Analiza porównawcza metod usuwania osadów w otworach chłonnych stosowane w Geotermii Pyrzyce

Transkrypt

1 NOGA Bogdan 1 KOSMA Zbigniew 2 MOTYL Przemysław 3 Analiza porównawcza metod usuwania osadów w otworach chłonnych stosowane w Geotermii Pyrzyce WSTĘP Podstawowym problemem wszystkich instalacji działających w dubletach geotermalnych jest stopniowy spadek chłonności warstwy złożowej, do której zatłaczane są schłodzone wody termalne. Spadek chłonności związany jest jednocześnie ze wzrostem ciśnienia zatłaczania. Zatłaczanie schłodzonych wód termalnych do węglanowych skał zbiornikowych typu szczelinowego nastręcza znacznie mniej kłopotów niż zatłaczanie do skał piaskowcowych typu porowego, co ma miejsce na ternie Niżu Polskiego. Na skutek stopniowej utraty chłonności zmniejsza się wydajność zatłaczania wody do otworów chłonnych, a tym samym maleje moc cieplna ciepłowni geotermalnej. Składa się na to wiele przyczyn, między innymi korozja stalowych rur okładzinowych, a przede wszystkim kolmatacja warstwy złożowej. W wyniku postępującej kolmatacji następuje zwężanie się średnicy wewnętrznej otworu chłonnego, zatykanie się stref czynnych filtrów, obsypek oraz skał zbiornikowych. Wszystko to prowadzi do zatykania porów i szczelin poziomu wodonośnego cząstkami stałymi, a tym samym do zmniejszenia chłonności strefy przyodwiertowej i skał zbiornikowych. Promień strefy przyodwiertowej o przepuszczalności skał zmniejszonej w skutek postępującej kolmatacji może wynieść od kilku centymetrów do kilku metrów. Obecnie na świecie znanych jest kilka technologii usuwania skutków kolmatacji otworów chłonnych. Wszystkie stosowane są dopiero w przypadku stwierdzenia wzrostu ciśnienia zatłaczania i spadku wydajności zatłaczania. Większość z nich wymaga stosowania drogich urządzeń i żadna ze znanych dotychczas technologii nie przynosi długotrwałych efektów. Są to technologie stosowane punktowo i po ich zakończeniu ponownie następuje zintensyfikowany proces kolmatacji. Podczas ich stosowania w większości przypadków konieczne jest wyłączenie pracy instalacji geotermalnej. Jedną z nich z jest czyszczenie mechaniczne lub mechaniczno-chemiczne, które polega na wyłączeniu z eksploatacji czyszczonego otworu, zdemontowaniu głowicy geotermalnej i ustawieniu ciężkiego, a zarazem drogiego urządzenia wiertniczego. Czyszczenie mechaniczne wykonywane jest poprzez zeskrobanie nagromadzonych w filtrze osadów (głównie węglanów wapnia) i ich wydobyciu na powierzchnię. Do czyszczenia mechaniczno-chemicznego wykorzystywane są duże ilości kwasu solnego. Takie czyszczenie wymaga dużych nakładów finansowych oraz trwa kilka - kilkanaście dni. Efekty czyszczenia mechanicznego lub mechaniczno-chemicznego są krótkotrwałe, co sprawia, że czyszczenie musi być często powtarzane. Metoda czasochłonna i bardzo droga. Następną metodą intensyfikacji przepływu jest chemiczne czyszczenie otworów chłonnych, tzw. miękkie kasowanie. Metoda polega na wtłaczaniu do otworu chłonnego najczęściej czystego kwasu solnego lub niekiedy w połączeniu z inhibitorami. W tym przypadku kwas wtłaczany jest podczas normalnej pracy otworu chłonnego w dostateczne długim czasie, tak aby jego stężenie w górotworze nie powodowało konieczności jego odbioru. Kwas wraz ze schłodzoną wodą termalną oraz nierozpuszczonymi pozostałościami osadów jest przesuwany w głąb warstwy wodonośnej gdzie następuje jego zdeponowanie. Ta technologia jest bardzo niebezpieczna w kolektorach porowych 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 7882

2 gdzie po dłuższej eksploatacji może dojść do zatkania porów w dalszej odległości od otworu chłonnego. Dotychczas stosowane metody przynoszą tymczasową intensyfikację odpływu schłodzonych wód od otworów chłonnych. W krótkim czasie następuje ponowny spadek wydajności zatłaczania oraz wzrost ciśnienia, co skutkuje koniecznością ponownego przeprowadzenia czyszczenia otworu. W miarę postępującego czasu zabiegi czyszczenia przynoszą coraz gorsze efekty, a czas pomiędzy kolejnymi zabiegami jest coraz krótszy. 1 CHARAKTERYSTYKA CIEOŁOWNI GEOTERMALNEJ W PYRZYCACH Budowę Ciepłowni Geotermalnej w Pyrzycach rozpoczęto w 1992 r. Projekt został zainicjowany przez gminę Pyrzyce, a jego realizacja była kontynuowana przez spółkę Geotermia Pyrzyce. Zgodnie z projektem w Geotermii Pyrzyce woda termalna ujmowana miała być dwoma otworami wydobywczymi Pyrzyce GT-1 i Pyrzyce GT-3 (rys. 1). Następnie gorąca woda termalna przetłaczana jest rurociągiem do hali ciepłowni geotermalnej gdzie następuje jej schłodzenie za pomocą wymienników ciepła. Z kolei schłodzona woda przetłaczana jest do otworów chłonnych Pyrzyce GT- 2 i Pyrzyce GT-4 celem jej ponownego zatłoczona do górotworu. Rys. 1. Uproszczony schemat obiegu wody termalnej w ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach Ciepłownia geotermalna w Pyrzycach uruchomiona została w 1997 r. jako pierwszy tego typu zakład przemysłowy w Polsce. Proces technologiczny w Ciepłowni Pyrzyce polega na wydobyciu za pomocą dwóch otworów eksploatacyjnych Pyrzyce GT-1 i Pyrzyce GT-3 wody termalnej z wnętrza ziemi o temperaturze 61 o C, za pomocą pomp głębinowej i przepompowaniu jej do hali ciepłowni. Maksymalna wydajność jednego otworu wydobywczego wynosi 170 m 3 /h, zaś wydajność pomp głębinowych jest zmienna, tak więc, ilość wydobywanej wody termalnej jest dostosowywana do aktualnych potrzeb ciepłowni. W budynku ciepłowni woda termalna po przepompowaniu jej przez zespół filtrów workowych trafia na dwa niskotemperaturowe wymienniki ciepła oddając swoją energię uzdatnionej wodzie sieciowej krążącej w zamkniętym systemie centralnego ogrzewania. Ze względu na wysoką mineralizację wynoszącą 120 g/dm 3, wydobyta woda termalna po oddaniu energii cieplnej musi zostać ponownie zatłoczona do górotworu. Do tego celu w ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach służą dwa otwory zatłaczające Pyrzyce GT-2 i Pyrzyce GT-4. Podstawową zasadą działania dubletu geotermalnego jest zapewnienie ciągłości przepływu pomiędzy otworem eksploatacyjnym a otworem zatłaczającym, wynikające z konieczności wtłaczania w tym samym czasie wydobytej wody ze złoża. Jeden z niskotemperaturowych wymienników geotermalnych o mocy 7,2 MW służy do bezpośredniej wymiany ciepła wody termalnej z wodą sieciową systemu centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Drugi wymiennik ciepła o mocy 5,6 MW współpracuje z dwoma absorpcyjnymi pompami ciepła, każda z nich może osiągnąć 10 MW mocy cieplnej. Pompy ciepła w ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach pracują jesienią, zimą i wiosną, czyli wtedy, gdy temperatura powracającej wody sieciowej jest wyższa od temperatury wydobywanej wody termalnej. Absorpcyjne pompy ciepła napędzane są gorącą wodą o temperaturze 160 o C wytwarzaną w dwóch wysokotemperaturowych kotłach gazowych, a moc każdego z nich wynosi 8 MW. Każdy z kotłów 7883

3 wysokotemperaturowych wyposażony jest w 1 MW ekonomizer, odzyskujący ciepło pochodzące od spalin. Dwa niskotemperaturowe kotły gazowe stanowią szczytowe źródło ciepła o łącznej mocy 20 MW. Szczytowe źródło ciepła uruchamiane jest wyłącznie zimą podczas dużych mrozów. Całkowita moc zainstalowana w Ciepłowni Geotermalnej w Pyrzycach wynosi 50 MW w tym moc cieplna instalacji geotermalnej wynosi 12,8 MW. 2 PROBLEMY Z ZATŁACZANIEM SCHŁODZONYCH WÓD TERMALNYCH Niemalże wszystkie ciepłownie geotermalne w mniejszym lub większym stopniu borykają się z trudnościami związanymi z zatłaczaniem schłodzonej wody termalnej do macierzystych warstw wodonośnych. Trzeba również zaznaczyć, że wszystkie te ciepłownie mają udokumentowane zasoby wód, limitowane nie możliwościami wydobywczymi otworów eksploatacyjnych, a możliwościami wtłoczenia wód schłodzonych do górotworu wykorzystując otwór zatłaczający. Jak wykazują badania, możliwości chłonne otworów już na etapie ich dokumentowania są o około jedną trzecią mniejsze niż możliwości wydobywcze. Pierwsze próby uruchomienia obiegu geotermalnego w skali przemysłowej w Pyrzycach podjęto w grudniu 1995 r. Przy wydajności 150 m 3 /h ciśnienie w otworze zatłaczającym wynosiło 5,3 bar. Zatłaczanie przerwano po dobie z uwagi na prace wykończeniowe w hali ciepłowni. Drugi raz obieg geotermalny uruchomiono r. (oficjalne otwarcie ciepłowni). Rozpoczęto zatłaczanie z wydajnością 148,6 m 3 /h, przy ciśnieniu zatłaczania zmiennym wahającym się w okolicy 10 barów. W pierwszym roku pracy ciepłowni tj r. czas czystej pracy obiegu geotermalnego wynosił około 7 miesięcy. Przerwy spowodowane były spadkami napięcia w sieci, brakiem w dostawie prądu, usuwaniem usterek technicznych. Łącznie naliczono 42 przestoje z w/w przyczyn. W obiegu stwierdzono ciągle występujące nieszczelności, które prowadziły w czasie przestojów do jego zapowietrzania. Z obserwacji pracy obiegu geotermalnego wynika, ze po każdym przestoju najczęściej wzrastało ciśnienie na zatłaczaniu. Należy zaznaczyć ze otwór Pyrzyce GT-4 początkowo nie był włączany do obiegu. Całe obciążenie wynikające z wypłukiwania rurociągów tłocznych, przestojów i krótkotrwałych włączeń i wyłączeń obiegu geotermalnego przejął na siebie otwór zatłaczający GT-2. To musiało odbić się na jego dalszej sprawności. Po wykonanych zabiegach intensyfikacyjnych (czyszczenie mechaniczne oraz chemiczne) w październiku 1996 r. chwilowo tylko uzyskał sprawność zbliżoną do pierwotnej (135 m 3 /h przy ciśnieniu 5,7 bara), po czym wydajność zaczęła spadać, a ciśnienie zaczyna rosnąć. Rys. 2. Wydajność i ciśnienie w otworze chłonnym Pyrzyce GT-2w pierwszych czterech latach eksploatacji 7884

4 Od marca 1997 r. prowadzono ciągłą rejestrację ciśnienia, wydajności i temperatury. Okres pracy otworu geotermalnego Pyrzyce GT-2 w okresie r. można podzielić na trzy okresy (rys. 2): rok 1997, gdzie najczęściej spotykane wartości wynosiły od 35 do 55 m 3 /h przy ciśnieniu zatłaczania mieszczącym się w granicach od 4 do 6 barów, rok 1998 i 1999 gdzie obserwujemy znaczny spadek wydajności rzędu m 3 /h przy ciśnieniu zatłaczania około 10 barów, rok 2000 gdzie wydajność spada do około 20 m 3 /h przy ciśnieniu zatłaczania w granicach 12 barów. Do 2005 r. problemy z zatłaczaniem schłodzonej wody termalnej, a więc i zmniejszaniem się pozyskiwania ciepła geotermalnego, pojawiały się cyklicznie według tego samego schematu - nagły wzrost ciśnienia i spadek wydajności po przestoju. 3 PRZEGLĄD METOD USUWANIA PRODUKTÓW KOLMATACJI Najpoważniejszym problemem wszystkich otworów chłonnych jest sukcesywny wzrost ciśnienia zatłaczania przy jednoczesnym spadku wydajności zatłaczania. Takie zjawisko w konsekwencji prowadzi do zmniejszania się możliwości pozyskiwania ciepła geotermalnego, zwiększenia konsumpcji energii elektrycznej potrzebnej do pokonania zwiększających się oporów zatłaczania, aż w końcu po przekroczeniu ciśnienia granicznego konieczne staje się wyłączenie instalacji geotermalnej. W takiej sytuacji konieczne jest przeprowadzenie zabiegów intensyfikujących odpływ z otworów chłonnych. Kolejnym czynnikiem wpływającym niekorzystnie na efektywność pracy instalacji geotermalnej są przestoje, które wywoływane są koniecznością przerywania pracy instalacji geotermalnej oraz dokonywania różnego rodzaju zabiegów intensyfikujących przepływ w otworach chłonnych. Obecnie na świecie znanych jest kilka metod usuwania przyczyn postępującej kolmatacji. Jedną z nich z jest czyszczenie mechaniczne lub mechaniczno-chemiczne, które polega na wyłączeniu z eksploatacji czyszczonego otworu, zdemontowaniu głowicy geotermalnej i ustawieniu ciężkiego, a zarazem drogiego urządzenia wiertniczego. Czyszczenie mechaniczne wykonywane jest poprzez zeskrobanie nagromadzonych w filtrze osadów (głównie węglanów wapnia) i ich wydobyciu na powierzchnię. Do czyszczenia mechaniczno-chemicznego wykorzystywane są duże ilości kwasu solnego. Takie czyszczenie wymaga dużych nakładów finansowych oraz trwa kilka - kilkanaście dni. Efekty czyszczenia mechanicznego lub mechaniczno-chemicznego są krótkotrwałe, co sprawia, że czyszczenie musi być często powtarzane. Metoda czasochłonna i bardzo droga. Przeciwdziałać kolmatacji można poprzez zastosowanie jonitów (żywic organicznych). Zależnie od swego składu mogą one wymieniać kationy lub aniony. Posługując się jonitami można przeprowadzić praktycznie całkowitą demineralizację wody, tzn. całkowicie pozbawić wodę rozpuszczonej w niej substancji nieorganicznej. Wodę przepuszcza się najpierw przez warstwę kationitu zawierającą jony wodorowe. Usuwamy z niej wówczas kationy Na +, Ca 2+, Mg 2+. Następnie na anionicie wymieniamy aniony SO 4 2-, Cl -. Zużyte jonity można łatwo zregenerować przemywając roztworem kwasu lub wodorotlenkiem litowca. Metoda niestety nie może być zastosowana na tak dużą skalę przemysłową, jaką są ciepłownie geotermalne. Ograniczeniem jest tutaj zbyt duży przepływ wody termalnej na poziomie około 100 m 3 /h. Znana jest również technologia pozbywania się osadów poprzez zastosowanie zeolitu 4A - glinokrzemian sodu. Charakteryzują go dobre właściwości kopleksujące, jednak stosowanie go przez dłuższy okres czasu może doprowadzić do nieodwracalnej kolmatacji warstwy wodonośnej przez krzemiany. Związek ten może być mało skuteczny w warunkach wysokiego ciśnienia, jakie panuje w instalacji geotermalnej. Z życia codziennego i przemysłu znany jest Calgon (tripolifosforanu sodu). Ma wyśmienite właściwości kompleksujące, wiąże jony Ca 2+ i Mg 2+ oraz zapobiega ich strącaniu. Jednak powoduje również eutrofizację wód i dlatego narzucono ograniczenia w jego używaniu - normy. Następną metodą intensyfikacji przepływu jest chemiczne czyszczenie otworów chłonnych, tzw. miękkie kasowanie. Metoda polega na wtłaczaniu do otworu chłonnego najczęściej czystego kwasu 7885

5 solnego lub niekiedy w połączeniu z inhibitorami. W tym przypadku kwas wtłaczany jest podczas normalnej pracy otworu chłonnego w dostateczne długim czasie, tak aby jego stężenie w górotworze nie powodowało konieczności jego odbioru. Kwas wraz ze schłodzoną wodą termalną oraz nierozpuszczonymi pozostałościami osadów jest przesuwany w głąb warstwy wodonośnej gdzie następuje jego zdeponowanie. Ta technologia jest bardzo niebezpieczna w kolektorach porowych gdzie po dłuższej eksploatacji może dojść do zatkania porów w dalszej odległości od otworu chłonnego. Dotychczas stosowane metody przynoszą tymczasową intensyfikację odpływu schłodzonych wód od otworów chłonnych. W krótkim czasie następuje ponowny spadek wydajności zatłaczania oraz wzrost ciśnienia, co skutkuje koniecznością ponownego przeprowadzenia czyszczenia otworu. W miarę postępującego czasu zabiegi czyszczenia przynoszą coraz gorsze efekty, a czas pomiędzy kolejnymi zabiegami jest coraz krótszy. 4 MECHANICZNO-CHEMICZNE CZYSZCZENIE OTWORÓW CHŁONNYCH STOSOWANE W GEOTERMI PYRZYCE W październiku 1996r. w otworach Pyrzyce GT-4 wykonane zostały zabiegi intensyfikacyjne (czyszczenie mechaniczne i chemiczne). Celem tych zabiegów była poprawa parametrów chłonnych otworów i strefy przyodwiertowej. Po wykonanych zabiegach intensyfikacyjnych uzyskano wydajność na zatłaczaniu 170 m 3 /h przy podciśnieniu. Taki stan utrzymywał się około 6 miesięcy. Po tym okresie ciśnienie zaczęło nieznacznie wzrastać. Jednak przez okres około 8 lat parametry zatłaczania były w miarę stabilne, około 6 barów przy wydajności 100 m 3 /h, około 10 barów przy wydajności 150 m 3 /h. Znaczne pogorszenie stanu technicznego otworu zaobserwowano w 2004 roku. W dniach r. i r. na instalacji geotermalnej przeprowadzono zabiegi azotowania. Po zabiegach zaobserwowano pozytywną reakcję otworu GT-2. W obu przypadkach wydajność przed zabiegiem azotowania wynosiła około 10 m 3 /h przy ciśnieniu ponad 10 barów. Po zabiegu wydajność wzrastała do ponad 23 m 3 /h przy ciśnieniu niższym od 6 barów. Czyszczenie filtra w otworze Pyrzyce GT-2 przeprowadzono w marcu 2001r. w wyniku zastosowania czyszczenie mechanicznego i chemicznego. Czyszczenie mechaniczne polegało na zapuszczeniu do otworu frezu a następnie zestaw szczotek z urządzeniem dyszowym do płukania bocznego. Kolejnym zabiegiem czyszczącym było tłokowanie otworu. Czyszczenie chemiczne polegało na wykonaniu zabiegu kwasowania z odbiorem cieczy poreakcyjnej. Ciecz poreakcyjna usuwana była z otworu za pomocą urządzenia azotowego. W ciągu pierwszej doby po wykonanych zabiegach, przy wydajności około 100 m 3 /h, ciśnienie na zatłaczaniu wynosiło 0 bar. Po pewnym czasie następuje ponowny wzrost ciśnienia zatłaczania i zmniejszenie się wydajności zatłaczania. Każdorazowo pomagała regeneracja otworów, gdzie w otworze Pyrzyce GT-2 po regeneracji w lutym 2004 r. wydajność wzrosła dwukrotnie. Jednak każde obniżenie efektywności zatłaczania i każdorazowa regeneracja, pomimo poprawy parametrów, skracały czas między wystąpieniami kolejnych spadków wydajności. W 2005 r. wykonano kolejne próby poprawy chłonności otworów Pyrzyce GT-2 i Pyrzyce GT-4 poprzez gruntowne czyszczenie mechaniczne i chemiczne. Wykonane wówczas prace doprowadziły do znacznej poprawy chłonności - osiągnięto rezultat 170 m 3 /h przy ciśnieniu 1,8 bar. Jednak po dłuższej eksploatacji obserwowano nadal spadek wydajności oraz wzrost ciśnienia zatłaczania, a co za tym idzie - konieczność ponownego czyszczenia mechanicznego i chemicznego przy użyciu urządzenia wiertniczego, które jest bardzo kosztowne i ma negatywny wpływ na wynik finansowy ciepłowni. Stąd też, na przełomie 2007/2008 r. w otworach chłonnych Pyrzyce GT-2 i Pyrzyce GT-4 oraz rurociągach napowierzchniowych zastosowano rury HDPE (High DensityPolyetylen) odporne na korozję. Po osłonięciu rur stalowych wykładzinami HDPE i oczyszczeniu otworów chłonnych w otworze Pyrzyce GT-2 pod koniec 2007 roku uzyskano wydajność na poziomie 150 m 3 /h przy ciśnieniu zatłaczania zbliżonym do zera (rys. 3). Podobna sytuacja zaistniała w 2008 roku kiedy to rury HDPE zastosowano w otworze chłonnym Pyrzyce GT-4. W tym przypadku uzyskano wydajność ponad

6 m 3 /h (rys. 4). Nie uchroniło to jednak od wzrostu ciśnienia zatłaczania wody termalnej i spadku wydajności. W bardzo krótkim czasie w obu otworach chłonnych nastąpił spadek wydajności zatłaczania przy jednoczesnym wzroście ciśnienia zatłaczania. Rys. 3. Ciśnienie i wydajność zatłaczania wody termalnej do otworu Pyrzyce GT-2 w 2007 r. Rys. 4. Ciśnienie i wydajność zatłaczania wody termalnej do otworu Pyrzyce GT-4 w 2008 r. Dotychczas stosowane czyszczenie mechaniczno-chemiczne przynosiło bardzo dobre efekty w postaci zwiększania wydajności zatłaczania przy jednoczesnym spadku wymaganego ciśnienia zatłaczania. Były one jednak krótkotrwałe, a do ich osiągnięcia konieczne było użycie ciężkiego urządzenia wiertniczego. Stosowane rozwiązanie generowało bardzo wysokie koszty, które były coraz większym obciążeniem finansowym dla Geotermii Pyrzyce. W związku z tym na instalacji geotermalnej ciągle trwały prace, których celem było opracowanie tańszej i równie skutecznej metody czyszczenia otworów chłonnych. Efektem tych działań było opracowanie metody miękkiego kwasowania, której przeznaczeniem jest chemiczne usuwanie produktów wtórnego wytrącania się związków chemicznych ze schłodzonej wody termalnej. 5 CHEMICZNE CZYSZCZENIE OTWORÓW CHŁONNYCH STOSOWANE W GEOTERMI PYRZYCE W 2008 roku zdecydowano się na zastosowanie metody czyszczenia otworów zatłaczających polegającą na tzw. kwasowaniu miękkim. Celem miękkiego kwasowania, podobnie jak kwasowania standardowego, jest poprawa wydajności zatłaczania poprzez usunięcie skutków kolmatacji między innymi węglanu wapnia (CaCO 3 ). Jednak miękkie kwasowanie adresowane jest nie tylko do filtra i strefy przyodwiertowej, ale również do warstwy wodonośnej. Bardzo małe stężenie zatłaczanego kwasu solnego uwalnia od konieczności odbioru kwasu i jego unieszkodliwiania. Miejscem 7887

7 docelowym jego jest warstwa wodonośna do której dociera rozpuszczając po drodze węglany wytrącające się na filtrze i strefie przyodwiertowej. Problem w stosowanej metodzie stanowiło stężenie kwasu solnego jakie należałoby dobrać. Zbyt wysokie stężenie przy zatłaczaniu kwasu mogłoby uszkodzić rury, z kolei zbyt niskie nie odniosłoby żadnego skutku. Pompa dozująca kwas zamontowana jest bezpośrednio przy otworze zatłaczającym. Kwas do otworu zatłaczany jest ze zbiornika, który również ustawiony jest w bezpośrednim sąsiedztwie kwasowanego otworu (rys. 5). Rys. 5. Uproszczony schemat instalacji miękkiego kwasowania Rys. 6. Zastosowanie miękkiego kwasowania w otworze chłonnym Pyrzyce GT-2 w marcu 2010r. Rys. 7. Zastosowanie miękkiego kwasowania w otworze chłonnym Pyrzyce GT-4 w maju 2010r. 7888

8 Zastosowane w 2010 r. zabiegi miękkiego kwasowania każdorazowo powodowały zmniejszenie ciśnienia zatłaczania oraz zwiększanie się wydajności zatłaczania wody termalnej. Prawidłowość taką można zaobserwować zarówno w otworze chłonnym Pyrzyce GT-2 (rys. 6) jaki i w otworze Pyrzyce GT-4 (rys. 7). We wszystkich przypadkach kwas dodawany był w różnych dawkach. Czasy działania kwasu solnego również we wszystkich przypadkach były różne. Po zaprzestaniu dozowania kwasu solnego niemal natychmiast następuje wzrost ciśnienia zatłaczania oraz zmniejszanie się ilości zatłaczanej wody termalnej. 6 ZAPOBIEGANIE KOLMATACJI OTWORÓW CHŁONNYCH Rezultatem wielu lat prac związanych z przeciwdziałaniem skutkom kolmatacji jest opracowanie metody, której celem jest przeprowadzenie działań zmierzających do poprawy chłonności warstwy złożowej poprzez wykonanie zabiegów intensyfikacji i dozowania preparatów kondycjonujących dla geotermalnych otworów chłonnych w Geotermii Pyrzyce. Zgodnie z założeniami projektu demonstracji nowatorskiej technologii poprawy chłonności warstwy złożowej wód geotermalnych cel ten powinien zostać osiągnięty w wyniku zastosowania metody miękkiego kwasowania i metody super miękkiego kwasowania. Celem metody super miękkiego kwasowania jest wyeliminowanie negatywnej działalności wykładnika stężenia jonów wodorowych (ph), jednej z przyczyn powstawania kolmatacji. Węglany preferują środowisko alkaliczne. Stymulacja ph pozwoli uzyskać stan równowagi chemicznej, w której węglan wapnia (CaCO 3 ), nie będzie strącany. Korzyścią płynącą z zastosowania tej metody będzie nie tylko wyeliminowanie przyczyny kolmatacji węglanowej, ale również pozbycie się dotychczasowych efektów w warstwie wodonośnej poprzez systematyczne rozpuszczanie węglanu wapnia gromadzącego się dotychczas w warstwie złożowej z dala od otworu. Rys. 8. Uproszczony schemat metody super miękkiego kwasowania Połączenie metody miękkiego kwasowania i wyników prowadzonych badań spowodowało opracowanie nowej metody zapobiegania powstawania kolmatacji chłonnych otworów geotermalnych, którą nazwano metodą super miękkiego kwasowania. Na uwagę zasługuje tutaj fakt, że wszystkie dotychczas stosowane metody usuwają osady, czyli skutki kolmatacji. Metoda super miękkiego kwasowania dotyczy sposobu zapobiegania powstawania mechanizmów kolmatacji geotermalnych otworów chłonnych, poprzez wpływanie na parametry chemiczne wody termalnej, w trakcie normalnej eksploatacji otworów wydobywczego i chłonnego ciepłowni geotermalnej, bez przerywania pracy systemu. Efekt zapobiegawczy uzyskuje się poprzez ciągłe dozowanie tuż przy otworze eksploatacyjnym do obiegu geotermalnego kwasu solnego, odtleniacza oraz biodegradowalnego dyspergatora (rys. 8). Nowa metoda zapobiegania powstawania kolmatacji chłonnych otworów geotermalnych umożliwia utrzymanie chłonności otworów chłonnych na stałym poziomie, a tym samym poprawia efektywność pracy ciepłowni geotermalnej. Istotną cechą odróżniającą metodę super miękkiego kwasowania od innych znanych metod kwasowania jest użyta w procesie dozowania (zatłaczania) ilość kwasu solnego dodawana do wody termalnej. Ilość ta powinna odpowiadać przeliczeniowo maksymalnie 25% zasadowości wody 7889

9 termalnej. Z reguły będzie jeszcze mniejsza co też wynika z przeprowadzonych badań nad uzyskaniem właściwego ph wody termalnej, przy którym jest zahamowane wytrącanie z wody termalnej osadów po uwzględnieniu iloczynów rozpuszczalności związków łatwo krystalizujących, odczynu ph, potencjału redox, temperatury i ciśnienia. Zgodnie z harmonogramem badań do instalacji geotermalnej dozowano od 80 do 120 ml kwasu solnego na każdy wydobyty m 3 wody termalnej. Dodatkowo dozowano również odtleniacz i dyspergator. Efektem prowadzonych badań było doprowadzenie do ustabilizowania pracy ciepłowni geotermalnej. W okresie prowadzenia prac nad metodą super miękkiego kwasowania nie notowano żadnych gwałtownych spadków wydajności i wzrostu ciśnienia zatłaczania. Przykładowo na rysunku 9 przedstawiono wykres ciśnienia zatłaczania i wydajności zatłaczania za pomocą otworu Pyrzyce GT-2 w czerwcu 2013 roku. Podobny poziom stabilizacji można zaobserwować również po roku stosowania metody super miękkiego kwasowania (rys. 10). Rys. 9. Eksploatacja otworu chłonnego Pyrzyce GT-2 w czerwcu 2013 r. Rys. 10. Eksploatacja otworu chłonnego Pyrzyce GT-2 w czerwcu 2014 r. WNIOSKI Na przełomie ostatnich 20 lat w Geotermii Pyrzyce stosowane były różne metody czyszczenia otworów chłonnych. Metody mechaniczno-chemicznego czyszczenia, stosowane w pierwszym 7890

10 okresie eksploatacji, były metodami bardzo skutecznymi. Uzyskiwano za ich pomocą powrót do wydajności i ciśnień z jakimi ciepłownia rozpoczynała pracę. Efekty te były jednak krótkotrwałe i wymagały coraz częstszego stosowania. Stosowanie tej metody było bardzo kosztowne i przekładało się na wynik finansowy przedsiębiorstwa. W kolejnym etapie opracowano metodę chemicznego czyszczenia, która nie przynosiła aż tak spektakularnych efektów ale była zdecydowanie tańsza i mogła być stosowana podczas normalnej pracy ciepłowni geotermalnej. Efektem dalszych prac badawczych było opracowanie metody super miękkiego kwasowania co przyczyniło się do wydłużenia okresów pomiędzy kolejnymi czyszczeniami. Została ustabilizowana praca ciepłowni oraz doprowadzono do zwiększenia uzysku ciepła z odnawialnego źródła energii jakim jest geotermia. Streszczenie W artykule przedstawiono metody czyszczenia chłonnych otworów geotermalnych. Do niedawna w Geotermii Pyrzyce stosowano znane na świecie metody mechanicznego i chemicznego czyszczenia zatykających się otworów. Polegały one na wtłaczaniu do otworu dużych ilości kwasu solnego. Metody te przynosiły bardzo dobre efekty w postaci zwiększenia chłonności i zmniejszenia ciśnienia zatłaczania. Efekty te jednak były krótkotrwałe. Obecnie w Geotermii Pyrzyce opracowano nowatorską technologię zapobiegania kolmatacji otworów chłonnych. Polega ona na ciągłym dozowaniu kwasu solnego i dyspergatora do instalacji geotermalnej i okresowym czyszczeniu otworów za pomocą miękkiego kwasowania. Zastosowanie super miękkiego kwasowania w połączeniu z miękkim kwasowaniem spowodowało zdecydowane ustabilizowanie pracy ciepłowni geotermalnej oraz zwiększenie udziału ciepła pochodzącego z geotermii. Comparative analysis of methods for the removal of deposits in injection wells used in Geothermal Pyrzyce Abstract The article presents the methods of geothermal absorbent wells cleaning. Until recently, in geothermal plant in Pyrzyce, the world-known methods were used for mechanical and chemical cleaning of clogging holes. These methods were using a large amount of hydrochloric acids that were injected to the wells. It brought a good results in terms of absorption increase and pressure reduction. These effects, however, were short-term. Currently, in geothermal plant in Pyrzyce, the innovative technology for prevention of clogging in the absorbent wells, was developed. This innovative method involves a continuous dosage of hydrochloric acid and dispersant for the geothermal installation. Additionally it involves the periodic cleaning of wells with a soft acidizing. The usage of super soft acidizing method combined with the soft acidizing method resulted in strong stabilization of installation work in the geothermal plant and increase of heat acquired from geothermal energy. 7891