKA ZBIORNIKA

Warstwy spaskie charakteryzuj¹ siê du¿¹ plastycznoœci¹ i sypliwoœci¹ (g³ównie utwory

³upkowe), a piaskowcowe poziomy zbiornikowe wysokimi anomalnymi gradientami ciœnieñ z³o¿owych (Plezia 1992). S¹ to piaskowce szare, drobnoziarniste, bezstrukturowe, twarde, nieco wapniste, miejscami zielonoszare, sporadycznie przechodz¹ce w ciemnoszare do czarnych.

W przedstawionych modelowaniach dynamicznych potraktowano utwory kredy spaskiej jako izolowany zbiornik, niepozostaj¹cy w kontakcie hydraulicznym z utworami nad- leg³ymi.

Poddany symulacjom z³o¿owym model strukturalno-parametryczny obejmuje po- wierzchniê poziom¹ 125,38 km², a interwa³ parametryczny obejmuj¹cy jedynie utwory kredy spaskiej skupia 2,65 mln bloków obliczeniowych o rozmiarach 100 ´ 100 ´ 10 m. Dla dok³adnego przeœledzenia charakterystyki transportu ciep³a i masy wykonano lokalne zagê- szczenie modelu 3D w promieniu 1km wokó³ otworów dubletowych, dodaj¹c tym samym kolejne 0,7 mln bloków. Finalny model obejmowa³:

– porowatoœæ efektywn¹, – przepuszczalnoœæ szczelinow¹, – rozk³ad temperatury.

3.1. Parametry zbiornikowe

Parametry zbiornikowe ska³ w profilu odwiertu Wiœniowa-1, zosta³y okreœlone labo- ratoryjnie jedynie dla warstw inoceramowych. Wskazuj¹ one na ska³y zbiornikowe o niskiej b¹dŸ œredniej pojemnoœci przestrzeni porowo-szczelinowej, potencjalnie gazonoœne (Kuœ- mierek, Semyrka 2003). Cechy zbiornikowe piaskowców spaskich p³aszczowiny skolskiej zosta³y okreœlone na podstawie badañ próbek rdzeniowych pochodz¹cych z odwiertów KuŸmina-1 i 2 oraz Dynów-1, zlokalizowanych kilkadziesi¹t kilometrów na wschód od analizowanego obszaru. Efektywna porowatoœæ analizowanych próbek wynosi œrednio powy¿ej 5%, nie wykazuj¹c praktycznie przepuszczalnoœci (Such, Leœniak 2008). W profilu odwiertu KuŸmina-1 parametry zbiornikowe piaskowców spaskich, pomimo podwy¿szo- nych wartoœci na tle innych kompleksów zbiornikowych, zanikaj¹ z g³êbokoœci¹ (Macho- wski, Kuœmierek 2008). Utrata parametrów zbiornikowych przestrzeni miêdzyziarnowej piaskowców spaskich rekompensowana jest przez szczelinowatoœæ, zwi¹zan¹ g³ównie z mi- kroszczelinami wp³ywaj¹cymi na ich pojemnoœæ zbiornikow¹ i wymiern¹ przepuszczalnoœæ (Machowski, Kuœmierek 2008; Such, Leœniak 2008). W przypadku nie opróbowanych warstw spaskich w profilu odwiertu Wiœniowa-1, na podstawie wielkoœci przyp³ywów

(5)

mediów z³o¿owych, mo¿na domniemywaæ, ¿e ich cechy zbiornikowe s¹ podobne jak we wschodniej strefie p³aszczowiny skolskiej.

3.2. Model porowatoœci i przepuszczalnoœci

Pierwotny model petrofizyczny, oparty na porowatoœci i przepuszczalnoœci intergra- nularnej, zani¿a³ pomierzone wydajnoœci dla otworu Wiœniowa-1. Na podstawie wydajnoœci z interwa³u otwarcia wyliczono wartoœci kh [mD*m], które pos³u¿y³y lokalnej modyfikacji modelu wejœciowego (Machowski, Ha Quang 2011; Shaik i in. 2011). Przebudowany model parametryczny przedstawia rozk³ad wartoœci porowatoœci w pobli¿u dubletu geotermalnego w granicach 11% i przepuszczalnoœci (œredniej) wynosz¹cej 33 mD.

3.3. Model temperatury

Wykonane w otworze Wiœniowa-1 profilowanie termiczne, pomierzone temperatury wody w czasie erupcji oraz panuj¹cy w tym rejonie gradient geotermiczny, pos³u¿y³y do konstrukcji trójwymiarowego modelu rozk³adu temperatury (rys. 3). Rozk³ad temperatury przybiera wartoœci minimalne 73°C w okolicach otworu Nawsie-1 i maksymalnej równej 119°C w rejonie najwiêkszego pogr¹¿enia.

W celu wykonania symulacji wykorzystano dodatkowe modu³y symulatora Eclipse:

TEMP (Mottaghy i in. 2011) – transport ciep³a, THCONR – przewodnoœæ cieplna ska³ i p³ynów, SPECHEAT – pojemnoœæ cieplna p³ynów i SPECROCK – pojemnoœæ cieplna ska³.

4. MODEL DYNAMICZNY

Modelowanie dynamiczne pracy dubletu geotermalnego zosta³o opracowane z wyko- rzystaniem komercyjnego oprogramowania Eclipse 2011.2 (Schlumberger 2011; O’Sullivan i in. 2001; Machowski, Papiernik 2010). Symulator stanowi klasyczne narzêdzie do wyko- nywania modelowañ pracy z³ó¿ wêglowodorów, jednak¿e mo¿liwe modyfikacje parame- trów termobarycznych p³ynów i ska³ okazuj¹ siê byæ wystarczaj¹ce dla symulacji geotermalnych bez modelowania Ÿród³a ciep³a.

4.1. Otwory wiertnicze

W trakcie tworzenia modeli dynamicznych autorzy pos³u¿yli siê istniej¹cymi otworami wiertniczymi: Wiœniowa-1 (WIS1 – produkcyjny), Szufnarowa-1 i Nawsie-1, oraz nowo zaprojektowanym otworem (INJ1 – zat³aczaj¹cy). Otwór INJ1 ma za zadanie stymulowaæ udzia³ zbiornika poprzez podtrzymanie ciœnienia z³o¿owego. Umiejscowiono go w odleg-

³oœci oko³o 1 km na NW od otworu produkcyjnego. Otwory Szufnarowa-1 i Nawsie-1 wykorzystano jako otwory obserwacyjne w trakcie pracy dubletu.

(6)

4.2. Za³o¿enia symulacjne

Podstawowe za³o¿enia symulacyjne obejmuj¹ ci¹g³¹ pracê dubletu (WIS1 – INJ1) przy produkcji tej samej objêtoœci gor¹cej wody o temperaturze 85°C i zrzucie wody wystudzonej do temperatury 25°C. Tak wysoki stopieñ wystudzenia wody przyjêto dla rozpatrzenia pesymistycznego scenariusza, jakim mo¿e byæ fakt dotarcia frontu zimnej wody z otworu zat³aczaj¹cego do otworu produkcyjnego w jak najkrótszym czasie (Blocher i in. 2010;

Grant, Bixley 2011; Noorollanhi, Ryuichi 2011). Po piêædziesiêciu latach nastêpuje jedynie kilkustopniowy spadek temperatury produkowanej wody. W trakcie symulacji pominiêto straty ciep³a w rurach wydobywczych. Obliczenia przeprowadzono dla trzech wariantów:

500, 1000 i 2000 m³/dobê z czasem pracy dubletu geotermalnego równym 50 lat. W celu oceny wp³ywu potencjalnego b³êdu w konstrukcji modelu statycznego wykonano badanie czu³oœci systemu, rozwa¿aj¹c oprócz modelu wyjœciowego (base case) jeszcze jego opcjê pesymistyczn¹ i optymistyczn¹. Model wyjœciowy (najbardziej realny) zdefiniowany jest œredni¹ porowatoœci¹ (³¹cznie ze szczelinami) równ¹ 11% i œredni¹ przepuszczalnoœci¹ 33,4 mD. Model pesymistyczny obejmuje najni¿sze wartoœci kalibracyjne w trakcie tworzenia modelu statycznego i zdefiniowany jest przez œredni¹ porowatoœæ równ¹ 6,7% i œredni¹ prze- puszczalnoœæ 3,46 mD. Z kolei w modelu optymistycznym brano wy¿sze wartoœci kalibracyjne, przez co model statyczny obejmuje œredni¹ porowatoœæ równ¹ 11% i œredni¹ przepuszczalnoœæ równ¹ 54 mD. Podobne dzia³ania zosta³y wykonane dla oceny udzia³u zbiornika, gdzie testowano jego ró¿ne rozwi¹zania: Carter Tracy, Fetkovitch, zbiornik ograniczony uskokami od NE (widocznymi na sejsmice).

Wyliczone podczas wiercenia ciœnienie z³o¿owe w warstwach spaskich wynosi 808–819 bar na g³êbokoœci interwa³u otwarcia 3793 m. Gradient szczelinowania ska³ powy¿ej hory- zontu z³o¿owego wynosi 0,213–0,216 bar/m, jako maksymalny w trakcie zat³aczania otworem INJ1 (Hassanzadegan i in. 2011). Z uwagi na fakt, ¿e przyp³yw nast¹pi³ ze zbiornika porowo-szczelinowego, którego kontakt hydrauliczny zwi¹zany jest z jego pogr¹¿eniem na g³êbokoœæ niemal 5 km w kierunku SW, nale¿y stwierdziæ, ¿e te warunki ciœnienia nie mog¹ siê utrzymaæ przez d³u¿szy czas na sta³ym poziomie. Poprzez analogiê do podobnych warunków barycznych w innych otworach nawiercaj¹cych kredê spask¹ (m.in. Babica-2) wyliczono zredukowany gradient ciœnienia. Tym sposobem ciœnienie referencyjne na g³êbo- koœci 3793 m obliczono na wartoœæ 609 bar. Jako ciœnienie zat³aczania – czyli maksymalne ciœnienie w zbiorniku – wyliczono ciœnienie równe 800 bar, bêd¹ce 10% poni¿ej wartoœci szczelinowania utworów kredy górnej (Hassanzadegan i in. 2011).

4.3. Wyniki symulacji z³o¿owych

Modelowania dynamiczne dla objêtoœci 500, 1000 i 2000 m³/d wykaza³y ró¿ne wyniki dla poszczególnych scenariuszy (rys. 4). Produkcja na poziomie 500 i 1000 m³/d jest mo¿liwa do utrzymania we wszystkich scenariuszach przez 50 lat pracy. Produkcja na poziomie 2000 m³/d jest mo¿liwa w modelu wyjœciowym i optymistycznym przez 50 lat

(7)

pracy instalacji, natomiast nie jest mo¿liwa do uzyskania w modelu pesymistycznym przez okres czasu powy¿ej jednego roku.

Zrzut wody sch³odzonej otworem INJ1, w œwietle wyników symulacji, wykaza³ du¿e zró¿nicowanie dla poszczególnych scenariuszy zat³aczania (rys. 5, 6, 7). W modelu pesymistycznym mo¿liwe jest zat³oczenie jedynie 4–7 m³/d (rys.5) dla wszystkich wariantów objêtoœciowych (500, 1000 i 2000). Interesuj¹cy jest fakt wzrostu iloœci zat³aczanej wody wzrastaj¹cy z wielkoœci¹ produkcji (500, 100 i 200 m³/d). Wzrost ten jest nieznaczny i mo¿na go wyraziæ w pojedynczych m³; wynika on z faktu, ¿e z czasem nastêpuje znaczna depresja ciœnienia w otoczeniu otworu produkcyjnego i dochodzi do powolnego „przebicia”

frontu zrzucanej wody w jego kierunku.

Dla modelu wyjœciowego i wariantu 500 m³/d mo¿liwe jest zachowanie sta³ej objêtoœci zat³aczanej wody przez 50 lat (rys. 6). Dla wariantu 1000 i 2000 m³/d istnieje mo¿liwoœæ zachowania najmniejszej, bezpiecznej porcji zat³aczanej wody na poziomie 640 m³/d. Dla wariantu 2000 m³/d w koñcowej fazie za³o¿onego czasu symulacyjnego iloœæ ta nie- znacznie przekracza 800 m³/d. W modelu optymistycznym iloœæ mo¿liwej do zat³oczenia wody przekracza 1200 m³/d dla wariantu 2000 m³/d. Dla mniejszych objêtoœci mo¿liwe jest utrzymanie zak³adanej objêtoœci (wariant 500 i 1000 m³/d).

Dla wariantu wyjœciowego przedstawiono poni¿ej (rys. 8) rozk³ad temperatury w trójwy- miarowym modelu warstw spaskich po 50 latach pracy dubletu. Ze wzglêdu na lepsze parametry przepuszczalnoœci w kierunku pó³nocnym od otworu zrzutowego, mo¿na zaobser- wowaæ przesuniêcie frontu sch³odzonej wody w tym w³aœnie kierunku.

WNIOSKI

Bazuj¹c na aktualnym modelu strukturalno-parametrycznym struktury z³o¿owej rejonu Wiœniowej przeprowadzono modelowanie dynamiczne zaprojektowanego dubletu geotermalnego. Wyliczono tym samym optymaln¹ wielkoœæ produkcji otworem Wiœniowa-1 (WIS1) przy jednoczesnym zrzucie tej samej objêtoœci otworem zat³aczaj¹cym (INJ1), która wynosi 640 m³/dobê (ok. 26,7 m³/h). Dla modelu wyjœciowego zapewnia ona ci¹g³oœæ pracy dubletu przez 50 lat. Przy takim charakterze pracy otworów nie nast¹pi przebicie frontu ch³odzonej wody do otworu produkcyjnego.

Badanie czu³oœci systemu z³o¿owego (sensitivity analysis) dla ró¿nych scenariuszy (model pesymistyczny – low case, model wyjœciowy – base case i model optymistyczny – high case) wskazuje niewielki i znacz¹cy wp³yw potencjalnego b³êdu w modelu para- metrycznym na objêtoœæ produkowanej i zat³aczanej wody. Decyduj¹c¹ rolê w trakcie pracy dubletu geotermalnego odgrywa anomalnie wysokie ciœnienie z³o¿owe, bêd¹ce w warunkach pierwotnych blisko ciœnienia szczelinowania zbiornika.

Zabezpieczenie otworu Wiœniowa-1 korkami cementowymi w sposób umo¿liwiaj¹cy wykonanie jego rekonstrukcji stwarza perspektywê udostêpnienia z³o¿a termalnego w sy- tuacji pojawienia siê odpowiedniego inwestora. Obecny sprzêt wiertniczy pozwala na wy-

(8)

konanie rekonstrukcji otworu pomimo tak wysokich ciœnieñ z³o¿owych, z wykonaniem otworu krzywionego (dla efektywniejszego zrzutu wody) w³¹cznie.

Potencjalne mo¿liwoœci wykorzystania 26,7 m³/h gor¹cej wody w okolicy Wiœniowej mo¿na odnieœæ jedynie do lokalnej balneologii i rekreacji.

PODZIÊKOWANIA

Przedstawione w artykule wyniki badañ w wiêkszoœci uzyskano w ramach realizacji miêdzynarodowego projektu badawczego Nr 646/N - Ukraina/2010/0 finansowanego ze œrodków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wy¿szego i zrealizowanego pod nadzorem Narodowego Centrum Nauki w Krakowie oraz prac statutowych Katedry Surowców Energetycznych AGH nr 11.11.140.321. Autorzy dziêkuj¹ dr. in¿. Bartoszowi Papiernikowi za przygotowanie wstêpnego modelu parametrycznego rejonu Wiœniowej oraz pracownikom PGNiG S.A. w Jaœle za informacje na temat wiercenia otworu Wiœniowa-1 oraz obecnej technologii wiertniczej w przypadku jego rekonstrukcji.

Modelowania dynamiczne oraz strukturalno-parametryczne wykonano w programach Eclipse i Petrel, udo- stêpnionych Akademii Górniczo-Hutniczej przez Schlumberger Information Solutions do realizacji prac naukowo- -badawczych (umowa CTT-tt-4_2012_PL).

LITERATURA

BORYS Z., CISEK B., CZERNICKI J., 1989 — Nowe perspektywy poszukiwañ z³ó¿ wêglowodorów w pias- kowcach dolnej kredy jednostki skolskiej w Karpatach. Nafta, nr 10–12, 142–147.

BLOCHER M.G., ZIMMERMANN G., MOECK I., BRANDT W., HASSANZADEGAN A., MAGRI F., 2010 — 3D numerical simulation of hydrothermal processes during the lifetime of a deep geothermal reservoir.

Geofluids.

CHOWANIEC J., 2004 — Wody podziemne wschodniej czêœci Karpat i zapadliska przedkarpackiego oraz ich ochrona. LXXV Zjazd Polskiego Towarzystwa Geologicznego. Iwonicz Zdrój, 22–25 wrzeœnia 2004 r. Jas³o, Kraków, 79–91.

CHOWANIEC J., GÓRKA A., 2009 — Ocena mo¿liwoœci rozwoju geotermii na Podkarpaciu. Materia³y kon- ferencji naukowo-technicznej nt. „Wiercenia geotermalne – nowe technologie wiercenia i udostêpniania wód geotermalnych, oraz perspektywy wykorzystania energii geotermalnej w œwietle polityki energetycznej kraju”. Krasiczyn, 14–16 paŸdziernika 2009 r.

GRANT M.A., BIXLEY P.F., 2011 — Geothermal Reservoir Engineering. Elsevier.

HASSANZADEGAN A., G. BLOCHER., ZIMMERMANN G, MILSCH H, MOECK I., 2011 — Induced Stress in a Gethermal System. PROCEEDINGS, Thirty-Sixth Workshop of Geothermal Reservoir Engineering Stan- ford University, Stanford California.

JUCHA S., KOTLARCZYK J., 1958 — Próba nowego podzia³u stratygraficznego serii menilitowo-kroœnieñskiej.

Nafta 8, 205–207.

KARNKOWSKI P., JASTRZ¥B M., 1994 — Wody geotermalne w depresji strzy¿owskiej Karpat. Przegl¹d Geologiczny, 42, 121–123.

KSI¥¯KIEWICZ M., 1972 — Budowa geologiczna Polski. Tom IV, Wydawnictwo geologiczne, Warszawa.

KUŒMIEREK J., SEMYRKA R., 2003 — Zmiennoœæ cech zbiornikowych przestrzeni porowo-szczelinowej piaskowców karpackich i ich kwalifikacja naftowa. Przegl¹d Geologiczny, 51(9), 732–743.

(9)

MACHOWSKI G., KUŒMIEREK J., 2008 — Wp³yw zeszczelinowania na ropogazonoœnoœæ mikroporowych piaskowców fliszowych. Kwartalnik AGH Geologia, t. 34, z. 3, 385–403.

MACHOWSKI W., PAPIERNIK B., 2010 — Model dynamiczny zat³aczania CO₂do dolnojurajskich formacji solankowych struktury Budziszewice-Zaosie. GEOPETROL 2010. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu.

s. 367–371.

MACHOWSKI W., HA QUANG M., 2011 — Preliminary analysis of petrophysical parameters of the ”W” gas field as an introduction to CO₂. 2nd international geosciences student conference, 9–12 July 2011, Krakow, Poland.

KUŒMIEREK J., BARAN U., 2013 — Wschodnia czêœæ Karpat Polskich. [W:] Górecki W. (Ed.) – Atlas geotermalny Karpat Wschodnich. AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.

MACIOSZCZYK A., 1987 — Hydrogeochemia. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa.

MOTTAGHY D., YEH A., MANNINGTON W.I., 2011 — The geothermal project Den Haag: 3D numerical models for temperature prediction and reservoir simulation. Elsevier.

NOOROLLANHI Y., RYUICHI I., 2011 — Production capacity estimation by reservoir numerical simulation of northwest (NW) Sabalan geothermal field, Iran. Elsevier.

O’SULIVAN M.J., PRUESS K., LIPPMANN M.J., 2001 — State of the art of geothermal reservoir simulation.

PLEZIA B., 1992 — Dokumentacja wynikowa odwiertu poszukiwawczego Wiœniowa-1. Archiwum PGNiG S.A., Jas³o.

SCHLUMBERGER, 2011 — Eclipse 2011.2, Reference Manual. Technical Report, Schlumberger Informations Solutions.

SHAIK A. R. TRAN N.H., TRAN T., 2011 — Numerical simulation of Fluid-Rock coupling heat transfer in naturally fracturwed geothermal system. Elsevier.

SUCH P., LEŒNIAK G., 2008 — Nowe spojrzenie na w³aœciwoœci zbiornikowe i filtracyjne piaskowców karpackich. Kwartalnik AGH Geologia t. 34, z. 3, 423–444.

JANKOWSKI L., KOPCIOWSKI R., RY£KO W., 2004 — Geological Map of the Outer Carpathians: Border- lands of Poland, Ukraine and Slovakia (1:200 000). Wydawnictwo Pañstwowego Instytutu Geologicznego, Warszawa.

¯YTKO K. (red.), 1973 — Przewodnik geologiczny „Po wschodnich Karpatach fliszowych”. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa, 1–222.

¯YTKO K., GUCIK S., RY£KO W., OSZCZYPKO N., ZAJ¥C R., GARLICKA I., NEMCOK J., ELIAS M., MENCIK E., DVORAK J., STRANIK Z., RAKUS M., MATEJOVSKA O., 1989 — Geological Map of the Western Outer Carpathians and their foreland without Quaternary formations, 1:500 000. In: Poprawa D. &

Nemcok J. (Eds.): Geological Atlas of the Western Outer Carpathians and their Foreland. Polish Geological Institute, Warszawa.

(10)

POTENTIAL OF A GEOTHERMAL DOUBLET ON THE WIŒNIOWA STRUCTURE (OUTER CARPATHIANS, POLAND), BASED ON

DYNAMIC MODELLING

ABSTRACT

Well Wiœniowa-1 was drilled in 1991 in the Strzy¿ów Depression (Skole Nappe) for petroleum exploration.

At a depth of 3793 m, low-mineralized water was encountered. The water exhibits temperature of 85°C and inflow rate of 180 m³/h. Water reservoir consists of fractured sandstones belonging to the Spas Beds (Lower Cretaceous) and displays anomalously high pressures.

A three-dimensional model of effective porosity, fracture permeability and temperature was constructed and subjected to dynamic simulations using Eclipse simulator (Schlumberger). In modelling process, three existing wells (Wiœniowa-1, Szufnarowa-1, Nawsie-1) and the new designed well (INJ1), located about 1 km to the NW of the production well, were used.

The modelling results have shown that at the level of 640 m³/day of water production and injection the geothermal doublet will work most efficiently. For the base case model, this would ensure a continuous operation with only a few degree drop in the temperature of the produced water over a period of almost 50 years. We have also made sensitivity analysis of the system for various scenarios of the parametric model (low case, base case and high case).

KEY WORDS

Skole Nappe, Spas Beds, geothermal doublet, dynamic modelling, reservoir simulation

(11)

Bardejov

Medzilaborce

Stropkov

Mostyska Pilzno

Dêbica Ropczyce

Biecz

£añcut Przeworsk

Jaros³aw Kañczuga

Bircza

Iwonicz

Rymanów Nowy ¯migród

Dynów Strzy¿ów

Wysowa Zdrój Grybów

D¹browa

Tarnowska Lubaczów

Polañczyk Jedlicze

Sêdziszów Ma³opolski

Radymno

Lesko

Muszyna

Brzozów

S£O WAC

JA

UKR AINA A’

A Wiœniowa-1 Góra Ropczycka-1

Frysztak-1

P O L S K A

S K C Z D

R U S

UA

BY

L T

P³aszczowina skolska

P³aszczowina podœl¹ska P³aszczowina œl¹ska

Utwory miocenu zapadliska przedkarpackiego Utwory miocenu na Karpatach Jednostka zg³obicka P³aszczowina dukielska

Jednostka borys³awsko-pokucka P³aszczowina stebnicka Czo³o nasuniêcia karpackiego

Legenda

P³aszczowina magurska

Rys. 1. Szkic geologiczno-strukturalny wschodniej czêœci Karpat polskich (wg ¯ytko i in. 1989; Jankowski i in. 2004, zmodyfikowany)

Fig. 1. Geological-structural map of the eastern part of Polish Carpathians (modified, based on ¯ytko et al. 1989; Jankowski et al. 2004)

~~

~

~~

~

~~

~ ~~

~ ~

~

~~~

~~

~

~~

~

~~

~

~~

~

~~

~

~ ~

~~~~ ~

~~~~~

~~

~

~~

~

~~

~

~~~~

~~~~~ ~

~ ~~

~~

~

£ubno-1

Pustki-1 Jaszczew-36 Frysztak-1F-2 F-3 Wiœniowa-1Szufnarowa-1 Nawsie-1 Zagorzyce-6 Góra Ropczycka-1

£-3 £-2

£-4

Glinik Polski Frysztak Wiœniowa Sêdziszów Ma³opolski

0 5 10 [km]

-1000 -2000 -3000 -4000 -5000 -6000 -7000 -8000 -9000 -10000 -11000 -12000 SW [m n.p.m.]

-1000 -2000 -3000 -4000 -5000 -6000 -7000 -8000 -9000 -10000 -11000 -12000 N

1000 0

[m n.p.m.]

1000 -0

A A’

P³aszczowinapodœl¹ska Jenostkazg³obicka

P³aszczowina skolska P³aszczowina œl¹ska

Zapadliskoprzedkarpackie

Olm

E –P3 Mz

N1st

K1 Pz

M

Pr

K – P2 1-2

b a Warstwy kroœnieñskie, nierozdzielone,

W-wy nierozdzielone: istebniañskie, inoceramowe (fm. z Ropianki)

W-wy stebnickie,

Paleozoik, Mezozoik nierozdzielony,

Prekambr,

K – E2 W-wy nierozdzielone: margle wêglowieckie, ³upki pstre, Mz+Pz W-wy menilitowe, nierozdzielone: ³upki menilitowe, rogowce, margle; w-wy cergowskie, p-ce Mszanki, p-ce kliwskie, W-wy nierozdzielone: hieroglifowe, p-ce przybyszowskie,

³upki pstre, p-ce ciê¿kowickie,

W-wy nierozdzielone: cieszyñskie, grodziskie, wierzowskie, lgockie, wêglowieckie, spaskie, ³upki pstre,

Miocen m³odszy (baden-sarmat) nierozdzielony, seria autochtoniczna,

Mezopaleozoik i paraautochton fliszowy, nierozdzielony: paleogen-kreda (m³odsza jura),

Nasuniêcia, Z³uskowania i uskoki,

G³êbokie odwierty: a - w p³aszczyŸnie przekroju, b - rzutowane,

Hipotetyczne nieci¹g³oœci stratygraficzne w pod³o¿u wg interpretacji danych geofizycznych, K1mk Margle krzemionkowe w profilu serii skolskiej,

Ol –M1k

Pr

Pz Pr

M

K1 Mz

N1st

Mz+Pz

K1mk

K-E2

K-P21-2

Ol –M1k

E –P3

Rys. 2. Fragment przekroju geologicznego przez Karpaty Wschodnie: Wyszowatka-Sêdziszów (wg Kuœmierek, Baran 2013, zmodyfikowany)

Fig. 2. Part of the geological cross-section trough Eastern Carpathians: Wyszowatka-Sêdziszów (modified, based on Kuœmierek, Baran 2013)

(12)

Rys. 3. Diagram p³otowy rozk³adu temperatury Fig. 3. Fence diagram of temperature distribution

Rys. 4. Produkcja wody w ró¿nych scenariuszach symulacyjnych Fig. 4. Water production in different simulation cases

(13)

Rys. 5. Zat³aczanie wody w scenariuszu pesymistycznym.

W tle front zimnej wody po 50 latach zat³aczania

Fig. 5. Water injection in low case simulation. Cold water front after 50 years of injection

Rys. 6. Zat³aczanie wody w scenariuszu wyjœciowym.

Fig. 6. Water injection in base case simulation. Cold water front after 50 years of injection

(14)

Rys. 8. Rozk³ad temperatury po 50 latach pracy dubletu geotermalnego – model wyjœciowy Fig. 8. Temperature distribution after 50 years working of geothermal doublet – base case Rys. 7. Zat³aczanie wody w scenariuszu optymistycznym.

Fig. 7. Water injection in high case simulation. Cold water front after 50 years of injection