Геотермальные исследования

Россия обладает запасами геотермальных ресурсов, энергия которых в 10 – 12 раз превышает потенциал органического топлива.

Это позволит в перспективе на 70 – 80 процентах территории России эффективно использовать энергию Земли для теплоснабжения населенных пунктов и отдельных объектов. Самыми большими геотермальными ресурсами располагают Чукотка, Курильские острова, Приморский край, Западная Сибирь.

Сейчас геотермальные месторождения разведаны в 80 странах мира. 58 из них активно используют энергию Земли. Доля России в общемировом объеме ее выработки составляет 10 процентов, хотя может быть несоизмеримо больше.

Эксплуатация геотермальных месторождений

Низкотемпературный теплоноситель используется только по прямому назначению в тепловых насосах, коммунальном и тепличном хозяйстве, а также в бальнеологи.
Среднетемпературный и высокотемпературный теплоноситель может использоваться не только по прямому назначению, но и для выработки электроэнергии.
Эксплуатация месторождений, содержащих природный теплоноситель с температурой выше 220 0 С, осуществляется геотермальными электростанциями прямого действия, когда природный теплоноситель является рабочим флюидом.
Эксплуатация месторождений, содержащих природный теплоноситель с температурой 100 0С и выше, осуществляется бинарными геотермальными электростанциями, когда природный теплоноситель передает часть своего тепла рабочему флюиду, пары которого генерируют электроэнергию.

Классификация геотермальных месторождений

По производительности геотермальные месторождения подразделяются на:

малодебитные — производительность одной скважины менее 1000 т/сут;
среднедебитные — производительность одной скважины 1000 — 3000 т/сут;
высокодебитные — производительность одной скважины более 3000 т/сут.

По величине избыточных давлений месторождения подразделяются на :

низконапорные — менее 0,2 МПа;
напорные — 0,2-1,0 МПа;
высоконапорные — более 1,0 МПа.

По величине теплоэнергетической мощности подразделяются на :

малой теплоэнергетической мощности — менее 0,01 ГДж/с;
средней теплоэнергетической мощности — 0,01-0,05 ГДж/с;
высокой теплоэнергетической мощности — 0,05-0,1 ГДж/с;
сверхвысокой теплоэнергетической мощности — более 0,1 ГДж/с.

По температуре на устье скважины теплоноситель подразделяется на:

низкотемпературный — до 100 0С;
среднетемпературный — 100-150 0С;
высокотемпературный — более 150 0С.

Расходы и риски связанные с разработкой геотермальных месторождений

Зависимость удельного электрического сопротивления воды от температуры в области положительных значений t°C имеет вид:

где t — удельное сопротивление раствора при температуре t°C, p18 — удельное сопротивление раствора при температуре 18°C, Β — температурный коэффициент, который для водных растворов NaCl в диапазоне температур от 0 до 50°C равен 0.026.

Первый в мире опыт использования геотермальной энергии был получен в области Лардерелло-Травале в Италии. В 1904 году принц Пьеро Конти провел первый эксперимент по использованию геотермальных флюидов для производства электроэнергии. Паровой двигатель приводил в действие динамо-машину, которая питала 5 лампочек.
Крупнейшая в России геотермальная станция, на которой вырабатывается электроэнергия в промышленных объёмах, – это Мутновская ГеоТЭС . Эта ГеоТЭС считается одной из лучших в мире по экологическим параметрам и степени автоматизации производства. Она вырабатывает мощность 50 мегаватт.

Мутновская ГеоЭС была построена в районе вулкана Мутновский недалеко от построенной ранее ГеоТЭС «Верхне-Мутновской», которая вырабатывает 12 мегаватт электроэнергии.

В настоящее время здесь вырабатывается 10% от всей электроэнергии, получаемой на геотермальных электростанциях всего мира.

Геотермальные исследования выполненные с участием ООО «Северо-Запад»:

МУТНОВКА – так неформально называют участок в окрестности Мутновского вулкана на Камчатке. В 2005 г. ООО «Северо-Запад» совместно с ФГУП «Камчатгеология» выполнили там ряд электроразведочных работ. Официально место проведения экспедиции называется «Мутновское месторождение парогидротерм».
Мутновский вулкан – умерший вулкан, он потух 100 миллионов лет назад, но весьма полезен тем, что до сих пор согревает недра своим горячим дыханием – вулканическая активность в нём сводится к производству водяного пара и горячей воды, применяющихся для производства электрической энергии (Мутновская ГеоЭС).

Геотермальные станции дают 25 процентов электроэнергии, потребляемой в Камчатской области. РАО «ЕЭС» рассматривает возможность строительства серии ГеоТЭС для дальнейшего освоения тепловых ресурсов вулкана Мутновский. Суммарную мощность этих станций планируется довести до 300 мегаватт.

Электроразведочные работы велись методами АМТЗ, МТЗ и ЧЗ с использованием аппаратуры МЭРИ и Феникс. Полевые работы проходили в труднодоступном горном районе (высота ~1100 м) в августе-сентябре 2004, 2005 и 2006 годов.

Работы проводились в три этапа:

- АМТ и МТ-зондирования по региональному профилю,
- детальные работы методом ЧЗ в центре площади,
- детальные площадные работы методом МТЗ.

По результатам проведения электроразведочных исследований построена геоэлектрическая модель исследуемой площади.

Ниже приведен геоэлектрический разрез по региональному профилю, отработанному на первом этапе. В пределах верхней части разреза (на глубинах до 2 км) выявлен аномальнонизкоомный горизонт, предположительно связанный с туфогенными обводненными образованиями. Получена детальная информация о морфологии кровли и подошвы данного горизонта, а также о распределении латеральных неоднородностей электропроводности в его пределах.
В центральной части площади локализована наиболее яркая из аномальных областей низкоомного комплекса, связываемая со скоплением горячих минерализованных вод.
Глубинная часть построенной модели свидетельствует о неоднородности геоэлектрической структуры мезокайнозойского основания разреза, в целом, однако, высокоомного. В частности, отмечается наличие относительно проводящего субвертикального канала, связывающего верхнекоровую проводящую область с описанной выше приповерхностной аномалией проводимости.

Ниже представлена карта суммарной продольной проводимости до высокоомного основа- ния, в которой уверенно выделяется контрастная аномалия электропроводности изометрической формы. Предполагается, что такие контрастные аномалии являются приповерхностными индикаторами глубинных зон разгрузки, сформированных в гидротермальных системах.
По одному из профилей построена геолого-геофизическая модель (справа). На этой модели видно, что на глубине 4,5 км и глубже фиксируется аномально низкоомный объект (1 – 10 Ом·м), который по комплексу геолого-геофизических данных интерпретируется нами как верхнекоровый очаг плавления или частичного плавления.
В центре модели к высокотемпературному очагу примыкает субвертикальный низкоомный участок (10 – 20 Ом·м), отождествляемый с зоной разгрузки теплоносителя. Слева от него выделена высокоомная (60 – 600 Ом·м) неоген-палеогеновая толща пород, справа – гранодиоритовая интрузия (400 – 1000 Ом·м), корнями уходящая на значительные глубины.
В верхней части зоны разгрузки в интервале глубин 300 1200 м выделен фрагмент разреза с достаточно контрастным повышением удельного сопротивление до 40 – 100 Ом·м (на фоне 1 – 40 Ом·м). Опираясь на данные бурения, этот участок отнесён к зоне гидротермально изменённых пород – к зоне окварцевания. Она образована в вулканогенно-осадочной толще пород в процессе функционирования гидротермальной системы и представляет собой своеобразную пробку, запечатывающую зону разгрузки в её верхней части. По-видимому, не случайно в окрестностях описываемой зоны не зафиксированы естественные выходы гидротерм. Обращает на себя внимание, что продуктивные интервалы (зоны притока) в скважине 047 вскрыты на глубинах от 1600 до 2200м, то есть ниже зоны окварцевания (ниже “пробки”).
А вот скважина 048, расположенная в 650 м к юго-востоку от скв. 047. Согласно представленной модели, её ствол проходит в стороне от зоны окварцевания. И здесь продуктивные интервалы вскрыты уже на относительно незначительных глубинах — от 700 до 1200 метрах. На этих же глубинах в модели выделен линзообразный объект с предельно низким уровнем удельного сопротивления, составляющим доли и единицы Ом·м. Максимальная его мощность (по данным моделирования) достигает 250 м, ширина 1200 м. По комплексу геолого-геофизических признаков этот аномальный объект можно отнести к своеобразному природному резервуару, заполненному перегретой водой.
В верхней части разреза выделен низкоомный горизонт с сопротивлением 3-40 Ом·м. Мощность его значительна и составляет 500-1200 м. В его толще выделен маломощный горизонт (150 – 250 м) с аномально низким уровнем сопротивления (1-6 Ом·м). Данный горизонт отражает зону растёка охлаждённых вод, образуемых в процессе функционирования гидротермальной системы.