Р 50-605-86-94
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОГЕОТЕРМАЛЬНЫХ И ПАРОГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
Издание официальное
ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва
P 50-605-86-94
Предисловие
1 РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕСЕНЫ Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации (ВНИИстандарт) Госстандарта России с участием рабочей группы специалистов Всероссийского научно-исследовательского института гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) Комитета по геологии и использованию недр Российской Федерации
РАЗРАБОТЧИКИ
А. А. Шпак; В. П. Стрепетов; Л. В. Фромм; Е. В. Пашков, канд. техн. наук; М. Б. Плущевский; О. М. Александрова
2 УТВЕРЖДЕНЫ Приказом от 10.06.94 № 29 директора ВНИИстан-дарт
3 ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ
© ИПК Издательство стандартов, 1996
II
P 50-605-86-94
СОДЕРЖАН И Е
Введение ...................IV
1 Область применения................ I
2 Нормативные ссылки................ I
3 Основные определения............... 2
4 Обшие представления о природных теплоносителях, используемых в гео
термальной энергетике, и закономерностях их распространения. Техника и технология использования природных теплоносителей .... 3
5 Методы определения гидрогсотермальных и парогидрогеотермальных ресурсов .................... 5
6 Методы определения исходных параметров......... 8
7 Требования к достоверности оценок ресурсов........11
8 Рекомендации по оценке ресурсов разных типов месторождений теплоэнергетических вод................13
Приложение А Список методической литературы........16
Приложение Б Основные закономерности распространения гидрогеотермальных и парогидрогеотермальных ресурсов .... 17
Приложение В Пример определения гидрогсотермальных ресурсов Тару-
мовского месторождения .........22
III
P 50-605-86-94
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие рекомендации входят в комплекс нормативных документов по нетрадиционной энергетике, установленных ГОСТ Р «Нетрадиционная энергетика. Направления стандартизации. Основные положения** в подгруппу документов «Геотермальная энергетика**.
Разработка данных рекомендаций обусловлена возрастающими потребностями народного хозяйства в энергоносителях, в том числе путем увеличения масштабов использования нетрадиционных возобновляемых и экологически чистых источников энергии.
В настоящих рекомендациях даны термины и определения, основных понятий, характерных для теплоэнергетических подземных вод. Приведен список методической литературы по методам оценки гидротермальных ресурсов (приложение А). Приведены закономерности распространения гидротермальных и парогидротермальных ресурсов (приложение Б) и пример определения гидротермальных ресурсов по одному из месторождений пластового типа (приложение В).
В стадии разработки.
P 50-605-86-94
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ
Нетрадиционная энергетика ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Методика определения гидротермальных и парогидротермальных ресурсов NONTRADITIONAL POWER ENGINEERING Geothermal power engineering.
Methods for determination of hydro-geothermal and vapour-geothermal resource
Дата введения 1995—01—01
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящие рекомендации распространяются на теплоэнергетические подземные воды и устанавливают основные закономерности распространения, методы оценки гидротермальных и парогидротермальных ресурсов (эксплуатационных запасов), методы определения исходных параметров для указанной оценки, а также требования к достоверности производимых оценок.
Положения настоящих рекомендаций подлежат применению при изучении и оценке месторождений теплоэнергетических вод всех типов, а также при оформлении лицензий на участки недр, предназначенных для проведения поисково-оценочных работ и добычи теплоэнергетических вод.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящих рекомендациях использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 17.1.1.04-80 Охрана природы. Гидросфера. Классификация подземных вод по целям водопользования
ГОСТ 27065-86 Качество вод. Термины и определения
ОСТ 41—05—263—86 Воды подземные. Классификация по химическому составу и температуре.
1
Р 50-605-86-94
3 ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Геотермальная энергетика базируется на использовании теплового потенциала природных теплоносителей, представленных термальными водами и парогидротермами.
В связи с областью распространения в рекомендациях используют следующие термины и их определения.
Теплоноситель природный — подземные воды, используемые в качестве источника нетрадиционной энергии для целей теплоснабжения различных объектов, горячего водоснабжения и выработки электрической энергии.
Воды теплоэнергетические — ГОСТ 17.1.1.04. В настоящих рекомендациях используют как синоним теплоносителя природного.
Воды термальные — теплоэнергетические воды температурой до 100 °С (при давлении 0,1 МПа). В системе пласт—скважина находятся в однофазном состоянии.
Пароводяная смесь (ПВС) — теплоэнергетические воды температурой выше 100 °С, представляющие смесь воды и пара. В пласте находятся в однофазном состоянии; в стволе скважины вследствие снижения давления вскипают и переходят в двухфазное состояние, образуя пароводяную смесь.
Теплоноситель низкопотенциальный п ри-родный — теплоэнергетические воды температурой менее 70 °С.
Теплоноситель среднепотенциальный природный— теплоэнергетические воды температурой 70—100 вС.
Теплоноситель высокопотенциальный— теплоэнергетические воды температурой более 100 °С.
Потенциал теплоэнергетический — количество тепла в единице объема термальных вод. Определяется по разности температур природного теплоносителя на входе в теплообменник и на выходе из него и теплоемкости теплоносителя.
Теплосодержание — аналог потенциала теплоэнергетического для ПВС. Определяется по разности конечной и начальной температур воды в большеобъемном калориметре.
Минерализация — ГОСТ 27065.
Кондиции — совокупность технических показателей (дебит скважины, температура, давление на устье скважины и др.), при соответствующих значениях которых эксплуатация месторождений (участков) теплоэнергетических вод экономически оправдана.
2
P 50-605-86-94
Другие определения, связанные с методами оценки гидрогеотермальных и парогидрогеотермальных ресурсов, приводятся в разделах 5 и 6.
4 ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРИРОДНЫХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ,
И ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ. ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
К природным теплоносителям и теплоэнергетическим водам относятся подземные воды, которые содержат (аккумулируют) глубинное тепло земных недр в количествах, позволяющих экономически эффективно использовать это тепло для выработки электрической энергии, теплоснабжения, горячего водоснабжения и технологических целей. Попутно они могут использоваться для бальнеологических целей, рекреации и т. д.
Теплоэнергетический потенциал природных теплоносителей находится в зависимости от геолого-гидрогеотермических особенностей регионов, в пределах которых локализуются месторождения теплоэнергетических вод, и варьирует в очень широких пределах. В столь же широких пределах изменяются и другие показатели качества природных теплоносителей (минерализация, химический и газовый состав, содержание вредных примесей и т. д.).
Современный технический уровень в России позволяет использовать в качестве теплоэнергетических вод подземные воды температурой не менее 40—50 °С, хотя в принципе могут использоваться воды и с более низкой температурой.
Низкопотенциальные теплоносители могут использоваться в различных технологических процессах (оттаивание мерзлых грунтов, промывка россыпей и др.), для обогрева открытого грунта, подогрева воды в рыборазводных водоемах, для горячего водоснабжения.
Среднепотенциальные теплоносители используют для теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных, коммунальных объектов, а также в технологических процессах (сушка древесины, ферментация чая и др.).
Высоко потенциальные теплоносители используют для теплоснабжения, а при температуре 150 °С и выше — для выработки электроэнергии.
з
P 50-605-86-94
Высокопотенциальные теплоносители, используемые для выработки электроэнергии, характеризуются следующими показателями.
|
Показатели |
Типы месторождений |
|
Однофазные |
Однофазные с пароконденсатной зоной |
Двухфазные
водопрсобла-
лдюшие |
Двухфазные паропрс обладающие |
|
Температура в коллекторе, *С |
180 |
180-250 |
250-300 и выше |
250-275 |
|
Вид теплоносителя на поверхности |
пвс |
Г1ВС, пар |
ПВС, пар |
Пар |
|
Энтальпия теплоносителя, кДж/кг |
420-750 |
760-1050 |
1050-2700 |
2700-2940 |
|
Теплоэнергетическая мощность месторождений, кВт (Гкал/л) |
лЮ*—л 101 |
лЮ» |
лЮ1—лЮ2 |
лЮ1—лЮ3 |
Помимо температуры принципиальное значение для использования подземных вод в качестве теплоносителя имеют их минерализация и химический состав, которые определяют технику и технологию использования их теплового потенциала и разработки месторождении.
Подземные воды с повышенными температурами имеют широкое региональное распространение на территории РФ. Основные закономерности их распространения приведены в приложении Б.
Технология использования природных теплоносителей условно может подразделена на две части: добыча теплоносителя и использование теплового потенциала у потребителя с помощью различных теплотехнических или теплоэнергетических систем.
Месторождения и участки теплоэнергетических вод для добычи теплоносителя разрабатываются при помощи эксплуатационных скважин либо фонтанным (за счет упругой энергии пластов), либо насосным способом с применением водоподъемников.
Однако для соленых (минерализация 10—35 г/дм3) вод и рассолов (минерализация более 35 г/дм3) по экологическим причинам для добычи теплоносителей применяют так называемую геоциркуля ци-онную технологию (ГЦС-технология). При этой технологии поступающей из эксплуатационных скважин теплоноситель пропускается
4
P 50-605-86-94
через 1-й контур теплообменника и заканчивается в продуктивный водоносный горизонт через нагнетательные скважины. Обратную закачку теплоносителя производят как на месторождения пластовых, так и на трещинно-жильных ГГТС.
Гидрогеотермальные и парогидрогеотермальные ресурсы оценивают применительно к технико-экономическим показателям, которые обосновываются либо на устье скважин, либо на 1рупповых Тепловых пунктах, либо на теплообменнике (при ГЦС-технологии). Такие показатели обосновываются как с учетом качества и количества теплоносителей, так и особенностей использования теплового потенциала потребителями.
Природные теплоносители как в одноконтурных, так и в двухконтурных системах могут использоваться как без догрева, так и с пиковым догревом.
Технико-экономические показатели обосновываются для каждого месторождения (участка) и при этом составляется технико-экономическое обоснование (ТЭО) кондиций.
5 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОГЕОТЕРМАЛЬНЫХ И ПАРОГИДРОГЕОТЕРМАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
Оценка гидрогеотермальных и парогидрогеотермальных ресурсов или эксплуатационных запасов теплоэнергетических вод заключается в определении возможной производительности водозаборного сооружения при заданном понижении уровня (или устьевого давления) воды в скважине или в прогнозе снижения уровня (устьевого давления) при заданной производительности водозаборного сооружения. Одновременно должно быть доказано, что при расчетном водоотборе качество термальных вод (температура, химический состав и др.) будут удовлетворять обоснованным в ТЭО техникоэкономическим (кондиционным) показателям в течение всего периода эксплуатации.
Ресурсы (эксплуатационные запасы) подсчитываются по месторождениям или эксплуатационным участкам с целью оформления лицензий на эти месторождения для добычи теплоэнергетических вод и обоснования проектирования водозаборных сооружений для обеспечения конкретных объектов теплом или паром, а также в пределах крупных гидрогеологических регионов для обоснования генеральных схем использования этих вод в народном хозяйстве (региональная оценка).
2-129
P 50-605-86-94
На месторождениях (участках) эксплуатационные запасы оценивают по результатам специальных разведочных работ или по данным эксплуатации действующих водозаборов. Запасы при этом оценивают, как правило, с учетом заявленных потребностей в теплоэнергетическом сырье.
Региональная оценка ставит своей задачей, как правило, полную оценку эксплуатационных ресурсов региона и производится главным образом на основании анализа и обобщения фондовых и опубликованных материалов; при этом в отдельных случаях допускается ревизионное обследование ранее пробуренных скважин (нефтяных, газовых и т. д.). Во всех оценках должно учитываться наличие действующих водозаборных сооружений (хозяйственно-питьевых, минеральных, промышленных вод) и промыслов по добыче нефти и газа с целью установления возможного взаимного влияния проектируемого и действующих водозаборных и промысловых сооружений.
Разработка месторождений термальных вод (особенно пластового типа) в основном происходит при неустановившемся режиме фильтрации жидкости. Поэтому при оценке ресурсов (эксплуатационных запасов) определяется срок разработки месторождения, в течение которого количество и качество подземных вод должно соответствовать кондиционным показателям, а ожидаемая величина снижения уровня не превысит допустимую.
Для оценки ресурсов (запасов) теплоэнергетических вод используют в основном гидродинамический и гидравлический методы. Возможно совместное использование этих методов (комбинированный метод). Допустим и метод гидрогеологической аналогии, однако практическое применение его требует доказательства сходства гидрогеологической обстановки и основных параметров между эталоном (объектом-аналогом) и изучаемым объектом.
Гидродинамические методы базируются на достаточно строгих гидродинамических и теплофизических решениях и применяются в основном для пластовых ГГТС и приуроченных к ним месторождений. Они позволяют рассчитывать понижения уровней или пластовые депрессии, а также устьевые давления водозаборных и нагнетательных скважин при проектном дебите в системе пласт—водоприемная часть — ствол скважины с учетом гидрогеологических параметров и граничных условий пласта, степени и характера вскрытия водоносного горизонта, технических параметров скважины, теплопотерь и выделения газов в стволе скважины. При
6
