Kútpálya kialakítás hatása nagymélységű geotermikus...

1

Miskolci Egyetem

Műszaki Földtudományi Kar

Kőolaj és Földgáz Intézet

Kútpálya kialakítás hatása nagymélységű geotermikus

kutaknál

Diplomamunka

Baráth Tibor

Konzulensek:

dr. Tóth Anikó Nóra

Klemenik Ráhel Boglárka

2

1. Bevezetés

Napjainkban a népességszaporulattal és az átlagos életszínvonal növekedésével arányosan

növekszik a világ energiaigénye. Jelenleg az energiatermelés döntő részét az

atomerőművek, illetve a fosszilis energiahordozókat elégető erőművek adják. Ezek

üzemeltetése azonban környezetszennyező, az erőművek hulladékot termelnek, és

nagyfokú veszélyeket rejtenek magukban. Adott az igény tehát egy környezetkímélő,

biztonságos és megújuló energiákat hasznosító megoldás iránt. Erre lehet válasz a Föld

belső hőjének energiáját hasznosító geotermális energiatermelés.

A geotermikus energia kinyerésének több módszere is létezik: kinyerhetjük közvetlenül a

mélyebb, melegebb rétegekben található víz felszínre hozatalával, illetve ennek hiányában

mi juttathatunk le valamilyen közeget, hogy azt felmelegedve kitermelhessük. Szerencsére

a világ nagy részén a föld alatti tárolókban (aquifer) jelentős mennyiségű víz található, így

az energia sokkal egyszerűbben és olcsóbban kitermelhető. Ezzel együtt a technológia

nagy hátránya, hogy egyszeri, nagyobb befektetést igényel, mely csak hosszú évek során

térül meg. Így gyakori jelenség, hogy nem kifejezetten jó geotermikus adottságokkal, ám

jelentős anyagi javakkal rendelkező országok vágnak bele ezekbe a projektekbe. Ezeken a

helyeken készülnek a kis és közepes entalpiájú rendszerek, melyek 2000 – 3000 m

mélységből kitermelt, 150 oC alatti hőmérsékletű vizet hasznosítanak. Ilyen „alacsony”

hőmérséklet mellett nagyon fontos, hogy a kutak kialakítása olyan legyen, amely a

rétegből kinyert vizet a lehető legkevésbé hagyja lehűlni. Ezt a célt szolgálják a speciális,

geotermikus kutakhoz alkalmazott cementek, béléscsövek, szivattyúk.

Fontos, hogy a kitermelt vizet a felszínen se hagyjuk lehűlni, ezért célszerű a kútpárat a

hőközpont alatt, ahhoz a lehető legközelebb elhelyezni. A visszainjektált víznek a mélyben

időt kell hagyni az újra felmelegedésre, ezért a két kúttalp távolságát a rezervoár fizikai

tulajdonságai alapján optimalizálni kell: a víznek legyen elég ideje visszamelegedni, de

még egy rezervoárblokkon belül helyezkedjenek el a kúttalpak. Ezt a kútkialakítást

irányított ferdefúrással célszerű létrehozni, mely manapság már hazánkban is

rutinműveletnek számít. Diplomamunkámban a PETEX programcsoport PROSPER

software-je segítségével megvizsgáltam, hogy a manapság elterjedt kútprofilok

(függőleges, J-profil, S-profil, horizontális) miként befolyásolják a kifolyó víz

hőmérsékletét, ezáltal a hasznosítható energia mennyiségét. További fontos szempont a

3

gazdaságosság, melyet figyelembe véve teszek ajánlást geotermikus kutak kútpályájának

kialakítására.

4

2. Szakirodalmi összefoglaló

A geotermikus fúrás terjedésével arányosan folyamatosan nő a kapcsolódó publikációk

száma is. Korábban a szakkönyvek csupán egy-egy fejezetben, egy-egy konkrét

problémára koncentrálva foglalkoztak a témával (pl.: HPHT - nagy nyomású, magas

hőmérsékletű kutak), mára viszont bőséges szakirodalom áll rendelkezésre.

A kutatások főleg azokban az országokban jellemzőek, melyekben jelentős a geotermikus

energiafelhasználás. A legtöbb szakirodalom az Egyesült Államokból származik, ahol több

egyetemen is található geotermikus kutatóközpont (Stanford, Cornell). A publikációk

másik fele a geotermiával foglalkozó cégektől származik, amelyek általában a gyakorlati

úton megszerzett információkat rendszerezik és bocsátják rendelkezésünkre. Ezek főleg

megvalósult projektekről szóló beszámolók és technológiai utasítások. Rendkívül átfogó

képet ad a geotermia jelenlegi helyzetéről és a jövőbeli fejlődéséről a Massachusetts

Institute of Technology által készített The Future of Geothermal Energy c. jelentés, amely

többek között rendkívül részletes gazdasági elemzéseket is tartalmaz. A Sandia National

Laboratories által készített Handbook of Best Practices for Geothermal Drilling c.

kiadvány pedig a geotermikus fúrás különlegességeit ismerteti, valamint ezekre a

munkafolyamatokra ad gyakorlati tanácsokat.

Európában Izland és Németország elöl jár a kutatásokban, mindkét országban több projekt

is zajlik jelenleg. Az egyik legnagyobb központ a potsdami Geoforschungszentrum, mely

az elméleti munkák mellett a gyakorlati megvalósításból is kiveszi a szerepét. Ennek egyik

kimagasló példája a Herrenknecht-Vertical GmbH-val közösen folyó, speciálisan

geotermikus fúrásokhoz tervezett fúróberendezés fejlesztése. A kutatóközpont kapcsán

meg kell említeni Dr. Ernst Huenges nevét, akinek publikációi saját kutatásom során is

rendkívül hasznosnak bizonyultak.

Magyarországon geotermikus kutatások jellemzően a Miskolci Egyetemen, a Debreceni

Egyemenen, valamint az ELTE-n folynak. Jelentős adatbázissal rendelkezik az 1869-ben

alapított Magyar Állami Földtani Intézet, mely hazánk állami geológiai szolgálata.

5

3. Geotermikus kutak sajátosságai

3.1. Geotermikus kutak kialakítása

A geotermikus kutak kialakításánál is a szénhidrogén-ipar által kifejlesztett rotary fúrási

technológia az elterjedt. Ennek lényege, hogy a lyuktalpon haladó fúrófej felaprítja a

kőzetet, melyet a fúróiszap hoz a felszínre. A fúróiszap továbi funkciót is ellát: többek

között biztosítja a fúrólyuk állékonyságát, hűtést és kenést biztosít a fúrófejnek, valamint

megakadályozza a telepfluidum belépését a fúrólyukba. A szénhidrogén-fúrásokhoz

használatos technológia kis mértékben ugyan, de eltér a geotermikus fúrások esetén

használtaktól, amely főleg az eltérő hőmérsékleti viszonyokból adódik.

Geotermikus kutaknál az elsődleges szempont a fluidum hőmérséklete, tehát a fúrásokat

lehetőleg olyan helyen végzik, ahol a geotermikus gradiens magasabb az átlagnál. Ilyen

körülmények között nem csak a tároló hőmérséklete lesz magas, hanem a fúrás során

folyamatosan, már kis mélységekben feltárt rétegeké is. Az angol és norvég gyakorlat

alapján magas hőmérsékletűnek számít egy kút, ha a rezervoár hőmérséklete magasabb

mint 149 oC.1 Néhány fúrásnál a körülmények már a víz szuperkritikus hőmérsékletét

közelítik (374 oC), de ma már a 200 oC feletti hőmérséklet sem számít különlegesnek

száraz gőzt termelő kutaknál. Tehát a fúrás tervezésekor ezt a körülményt igen nagy

súllyal kell figyelembe venni, mivel nagy hőmérséklet-különbségek alakulnak ki a

felhevült kőzet, és a mindössze 20-30 oC hőmérsékletű fúróiszap között. Különös

figyelmet kell fordítani a következőkre:

-‐ a béléscsövek anyagát, falvastagságát, csatlakozását úgy kell megtervezni, hogy ne

jelentsen nagy problémát a hő hatására bekövetkező extrém mértékű megnyúlás.

-‐ A béléscsöveket mindig felszínig kell cementezni, hogy megakadályozzuk a

szélsőséges hőmérséklet-változás hatására bekövetkező húzótehelésből adódó

szakadást vagy horpadást.

Geotermikus fúrásoknál gyakori az alulegyensúlyozottság, mivel a nyugalmi

lyuktalpnyomás alacsonyabb a hideg víz nyomásgradiense alapján meghatározottnál, így a

nyugalmi vízszint a felszín alatt 100-300 méterre található. Ilyen esetekben nagyobb

körültekintéssel kell a fúrás során eljárni, mivel ezekben az alulegyensúlyozott zónákban

és az erősen permeábilis zónákban (rezervoár) teljes iszapveszteség következhet be. Ez

1 Hussain Rabia: Weel Engineering and Construction

6

főleg kisebb mélységekben jelenthet problémát, mivel azon rétegek még kevésbé

tömörödöttek, szilárdságuk jóval alacsonyabb, és könnyebben felrepednek.

Jellemző a geotermikusan hasznosítható telepfluidumokra, hogy nem csak fizikai, hanem

kémiai tulajdonságaik is nagymértékben eltérnek a felszín közelében található talaj- és

rétegvizektől. Oldottanyag- és gáztartalmuk jóval magasabb, így savas kémhatásúak

lehetnek és igen abrazívak, károsíthatják a fúrószerszámot, kútfejet, béléscsöveket. Ezért

geotermikus kutak tervezésénél mindeképpen megfelelően ellenálló anyagot kell

választani: ezek az API szabvány szerinti 5CT (H-40, J-55, K-55, C-75, L-80) vagy 5L (A,

B, X42) minőségű acélok. Előbbit a 20"-nál kisebb átmérőjű csövek esetén alkalmazzák,

míg utóbbit a 20" felettiekhez.

A felszínre áramlás során a lehűlő vízből szilárd anyagok válhatnak ki, melyek akár a

vezeték teljes keresztmetszetét képesek eltömíteni.

Nem csak a berendezésekre jelenthet veszélyt, ha oldott gázként legjellemzőbb szén-

dioxid mellett megjelennek a kén-hidrogének is, melyek igen gyors egészségkárosító

hatással rendelkeznek. Amennyiben az előzetes kutatások kén-hidrogének jelenlétét

valószínűsítik a területen, arra a fúrási személyzetet megfelelően fel kell készíteni.

Erősen savas közeg esetén a hagyományos cementezési eljárások is korlátozottan

használhatók. A szénhidrogén-kutaknál általában csak a konduktor és a biztonsági

csőrakatot cementezik felszínig, a többi csőszakaszt elegendő csak az előző saruig.

Geotermikus kutaknál viszont minden esetben felszínig kell cementezni, mivel a

hőmérséklet csökkenésével a csövek megnyúlása is csökken és a nem cementezett

szakaszokon a béléscső behorpadhat. Ennek ellenkezője megy végbe nagy hőmérséklet-

növekedéskor: a cső erősen megnyúlik, ami cementezés nélkül az anyag szakadásához

vezethet. A cementezés további különleges feladata geotermikus kutaknál, hogy egy

hőzáró burkolatot képezzen a kút körül, ezzel megakadályozva a termelt fluidum lehűlését.

Tehát ebben az esetben az optimális cement hővezető képessége kicsi és ellenáll a CO2 -

nak és a savas telepfolyadéknak. Jelenleg több gyártó is rendelkezik ezeknek a

kritériumoknak megfelelő termékkel (pl.: Halliburton - ThermaLockTM).

További fontos sajátossága a geotermikus kutaknak a szűrőzés. Míg a szénhidrogén-

iparban a kívánt réteget a béléscső perforációjával nyitják meg, addig itt a legelterjedtebb

megoldás a szabad lyukszakasz alkalmazása, melybe biztonsági okokból, a lyukfal

állékonyságát biztosítandó, egy - a felszínen már a geofizikai mérések alapján

egyenletesen perforált - kis átmérőjű béléscsövet raknak. Ennek rögzítése az előző

7

béléscsőszakasz saruja felett kb. 20 méterrel történik hidraulikas vagy mechanikus

akasztóval.

Mint láthatjuk, nagy különbségek nincsennek a geotermikus fúrásnál, és azok is jellemzően

a kútszerkezet kialakításában vannak. Ebből következik, hogy a más területeken használt

fúróberendezések nagy része gond nélkül alkalmazható ezen a területen is. A legfontosabb,

hogy a forgatóasztal megfelelően átmérőjű legyen a nagy fúrási keresztszelvényekhez

(akár 27 1/2"- 37 1/2"). Ehhez kell igazodnia a kitörésgátlónak is, így a fúrási munkálatok

elején nem ritka a 30" átmérőjű eszköz sem. Kitörésgátlóknál fontos megemlíteni, hogy a

gumibetéteknek - a normál betétekkel ellentétben, melyek általában 121 oC-ig

használhatóak2 - bírniuk kell a magas hőmérsékletet. Már ilyen nagy átmérőjű fúrásoknál

is elterjedtek a gyémántfejes fúrófejek (PDC), melyek nem tartalmaznak mozgó

alkatrészeket, így jóval ellenállóbbak a magas hőmérsékletben történő munkavégzés során.

Hátrányuk, hogy bizonyos rétegviszok között nehezen használhatók (pl. agyagos kőzetek),

illetve áruk exponenciálisan emelkedik a méretükkel.

A nagy hőmérsékleten végzett fúrás során az iszap is jelentősen felmelegedhet, mely

károsíthatja a felszíni iszapkezelő-berendezéseket. Ezért szükséges hűtőtornyokat vagy

egyéb hűtőberendezéseket beépíteni a rendszerbe. Így a lyukba újra viszonylag hideg (20-

30 oC) iszap szivattyúzható be. A magas hőmérséklet nem csak a felszíni és mélységi

eszközöket károsíthatja, hanem magát az iszapot is. Jelenleg a legelterjedtebb iszapjavító

anyagok polimerek, melyek hosszú szálai a magas hőmérséklet hatására felbomolhatnak,

előnyös tulajdonságai megszűnhetnek. Ilyenkor használhatóak a pszeudo-olaj iszapok

(SBM), melyek nagy hőmérsékleten is stabilak maradnak. Nagy különbségek nincsennek a

hagyományos fúróberendezésekhez képest, de sok gyártó kínálatában szerepel speciálisan

geotermikus fúráshokhoz kialakított berendezés, mint például a Geoforschungszentrum

Potsdam és a Herrenknecht-Vertical közreműködésében tervezett Innovarig (1. ábra), vagy

az olasz DrillMac HH szériája.

2 John Finger, Doug Blakenship: Handbook of Best Practices for Geothermal Drilling

8

1. ábra: Herrenknecht-Vertical Innovarig Dürrnhaarban (Németország) forrás: a szerző sajátja

3.2. Geotermikus kutak Magyarországon

Magyarországon a geotermikus adottságok európai viszonylatban is jónak nevezhetőek.

Míg Európában a geotermikus gradiens átlagosan 33 m/oC, addig hazánkban 18-22 m/oC.

Ennek ellenére a hazai energiatermelés jóval alulmarad a lehetőségekhez képest. Az éves

hőtermelés jelenleg 118 MWT körül van, míg elektromos áramot termelő erőmű eddig

nem került kialakításra. A Bányászatról szóló 1993. évi XLVIII. törvény (Bányatörvény)

2010-es módosítása értelmében a 2500 méter alatti víztároló rétegek hasznosítása

koncesszió köteles tevékenység. A koncessziós pályázatok kiírása a mai napig nem történt

meg, így új kút létesítésére jelenleg nincs lehetőség. A működő kutak nagy része 2000 előtt

kerültek kialakításra, egy részük eredetileg szénhidrogén-kutatófúrás volt, melyek

meddőnek bizonyultak. Kialakításuk jellemzően függőleges, a kutak összeköttetését

9

hőszigetelt felszíni vezeték biztosítja, és a ferdítéses technológia magas ára miatt kerültek

így kialakításra. A kivitelezett kutak vízjogi létesítési engedéllyel, míg az üzemelő kutak

vízjogi üzemeltetési engedéllyel rendelkeznek, melyek nyílvánosak, az engedélyeket kiadó

vízügyi felügyelőségeknél bárki számára hozzáférhetőek. Ezek az engedélyek egyebek

mellett tartalmazzák a kutak fő műszaki paramétereit, melyek alapján összeállítottam az 1.

táblázatot.

1. táblázat: Néhány jellemző magyarországi geotermikus kút főbb műszaki paramétere forrás: Közép-Duna-völgyi Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelőség

Kút Kialakítás Csövezés Szűrőzés

Kitermelhető

vízmennyiség

[m3/nap]

Veresegyház

B-15

(termelőkút)

Vertikális

0–34 m között 16 1/2"

0– 697 m között 9 5/8"

492–1411 m között 7"

1361–1462 m között 4 1/2"

1414–1457 m között

perforált 4 1/2"

béléscső

1080

Vácrátót Vt-1

(termelőkút) Vertikális

0– 45 m között 13 3/8”

0– 780 m között 9 5/8”

770– 950 m között 7”

820–940 m között

6 5/8”-os perforált

béléscső

1920

Szada Sz-2

(termelőkút) Vertikális

0–20 m közöt 20 1/2"

0–200 m között 13 3/8"

0–800 m között 9 2/3"

750–1700 m között 7"

1650–1900 m között 4 1/2"

1700-1900 m között

perforált 4 1/2"

béléscső

300

Gödöllő Vertikális

0– 30 m között 20"

0–500 m között 13 3/8”,

450–2000 m között 9 5/8”,

1970– 2450 m között 7”

1970 - 2450 m

között perforált 7"

béléscső

2600

10

3.3. Meddő szénhidrogén kutak geotermikus hasznosítása

Magyarország geológiailag jól megkutatottnak számít, egyrészt az ország területén

található több mint 10 000 nagymélységű (2000 méternél mélyebb) kútnak köszönhetően.

Többségük az 1950-es és az 1990-es évek között mélyített szénhidrogénre meddő kút,

melyek nagy részén nem végeztek geofizikai vagy hidrodinamikai vizsgálatokat, így csak

becsülhetjük az adott környék geotermális jellemzőit, a várható rétegsort illetve a

tárolókőzet fizikai jellemzőit (nyomás, hőmérséklet, kitermelhető vízmennyiség, stb.). Az

ország jelentős része fedett 3D szeizmikával, 2D vonalakkal pedig szinte mindenütt. Ezek

feldolgozottsága magas szintű, amelyhez a fúrásokból származó adatokat is hasznosították.

A meddő kutak nem pusztán az általuk megszerzett adatok miatt lehetnek hasznosak,

hanem azokat aktívan is be lehetne vonni a geotermikus energiatermelésbe, termelő vagy

injektáló kútként felhasználva, amennyiben műszaki állapotuk megfelelő. Ehhez először is

az adott területet kell szemügyre vennünk: meg kell vizsgálni, hogy mekkora geotermikus

potenciál található a területen. Magyarországon jelenleg az állami tulajdonban lévő meddő

szénhidrogén-kutak kezelője a Bányavagyon-hasznosító Nonprofit Közhasznú Kft., mely a

hasznosítható termálkút adatait az alábbiakban határozta meg:

"Értékelés kritériumai:

• legalább 30 m tárolóvastagság,

• legalább 30 oC hőmérsékletű víz nyerhető a tárolóból,

• legalább 400 l/min hozam várható." 3

Ám ez egy igen leegyszerűsített kritériumrendszer, melynek értékelésétől eltekintenék, de

néhány fontos egyéb szempontot tovább vizsgálnék.

Magyarországon a vízgazdálkodásról szóló 1995. évi LVII. törvény alapján energetikai

célú vízfelhasználásnál kötelező a kitermelt víz teljes mennyiségét abba a rétegbe

visszasajtolni, ahhonan az kitermelésre került. Ez egy igen sarkalatos pontja a geotermikus

rendszereknek, mivel a jó geotermikus gradienssel rendelkező alföldi területeken található

rossz áteresztőképességű, túlnyomásos rétegekbe a visszainjektálás csak nehezen

megoldható. Ez a probléma akár a projekt sikertelenségét is jelentheti.

Másik fontos szempont a kitermelt energia felhasználása. A geotermikus energia egyik

nagy hátránya, hogy az gazdaságosan csak a kinyerés helyének közelében hasznosítható,

szállítása körülményes és drága. Mivel a meddő szénhidrogén-kutak jellemzően lakott

3 BVH Kft.: Meddő szénhidrogén-kutak hasznosítási lehetőségei

11

területektől távol kerültek lemélyítésre, ezért az energia lakossági felhasználása nehezen

kivitelezhető. Megoldást jelenthet a mezőgazdasági felhasználás (üvegházak, karámok

fűtése, stb.). Fontos, hogy már a projekt legelején meggyőződjünk arról, hogy a kitermelt

energiára lesz-e piacképes igény.

A geológiai és gazdasági háttér vizsgálata után következhet a kútszerkezetet alapos

vizsgálata. Nem elegendő az, hogy a kút egy hasznosítható termálvíz-tároló réteget csapol

meg, hanem a kútszerkezetnek is alkalmasnak kell lennie a feladatra. Mint már említettem,

ezek a kutak akár 40-50 évvel ezelőtt is készülhettek, tehát kialakításuk az adott kor

technikai színvonalát tükrözi. Ez nem feltétlenül jelenti azt, hogy a kút elavult volna,

pusztán azt, hogy szénhidrogén termelésre, nem pedig geotermikus célra lettek kialakítva

(tehát nem az 3.1. fejezetben tárgyalt kritériumok alapján). Az is előfordulhat, hogy a

fúrási naplók, kútkönyvek azóta elvesztek, így a kútról sok lényeges információ nem áll

rendelkezésünkre. Ezért ha meddő szénhidrogén-kutat szeretnénk geotermikus rendszerbe

bevonni, a következőket kell megvizsgálni:

-‐ a kút megfelelő műszaki állapotban van-e, a részei képesek-e betölteni

funkciójukat, nem sérültek-e? Ha a kút felújításra szorul, mérlegelni kell, hogy az

gazdaságilag előnyös-e? Egy szűrőcsere vagy kúttisztítás sokkal kisebb költséget

jelent egy újracementezésnél.

-‐ A kút képes-e kis súrlódási nyomásveszteséggel (max. 10 %) szállítani a

fluidomot? Ehhez megfelelően nagy átmérők szükségesek.

-‐ Ha a kút energiaviszonyai szükségessé teszik (alacsony rétegnyomás vagy kis

permeabilitás), akkor elképzelhető, hogy búvárszivattyúra lesz szükségünk. Ebben

az esetben a kút felső szakaszán kiemelten fontos a nagy csőátmérő. Nagy átmérőjű

béléscsőben értelemszerűen nagyobb átmérőjű búvárszivattyút lehet elhelyezni,

ami azonos teljesítmény mellett sokkal olcsóbb, mint kisebb átmérőjű társai.

Amennyiben ezek a feltételek teljesülnek és a kutat alkalmasnak találjuk geotermikus

célra, meg kell tervezni a komplett rendszert, illetve el kell döntenünk, hogy a meddő kút

milyen funkciót töltsön be: termelő vagy injektáló kút legyen. Ez utóbbi abban az esetben

célszerű, ha a kút a kis átmérők miatt csak nagy nyomáseséssel tud termelni és a

visszainjektáláshoz még egy kút létesül.

12

3.3.1. Egy konkrét meddő szénhidrogén-kút adatai

Mivel az ország területe jól megkutatott, csökkenti a kockázatot, ha egy új projektnél már

egy meglévő és hasznosítható kút környezetében kezdünk el vizsgálódni, ahol olyan

információkkal rendelkezünk az adott területről, amelyeket "érintetlen" területeken csak

súlyos anyagi áldozatok árán szerezhetünk meg. Ilyen információk például a tárolókőzet

fizikai tulajdonságai vagy a jellemző rétegsor. Amennyiben ezekkel az adatokkal

rendelkezünk, számítógépes modellezés esetén is nagyobb valószínűséggel kapunk a

későbbi végleges értékekhez hasonló adatokat. Ezért dolgozatom kiindulási pontja is egy

megfelelő geotermális viszonyokkal rendelkező területen fekvő meddő szénhidrogén-kút,

melynek fúrási és kútkiképzési adatai az 1. táblázat és az 1. ábra tartalmazza. A kút

korszerű és jó állapotú, viszont szénhidrogénre az előzetes várakozásokkal ellentétben

meddőnek bizonyult.

2. táblázat: Meddő szénhidrogén-kút fúrási adatai

MD [m] Béléscső méret

[in]

Fúrófej méret

[in] Fúróiszap Cementezés [m]

0-30 28" - - 0-30

0-504 13 3/8" 17 1/2" 1,05-1,10 kg/l

bentonitos 0-504

0-1880 9 5/8" 12 1/4"

1,08-1,16 kg/l

KLA-Cure

595-1884

1880-2508 7" 8 1/2" 2510-1348

2508-2718 4 1/2"

(réselt liner) 6" -

13

2. ábra: Meddő szénhidrogén-kút szerkezete (nem méretarányos)

Ezt a kútszerkezetet alakítottam át a modellezéshez a geotermikus termelés igényeinek

megfelelően. A béléscsövezés kialakítása megfelelet a követelményeknek, viszont a

cementezést minden esetben a felszínig kell tervezni. Természetesen kivételt jelent a liner,

ahol erre nincs lehetőség.

14

4. Kútpálya kialakítás hatása

Az irányított ferdefúrás segítségével bizonyos határokon belül ma már tetszőleges, és a

célnak legmegfelelőbb kútpálya is kialakítható. Kétféle módszer áll jelenleg

rendelkezésünkre: a "hagyományos" fúrómotoros, illetve a Magyarországon még

újdonságnak számító RSS (Rotary Stearable System). Jelentősen növelte a ferdefúrások

elterjedését az MWD (Measurment While Drilling) és az LWD (Logging While Drilling)

rendszerek megjelenése, melyek segítségével kiépítés nélkül, a fúrás közben folyamatosan

nyomon tudjuk követni a BHA pozícióját.

Legtöbb esetben két dolog indokolja a ferdített kútpálya alkalmazását: az egyik, ha a

felszínen a kutakat szeretnénk olyan közel elhelyezni egymáshoz, amennyire csak

lehetséges. Ez a távolság akár 6-8 méter is lehet, csak az szab határt, hogy a fúróbrendezés

elférjen a korábban már kialakított kút aknájától. A másik ok, ha olyan terület alatt

helyezkedik el a célzóna, ahol nincs lehetőség a torony felállítására. Ez lehet lakott terület,

de akár olyan telek is, melynek használatához a tulajdonos valamilyen okból nem járult

hozzás.

A kútból kitermelhető energiamennyiség változását két fontos paraméter figyelembe

vételével állapítottam meg: a kúthossz során végbemenő nyomás- és hőmérsékletváltozás.

Az első paraméter meghatározza az alkalmazandó búvárszivattyú típusát, szükséges

munkáját és ezáltal az áramfelvételét, míg a második a hőcserélő rendszeren keresztül

kinyerhető energia mennyiségét. A szimulációkat a Petroleum Experts Ltd. által fejlesztett

PETEX programcsalád Prosper programjának 11.5 verziójával (IPM verzió: 7.5)

készítettem, ami eredetileg olaj- és gázkutakban lezajló folyamatok modellezésére

fejlesztettek ki, ám a termelési vízkihozatal 100 %-ra történő állításával tökéletesen

alkalmas geotermikus kutakhoz is, mivel képes modellezni a hőátadási viszonyokat is, így

az adott kútszerkezet és a rétegsor ismeretében a választott termelési ütem mellett pontosan

számítható a kútfejhőmérséklet.

4.1. Rétegsor és rezervoár jellemzők

A modell felépítésének első lépése a környezet adatainak megadása volt, mivel ez a mind a

négy esetben azonos. A környezetet a korábban már ismertetett meddő szénhidrogén-

kútnál megismert adatokból állítottam össze, így a modellt valós körülmények közé

15

ültethettem. Az egyszerűsített rétegsort a 2. táblázat tartalmazza, mely a furadékból vett

minták alapján lett meghatározva.

3. táblázat: Fúrási rétegsor

Kőzet TVD

[m]

Sűrűség

[kg/m3]

Hővezetési

tényező

[W/m/K]

Fajhő

[kJ/kg/K]

Homokkő 0 - 660 2650 1.83458 0.76618

Agyag 660 - 1620 2750 1.28367 0.88945

Vulkanikus 1620 - 2000 2560 2.76918 0.83736

Agyagpala 2000 - 2550 2400 1.21151 0.93784

Dolomit 2550 - 2800 2870 1.73073 0.91691

Mivel magfúrásra csak a tárolókőzetben került sor, ezért a rétegek fizikai tulajdonságánál,

a Prosperben előre megadott, adott kőzetre jellemző átlagos értéket használtam.

4. táblázat: Rétegjellemzők

Referencia mélység [TVD, m] 2618.2

Átlagos tároló hőmérséklet [◦C] 147.72

Tárolónyomás a referencia mélységben

[bar]

257.35

Víztelítettség [%] 100

Effektív rétegvastagság [m] 60

Permeabilitás [mD] 350

Tápterület [m2] 3.08·106

Kútkiképzés nyitott lyuk

Beáramlási keresztmetszet sugara [in] 3"

Szkin tényező -4.255

Porozitás [ - ] 0.05

Dietz-tényező 0.2318

16

A tárolóréteg adatait a meddő kúton végzett vizsgálatok alapján adtam meg, ezeket az 3.

táblázat tartalmazza. A hőmérséklet és nyomásadatokat a kútban mért gradiensek alapján

számítottam a megfelelő mélységre vonakozóan.

A kúton csak nyeletési vizsgálatot végeztek, ezért az IPR görbe meghatározása ez alapján

történt a Prosper segítségével és a Darcy model alkalmazásával.

3. ábra: A meddő CH kút becsült beáramlási görbéje

4.2. Kútpálya profilok

Dolgozatomban a négy legelterjedtebb kútpályát vizsgáltam meg. Ezek között található

egyszerűbb, elterjedtebb kialakítás, de bonyolultabb, geotermikus kutaknál kevésbé

használt is.

17

4.2.1. Vertikális kútpálya

A legegyszerűbb és legelterjedtebb kútpálya kialakítás a vertikális fúrás, melynél az eltérés

a függőleges iránytól kevesebb mint 3o. Ennek előnye az, hogy a szerszámba nem

szükséges költséges alkatrészeket (pl. MWD) beépíteni, hanem elegendő, ha a

stabilizátorok megfelelő elhelyezésével kihasználjuk az inga-effektust. Így csökkenthetjük

a kútkiképzés költségeit és probléma esetén is kisebb a kockázat, hogy drága szerszámokat

hagyunk a lyukban. Hátránya, hogy a réteg hőmérsékletének fenntartása érdekében a

kutaknak távol kell elhelyezkednie egymástól, így a víz szállítását felszíni

vezetékrendszerrel kell megoldani, ami nagy távolságokon a hőmérséklet csökkenését

eredményezheti, illetve a vezeték ki van téve a környezeti ártalmaknak (időjárás, lakosság,

stb.). Az alacsonyabb kivitelezési költségek és az egyszerűbb kialakítás miatt

Magyarországon ez a legelterjedtebb kútprofil.

A modell elkészítése a kút kialakítása miatt szintén egyszerű volt, mivel a mélység (TVD

True Vertical Depth) végig megegyezik a kúthosszal (MD Measured Depth). A

kútkiképzésnél a korábban már bemutatott meddő szénhidrogén-kutat vettem alapul, ennek

mintájára készítettem el egy, a geotermikus követelményeknek megfelelő modellt. A kút

kialakításának fő adatait a 5 táblázat tartalmazza.

5. táblázat: Vertikális kút kialakításának adatai

MD [m] TVD [m] Lyukátmérő [in] Béléscső méret

[in] Cementezés [m]

0 - 30 0 - 30 30" 30" -

0 - 504 0 - 504 17 1/2" 13 3/8" 0 - 504

0 - 1884 0 - 1884 12 1/4" 9 5/8" 0 - 1884

1795 - 2510 1795 - 2510 8 1/2" 7" 1795 - 2510

2508 - 2804 2508 - 2804 6" 4 1/2"

(réselt liner) -

18

4. ábra: A függőleges kút csövezési rajza (nem méretarányos)

4.2.2. J-profil

A legegyszerübb irányított fúrással készített kútprofil lényege, hogy a kívánt ferdeséget

(általában 15o és 55o között) egy ferdítési sugárral érjük el, majd a fennmaradó szakaszon a

ferdeség és az irány már nem változik. Két fajtáját különböztetjük meg:

-‐ a hagyományos J-profilnál egy egyenest szakaszt követően kis mélységben (500-

800 m) kezdődik a ferdeség felépítése, majd a kívánt szög elérése után egy újabb

egyenes szakasszal érjük el a célzónát.

-‐ A másik típus a "deep kick off well", melynél hosszú függőleges szakasszal

kezdődik a fúrás, majd nagy mélységben megfelelő nagyságú ferdítési sugárral

érjük el a termelni kívánt réteget. Kialakítása során több probléma is felmerül: a

19

mélyebben fekvő rétegek keményebbek, így a ferdítési sugár felépítése is

nehézkesebb, valamint a nagy mélység miatt a szerszám cseréje is hosszabb ideig

tart. Általában sórétegek megfúrásánál vagy repedezett tárolóknál használják.

Mindkét kialakítás előnye a költséghatékonyság, mivel a ferdítőszerszámot csak a rádiusz

felépítéséig kell használni, az előtte és az utánna lévő egyenes szakaszokon pedig elegendő

a hagyományos BHA használata.

A modellezésnél hagyományos J-profilt akalmaztam, melynél a ferdítés a 13 3/8"-os

béléscső saruja alatt kezdődik, tíz méterenként 1 fokos intenzitással, egészen 37o-ig. A kút

főbb adatait és kialakítását az 6. táblázat és az 5. ábra mutatja be.

6. táblázat: A J-profilú kút kialakításának adatai

TVD [m] MD [m] Lyukátmérő [in] Béléscső méret


0 - 30 0 - 30 30" 30" -

0 - 504 0 - 504 17 1/2" 13 3/8" felszínig

0 - 1884 0 - 2150 12 1/4" 9 5/8" felszínig

1795 - 2510 2135 - 2905 8 1/2" 7" saruig

2508 - 2804 2894 - 3277 6" 4 1/2"

(réselt liner) -

20

5. ábra: J-profilú kút kútpályája

4.2.3. S-profil

Kialakítása a kút felső szakaszaiban hasonló a J-profilhoz, de a középső egyenes szakasz

után egy újabb rádiusszal ejtjük a ferdeséget (akár újra függőlegesig), így érve el a

célzónát.

7. táblázat: Az S-profilú kút kialakításának adatai



0 - 30 0 - 30 30" 30" -

0 - 504 0 - 504 17 1/2" 13 3/8" felszínig

0 - 1884 0 - 2112 12 1/4" 9 5/8" felszínig

1795 - 2610 2090 - 3094 8 1/2" 7" saruig

2608 - 2804 3081 - 3406 6" 4 1/2"

(réselt liner) -

21

Fúrása bonyolultabb és nehézkesebb mint a többi kútfajtának, a szerszám súrlódása és

csavarodása miatt magasabb lesz a szükséges nyomaték, és a ki- és beépítések is

nehezebben fognak menni.

6. ábra: Az S-profilú kút kútpályája

4.2.4. Horizontális kút

Ez a legbonyolultabb és legdrágább kialakítású kútpálya-model. Jellemzője, hogy a

ferdeség a kútban megközelíti, vagy eléri a 90o-ot, amit fel lehet építeni egy vagy két

ferdítési rádiusszal. Az első horizontális kutat 1937-ben fúrták, de a technológia csak az

1980-as évek végére vált rutinműveletté, és várhatóan pár éven belül ez lesz a

legelterjedtebb kútprofil. Előnye, hogy vékony vagy alacsony permeabilitású rétegek is

hosszú szakaszon beszűrőzhetők, növelve ezzel a beáramlást. Továbbfejlesztett változatuk

22

a ERW (Extended Reach Wells), ahol a kúthossz és a mélység aránya eléri legalább a

kettőt (de nem ritka, hogy ez az értél akár nyolc feletti is lehet).

Geotermikus felhasználása egyenlőre nem túl elterjedt, ami főleg a vastag tárolórétegeknek

köszönhető, de ilyen technológiával kerültek kialakításra a németországi Gross

Schönebeck és Kirchweidach kútjai is.

Ennél a kúttípusnál mutatkozik a legnagyobb eltérés a többihez képest a vízszintesen

szűrőzött szakasz miatt, de itt is igyekeztem hasonló beáramlási körülményeket kialakítani.

Ezt úgy értem el, hogy ez a kút nem lett annyira mély mint a többi, a szűrőzött vízszintes

szakasz a tárolóréteg közepére került.

Jól alkalmazható a horizontális kút repedezett tárolóban, ha annak repedései, illetve

nagyobb áteresztőképességű tektonikai elemei leginkább függőlegeshez közeliek, és

egymással párhuzamosak (ami Magyarországon több helyen is előfordul). Ebben az

esetben lehetőség van több ilyen elem összenyitására, ami számunkra igen szerencsés,

mivel a repedezett tárolókban nem csak az áramlásban, hanem az effektív

tárolóképességben is meghatározó szerepük van a permeábilis repedéseknek, vetőknek.

8. táblázat: A horizontális kút kialakításának adatai



0 - 30 0 - 30 30" 30" -

0 - 504 0 - 504 17 1/2" 13 3/8" felszínig

0 - 1884 0 - 2564 12 1/4" 9 5/8" felszínig

1795 - 2510 2549 - 3382 8 1/2" 7" saruig

2508 - 2600 3371 - 3688 6" 4 1/2"

(réselt liner) -

23

7. ábra: A horizontális kút kútpályája

4.3. Kapott adatok elemzése

Miután a Prosperbe bevittem mind a geológiai környezet, mind a kutak paramétereit ki

kellett választanom a termelést meghatározó tulajdonságokat is. Hogy minél átfogóbb

képet kapjunk a kútban lezajló nyomás- és hőmérsékletváltozásokra, azokat

megvizsgáltam 6000, 7000 és 8000 m3/nap termelési ütem mellett, mivel legalább ebben a

hozamtartományban kell gondolkodnunk, ha energetikai hasznosítás a cél.

A felszíni rendszer és a visszasajtoló kút vizsgálata már nem tartozik a dolgozatom

témájához, ezért a kívánt kútfej-nyomást egységesen 15 barban állapítottam meg, mely

nagyságrendileg megegyezik a felszínen fellépő nyomásveszteséggel és ennél a nyomásnál

biztosan oldva maradnak a sók, így kiválásukkal nem okoznak problémát. Mivel a kutak

ilyen feltételek mellet nem képesek felszálló termelésre, ezért valamilyen segédenergiát

kell biztosítani.

24

4.3.1. Búvárszivattyú kiválasztása

A hazai és nemzetközi geotermikus gyakorlathoz hűen én is az elektromos búvárszivattyús

(ESP) megoldást választottam. A szivattyú 350 méteres mélységben került elhelyezésre a

13 3/8" átmérőjű béléscső szakaszban, a felszínnel 7"-os termelőcsővel összekötve. A

szivattyú és a meghajtómotor típusát a Prosper segítségével határoztam meg, törekedve

arra, hogy a lehető legtöbb helyen alkalmazzam ugyanazt a típust. A szivattyú és a

meghajtómotor is a víz alá merül, ezért fontos olyan konstrukciót választani, mely ellenáll

a magas hőmérsékletnek. További fontos szempont a kiválasztásnál, hogy a szivattyú

megfelelően elférjen a béléscsőben, ezért jelen esetben a 11"-os átmérőnél kisebbekre

szűkítettem a kört. A kiválasztott szivattyúkat és motorokat a 9. táblázat tartalmazza.

9. táblázat: Kiválasztott szivattyúk és motorok

6000 m3/nap

Szivattyú REDA-

N1400NA

REDA-

N1400NA

REDA-

N1400NA

REDA-

N1400NA

Motor 5 ODI-96JM250-

E 89A

ODI-96JM150-

S 103A

ODI-96JM150-

S 66A

Fokozatok

száma [db] 8 10 11 4

Vízmennyiség

[m3/nap] 6488 6487 6488 6480

7000 m3/nap

Szivattyú REDA-

N1400NA

REDA-

N1400NA

REDA-

N1400NA

REDA-

N1400NA

Motor ODI-96JM250-

E 112 A

ODI-96JM150-

S 128A

ODI-96JM250-

E 120A

ODI-96JM150-

S 101A

Fokozatok

száma [db] 10 11 12 5

Vízmennyiség

[m3/nap] 7618 7573 7583 7546

25

8000 m3/nap

Szivattyú REDA-P2000A REDA-P2000A REDA-P2000A REDA-P2000A

Motor ODI-96JM250-

E 128A

ODI-96JM150-

S 165A

ODI-96JM150-

S 172A

ODI_96JM-

250-E 90A

Fokozatok

száma [db] 9 11 12 6

Vízmennyiség

[m3/nap] 8661 8659 8662 8650

A táblázatból jól látható, hogy a 6000 és 7000 m3/nap termelési ütemeket ugyanaz a Reda

N1400NA típusú szivattyú tudja szolgáltatni, a fokozatok számának és a motor típusának

változtatásával. A megadott termelési ütemek pusztán irányszámok, a valós termelést a

software határozza meg a szivattyú optimális működésének függvényében.

4.3.2. A hőmérséklet viszonyok alakulása a kutakban

Mint korábban említettem a kutak energiakihozatalát a kútfejen mérhető hőmérsékletből

és nyomásból lehet kiszámolni. Emellett a kút által termelt energiának kell meghajtani a

búvárszivattyú motorját is, mely így a termelt energiából levonásra kerül. A Prosper

segítségével kiszámoltam az összes hozamra külön-külön a nyomás- és hőmérséklet

gradiens értékeit, melyeket a 1-3 melléklet tartalmaz.

Előzetesen a következőkre számítottam:

-‐ a rövidebb kútpálya esetén a fluidum gyorsabban a felszínre jut, kevesebb ideje van

lehűlni,

-‐ ferde kútpályánál a víz tovább tartózkodik a mélyebb, melegebb rétegekben, így a

lehűlés itt nem lesz olyan intenzív,

-‐ valamint nagyobb termelési ütemnél szintén gyorsabban jut a felszínre a folyadék,

ami így kevésbé hűl le.

Ezek után a kapott értékeket a mélység függvényében ábrázoltam, majd termelési

ütemenként összehasonlítottam.

26

8. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 6000 m3/nap-os termelés mellett

Látható, hogy a kútban a hőmérséklet állandósulása után a hőmérséklet csökkenése 4-5 oC

körüli. A víz hőmérséklete a függőleges kútnál csökken a legkevésbé, míg a horizontális

kútnál a legjelentősebben, ám le kell szögezni, hogy a kútfej-hőmérsékletek között

különbség mindössze 0,3 oC.

0

500

1000

1500

2000

2500

142.00 143.00 144.00 145.00 146.00 147.00 148.00 149.00

TVD [m

]

Hőmérséklet (oC)

6000 m3/nap

J

S

VerGkális

Horizontális

27


A 7000 m3/nap-os termelésnél is hasonló eredmények adódtak, mint korábban, a

legnagyobb lehűlés a horizontális, míg legkisebb a függőleges kútnál jelentkezett. A

termelési ütem növekedésével azonban nőtt a kútfej-hőmérséklet is.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000 143.00 144.00 145.00 146.00 147.00 148.00

TVD [m

]

Hőmérséklet [oC]

7000 m3/nap

J

S

Horizontális

VerGkális

28


A vizsgált legnagyobb termelési ütemnél lettek legmagasabbak a kifolyó hőmérsékletek, a

legmelegebb vizet termelő kút továbbra is a függőleges, míg legnagyobb lehűlés a

horizontálisnál megy végbe.

A kutakat jellemző hőmérsékleteket a 10. táblázatban foglaltam össze.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000 144.00 145.00 146.00 147.00 148.00

TVD [m

]

Hőmérséklet [oC]

8000 m3/nap

Vertikális

J

S

Horizontális

29

10. táblázat: Kútfejhőmérsékletek

Vertikális J-profil S-profil Horizontális

6000 m3/nap

Hőmérséklet

[oC] 143,58 143,35 143,50 143,32

7000 m3/nap

Hőmérséklet

[oC] 144,16 143,96 144,09 143,94

8000 m3/nap

Hőmérséklet

[oC] 144,60 144,42 144,54 144,40

A táblázatot végignézve megállapítható, hogy a lehűlés a kútban igen kismértékű, valamint

a kutak közötti különbség is igen alacsony. Mindhárom esetben a vertikális kút szolgáltatja

a legmelegebb vizet, az S-profil a második, J-profil a harmadik, míg legnagyobb lehűlés a

horizontális kútnál következik be. Továbbá jól kivehető, hogy nagyobb termelési ütem

esetén a termelvény kevésbé hűl le.

4.3.3. A nyomásviszonyok alakulása a kutakban

A kútban bekövetkező nyomásveszteség három tagból áll: hidrosztatikus tagból, ami a

gravitációs erő által okozott helyzeti energiaváltozástól és a sűrűségtől függ, a súrlódási

tagból ami a cső belső falán fellépő súrlódás miatt jön létre, illetve a mozgási tagból, ami a

sebesség megváltozásával arányos. Az utóbbi folyadék fázisú fluidumoknál

elhanyagolható. Függőleges vagy enyhén ferde kutak a súrlódási nyomásveszteség 10 %

körüli, míg horizontális kutaknál a vízszintes szakasz miatt magasabb. Tehát a

nyomásesést legjobban befolyásoló tényező a termelvény sűrűsége és a kút ferdesége.

Ebből következik, hogy a nyomásesésnek a horizontális, illetve a hosszabb kutaknál

nagyobbnak kellene lennie. A Prosper segítségével kiszámított nyomásgradiens értékeit a

4-6. mellékletek tartalmazzák.

30

11. ábra: Nyomásviszonyok alakulása a kutakban 6000 m3/nap termelés mellett

A görbéken szépen kivehető, hogy a kutak felszálló termelésre a vizsgált hozamok mellett

nem képesek, csak a szivattyú által szolgáltatott plussz energia segítségével érjük el a

kívánt kútfejnyomást. A függőleges kút, J-profilú és az S-profilú görbéje szinte azonos,

míg a horizontális kúté szépen elkülönül. Ez abból adódik, hogy az nincs olyen mélyre

szűrőzve mint a többi, tehát a kútnak alacsonyabb folyadékoszlop terhelését kell legyőznie.

0

500

1000

1500

2000

2500

-‐ 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

TVD [m

]

Nyomás [bar]

6000 m3/nap

Vetikális

J

S

Horizontális

31


A korábbi tendenciák megfigyelhetők a megnövekedett termelési ütem mellett is. Látható,

itt is, hogy csak a horizontális kútnál van eltérés a többi görbéhez képest. Ez megfigyelhető

volt a szivattyúknál is, mivel ugyanolyan szivattyúk beépítése mellett a horizontális kútnál

jóval kevesebb fokozat és kisebb teljesítményű meghajtómotor is elegendő.

0

500

1000

1500

2000

2500

-‐ 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

TVD [m

]

Nyomás [bar]

7000 m3/nap

Vertikális

J

S

Horizontális

32


4.3.3. Energiakihozatal a kutakból

Összességében a kapott adatok alapján megállapíthatóak a következők:

-‐ hőmérsékletben nem alakulnak ki nagy különbségek a kutaknál, nagyobb

jelentősége van a nyomásesésnek.

-‐ Hosszabb kutpályánál nagyobb a súrlódási nyomásveszteség és így az összes

nyomásesés.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000 -‐ 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00

TVD [m

]

Nyomás [bar]

8000 m3/nap

Vertikális

J

S

Horizontális

33

-‐ Mivel a horizontális kutat nem kell olyan mélyre fúrni, mint a többit, ezért kisebb

teljesítményű szivattyú is elegendő.

-‐ Nagyobb anyagáramnál kevésbé hűl le a fluidum, ám nagyobb teljesítményű

szivattyú szükséges a termeléshez.

A kapott eredmények pontos összehasonlításának legjobb módja a kutakból kinyerhető

termikus teljesítmény kiszámítása, melynek számítása a tömegáramon és a hőmérsékleten

alapul. A hévíz tömegáramát az adott hőmérsékleten jellemző sűrűség értékkel

számítottam, míg a fajhőjét 4270 J/K/kg-nak vettem. A számításhoz szükséges ismernünk,

hogy mekkora lesz a hasznosítás utáni vízhőmérséklet, amit én 90 oC-nak vettem.

11. táblázat: A kutak termikus teljesítménye

Kútfej

hőmérséklet

[oC]

Víz sűrűsége

[kg/m3]

Tömegáram

[kg/s]

Termikus

teljesítmény

[MW]

Szivattyú

teljesítményigénye

[kW]

6000 m3/nap

Vertikális 143,58 967,125 72,624 16,29 303,687

J-‐profil 143,35 967,125 72,61 16,22 379,678

S-‐profil 143,50 967,125 72,623 16,27 379,649 Horizontális 143,32 967,125 72,526 16,19 151,912

7000 m3/nap Vertikális 144,16 967,03 85,264 19,34 406,72 J-‐profil 143,96 967,03 84,760 19,15 448,89 S-‐profil 144,09 967,03 84,876 19,22 489,35

Horizontális 143,94 967,03 84,462 19,08 204,38 8000 m3/nap

Vertikális 144,60 966,956 96,930 21,62 538,77 J-‐profil 144,42 966,956 96,908 21,42 658,69 S-‐profil 144,54 966,956 96,941 21,41 718,416

Horizontális 144,40 966,956 96,807 21,69 359,45

34

5. A kútpálya kialakításának gazdasági szempontjai

Az előző fejezetben láthattuk, hogy a kútpálya kialakítása milyen mértékben befolyásolja

az energiahozatalt. A kutak szerkezeti kialakításából adódik, hogy a különböző kútpályák

költsége igen eltérő. A geotermikus fúrás eleve drágább mint egy olaj- vagy gázkúté,

aminek több oka is van:

-‐ geotermikus mezőkben mostohábbak a körülmények a magas hőmérséklet és

nyomás miatt. Ilyen helyeken speciális eszközöket kell használni, melyek ezeknek

ellenállnak. Ezek ára természetesen magasabb a hagyományos szerszámokénál.

-‐ Mivel a termelt fluidum energiatartalma alacsony, ezért nagy tömegáramra, ezáltal

pedig nagy átmérőkre van szükség. A nagy átmérőjű szerszámok és béléscsövek

ára az alapanyag igénnyel együtt növekedik (ez nem vonatkozik a

búvárszivattyúkra, ahol ez pont fordítva működik, mivel a kisebb alkatrészek

legyártása és összeszerelése bonyolultabb). A fúrási költségek növekedését az

átmérő ill. a kúttípus függvényében a 12. táblázat mutatja.

12. táblázat: Fúrási költségek kútfajtánként forrás: The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

Kút fajtája TVD

[m]

Termelőcső mérete

[in]

Legkisebb

fúrófej

mérete

[in]

Átlagos fúrási

költség [m $] / Fúrás

időtartalma [nap]

Geotermikus 2500 11 3/4" 10 5/8" 3,4 / 43

Olaj v. gáz 2500 8 5/8" 6 3/4" 1,8 /29

Olaj v. gáz

(slim hole) 2500 5 1/2" 6 3/4" 1,4 /21

-‐ A geotermikus mezőket általában jóval kevesebb kúttal csapolják meg, mint az

olaj- vagy gázmezőket. Az egyedisége miatt egy kutat fajlagosan sokkal drágább

lefúrni, mint egy kútcsoportot egy-egy tagját.

35

14. ábra: Geotermális, olaj- és gázkutak összköltsége a mélység függvényében forrás: The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

Hogy az energiaforrásunk ténylegesen megújuló legyen a kinyert vizet vissza kell

injektálni a termelőrétegbe, amihez egy vagy két további kútra lesz szükségünk. Így a

legtöbb kiadást duplán kell számolnunk. Ezek miatt egy geotermikus projekt

összköltségének akát 50 %-át4 is elérheti a kútpár kialakításának költsége, ezért a műszaki

4 John Finger, Doug Blakenship: Handbook of Best Practices for Geothermal Drilling (Sandia National

Laboratories, USA, 2010)

36

mellett a gazdasági szempontok figyelembe vétele is igen fontos. Hatványozottan érvényes

ez Magyarországra, mivel itt mélyebbre kell fúrni, mint az Egyesült Államokban (ahol az

MIT felmérése készül) és a beruházások is szerényebb anyagi támogatás élveznek.

A különböző kútpályák közötti árkülönbséget alapvetően a ferdítés határozza meg:

egyrészt a ferdítés költsége, másrészt pedig a ferdítés miatt hosszabbodó kútpálya költsége.

A ferdítésnél speciális szerszámot kell összeállítani, mely általában tartalmaz fúrómotort,

MWD-t és az ezekhez kapcsolódó speciális alkatrészeket (antimágneses súlyosbító,

átmenetek, stb.), amik legtöbbször a ferdítést végző szervízcég tulajdonai, melyekért napi

bérleti díjat számolnak fel. A ferdítés költségeihez sorolható még a ferdítést felügyelő

szakamber (MWD engineer, directional driller) napi díja, továbbá a felszíni műszereket

tartalmazó kabin költségei. Ezekre függőleges fúrásánál nincs szükség, valamint bizonyos

kútpályáknál megoldható, hogy a ferdeség felépítése előtt/után található egyenes

szakaszokon ezeket mellőzzük, megspórolva a használaton kívüli alkatrészek bérleti díját.

Hosszabb kútpálya magasabb költsége azonban nem ilyen egyszerű, jóval több részletből

áll össze.

Hosszabb kutat több ideig tart fúrni, ám ez a két adat nem egyenesen arányos, ennek az

oka, hogy nagyobb mélységből tovább tart egy ki- vagy beépítés (15. ábra).

15. ábra: A fúrás és a ki- és beépítés időtartalmának változása forrás: The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

37

Ezzel együtt nő az egyik legmagasabb fix költség, a berendezés napidíja is. A fúrófej

élettartalma is véges, mely munkaórában vagy fordulatban van megadva. Ezt három

tényező befolyásolja: a litológia, a szerszámösszeállítás, valamint a fúrási paraméterek,

melybe beletartozik a kútpálya is. Míg az első tulajdonság adott (geotermikus fúrásoknál

gyakran erősen abrazív kőzetekkel találkozunk), a másik kettőt tudjuk a javunkra

változtatni. A geotermikus fúrásokhoz hasznos a mozgó alkatrészek nélküli PDC fúrófejek,

melyek élettartalma magasabb a hagyományos fúrófejeknél, ám ára - főleg nagy

átmérőknél - jóval magasabb. A fúrás során nem csak a fúrófej kopik, amortizálódik,

hanem a összes többi szerszám is, melyet adott időközönként a lyukból kiépítve ellenőrizni

kell. Ez a munka is lassíthatja a fúrást, ami a költségek emelkedésével jár.

Ha kifúrtuk az adott szakaszt, a lyukat a fúrószerszám saruig történő ki- és beépítésével

stabilizálni kell, ez után következhet a geofizikai szelvényezés, ami hosszabb szakaszoknál

a ki- és beépítések miatt szintén hosszabb ideig tart. Problémás lehet az erősen ferde vagy

horizontális kutak szelvényezése, mivel itt a gravitációs erő kevésbé érvényesül, a műszer

könnyebben elakadhat a kritikus szakaszokon.

A szelvényezést követi a béléscsövezés mely a kútkiképzés sarokpontja. Geotermikus

kutaknál eleve drágább a béléscső a nagyobb átmérők miatt, ám ha a megnövekedett

kúthosszal számolunk, a béléscső költsége az egész kútkiképzés költségének több mint 50

%-a5 is lehet.

13. táblázat: A béléscső költségének növekedése a kúthossz függvényében

Kúttípus Kúthossz [m]

Eltérés a

kúthosszban

[%]

Béléscső költsége a teljes

kút költségeihez képest

[%]

Függőleges 2804 100 30

J-profil 3277 117 35

S-profil 3406 122 36

Horizontális 3688 132 40

5 John Finger, Doug Blakenship: Handbook of Best Practices for Geothermal Drilling (Sandia National

Laboratories, USA, 2010)

38

A 11. táblázatból is kitűnik, hogy a ferdítés által okozott kúthossz növekedés miatt a

béléscső költségei akár 5-10 %-kal is emelhetik a kútkialakítás teljes költségeit.

Továbbá ferde kutakban fennáll a szelvényezésnél már ismertetett probléma: nagyobb

ferdeség mellett nagyobb a surlódás, nehézkesebb a bélscső elhelyezése, valamint több

központosítóra van szükség a pontos elhelyezéshez. Elképzelhető, hogy a megnövekedett

hossz miatt túl hosszú szakaszok maradnának "nyitva", ami problémákhoz vezethet. Ennek

megoldása, ha egy újabb béléscső szakaszt tervezünk be, ami akár a duplájára is növelheti

a teljes kútkialakítás költségét, ahogy az a 16. ábrán látható.

16. ábra: Kútkiképzés költsége a béléscsőszakaszok számának függvényében

forrás: The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

Összességében kijelenthető, hogy a megnövekedett kúthossz szinte az összes fúrási

munkafolyamatot lassítja valamint az alapanyag igénye is magasabb. A kutak költségei

közötti eltérést a 12. táblázat alapján számítottam. Az adatok természetesen nem pontosak,

csupán nagyságrendileg megegyezőek, mivel ezekhez igen nehéz hozzájutni, a cégek

bizalmasan kezelik az ilyen jellegű információkat. Megjegyzem, hogy ez nem jelent nagy

problémát, mivel nekünk nem a végleges ár, hanem az azok közötti különbség a fontos. A

táblázatban szereplő adatok korábbi tapasztalataimon és az interneten fellelhető nyilvános

információkon alapulnak.

39

14. táblázat: A kutak költségének fő paraméterei

Berendezés napidíja [USD] 20000

Ferdítés költségei [USD/nap] 10000

Béléscső 30" [USD/m] 90

Béléscső 13 3/8" [USD/m] 70


Béléscső 7" [USD/m] 40


Átlagos fúrási sebesség [m/nap] 50

Ezeken az adatokon kívűl természetesen számtalan egyéb munkafolyamat és alapanyag

befolyásolja egy kút végleges költségét, ám azokat jelen esetben elhanyagolhatónak

vettem, mivel azok egyformán terhelnek minden kutat, kútpályától függetlenül, tehát az

árak közötti különbséget nem befolyásolják.

15. táblázat: Költségek kúttípusonként

Függőleges J-‐profil S-‐profil Horizontális

Kút hossza [m] 2804 3277 3406 3688

Fúrás időtartalma [nap] 56,08 65,54 68,12 73,76

Berendezés összdíja [USD] 1 121 600 1 310 800 1 362 400 1 475 200

Ferdítendő szakasz hossza

[m] 0 581 1162 1413

Ferdítés időtartalma [nap] 0 11,62 23,24 28,26

Ferdítés összköltség [USD] 0 116 200 232 400 282 600

Béléscső hossz 30" [m] 30 30 30 30

Béléscső hössz 13 3/8" [m] 504 504 504 504

Béléscső hossz 9 5/8" [m] 1884 2150 2112 2564

Béléscső hossz 7" [m] 715 770 1004 833

Béléscső hossz 4 1/2" [m] 296 383 325 317

40

Béléscső összköltség [USD] 168 180 185 855 191 865 207 425

Kút összköltsége [USD] 1289780 1612855 1786665 1965225

Eltérés a kutak összköltsége

között [%] 0 25,04 38,52 52,37

Látható, hogy a kutak kialakítási költségei között akár 50 %-nál nagyobb különbség is

lehet, mely főleg a ferdítés költségéből adódik. Hogyha kútpárban tervezünk, akkor ez az

összeg már egy teljes út költségével egyezik meg.

Nem tartalmazza a fejezet a nem számszerüsíthető adatokat: azt, hogy milyen veszélyeket

rejt a kútkialakítása. Ezekkel a költségekkel nem számolhatunk előzetesen, mivel azok

csak probléma esetén jelennek meg. Minél bonyolultabb egy kútkialakítás, annál nagyobb

az esélye annak, hogy valami nem a tervezett módon történik. Ez legrosszabb esetben lehet

megszorulás, melynek következtében akár a szerszám egy része is a lyukban maradhat.

Ilyenkor mentésre van szüksége, mely egy igen költséges és időrabló folyamat. De

előfordulhatnak kisebb problémák is, melyek során egy munkafolyamatot újra el kell

végezni. Ez lehet egy béléscsövezési, vagy cementezési hiba. Tehát ilyen szempontból a

horizontális és az S-profil kevésbé ajánlott, mint a másik két egyszerűbb kútpálya.

Abban az esetben, ha a kútpár egyik tagja egy rendelkezésünkre álló, függőleges kút, akkor

érdemes mérlegelni annak lehetőségét, hogy a második kút kialakítását a már meglévő

alapon kezdjük el. A közös alap használata olcsóbb és gyorsabb, mivel nem kell az új

alapot megtervezni, illetve engedélyeztetni.

41

6. Összefoglalás

Dolgozatomban a kútpálya kialakításának hatását a négy legelterjedtebb kútprofilon

(függőleges, J-profil, S-profil, horizontális) keresztül vizsgáltam műszaki és gazdasági

szempontból. Az összehasonlítást a Prosper programmal végeztem, melynek segítségével

elkészítettem a négy kút számítógépes modelljét egy meglévő, reprezentatív mintaként

szolgáló meddő szénhidrogén-kút paramétereit alapul véve. Ezeket igyekeztem annyira

hasonlóra készíteni, hogy az eltérést csupán a kútpályák különbsége adja. A modelleket

ezután egy valós magyarországi kút geológiai környezetébe helyeztem, hogy a kapott

adatok lehetőleg minél közelebb álljanak a valósághoz. A modellezés során több hozamot

is vizsgáltam, hogy minél több adat álljon rendelkezésemre.

A kapott adatok kiértékelésekor azt tapasztaltam, hogy miután a kút hőmérséklete a

folyamatos termeltetés hatására állandósult, a kútfejhőmérsékletek között igen kicsi, 1 oC

alatti különbségek alakulnak ki. Sokkal nagyobb eltérést tapasztaltam a megnövelt

hozamok során, a termelés 1000 m3/nap-pal történő emelése mellett a kifolyó víz

hőmérséklete nagyjából 1 oC-kal emelkedett. A legmagasabb hőmérsékletet minden

esetben a függőleges kialakítású kút adta, a legalacsonyabbat pedig a horizontális, míg a J-

profil és az S-profil a kettő között, közel azonosat. A modellkísérlet is egyértelműen

bebizonyította, hogy minél rövidebb úton jut a víz a felszínre, annál kevésbé hűl le.

Jelentősebb eltérés jelentkezett a nyomásveszteségek vizsgálata során. Mivel a

kútfejnyomás azonos volt, az eltérés a búvárszivattyú által szolgáltatott

nyomásnövekedésnél jelentkezett. A vízszintes szűrőzésnek köszönhetően a horizontális

kút kisebb mélységből adott hasonló hőmérsékletet, mint a többi kút, és ez látható a

búvárszivattyú teljesítményigényén is, ami közel fele volt a többi kútnál számítottnak.

A műszaki elemzés után megvizsgáltam a téma gazdasági vonzatait is. Itt derült ki, hogy a

kutak kialakítási költségei között igen nagy eltérések vannak, amelyek főleg a ferdítés

költségeiből, valamint a megnövekedett béléscsőhosszból adódnak. Az interneten

fellelhető és saját korábbi tapasztalataimon alapuló költségek alapján kiszámítottam az

összes kút kialakításának rész- és összköltségeit. Az összehasonlításból látható, hogy a

kutak között igen nagy különbségek tapasztalhatóak, melyek akár az 50 %-ot is

meghaladhatják.

Véleményem szerint a kútpálya kialakítása csak kis mértékben befolyásolja a kinyerhető

energia mennyiségét, és a befektetett költség csak nagyon hosszú idő után termeli vissza.

42

Azonban ha a geológiai viszonyok miatt kénytelenek vagyunk bonyolultabbb kútprofilhoz

fordulni, nem fogunk hátrányt szenvedni a kialakítás miatt.

Amennyiben anyagi lehetőségeink megengedik a megnövekedett költségeket, akkor

mindenképp javaslom a kútpár ferdítéses kialakítását, mivel a felszíni létesítményeket

sokkal egyszerűbben és praktikusabban lehet elhelyezni. Ezen belül is a J-profil ajánlom,

mivel a hosszú egyenes szakaszokon mellőzhetjük a ferdítőszerszám használatát, ami

csökkenti a költségeket, továbbá probléma esetén is kisebb a kockázat.

43

7. Summary

In my thesis I analyzed the technical and economical effects of the four most used

wellpaths (vertical, J-profile, S-profile, horizontal). I made simulations with the Prosper

software, based on an existing dry oil well. I tried to made this four models so similar, so

the difference between the calculations came only from the difference between the

wellpaths. The models were placed in the environment of an existing well in Hungary, in

order to get as accurate information as possible. I simulated several different flow rates, so

as to get enough data.

Analyzing all the information gathered, I noticed that after the temperature of the well has

become continuous as a result of settled production, the difference between wellhead

temperatures are always lower than 1 oC. But when I raised the flow rate with 1000

m3/day, the temperature of the wellhead rised with 1 oC. The biggest temperature was

always resulted by the vertical well, the lowest was by the horizontal, while the J-profile

and S-profile gave almost the same results in between. It is also a result of the simulation

that the shorter the wellpath was, the less the temperature of the water fell. I noticed a more

significant discrepancy at the analysis of the head loss. As the wellhead pressure was the

same at all four wells, the difference between the pressures was at the sunction side of the

ESP. As a result of using a horizontal wellpath, this well provided water with the same

temperature from lower depth than the other three wells. The required power of the ESP of

the horizontal wellpath was also around half of the others.

After the technical analysis I studied the ecological aspects as well. I noticed that there are

significant differences between the costs of the wells, which usually come from the

expenses of the directional drilling and the differences between the lengths of the casings.

According to my calculations the differences in costs between the different types of wells

can be more that 50%.

In my opinion the design of the wellpath does not significantly influence the amount of the

produced energy, and the return of the costs is a very long process. Even if the use of a

more complex wellpath (S-profile/horizontal well) is needed due to geological aspects, the

energy production will not be lower.

If it is financially possible, choose directional drilling, as establishing surface equipments

are easier and more practical. More specifically I would recommend the use of J-profile,

44

because directional drilling tools on long, straight sections are not necessary in this case,

which reduces the costs and risks as well.

45

I. Melléklet A kutak hőmérsékletgradiense 6000 m3/nap termelésnél

TVD (m) Hőmérséklet (oC) Vertikális "J" profil "S" profil Horizontális

2800 147,72 147,72 147,72 2725 147,72 2580 147,72 2400 147,71 147,71 2380 147,71 2280,4 147,68 2379,1 147,71 2334 147,69 2330 2280 147,70 2268,7 147,66 2258,2 147,68 2230 147,68 2203 147,61 2180 147,67 2170,4 2160,8 147,64 147,66 2137,4 147,64 147,56 2120,4 147,64 2080 147,62 2041,3 147,57 2137,4 2030 147,59 2000 147,56 147,48 1980 147,55 1930 147,51 1921,7 147,48 1880 147,47 1862,9 147,47 147,37 1802,1 147,36 1784,9 147,35 1725,7 147,34 147,24 1689,7 147,21 1682,5 147,23 1594,6 147,05 1588,5 147,20 147,08 1562,9 147,08 1499,4 146,87 1451,2 147,03 146,89

46


1443,3 146,91 1404,3 146,68 1323,8 146,71 1314 146,84 146,68 1309,1 146,47 1214 146,24 1204,2 146,50 1176,8 146,63 146,44 1164 146,15 1114 146,06 1084,6 146,26 1039,6 146,39 146,18 1014 145,86 965 146,01 964 145,75 950 145,96 935 145,92 920 145,87 914 145,64 905 145,83 902,4 146,13 145,89 890 145,78 875 145,74 864 145,53 860 145,69 845 145,64 830 145,59 815 145,55 814 145,42 800 145,50 785 145,45 773,2 145,86 145,62 770 145,40 764 145,30 755 145,35 740 145,30 725 145,25 714 145,18 710 145,20 695 145,15 680 145,10 665 145,05 664 145,05

47


650 144,99 644,1 145,58 145,33 635 144,94 620 144,89 614 144,92 605 144,83 590 144,78 575 144,73 564,5 144,79 560 144,67 545 144,62 530 144,56 515 145,27 144,50 144,66 145,01 507,5 145,25 144,99 500 145,23 144,97 457,5 144,36 144,52 450 144,92 144,66 400 144,61 144,22 144,37 144,35 375 144,51 144,13 144,28 144,26 350 144,42 144,04 144,19 144,16 350 144,16 240 144,22 143,96 233,3 143,82 143,97 130 144,00 143,74 116,7 143,59 143,74 20 143,77 143,52 10 143,68 143,12 0 143,58 143,35 143,50 143,32

48

II. Melléklet A kutak hőmérsékletgradiense 7000 m3/nap termelésnél


2800 147,72 147,72 147,72 2580 147,72 2400 147,71 147,71 2380 147,71 2379,1 147,71 2334 2330 147,69 2280 147,69 147,70 2268,7 147,67 2258,2 147,69 2230 147,69 2203 147,63 2180 147,68 2170,4 147,67 2160,8 147,65 2137,4 147,65 147,58 2120,4 147,65 2080 147,63 2041,3 147,59 2137,4 2030 147,61 2000 147,59 147,51 1980 147,58 1930 147,58 1921,7 147,51 1880 147,51 1862,9 147,50 147,42 1802,1 147,41 1784,9 147,40 1725,7 147,40 147,31 1689,7 147,28 1682,5 147,30 1594,6 147,14 1588,5 147,27 147,17 1562,9 147,17 1499,4 146,99 1451,2 147,13 147,01 1443,3 147,02 1404,3 146,83

49


1323,8 146,85 1314 146,97 146,83 1309,1 146,65 1214 146,45 1204,2 146,67 1176,8 146,78 146,62 1164 146,37 1084,6 146,47 1039,6 146,58 146,40 1114 146,29 1064 146,21 1014 146,12 965 146,25 964 146,03 950 146,21 935 146,17 920 146,13 914 145,94 905 146,09 902,4 146,35 146,15 890 146,06 875 146,02 864 145,84 860 145,98 845 145,93 830 145,89 815 145,85 814 145,74 800 145,81 785 145,77 773,2 146,13 145,92 770 145,73 764 145,64 755 145,68 740 145,64 725 145,60 714 145,53 710 145,55 695 145,51 680 145,47 665 145,42 664 145,43 650 145,38

50


644,1 145,88 145,66 635 145,33 620 145,29 614 145,32 605 145,24 575 145,15 564,5 145,20 560 145,10 545 145,05 530 145,00 515 145,62 144,96 145,09 145,39 507,5 145,60 145,38 500 145,58 145,36 457,5 144,84 144,97 450 145,32 145,09 400 145,04 144,71 144,84 144,82 375 144,97 144,63 144,77 144,74 350 144,89 144,55 144,69 144,66 350 240 144,71 144,49 233,3 144,37 144,50 130 144,52 144,30 116,7 144,17 144,30 20 144,33 144,11 10 144,24 144,02 0 144,16 143,96 144,09 143,94

51

III. Melléklet A kutak hőmérsékletgradiense 8000 m3/nap termelésnél


2800 147,72 147,72 147,72 2580 147,72 2400 147,71 147,71 2380 147,71 2280,4 147,69 2379,1 147,71 2334 147,70 2280 147,70 2268,7 147,67 2258,2 147,69 2230 147,69 2203 147,64 2180 147,68 2160,8 147,66 2137,4 147,66 147,60 2120,4 147,66 2080 147,64 2041,3 147,60 2137,4 2030 147,62 2000 147,60 147,54 1980 147,59 1930 147,57 1921,7 147,54 1880 147,53 1862,9 147,53 147,46 1802,1 147,45 1784,9 147,44 1725,7 147,44 147,36 1689,7 147,33 1682,5 147,35 1594,6 147,22 1588,5 147,33 147,24 1562,9 147,24 1499,4 147,08 1451,2 147,20 1443,3 147,11 147,10 1404,3 146,94 1323,8 146,96

52


1314 147,06 146,94 1309,1 146,78 1214 146,61 1204,2 146,80 1176,8 146,90 146,76 1164 146,54 1084,6 146,62 1039,6 146,72 146,56 1114 146,47 1064 146,39 1014 146,32 965 146,43 964 146,24 950 146,40 935 146,36 920 146,33 914 146,16 905 146,30 902,4 146,52 146,35 890 146,26 875 146,23 864 146,07 860 146,19 845 146,16 830 146,12 815 146,08 814 145,98 800 146,05 785 146,01 773,2 146,32 146,14 770 145,97 764 145,90 755 145,94 740 145,90 725 145,86 714 145,80 710 145,82 695 145,78 680 145,74 665 145,71 664 145,71 650 145,67 644,1 146,11 145,92

53


635 145,63 620 145,59 614 145,61 605 145,55 575 145,46 564,5 145,51 560 145,42 545 145,38 530 145,34 515 145,88 145,30 145,41 145,68 507,5 145,86 145,67 500 145,85 145,65 457,5 145,19 145,31 450 145,61 145,42 400 145,37 145,08 145,20 145,18 375 145,31 145,01 145,13 145,11 350 145,24 144,94 145,06 145,04 350 240 145,08 144,88 233,3 144,78 144,89 130 144,92 144,72 116,7 144,60 144,72 20 144,75 144,55 10 144,67 144,48 0 144,60 144,42 144,54 144,40

54

IV. Melléklet A kutak nyomásgradiense 6000 m3/nap termelésnél

TVD (m) Nyomás (bar)

Vertikális "J" profil "S" profil Horizontális 2800 247,96 243,02 243 2779,2 241,06 2758,4 239,09 2738,9 2725 240,59 2690 232,16 2669,6 230,09 2650 233,21 2600 228,30 2580 221,08 221,31 243,00 2550 223,38 2539,9 217,29 217,3 238,83 2524,9 221,05 2500 218,61 2499,5 213,51 213,3 234,66 2489,6 212,34 2480 211,38 2449,7 208,83 229,49 2430 206,41 2400 204,15 224,32 2380 201,44 2280,4 192,91 2379,1 207,40 2334,3 218,12 2330 196,48 2280 191,51 2268,7 211,92 2258,2 196,10 2230 186,54 2203 205,72 2180 181,58 2170,4 180,63 2160,8 180,67 179,68 2120,4 175,89 2137,4 184,80 199,52 2080 172,1 2041,3 170,44 2030 167,42 2000 171,98 186,68

55


Vertikális "J" profil "S" profil Horizontális 815 55,27 814 53,32 800 53,86 785 52,44 773,2 57,45 71,97 770 51,03 764 48,64 755 49,62 740 48,2 725 46,79 714 43,96 710 45,37 695 43,96 680 42,54 665 41,13 664 39,29 644,1 45,40 59,91 635 38,3 620 36,89 614 34,61 605 35,47 590 34,06 575 32,64 564,5 29,98 560 31,23 545 29,82 530 28,4 515 33,36 26,99 25,35 47,86 507,5 32,66 47,16 500 31,96 46,46 457,5 21,6 19,98 450 27,34 41,83 400 22,72 16,22 14,61 37,21 375 20,40 13,94 12,29 34,90 350 18,09 11,59 9,98 32,58 350 48,40 49,5 47,87 47,75 240 37,58 36,92 233,3 38,1 36,39 130 26,75 26,10 116,7 26,53 24,91 20 15,93 15,27 10 15,01 14,35 0 14,09 15,05 13,43 13,43

56

V. Melléklet A kutak nyomásgradiense 7000 m3/nap termelésnél TVD (m)

Nyomás (bar) Vertikális "J" profil "S" profil Horizontális

2800 247,96 243,02 243 2779,2 241,05 2758,4 239,07 2725 240,44 2690 231,93 2669,6 229,8 2650 232,92 2600 227,90 2580 220,53 220,86 243,00 2550 222,89 2539,9 216,72 216,75 238,67 2524,9 220,54 2500 218,20 2499,5 212,92 212,64 234,34 2489,6 211,66 2480 210,68 2449,7 208,21 228,98 2430 205,6 2400 203,51 223,61 2380 200,51 2379,1 206,85 2334,3 217,37 2330 195,42 2280,4 192,21 2280 190,33 2268,7 211,13 2258,2 195,51 2230 185,25 2203 204,89 2180 180,17 2170,4 179,19 2160,8 180,91 178,22 2120,4 174,42 2137,4 184,17 198,65 2080 170,61 2041,3 169,62 2137,4 2030 165,91 2000 171,30 185,76

57


Vertikális "J" profil "S" profil Horizontális 815 53,82 814 51,24 800 52,4 785 50,97 773,2 56,40 70,64 770 49,55 764 46,54 755 48,13 725 45,28 714 41,85 710 43,85 695 42,43 680 41,01 665 39,58 664 37,15 650 38,16 644,1 44,32 58,54 635 36,74 620 35,31 614 32,46 605 33,89 590 32,46 575 31,04 564,5 27,81 560 29,62 545 28,19 530 26,77 515 32,23 25,34 23,16 46,45 507,5 31,53 45,75 500 30,83 45,04 457,5 19,94 17,77 450 26,21 40,42 400 21,59 14,53 12,38 35,80 375 19,28 12,22 10,07 33,49 350 16,97 9,91 7,76 31,17 350 50,82 50,54 48,38 51,50 240 39,72 40,45 233,3 38,82 36,66 130 28,72 29,40 116,7 27,1 24,94 20 17,67 18,35 10 16,75 17,43 0 15,83 15,38 13,22 16,50

58

VI. Melléklet A kutak nyomásgradiense 8000 m3/nap termelésnél


Vertikális "J" profil "S" profil Horizontális 2800 247,96 243,02 243 2779,2 241,03 2758,4 239,05 2725 240,27 2690 231,66 2669,6 229,47 2650 232,57 2600 227,44 2580 219,9 220,33 243,00 2550 222,32 2539,9 216,07 216,11 238,49 2524,9 219,96 2500 217,61 2499,5 212,24 211,9 233,98 2489,6 210,89 2480 209,88 2449,7 207,51 228,39 2430 204,66 2400 202,78 222,80 2380 199,44 2280,4 191,4 2379,1 206,22 2334,3 216,51 2330 194,21 2280 188,98 2268,7 210,22 2258,2 194,83 2230 183,76 2203 203,94 2180 178,54 2170,4 177,54 2160,8 180,04 176,54 2120,4 172,72 2137,4 183,45 197,65 2080 168,9 2041,3 168,67 2030 164,17 2000 170,53 184,70 1980 159,45

59


Vertikális "J" profil "S" profil Horizontális 1930 154,73 1921,7 157,31 1880 150 1862,9 157,62 171,76 1802,1 145,95 1784,9 140,94 1725,7 144,71 158,82 1689,7 131,88 1682,5 134,59 1594,6 122,82 1588,5 131,80 145,88 1562,9 123,24 1499,4 113,76 1451,2 118,90 132,95 1443,3 111,89 1404,3 104,7 1323,8 100,53 1314 106,00 120,02 1309,1 95,65 1214 86,59 1204,2 89,19 1176,8 93,11 107,09 1164 81,87 1114 77,15 1084,6 77,84 1064 72,43 1039,6 80,21 94,17 1014 67,72 965 66,49 964 63 950 65,06 935 63,62 920 62,19 914 58,28 905 60,75 902,4 67,32 81,25 890 59,32 875 57,88 864 53,56 860 56,45 845 55,01 830 53,58 815 52,14

60


Vertikális "J" profil "S" profil Horizontális 814 48,84 800 50,71 785 49,27 773,2 55,19 69,10 770 47,84 764 44,13 755 46,4 725 43,53 714 39,41 710 42,1 695 40,66 680 39,23 665 37,79 664 34,69 650 36,36 644,1 43,06 56,96 635 34,92 620 33,49 614 29,98 605 32,05 590 30,62 575 29,18 564,5 25,31 560 27,75 545 26,31 530 24,88 515 30,94 23,44 20,64 44,82 507,5 30,23 44,12 500 29,53 43,41 457,5 18,01 15,23 450 24,91 38,79 400 20,29 12,58 9,82 34,17 375 17,98 10,27 7,5 31,86 350 15,66 7,95 5,19 29,54 350 51,76 52,07 53,31 53,62 240 40,44 42,31 233,3 40,07 41,31 130 29,13 30,99 116,7 28,08 29,31 20 17,83 19,68 10 16,90 18,76 0 15,98 16,08 17,32 17,84

61

Ábrajegyzék

1. ábra: Herrenknecht-Vertical Innovarig Dürrnhaarban (Németország).............................7

2. ábra: Meddő szénhidrogén-kút szerkezete (nem méretarányos).....................................12

3. ábra: A meddő CH kút becsült beáramlási görbéje........................................................15

4. ábra: A függőleges kút csövezési rajza (nem méretarányos)..........................................17

5. ábra: J-profilú kút kútpályája..........................................................................................19

6. ábra: Az S-profilu kút kútpályája....................................................................................20

7. ábra: A horizontális kút kútpályája.................................................................................22

8. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 6000 m3/nap-os termelés mellett.....................25

9. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 7000 m3/nap-os termelés mellett.....................26

10. ábra: Hőméséklet alakulása a kutakban 8000 m3/nap-os termelés mellett...................27

11. ábra: Nyomásviszonyok alakulása a kutakban 6000 m3/nap termelés mellett.............29



14. ábra: Geotermális, olaj- és gázkutak összköltsége a mélység függvényében...............34

15. ábra: A fúrás és a ki- és beépítés időtartalmának változása..........................................35

16. ábra: Kútkiképzés költsége a béléscsőszakaszok számának függvényében.................37

62

Táblázatok jegyzéke

1. táblázat: Meddő szénhidrogén-kút fúrási adatai.............................................................11

2. táblázat: Fúrási rétegsor..................................................................................................14

3. táblázat: Rétegjellemzők.................................................................................................14

4. táblázat: Vertikális kút kialakításának adatai.................................................................16

5. táblázat: A J-profilú kút kialakításának adatai................................................................15

6. táblázat: Az S-profilú kút kialakításának adatai.............................................................19

7. táblázat: A horizontális kút kialakításának adatai

8. táblázat: Kiválasztott szivattyúk és motorok

9. táblázat: A kutak termikus teljesítménye

10. táblázat: Fúrási költségek kútfajtánként

11. táblázat: A béléscső költségének növekedése a kúthossz függvényében

12. táblázat: A kutak költségének fő paraméterei

13. táblázat: Költségek kúttípusonként

63

Felhasznált irodalom

• Bihari-Tóth Gergely: Iceland Deep Drilling Project

• Bobok Elemér Dr., Tóth Anikó Dr.: Helyzetkép a geotermikus energia termelésről

és hasznosításról (Miskolc, 2011)

• Bobok Elemér Dr., Tóth Anikó Dr.: Megújuló energiák (Miskolc, 2005)

• Bódi Tibor Dr.: PVT számítások (Miskolc, 2006)

• BVH Kft.: Meddő szénhidrogén kutak hasznosítási lehetőségei (Eger, 2010. november 18.)

• Drilling Data Handbook (Seventh edition, Paris, 1999)

• Ernst Huenges Dr., Inga Moesck: Directional Drilling and Stimulation of a Deep

Sedimentary Geothermal Reservoir (Scientific Drilling No.5, September 2007)

• Ernst Huenges Dr.: Geothermal energy systems (Potsdam, 2010)

• Geothermal deep well drilling practices - an introdution (Geothermal Consultants

New Zealand Limited)

• Hussain Rabia: Well Engineering & Construction

• John Finger, Doug Blakenship: Handbook of Best Practices for Geothermal

Drilling (Sandia National Laboratories, USA, 2010)

• Ladislaus Rybach: Status and Prospects of Geothermal Energy (World Geothermal

Congress, Bali, 2010)

• Oil Field Familization (Baker Hughes INTEQ, 1996)

• Petroleum Experts (IPM 7): User Manual - Prosper version 11 (2009)

• T. A. Inglis: Petroleum Engineering and Development Studies vol. 2. Directional

drilling (London, 1987)

• Takács Gábor Dr.: ESP Manual (Elsevier, 2009)

• The Future of Geothermal Energy (Massachusetts Institute of Technology, 2006)

• Wulf Brandt & Geotermics Group: Drilling a geothermal well into a deep

sedimentary geothermal reservoir – conclusions from case study Gross

Schoenebeck (Geoforshungzentrum Potsdam, 2010)

Kútpálya kialakítás hatása nagymélységű geotermikus...

Documents

Transcript of Kútpálya kialakítás hatása nagymélységű geotermikus...