PROBLEMY KOROZJI PRZY ZATŁACZANIU WYKORZYSTANYCH WÓD TERMALNYCH

Transkrypt

1 MODELOWANIE INŻYNIERSKIE ISSN X 39, s , Gliwice 2010 PROBLEMY KOROZJI PRZY ZATŁACZANIU WYKORZYSTANYCH WÓD TERMALNYCH HENRYK BIERNAT 1, STANISŁAW KULIK 2, BOGDAN NOGA 3, ZBIGNIEW KOSMA 3 1 Przedsiębiorstwo Geologiczne POLGEOL S.A., ul. Berezyńska 39, Warszawa 2 Geotermia Pyrzyce Sp. z o.o., ul. Ciepłownicza 27, Pyrzyce 3 Instytut Mechaniki Stosowanej i Energetyki, Politechnika Radomska, ul. Krasickiego 54, Radom biernat@polgeol.pl, geotermia@inet.pl, b.noga@pr.radom.pl, z.kosma@pr.radom.pl Streszczenie. Na podstawie wykonanych pomiarów geofizycznych zjawisko korozji obserwuje się głównie w otworach zatłaczających i w napowierzchniowych rurociągach tłocznych. Obecnie istnieje teoretyczna możliwość wyeliminowania albo przynajmniej bardzo poważnego zmarginalizowania wpływu korozji na kolmatację strefy złożowej w otworach zatłaczających przez zastosowanie rur z włókna szklanego lub rur wyłożonych od środka wykładziną polietylenową typu HDPE (High Density PoliEtylen). 1. WSTĘP Ciepłownia geotermalna w Pyrzycach została uruchomiona w czerwcu 1997 roku. Proces technologiczny w Geotermii Pyrzyce polega na wydobyciu gorącej solanki, przetłoczeniu jej przez wymienniki ciepła i ponownym zatłoczeniu do górotworu (rys. 1). Otwory geotermalne zostały zaprojektowane w taki sposób, aby w okresie 30 lat eksploatacji złoża nie wystąpił wyraźny spadek temperatury wydobywanej wody termalnej. W wymienniku ciepła solanka o temperaturze początkowej 61 o C oddaje swoją energię sieciowej wodzie grzejnej i ponownie wraca na głębokość 1640 m schłodzona do temperatury około 35 o C. Woda termalna jest wydobywana za pomocą dwóch otworów eksploatacyjnych Pyrzyce GT-1 i GT-3, a utylizowana jest przy wykorzystaniu otworów zatłaczających Pyrzyce GT-2 i GT-4. Podstawowymi problemami otworów zatłaczających Pyrzyce GT-2 i GT-4 są postępujący spadek wydajności i efektywności zatłaczania oraz szybka korozja [3, 4]. Rys.1. Schemat dubletu geotermalnego w ciepłowni w Pyrzycach

2 14 H. BIERNAT, S. KULIK, B. NOGA, Z. KOSMA 2. KOROZJA RUR OKŁADZINOWYCH W OTWORZE ZATŁACZAJĄCYM GT-2 Ocenę stanu technicznego po 10 latach eksploatacji rur okładzinowych w otworze Pyrzyce GT-2 wykonano na podstawie analizy statycznej pomiaru wykonanego wieloramiennym średnicomierzem (Multifinger Imaging Tool - MIT 60). Pomiaru dokonano w interwale od 0 do 1511 m z dokładnością do 3 mm. W otworze Pyrzyce GT-2 zapuszczona jest kolumna rur okładzinowych 9 5 / 8 " o grubość ścianki mm. Rury te wykonane są ze stali węglowej z przeznaczeniem do odwiertów geologicznych i hydrogeologicznych. W otworze tym zamontowano również zestaw rur 6 5 / 8 " z filtrem prętowym Johnsona - wykonanym ze stali nierdzewnej. Okazało się, że w 2 rurach okładzinowych 9 5 / 8 " występują bardzo głębokie wżery przekraczające 90 % grubości ich ścianek (rys. 2 i 3). Rys. 2. Wizualizacja wżerów korozyjnych w otworze Pyrzyce GT-2: rura nr 45, głębokość 423 m Rys. 3. Wizualizacja wżerów korozyjnych w otworze Pyrzyce GT-2: rura nr 124, głębokość 1192 m Podczas oceny stany technicznego rur okładzinowych 9 5 / 8 " w otworze Pyrzyce GT-2 stwierdzono, że 39 z nich jest w bardzo złym stanie technicznym, w których wartość uszkodzeń zawiera się w przedziale od 51 do 100 % grubości ścianki (rys. 4). Zły stan techniczny - czyli przypadek, kiedy uszkodzenia zawierają się w przedziale od 41 do 50 % grubości ścianki - stwierdzono w 59 rurach. Średni stan uszkodzeń wahający się w przedziale od 21 do 40 % grubości ścianki zanotowano w 47 rurach. Żadnej badanej rury nie zakwalifikowano do stanu dobrego, czyli takiego, dla którego uszkodzenia nie przekraczają 20 % ubytku grubości ścianki.

3 PROBLEMY KOROZJI PRZY ZATŁACZANIU WYKORZYSTANYCH WÓD TERMALNYCH 15 Rys. 4. Zmniejszenie grubości ścianki rur po 10 latach eksploatacji otworu Pyrzyce GT-2 Podczas pomiarów wieloramiennym średnicomierzem stwierdzono, że rury 6 5 / 8 " (filtr Johnsona) we wszystkich otworach geotermii Pyrzyce są w dobrym stanie technicznym. Wyniki pomiarów potwierdziły się po wyciągnięciu sita bezpieczeństwa, na którym nie zanotowano żadnych ognisk korozji. 3. KOROZJA RUR OKŁADZINOWYCH W OTWORZE ZATŁACZAJĄCYM GT-4 Ocenę stanu rur okładzinowych wieloramiennym średnicomierzem MIT-60 przeprowadzono również w otworze Pyrzyce GT-4, w którym zapuszczone są identyczne rury co w otworze GT-2. W tym wypadku pomiar wykonano w interwale od 0 do 1270 m oraz na podstawie uzyskanych danych statystycznych dokonano oceny technicznej 136 rur okładzinowych. Po wykonaniu pomiarów zlokalizowano aż 35 potencjalnych otworów, a najgłębszy z nich, przebijający ściankę rury, znajduje się w rurze nr 134 na głębokości 1247 m (rys. 5) oraz w rurze nr 136 na głębokości 1263 m (rys. 6). Rys. 5. Wizualizacja wżerów korozyjnych w otworze Pyrzyce GT-4: rura nr 134, głębokość 1247 m

4 16 H. BIERNAT, S. KULIK, B. NOGA, Z. KOSMA Rys. 6. Wizualizacja wżerów korozyjnych w otworze Pyrzyce GT-4: rura nr 136, głębokość 1263 m Na podstawie wykonanej analizy można stwierdzić, iż rury okładzinowe w badanym otworze są w znacznie gorszym stanie niż w otworze Pyrzyce GT-2. W badanym interwale aż 125 rur okładzinowych 9 5 / 8 " jest w bardzo złym stanie technicznym, 4 jest w złym stanie, a 7 z nich charakteryzuje się średnim stanem technicznym (rys. 7). Do głębokości 1006 m kolumna rur okładzinowych jest skorodowana i przeplatana kilkoma strefami perforacji np m, m. Poniżej głębokości 1006 m kolumna rur jest skorodowana i znacznie sperforowana - wykazuje ubytki powyżej 90 % grubości ścianki. Rys. 7. Zmniejszenie grubości ścianki rur po 10 latach eksploatacji otworu Pyrzyce GT-4 a) b) Rys. 8. Elementy wydobyte z otworu Pyrzyce GT-4: a) fragmenty punktowo skorodowanych rur, b) sito bezpieczeństwa

5 PROBLEMY KOROZJI PRZY ZATŁACZANIU WYKORZYSTANYCH WÓD TERMALNYCH 17 Na rys. 8a przedstawione są fragmenty rur ze stali węglowej wydobyte z otworu zatłaczającego GT-4 po 10 latach eksploatacji, a na rys. 8b - fragment wyciągniętego sita bezpieczeństwa, na którym nie zaobserwowano większych ogniw korozji (stal nierdzewna). 4. KOROZJA RUR OKŁADZINOWYCH W OTWORZE EKSPLOATACYJNYM GT-3 Pomiaru średnic wewnętrznych rur okładzinowych dokonano również w otworze eksploatacyjnym Pyrzyce GT-3. Po przebadaniu 110 rur okazało sie, że są one w stanie dobrym lub średnim w miarę zwiększania się głębokości (rys. 9). W tym przypadku tylko na jednej rurze nr 108 zanotowano punktowe zjawisko korozji. Można zatem stwierdzić, że postępującej korozji nie obserwuje się w otworach eksploatacyjnych. Rys. 9. Zmniejszenie grubości ścianki rur po 10 latach eksploatacji otworu Pyrzyce GT-3 5. PODSUMOWANIE Woda termalna jest ośrodkiem agresywnym chemicznie, a jej agresywność zależy od składu chemicznego oraz parametrów eksploatacyjnych, takich jak: szybkość przepływu, temperatura i ciśnienie [1]. W otworach eksploatacyjnych korozja zachodzi w znacznie mniejszym stopniu, co wynika z analizy przeprowadzonej na rys. 4, 7 i 9. Podczas eksploatacji otworów i rurociągów naziemnych powstaje korozja punktowa. Efektem występowania korozji wżerowej są miejscowe uszkodzenia wewnętrznej powierzchni mogące prowadzić do powstawania perforacji i wycieków zmuszających do zatrzymania obiegu wody termalnej. Obecnie istnieje możliwość wyeliminowania bądź bardzo poważnego zmarginalizowania wpływu korozji na kolmatację strefy złożowej w otworach zatłaczających. Można tego dokonać poprzez dobór odpornych na korozję materiałów przeznaczonych na rury. Prostym rozwiązaniem może być zastosowanie stali nierdzewnej. Korozji nie obserwuje się na filtrze Johnsona, który wykonywany jest ze stali nierdzewnej. W otworach geotermalnych, które dopiero będą wykonywane, ograniczenie problemu z korozją można osiągnąć, stosując rury wykonane z włókna szklanego lub rury wyłożone od środka wykładziną polietylenową wysokiej gęstości - HDPE [2, 5]. W otworach już eksploatowanych można ograniczyć korozję poprzez zapuszczenie rur wyłożonych od środka wykładziną polietylenową wysokiej gęstości - HDPE. W otworze Pyrzyce GT-2 i GT-4 rozwiązanie to zastosowano w lutym 2008 roku po kolejnym już

6 18 H. BIERNAT, S. KULIK, B. NOGA, Z. KOSMA wzroście ciśnienia zatłaczania oraz spadku wydajności. Rozwiązanie to w połączeniu z miękkim kwasowaniem przyniosło poprawę efektywności pracy ciepłowni. LITERATURA 1. Banaś J., Mazurkiewicz B., Solarski W.: Korozja metali w wodach geotermalnych. Technika poszukiwań geologicznych, geotermia, zrównoważony rozwój. Kraków 2007, nr 2, z. 240, s Banaś J., Mazurkiewicz B., Solarski W.: Ochrona przed korozją systemów eksploatacji wód geotermalnych. Technika poszukiwań geologicznych, geotermia, zrównoważony rozwój. Kraków 2007, nr 2, z. 240, 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 2009, t. 57, nr 8, s Parecki A., Biernat H.: Próba rozwiązania problemów towarzyszących eksploatacji ciepłowni geotermalnych wykorzystujących wody termalne z kolektorów porowych. Technika poszukiwań geologicznych, geotermia, zrównoważony rozwój. Kraków 2007, nr 2, z. 240, s Śliwa T., Wiglusz T.: Zastosowanie rur z włókien szklanych w eksploatacji agresywnych wód termalnych. Technika poszukiwań geologicznych, geotermia, zrównoważony rozwój. Kraków 2009, nr 1, z. 243, s CORROSION PROBLEM WITH PUMPING COOL THERMAL WATER Summary. According to the geophysical measurements, the phenomenon of corrosion are observed mostly in the injection well and pressed pipelines on the surface. Nowadays there is a theoretical possibility of eliminating or marginalizing corrosion influence on the sealing of the compound zone in the injection well. Planning new geothermal wells it s possible to achieve it by using fiberglass pipes covered inside by polyethylene covering HDPE type. Regarding the geothermal wells already exploited, the corrosion reduction is possible by inserting into a hole pipes covered with high density polyethylene covering HDPE type. The method was successfully used in the Geothermal Heating Plant in Pyrzyce and had an expected effect.