Dynamics of clogging processes in injection wells used to pump highly mineralized thermal waters into the sandstone structures lying under the Polish Lowlands

• Autorzy: Tomaszewska B. , Pająk L.

Warianty tytułu

PL

Dynamika kolmatacji otworu chłonnego przy zatłaczaniu wysoko zmineralizowanych wód termalnych w strukturach piaskowcowych na Niżu Polskim

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

When identifying the conditions required for the sustainable and long-term exploitation of geothermal resources it is very important to assess the dynamics of processes linked to the formation, migration and deposition of particles in geothermal systems. Such particles often cause clogging and damage to the boreholes and source reservoirs. Solid particles: products of corrosion processes, secondary precipitation from geothermal water or particles from the rock formations holding the source reservoir, may settle in the surface installations and lead to clogging of the injection wells. The paper proposes a mathematical model for changes in the absorbance index and the water injection pressure required over time. This was determined from the operating conditions for a model system consisting of a doublet of geothermal wells (extraction and injection well) and using the water occurring in Liassic sandstone structures in the Polish Lowland. Calculations were based on real data and conditions found in the Skierniewice GT-2 source reservoir intake. The main product of secondary mineral precipitation is calcium carbonate in the form of aragonite and calcite. It has been demonstrated that clogging of the active zone causes a particularly high surge in injection pressure during the fi rst 24 hours of pumping. In subsequent hours, pressure increases are close to linear and gradually grow to a level of ~2.2 MPa after 120 hours. The absorbance index decreases at a particularly fast rate during the fi rst six hours (Figure 4). Over the period of time analysed, its value decreases from over 42 to approximately 18 m3/h/MPa after 120 hours from initiation of the injection. These estimated results have been confi rmed in practice by real-life investigation of an injection well. The absorbance index recorded during the hydrodynamic tests decreased to approximately 20 m3/h/MPa after 120 hours.

PL

Ocena dynamiki procesów związanych z powstawaniem, migracją i deponowaniem cząstek stałych w systemach geotermalnych, powodujących często kolmatację i uszkodzenia otworów i złóż, jest bardzo istotna dla identyfi kacji warunków ich stabilnej i długotrwałej eksploatacji. Cząstki stałe: produkty korozji, wtórne substancje wytrącane z wody geotermalnej czy też cząstki skał zbiornikowych, mogą osadzać się w instalacji powierzchniowej oraz prowadzić do kolmatacji otworów chłonnych. W pracy zaproponowano matematyczny opis zmian w czasie indeksu chłonności oraz wymaganego ciśnienia zatłaczania wody w zamodelowanych warunkach eksploatacji dubletem otworów (otwór eksploatacyjny – chłonny) wód występujących w obrębie piaskowcowych struktur liasowych na Niżu Polskim. Dla przeprowadzenia obliczeń posłużono się rzeczywistymi danymi dotyczącymi warunków ujęcia złoża otworem Skierniewice GT-2. Podstawowym produktem wytracania wtórnych substancji mineralnych z wody geotermalnej badanego systemu jest węglan wapnia w formie aragonitu i kalcytu. Wykazano, iż w skutek kolmatacji strefy czynnej szczególnie gwałtownie ciśnienie zatłaczania rośnie w pierwszej dobie. W kolejnych godzinach, przyrost ciśnienia ma charakter zbliżony do liniowego i sukcesywnie rośnie, osiągając wartość ~2,2 MPa po 120 godzinach. Indeks chłonności spada, szczególnie wyraźnie w okresie pierwszych 6 godzin (Fig. 4). W rozpatrywanym przedziale czasu jego wartość maleje z pond 42 do ok. 18 m3/h/MPa po 120 godzinach od rozpoczęcia zatłaczania. Wyniki prognozy znalazły potwierdzenie w trakcie realizacji rzeczywistych badań w otworze chłonnym. Indeks chłonności w trakcie wykonywania testów hydrodynamicznych po czasie 120 godzin spadł do ok. 20 m3/h/MPa.

Słowa kluczowe

EN

geothermal waters; injection well; sedminetation; mineral deposition

PL

wody geotermalne; zatłaczanie wody; osadzanie minerałów; indeks chłonności

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 38, no. 3
• Strony: 105--117
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., wykr.

Twórcy

autor

Tomaszewska B.

autor

Pająk L.

• Mineral and Energy Economy Research Institute – Polish Academy of Sciences Department of Renewable Energy and Environmental Research Division of Renewable Energy,

Bibliografia

• [1] Bentkowski A., Biernat H., Bujakowska K., Kapuściński J.: Dokumentacja hydrogeologiczna zasobów eksploatacyjnych wód termalnych z utworów jury dolnej w Skierniewicach, Arch. CAG, Warszawa - unpublished (1998).
• [2] Bodzek M., Konieczny K.: Membrane techniques in the removal of inorganic anionic micropollutants from water environment - state of the art, Archives of Environmental Protection, 37 (2), 15-29 (2011).
• [3] Browne P.R.L.: Hydrothermal alteration and reservoir rock type. [in]: Lectures on geothermal geologyand petrology, UNU Geothermal Training Programme. Report 2. Reykjavik, Iceland (1984).
• [4] Bujakowski W., Kepińska B., Tomaszewska B., Banaś J., Bielec B., Pająk L., Pawlikowski M., Hołojuch G., Kasztelewicz A., Miecznik M., Balcer M.: Wytyczne projektowe poprawy chłonności skał zbiornikowych w związku z zatłaczaniem wód termalnych w polskich zakładach geotermalnych, Wyd. Patria, Kraków (2011).
• [5] Bujakowski W., Tomaszewska B., Kępińska B., Balcer M.: Geothermal Water Desalination - Preliminary Studies, Proceedings World Geothermal Congress Bali, Indonesia (2010).
• [6] Carslaw H.S., Jaeger J.C.: Conduction of heat in solids, Oxford at the Calderon Press (1948).
• [7] Fournier R.O.: Application of water geochemistry to geothermal exploration and reservoir engineering, [in:] Geothermal systems: Principles and case histories (ed: Rybach L., Muffler L.J.P.), John Wiley & Sons, Chichester (1981).
• [8] Giggenbach W.F.: Chemical techniques in geothermal exploration, [in:] Applications of geochemistry in geothermal reservoir development (D'Amore, F. coordinator), UNITAR/UNDP Publication. Rome (1991).
• [9] Gunnlaugsson E.: Aspekty chemiczne oraz metody stosowane w rozpoznawaniu i wykorzystaniu złóż geotermalnych, [in:] Materiały Międzynarodowych Dni Geotermalnych "Polska 2004", Wyd. IGSMiE PAN Kraków-Skopje (2004).
• [10] 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, Ministerstwo Ochrony Zasobów Naturalnych i Leśnictwa, Warszawa (1997).
• [11] Kępińska B.: Warunki hydrotermalne i termiczne podhalańskiego systemu geotermalnego w rejonie otworu Biały Dunajec PAN-1, Studia. Rozprawy. Monografie, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków No 93 (2001).
• [12] Kępińska B.: Warunki termiczne i hydrotermalne podhalańskiego systemu geotermalnego, Studia. Rozprawy. Monografie, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków No 135 (2006).
• [13] McCain W.D.: Reservoir-Fluid Property Correlations-State of the Art, SPE Reservoir Engineering, pp 266-272 (1991).
• [14] Parkhurst D.L., Appelo C.A.J.: User's guide to PHREEQC (version 2) - A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations, U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 97-4259 (1999).
• [15] Recknagel H., Sprenger E., Schramek E.R.: Kompendium wiedzy: ogrzewnictwo, klimatyzacja, ciepła woda, chłodnictwo, OMNI SCALA, Wrocław (2008).
• [16] Tomaszewska B., Barbacki A.P.: Wstępne rozpoznanie właściwości hydrogeochemicznych wód termalnych w rejonie Gostynina. Technika Poszukiwań Geologicznych, Geotermia, Zrównoważony Rozwój, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków No 1-2.
• [17] Tomaszewska B.: Prognozowanie kolmatacji instalacji geotermalnych metodą modelowania geochemicznego, Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków, Tom 24 - Zeszyt 2/3.
• [18] Tomaszewska B.: The use of ultrafiltration and reverse osmosis in the desalination of low mineralized geothermal waters, Archives of Environmental Protection, 37 (3), 63-77 (2011).
• [19] Wolfgramm M., Raupach K.: Methods to improve the injectivity of the Skierniewice geothermal wells, Poland. Geothermie Neubrandenburg GmbH, Arch. PEC Geotermia Mazowiecka SA - unpublished (2010).