Geologiczne i techniczne uwarunkowania eksploatacji wody termalnej na Niżu Polskim

Transkrypt

1 NOGA Bogdan 1 KOSMA Zbigniew 2 MOTYL Przemysław 3 Geologiczne i techniczne uwarunkowania eksploatacji wody termalnej na Niżu Polskim WSTĘP Energia geotermalna jest energią wnętrza Ziemi zgromadzoną w skałach oraz wodach podziemnych. Nośnikiem ciepła geotermalnego są zwykle wody złożowe, które przeważnie jako solanki o różnym stopniu stężenia wypełniają pory i szczeliny skał. Eksploatacja wody termalnej do celów ciepłowniczych na terenie Niżu Polskiego została zapoczątkowana w 1997 roku, kiedy to uruchomiona została ciepłownia geotermalna w Pyrzycach [2]. Wcześniej woda termalna na terenie Niżu Polskiego wykorzystywana była do celów balneologicznych i leczniczych w uzdrowiskach geotermalnych [10]. W większości przypadków (szczególnie na Niżu Polskim), aby móc wykorzystywać energię wód termalnych należy wykonać odwiert geotermalny, którego głębokość może wynosić nawet kilka tysięcy metrów. Odwierty takie wykonuje się metodą obrotową z zastosowaniem płuczki wiertniczej na podstawie zatwierdzonego projektu prac geologicznych [8]. Obecnie w Polsce działa pięć ciepłowni geotermalnych, z czego jedna jest zlokalizowana na Podhalu: Geotermia Podhalańska (1993r.) a pozostałe cztery położone są na Niżu Polskim: Pyrzyce (1997r), Mszczonów (1999r.), Uniejów (2000r.) i Stargard Szczeciński (2005r.) [10]. Ciepłownie te zostały wybudowane w oparciu nie tylko o nowe otwory geotermalne, ale również w wyniku rekonstrukcji otworów archiwalnych, głównie poszukiwawczych ropy i gazu. W latach wykonano kilka tysięcy głębokich otworów wiertniczych na obszarze całej Polski, a najwięcej na Niżu Polskim [6]. Wybrane otwory po ich rekonstrukcji mogą służyć do eksploatacji bądź zatłaczania wody termalnej. Począwszy od 2008 roku na Niżu Polskim zostało wykonanych 11 nowych otworów geotermalnych [1, 11]. Po dwa otwory są wykonane w: Toruniu i Kleszczowie oraz po jednym w: Gostyninie, Poddębicach, Tarnowie Podgórnym, Lidzbarku Warmińskim, Piasecznie i Trzęsaczu. Problematyka projektowania i dokumentowania złóż wód termalnych w środowisku geologicznym jest znana i szeroko omawiana. Każde ujęcie wód termalnych jest inne i należy je rozpatrywać indywidualnie. Przyszły potencjalny Inwestor zainteresowany jest kosztami jakie musi ponieść od momentu rozpoczęcia prac projektowych do uzyskania koncesji na eksploatację i efektami uzyskiwanymi w przyszłej ciepłowni geotermalnej. Ponoszone nakłady i opłacalność całej inwestycji zależy głównie od: horyzontu wodonośnego z którego będą ujmowane wody termalne, głębokości otworów, wydajności i temperatury, konstrukcji i ilości otworów, możliwości wykorzystania wód termalnych, problemów związanych z przyszłą eksploatacją wód termalnych. 1 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Mechaniczny; Radom; ul. Krasickiego 54. Tel: , Fax: , b.noga@uthrad.pl 2 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Mechaniczny; Radom; ul. Krasickiego 54. Tel: , Fax: , z.kosma@uthrad.pl 3 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Mechaniczny; Radom; ul. Krasickiego 54. Tel: , Fax: , p.motyl@uthrad.pl 7862

2 1 WARUNKI HYDROGEOLOGICZNE NA NIŻU POLSKIM Polska jest krajem o dużych lecz obecnie mało wykorzystywanych, potencjalnych możliwościach pozyskiwania energii geotermalnej. Ponad połowę obszaru naszego kraju obejmuje wielki zbiornik permsko-mezozoiczny, w obrębie którego znajdują się mniejsze jednostki geologiczne z występującymi w nich kolektorami wód termalnych. Na obszarze Niżu Polski głównym poziomem wodonośnym wód termalnych są utwory kredy i jury dolnej będące piaszczystym i piaszczysto - mułowcowym kompleksem utworów kredowych i liasowych [3, 7, 9, 12]. Ciągną się one systemem podziemnych niecek z okolic Szczecina, poprzez rejon mogilneńsko-łódzki po Mazowsze. Inne obszary występowania wód termalnych w Polsce to: Podhale i Sudety. W jednostkach tych występują duże nagromadzenia dolnoliasowych i dolnokredowych, dobrze rozpoznanych kompleksów piaszczysto - mułowcowych o dobrych własnościach kolektorskich. Udział skał o własnościach kolektorskich w całej serii złożowej wynosi od 50% do 80%. Wymienione kolektory charakteryzują się dobrymi przepuszczalnościami i dużymi wydajnościami. Są to głównie kolektory porowe. Głębokość występowania struktur jest bardzo zróżnicowana. Waha się od 1000 m do 3000 m. Zróżnicowana głębokość występowania ma wpływ na temperaturę możliwych do pozyskiwania wód termalnych. Im głębsze położenie zbiornika tym wyższa temperatura. Na wymienionych obszarach dochodzić może do 100 o C. Są to głównie kolektory porowe. Drugi rejon zasobny w nagromadzenia wód termalnych to obszar Zapadliska Przedkarpackiego, głównie Niecki Podhalańskiej. Na obszarze tym mamy do czynienia głównie z kolektorami szczelinowymi. Charakteryzują się dużymi wydajnościami jednostkowymi dopływu. Kolektory szczelinowe mają na ogół lepsze parametry hydrodynamiczne i są korzystniejsze z punktu widzenia wykorzystania geotermalnego niż kolektory porowe. Jednak (wg obecnego stanu wiedzy) horyzonty te występują na niewielką skalę w stosunku do powierzchni całej Polski. Ze względu na łatwość zatłaczania wód schłodzonych, kolektory szczelinowe są niewątpliwie łatwiejszym do wykorzystania zbiornikami wód termalnych, jednakże ich występowanie na obszarze Niżu Polskiego jest zdecydowanie gorzej udokumentowane hydrogeologicznie niż kolektorów porowych. Dotyczy to węglanowych skał malmu i doggeru, znanych w wielu otworach, ale z racji wyższego położenia niż utwory liasowe zawierają one wody o niższych temperaturach i jak dotychczas nie opróbowywano ich w sposób na tyle wiarygodny, aby mogły być podmiotem projektu ujęcia geotermalnego. Jednakże kolektorów tych w świetle dotychczasowych doświadczeń nie powinno się całkowicie odrzucać. Należy jeszcze raz przeanalizować ich występowanie regionalne, i spróbować dokonać testów hydrodynamicznych w wybranych archiwalnych otworach parametryczno - strukturalnych. Głębiej położonych kolektorów szczelinowych można się spodziewać w węglanowych utworach wapienia muszlowego, a szczelinowo - porowych w piaskowcu trzcinowym kajpru. Perspektywiczne mogą być również utwory pstrego piaskowca wykształconego w facji piaszczystej. Jednakże każdorazowo kiedy wskazywałoby się na wymienione wyżej horyzonty, trzeba brać pod uwagę dużo większe ryzyko oceny parametrów, a także możliwość nie uzyskania zakładanych parametrów złożowych. Zwiększa to ryzyko inwestycyjne i zniechęca do inwestowania kapitału. Dla tych poziomów wodonośnych istnieje potrzeba wykonania rozszerzonej analizy studialnej i badań terenowych. Poszerzyłoby to zasoby wód termalnych o rejony dziś mało znane i nie będące w kręgu zainteresowania przyszłych użytkowników. 2 KONSTRUKCJE OTWORÓW GEOTERMALNYCH STOSOWANE NA NIŻU POLSKIM Dublet geotermalny zbudowany jest z otworów: wydobywczego i chłonnego, które połączone są rurociągiem tłocznym. Obydwa otwory mają bardzo zbliżoną konstrukcję i zazwyczaj ujmują tą samą warstwę wodonośną. Główna różnicą pomiędzy otworem eksploatacyjnym i chłonnym występuje w komorze pompowej (rys. 1), w której zamontowana jest pompa głębinowa. W przypadku otworu chłonnego zazwyczaj nie projektuje się takiej komory - wyjątek na terenie Niżu Polskiego stanowi 7863

3 dublet geotermalny w Stargardzie Szczecińskim. Otwory w dublecie geotermalnym mogą być budowane jako pionowe lub kierunkowe. Typowa konstrukcja otworów geotermalnych zbudowana jest głównie z następujących elementów (rys. 1): Kolumna wstępna - zabezpiecza wylot otworu przed rozmyciem przez płuczkę wiertniczą i zanieczyszczeniem jego ścian w warstwach słabo zwięzłych. Kolumna prowadnikowa - jej głównym zadaniem jest odizolowanie od siebie poziomów wodonośnych. Kolumna ta w otworach eksploatacyjnych spełnia dodatkowo rolę komory pompowej. Kolumna techniczna - służy do zamykania dopływu do odwiertu dużych ilości wód, do zakrywania stref, w których występują trudności z dalszym wierceniem otworu (zaniki płuczki, sypanie itp.). Kolumn technicznych może być w otworze kilka. W otworze chłonnym kolumna ta wyprowadzona jest zazwyczaj do powierzchni. Filtr - wisi na wieszaku w rurach kolumny technicznej, a jego zadaniem jest zapobieganie zasypywaniu się otworu oraz uniemożliwienie przedostawania się cząstek stałych ze złoża wodonośnego do ujmowanej wody termalnej. W utworach szczelinowych o charakterze stabilnym otwór eksploatacyjny można pozostawić niezafiltrowany - bosy. Obsypka żwirowa - stanowi dodatkowy filtr zapobiegający przedostawaniu się stałych cząstek ze złoża do obiegu wody termalnej. Warstwa wodonośna - ujęcie wody termalnej. Na terenie Niżu Polskiego warstwy wodonośne występują w utworach powstałych w okresie kredy dolnej i jury dolnej. Rys. 1. Schemat dubletu geotermalnego - otwory pionowe Obecnie na terenie Niżu Polskiego w sumie znajduje się 20 otworów geotermalnych, przeznaczonych do eksploatacji wody termalnej głównie do celów ciepłowniczych. Dziesięć z nich jest obecnie eksploatowanych w ciepłowniach geotermalnych, a kolejnych dziesięć jest przygotowywanych do przyszłej eksploatacji. 7864

4 Tab. 1. Zestawienie otworów geotermalnych wykorzystywanych na terenie Niżu Polskiego ** ** * na przełomie 2008/09 roku w rurach stalowych zamontowano rury z tworzywa sztucznego typu HDPE ** w 2008r. nastąpiła zamiana roli otworów geotermalnych Geotermia Pyrzyce Mazowiecka Uniejów Stargard Szczeciński Oznaczenie otworu Pyrzyce GT-1 Pyrzyce GT-2 Pyrzyce GT-3 Pyrzyce GT-4 Mszczonów GT-1 PIG/AGH-1 PIG/AGH-2 IGH-1 Stargard Szczeciński GT-1 Stargard Szczeciński GT-2 Typ otworu Archiwalny Archiwalny Orientacja przestrzenna Kierunkowy Rola otworu w dublecie geotermalnym Kolumna techniczna / komora pompowa - materiał Stal * / - Stal / Stal Stal * / - Stal / Stal Stal / - Stal / Stal Stal / - Stal / Stal Stal / Stal Zakończenie otworu Perforacja rur Perforacja rur Perforacja rur Bosy 7865

5 Najstarszą ciepłownią geotermalną, eksploatowaną na Niżu Polskim jest Geotermia Pyrzyce (tabela 1). Wykonane są tutaj dwa dublety geotermalne (2 otwory eksploatacyjne: Pyrzyce GT-1, Pyrzyce GT-3 oraz dwa otwory chłonne: Pyrzyce GT-2, Pyrzyce GT-4), które zostały odwiercone jako nowe pionowe otwory wiertnicze w celu pozyskiwania ciepła geotermalnego. W tym przypadku otwory eksploatacyjne posiadają komory pompowe, natomiast w otworach chłonnych kolumny eksploatacyjne wyciągnięte są do powierzchni (brak komory pompowej). Wszystkie otwory zostały zakończone w warstwie wodonośnej filtrami Johnsona, a wszystkie filtry zostały obsypane żwirem. Zarówno kolumny eksploatacyjne jak i komory pompowe zostały wykonane w technologii stalowych rur wiertniczych. Po około 8-letnim okresie eksploatacji nastąpiło pogorszenie stanu technicznego kolumn eksploatacyjnych w otworach chłonnych w wyniku bardzo szybko postępującej korozji [4]. Na przełomie 2008/09 roku w ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach w obydwóch otworach chłonnych i rurociągach tłocznych zostały zainstalowane rury typu HDPE (High Density Poly Ethylene). Zabieg ten pozwolił na zdecydowane ograniczenie negatywnego wpływu produktów korozji na kolmatację warstwy złożowej. Innym typem otworów geotermalnych są otwory archiwalne, które były wykonywane w celu poszukiwania ropy i gazu. Są to otwory głębokie, które przewiercały warstwy wodonośne i kończyły się w utworach niżej położonych, w których spodziewano się występowania węglowodorów. Po ich opróbowaniu i stwierdzeniu braku węglowodorów były one likwidowane poniżej warstwy wodonośnej, a w miejscu jej występowania kolumna techniczna rur okładzinowych była perforowana. Perforacja polegała na wykonaniu w rurach szczelin, którymi mogłaby dopływać woda termalna. Obecnie tego typu otwory pracują w Geotermii Mazowieckiej w Mszczonowie jako otwór eksploatacyjny oraz w Geotermii Uniejów jako jeden z otworów chłonnych (tabela 1). Bardzo ciekawym przypadkiem są otwory geotermalne wykonane w Stargardzie Szczecińskim. Znajduje się tutaj jedyny w Polsce otwór kierunkowy typu "j", który został oznaczony jako Stargard Szczeciński GT-2. W dublecie geotermalnym w początkowej fazie eksploatacji otwór ten pełnił rolę otworu chłonnego. Jest to również jedyne w Polsce rozwiązanie gdzie otwór chłonny posiada komorę pompową. Celem takiego rozwiązania było zapewnienie możliwości zamiany roli otworów geotermalnych. W przypadku tego rozwiązania otwór chłonny może pełnić również rolę otworu eksploatacyjnego [5]. Otwór ten jest otworem bosym zakończonym w stropie jury dolnej. Otwór eksploatacyjny oznaczony jako Stargard Szczeciński GT-1 wykony został jako pionowy. Otwór ten ujmuje wodę termalną z utworów jury dolnej, gdzie został poszerzony, zafiltrowany i zażwirowany. Głowice obydwu otworów zostały oddalone od siebie o około 8 m. W przypadku dubletu dwóch otworów pionowych ich głowice powinny być oddalone od siebie o około 1500 m. Na terenie Niżu Polskiego zupełnie nową konstrukcję otworu eksploatacyjnego zastosowano w otworze eksploatacyjnym Toruń TG-1. Innowacyjność tej konstrukcji stanowi materiał z jakiego została wykonana komora pompowa. Ze względu na bardzo szybko postępująca korozję oraz zjawisko inkrustacji otworu chłonnego, komora pompowa w otworze Toruń TG-1 została wykonana z rur z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym (tabela 2). Kolumna techniczna tego otworu wykonana została w technologii rur stalowych. Dodatkowo konstrukcja otworu Toruń TG-1 pozwoliła na wykonanie badań dwóch poziomów wodonośnych. Najpierw opróbowano utwory jury dolnej, a po zabezpieczeniu ujętej warstwy wodonośnej kolejną kolumną techniczną i uszczelnieniu jej pakerem pogłębiono otwór do utworów wapienia muszlowego (trias środkowy). W tym przypadku okazało się, że zdecydowanie lepsze warunki hydrogeologiczne występują w utworach jury dolnej. W związku z tym, dzięki zastosowanej konstrukcji otworu możliwe było zlikwidowanie otworu w triasie środkowym i powrót do jury dolnej. Dotychczas stosowane konstrukcje otworów w działających ciepłowniach geotermalnych nie umożliwiały wykonywania takich badań, opróbowywany był tylko jeden horyzont wodonośny. Podobną konstrukcję zastosowano dwa lata później w otworze Piaseczno GT-1 gdzie wykonano badania kredy dolnej i jury dolnej. W wyniku przeprowadzonych obserwacji w dotychczas eksploatowanych otworach geotermalnych stwierdzono, że korozja rur stalowych postępuje znacznie szybciej w otworze chłonnym i rurociągach napowierzchniowych niż w otworach eksploatacyjnych [4]. W związku z tymi obserwacjami w otworze Toruń TG-2 kolumna techniczna została wykonana z rur z tworzywa sztucznego 7866

6 Lokalizacja Gostynin Toruń Kleszczów Poddębice Tarnowo Podgórne Lidzbark Warmiński Piaseczno Trzęsacz Oznaczenie otworu Gostynin GT-1 Toruń TG-1 Toruń TG-2 Kleszczów GT-1 Kleszczów GT-2 Poddębice GT-2 Tarnowo Podgórne GT-1 Lidzbark Warmiński GT-1 Piaseczno GT-1 Trzęsacz GT-1 Rok budowy 2007/ / / / / Ujęte warstwy wodonośne Kreda dolna Rola otworu w dublecie geotermalnym Kolumna techniczna / komora pompowa - materiał Stal/Fiberglass Fiberglass/- Fiberglass/- Zakończenie otworu Bosy Bez poszerzenia / Bosy wzmocnionego włóknem szklanym. Jest to pierwsza konstrukcja tego typu na obszarze Niżu Polskiego. Tab. 2. Zestawienie nowych otworów geotermalnych wykonanych od 2008r. na Niżu Polskim 7867

7 Drugim nowym otworem chłonnym w którym kolumna techniczna i cały rurociąg napowierzchniowy wykonane są z rur z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym jest otwór Kleszczów GT-2. Dublet geotermalny w Kleszczowie charakteryzuje się dodatkowo tym, że otwór eksploatacyjny Kleszczów GT-1 jest otworem bosym. Pozostałe nowe otwory geotermalne realizowane na Niżu Polskim zostały wykonane jak pierwsze otwory w dubletach. Najprawdopodobniej będą one pełniły rolę otworów eksploatacyjnych. Wykonane są one w technologii rur stalowych. Każdy z nich jest otworem poszerzonym, zafiltrowanym z obsypką żwirową 3 MOŻLIWOŚCI ZAGOSPODAROWANIA WÓD TERMALNYCH Najkorzystniejsze jest kompleksowe wykorzystanie wód termalnych określane, jako kaskadowe polegające na ogrzewaniu pomieszczeń mieszkalnych, ciepłej wody użytkowej, szklarni, pomieszczeń przemysłowych, aż do wykorzystania wody termalnej w balneologii i rekreacji. Pozwala to na wykorzystanie ciepła w maksymalnym stopniu podwyższając efektywność całej inwestycji. Poziomy liasowe występujące na obszarze Niżu Polskiego posiadają korzystne warunki biorąc pod uwagę głębokość ich zalegania i temperaturę wód termalnych. Przy niewielkich depresjach można prowadzić eksploatacje z wydajnością m 3 /h. Zakładając osiągnięcie z jednego otworu wydajność m 3 /h temperaturę początkową o C, temperaturę końcową 20 o C, po wzmiankowanym kaskadowym wykorzystaniu energii, moc nominalna możliwa do uzyskania w jednym dublecie geotermalnym wynosić będzie 9,2-14,4 MW. W przeliczeniu otrzymana energia z jednego otworu jest równoważna energii otrzymanej przy zużyciu: ton /dobę węgla kamiennego, ton/dobę mazutu lub ropy naftowej, nm 3 /min gazu ziemnego. Dla porównania (dane z 1986r.) struktura mocy odwiertów gazowych zlokalizowanych na Podgórzu Karpat przedstawiała się następująco: 25% odwiertów posiada moc do 0,7 MW, 25% odwiertów posiada moc 0,7-2,0 MW, 25% odwiertów posiada moc 2,0-5,0 MW, 25% odwiertów posiada moc 5,0-12,0 MW. Zakładając ze z otworu gazowego można uzyskać średnio 2 MW mocy, to porównywalną moc można uzyskać z otworu geotermalnego przy wydajności 43m 3 /h i temperaturze 60 o C. Porównanie to obrazuje, ze parametry, jakie można uzyskać z wód termalnych są o wiele wyższe. Należy zaznaczyć, ze wody termalne po schłodzeniu są ponownie zatłaczane do macierzystej warstwy złożowej, ponownie ogrzewają się uzyskując temperaturę złożową. Jest to więc źródło energii odnawialnej, praktycznie niewyczerpalnej. Dodatkowym czynnikiem, który powinien sprzyjać rozwojowi geotermii jest stopień jego zurbanizowania. Miasteczka o liczbie mieszkańców do ze zwartą zabudową są modelowymi obiektami do wykorzystywania energii geotermalnej. Takimi obiektami mogą być również skoncentrowane duże gospodarstwa rolne. Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii ogranicza w znacznym stopniu emisje zanieczyszczeń do powietrza, a tym samym przyczynia się do ochrony środowiska naturalnego człowieka. Celowość wykorzystania wód w ciepłownictwie, balneologii i rekreacji nie powinna budzić wątpliwości proekologicznie nastawionych władz miejscowych i odbiorców energii. 4 PROBLEMY Z EKSPLOATACJĄ WÓD TERMALNYCH Zakłady Geotermalne borykają się z trudnościami związanymi z zatłaczaniem schłodzonej wody termalnej do warstw macierzystych i z występującą korozją. Problem ten dotyczy w mniejszym lub większym stopniu prawie wszystkich Zakładów Geotermalnych. 7868

8 Trzeba zaznaczyć, że wszystkie te ciepłownie mają udokumentowane zasoby wód, przy czym zasoby te były limitowane nie możliwościami wydobywczymi otworów eksploatacyjnych, a możliwościami wtłoczenia wód schłodzonych do górotworu. Jak wykazały nasze badania,możliwości chłonne otworów już na etapie ich dokumentowania są o około jedną trzecią mniejsze niż możliwości eksploatacyjne (przy stosowanych obecnie konstrukcjach otworów eksploatacyjnych).testy dokumentacyjne wykazują przyrodnicze możliwości eksploatacyjne złoża wód termalnych. Techniczne możliwości eksploatacji mogą być ustalone dopiero w trakcie przemysłowej eksploatacji i zależą one od wielu czynników technicznych związanych z działalnością określonej ciepłowni, przy czym najważniejsze wydają się być: sposób eksploatacji tzn. wielkość poboru i ciągłość zatłaczania wody, oczyszczanie wody zatłaczanej, stałość schładzania wody, zabezpieczenie antykorozyjne całego układu, inkrustacji strefy przyodwiertowej. Obecnie istnieje teoretyczna możliwość wyeliminowania bądź bardzo poważnego zmarginelizowania wpływu korozji na kolmatację strefy złożowej w otworach zatłaczających. W otworach geotermalnych, które będą wykonywane można to osiągnąć przez zastosowanie rur z fiberglasu, ale wymaga to zmiany obecnie stosowanych konstrukcji otworu, co w znacznym stopniu podnosi koszt całej inwestycji. W otworach już eksploatowanych można ograniczyć korozję poprzez zapuszczenie rur z tworzywa sztucznego. Zastosowano to już w Ciepłowni Geotermalnej w Pyrzycach. Jednakże naszym zdaniem wyeliminowanie korozji nie rozwiąże całkowicie problemów spadku chłonności. Pozostaje nadal bardzo poważny problem inkrustacji strefy przyodwiertowej związkami chemicznymi wytrącającymi się z wysoko z mineralizowanych wód na skutek zmian warunków fizyko-chemicznych spowodowanych eksploatacją. Z zebranych doświadczeń jednoznacznie wynika ze w pierwszej fazie eksploatacji ciepłowni geotermalnej pogarszającą się chłonność otworów zatłaczających można poprawić poprzez wykonanie pompowania oczyszczającego. Spowoduje to oczyszczenie strefy przyodwiertowej z osadu pochodzącego z inkrustacji jak i ze wszystkich zanieczyszczeń pochodzących jeszcze z montażu całego obiegu geotermalnego. Pompowanie takie można powtórzyć jeszcze raz, kiedy ciśnienie na zatłaczaniu zacznie nam wzrastać. Wykonywanie dalszych zabiegów oczyszczających poprzez pompowanie nie daje oczekiwanych rezultatów. W strefie złożowej w otworze zatłaczającym następuje odkładanie się związków trwałych (osadów), których nie daje się usunąć przez zabieg pompowania. Woda eksploatowana przez system geotermalny jest złożonym roztworem o skomplikowanym składzie, podatnym na zmiany warunków fizyko-chemicznych. Szczególnie czułe są składniki podatne na zmiany warunków utleniająco-redukcyjnych. Należą do nich żelazo i mangan. Każde włączenie lub wyłączenie instalacji geotermalnej może spowodować doprowadzenie tlenu wywołującego powstawanie warunków utleniających. Biorąc pod uwagę stężenie składników w wodzie może to prowadzić do wytrącania związków żelaza w postaci uwolnionych wodorotlenków żelaza takich jak ferrihydryt, geothyt, oraz syderyt (prof. S. Witczak).Występowanie syderytu i hematytu stwierdzono w próbie pobranej ze strefy przyfiltrowej. We wszystkich analizowanych próbach pobranych również ze strefy przyfiltrowej z otworu zatłaczającego stwierdzono występowanie węglanu wapnia. Okresowe doprowadzanie tlenu do instalacji poprzez częste wyłączanie obiegu geotermalnego (zapowietrzenie układu lub wytrącanie się gazów związanych) prowadzić będzie do przechodzenia typowego dla tego rodzaju wód amoniaku w azotany. Tlen zawarty w azotanach jest następnie dodatkowym źródłem tlenu dla bakterii, które mogą uczestniczyć w utlenianiu żelaza i wytrącaniu go z roztworu. Obecność azotanów wraz z żelazem wskazuje na bardzo niestabilny układ z tendencją do wytracania się związków żelaza. Proces powstawania reakcji powstaje w instalacji napowierzchniowej. Czas zachodzącej reakcji jest dłuższy od czasu przepływu wody w rurociągach napowierzchniowych. Dlatego też przez filtry świecowe zainstalowane przy otworze zatłaczającym przepływa elektrolit. Na filtrach świecowych nie 7869

9 zdążyło się nic osadzić. Dopiero w otworze zatłaczającym gdzie droga przepływu jest taka sama jak w instalacji napowierzchniowej lub jeszcze dłuższa, z reakcji powstałej na powierzchni wytrąca się osad i osadza się w strefie przyfiltrowej. Za powstawanie korozji jak i wytrącanie się związków żelaza według specjalistów DONG (Dania) odpowiedzialny jest również korozyjny dwutlenek węgla (CO 2 ). Uwalnianiu się gazów związanych występujących w solance sprzyjają wszystkie przerwy w pracy obiegu geotermalnego. Takich przerw jest dość dużo. Związane one są z awariami występującymi na ciepłowni, lub z wyłączeniami energii elektrycznej. Wytrącanie się osadów w otworach chłonnych w strefie przyfiltrowej powoduje pogorszenie warunków zatłaczania (wzrost ciśnienia, spadek wydajności). Prowadzi to do wykonania zabiegów intensyfikacyjnych, mających na celu poprawę własności kolektorskich strefy złożowej. Najskuteczniejszą metodą stosowaną przy czyszczeniu strefy przyfiltrowej w otworach chłonnych jest czyszczenie mechaniczne i chemiczne. Jest to zabieg dość kosztowny. Obecnie prowadzone są prace polegające nie na usuwaniu powstałego osadu ze strefy złożowej, ale na zapobieganiu powstawania i wytrącania się osadu, a tym samym przytykaniu strefy złożowej osadem pochodzącym z inkrustacji. Czyszczenie mechaniczne i chemiczne strefy złożowej pozostaje jako ostateczność. WNIOSKI W świetle powyższych uwag wydaje się, że konieczna jest zmiana w podejściu do projektowania ujęć geotermalnych mających wykorzystywać kolektory porowe: 1. Otwory do zatłaczania jak i rurociągi tłoczne powinny mieć orurowanie eliminujące zjawisko korozji. 2. Należy określić bezpieczną granicę spadku chłonności tak, aby nie doprowadzać do nieodwracalnych zmian w strefie przyodwiertowej, niepozwalających na przywrócenie chłonności pierwotnej. 3. W pierwszym etapie przemysłowej eksploatacji ciepłowni należy preferować czyszczenie otworów przez pompowanie. Pozwala to na usunięcie ze strefy złożowej wszystkich zanieczyszczeń pochodzących jeszcze z montażu całego obiegu geotermalnego. 4. Należy udoskonalać metody polegające na zapobieganiu powstawania i wytrącania się osadu chemicznego w solance już w obiegu na powierzchniowym. 5. Nie zaleca się stosowania pomp dotłaczających w przypadku wód niewystępujących pod ciśnieniem artezyjskim. 6. Nie zaleca się stosowania bezfiltrowych otworów zatłaczających. 7. Otwory wykorzystywane w geotermii muszą mieć konstrukcję umożliwiającą łatwe wejście w strefę złożową tak, aby w przypadku potrzeby można ją było wyczyścić dostępnymi metodami mechanicznymi i chemicznymi. Dotyczy to również wyboru kształtu otworów kierunkowych. Streszczenie W artykule przedstawiono doświadczenia zdobyte z eksploatacji ciepłowni geotermalnych działających na terenie Niżu Polskim. Na podstawie tych doświadczeń, mogą być oceniana warunki techniczne, które powinny być brane pod uwagę podczas budowy nowych ciepłowni geotermalnych. Przeprowadzone obserwacje dotyczą głównie technologii wykonywania odwiertów, materiałów użytych do ich budowy, materiałów używanych do budowy rurociągów i urządzeń geotermalnych wykorzystywanych w procesie odbioru ciepła. Geological and technical conditions of operation of the thermal water in the Polish Lowlands Abstract The article presents the experience gained from the exploitation of geothermal plants operating on Polish Lowland. Based on this experience, the technical conditions, that should be taken into account during the construction of new geothermal plants, can be assessed. The observation concerns the technologies of 7870

10 performing the wells, the materials used for their construction, materials used for construction of pipe-lines and the geothermal devices used in the process. BIBLIOGRAFIA 1. Biernat H., Kapuściński J., Noga B., Martyka P., Przegląd realizowanych i planowanych projektów wykorzystania wód i energii geotermalnej na Niżu Polskim. Materiały konferencyjne III-go Ogólnopolskiego Kongresu Geotermalnego, Lądek Zdrój Biernat H., Kulik S., Noga B., Instalacja geotermalna w Pyrzycach jako przykład pozyskiwania czystej i odnawialnej energii w ciepłownictwie oraz wód termalnych do balneologii i rekreacji. Przegląd Geologiczny, Tom 58, Nr 8/2010, s Biernat H., Kulik S., Noga B., Możliwości pozyskiwania energii odnawialnej i problemy związane z eksploatacją ciepłowni geotermalnych wykorzystujących wody termalne z kolektorów porowych. Przegląd Geologiczny, Tom 57, Nr 8/2009, s Biernat H., Kulik S., Noga B., Kosma Z., Problemy korozji przy zatłaczaniu wykorzystanych wód termalnych. Modelowanie Inżynierskie. Tom 8, Nr 39/2010, s Biernat H., Noga B., Kosma Z., Eksploatacja wody termalnej przed i po zamianie roli otworu chłonnego na otwór eksploatacyjny na przykładzie Geotermii Stargard Szczeciński. Modelowanie Inżynierskie, Gliwice 2012 (w druku). 6. Bojarski L., Możliwości wykorzystania istniejących głębokich otworów wiertniczych w celu ujęcia wód geotermalnych. Technika Poszukiwań Geologicznych, Geosynoptyka i Geotermia, nr 3-4/95, s Górecki W. (red.), Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Niżu Polskim. AGH, Kraków Kapuściński J., Nagy S., Długosz P., Biernat H., Bentkowski A., Zawisza L., Macuda J., Bujakowska K., Zasady i metodyka dokumentowania zasobów wód termalnych i energii geotermalnej oraz sposoby odprowadzania wód zużytych - poradnik metodyczny. Departament Geologii Ministerstwa Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa, Warszawa Marszczek T., Płochniewski Z., Wody geotermalne Polski stan rozpoznania, potrzeby i kierunki dalszych badań. Technika Poszukiwań Geologicznych Geosynoptyka i Geotermia, nr 6/89, s Noga B., Kosma Z., Obecny stan wykorzystania wód termalnych i energii geotermalnej w Polsce. Logistyka nr 6/2011, s Noga B., Kosma Z., Biernat H., Przegląd obecnie realizowanych projektów wykorzystania wód termalnych i energii geotermalnej na Niżu Polskim. Logistyka nr 6/2011, s Szewczyk J., Geofizyczne oraz hydrogeologiczne warunki pozyskiwania energii geotermalnej w Polsce. Przegląd Geologiczny, vol. 58, nr 7/2010, s