Projekt nr LIFE11 ENV/PL/000447/1

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Instrumentu Finansowego
dla Środowiska LIFE+ oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

Wprowadzenie

Tło realizacji projektu

Geotermia Pyrzyce jest ciepłownią wysokotemperaturową – temperatura wydobywanej solanki wynosi 64ºC, umożliwiając bezpośrednie wykorzystanie ciepła ziemi, którego nośnikiem są wody złożowe, wypełniające pory i szczeliny skał jako solanki o różnym stopniu stężenia. Ciepło z wydobytych wód termalnych jest z nich odbierane, a następnie po oddaniu ciepła wodzie sieciowej w wymienniku, wody termalne przepływają rurociągiem do przyporządkowanych otworów zatłaczających GT-2 i GT-4 i tam schładzają się do niższej temperatury. Głębokość otworów wynosi 1640 m. Wody termalne w pobliżu Pyrzyc są wysoko zmineralizowane (121g/l, głownie NaCL).

Geotermia Pyrzyce, podobnie jak większość ciepłowni geotermalnych, ma problem z utrzymaniem wysokiej wydajności eksploatacji wód termalnych. Podstawowymi problemami otworów zatłaczających są postępujący spadek wydajności i efektywności zatłaczania oraz szybka korozja.

Z pięciu działających na terenie Polski ciepłowni geotermalnych korzystających z wód o wysokiej entalpii cztery zmagają się z problemem zapewnienia odpowiedniej wydajności zapewniającej płynność ich działania. Spadek wydajności i efektywności zatłaczania oraz szybka korozja związane są z problemem otworów zatłaczających.

Problemy z zatłaczaniem schłodzonych wód termalnych ponownie do macierzystych warstw wodonośnych za pomocą otworów chłonnych nie są tylko problemami polskich ciepłowni geotermalnych. Problemy te występują w Europie i na świecie we wszystkich ciepłowniach zatłaczających schłodzoną wodę termalną ponownie do macierzystej warstwy wodonośnej, a szczególnie do kolektorów porowych.

Problemy w innych krajach:

  • Niemcy

W Niemczech podobnie jak w Pyrzycach wody termalne mają bardzo wysoką mineralizację. W Neustadt-Glewe mineralizacja wynosi 227 g/l a w Unterhaching około 100 g/l. System geotermalny w Neustadt-Glewe jest przykładem badań prowadzonych nad metodą miękkiego kwasowania w celu naprawy odwiertu i przywrócenia jego chłonności, która zmniejszała się w miarę prowadzenia eksploatacji w skutek rozwoju korozji i wytrącania. Podobne problemy posiadają również inne niemieckie ciepłownie geotermalne.

  •  Austria

W Bad-Blumau w związku z obawą przed kolmatacją otworu chłonnego wraz ze schłodzona wodą termalną zatłaczane są inhibitory. Wykorzystana woda termalna w tym przypadku trafia ponownie na głębokość 3000 m, a jej mineralizacja wynosi 17,9 g/l.

  • Francja

Stanowiąca przedmiot demonstracji metoda super miękkiego kwasowania jest modyfikacją metody miękkiego kwasowania, która była testowana w basenie paryskim. Może to świadczyć o problemach z zatłaczaniem schłodzonych wód termalnych również we francuskich ciepłowniach geotermalnych. Zakłady ciepłownicze eksploatują tutaj głównie wapienie doggeru (jury środkowej). Mineralizacja tych wód waha się w granicach 5 - 35 g/l. Eksploatacja złóż do celów ciepłowniczych prowadzona jest w układzie dubletów (w kilku przypadkach także - tripletów) stosunkowo głębokich (1,5 - 2,5 km) otworów, z zatłaczaniem schłodzonych wód termalnych z powrotem do złoża. Ze względu na skład chemiczny wody te posiadają silne właściwości korozyjne co potęguje problemy związane z eksploatacją francuskich ciepłowni geotermalnych.

  • Stany Zjednoczone

Problem z zatłaczaniem schłodzonych wód termalnych występuje w polach geotermalnych The Geysers w Stanach Zjednoczonych, gdzie w warstwie złożowej znajdują się pary geotermalne. Aby je udostępnić wykonanych zostało 400 otworów geotermalnych do głębokości około 3200 m. Po oddaniu swojej energii turbinie para geotermalna zostaje skroplona i ponownie zatłoczona do górotworu za pomocą 70 otworów chłonnych. W tym przypadku udaje się zatłoczyć jedynie 25% całej skroplonej wody termalnej. Obecnie prowadzone są intensywne prace związane z poprawą chłonności otworów zatłaczających. Zwiększenie wydajności zatłaczania skroplin jest konieczne chociażby ze względu na zachowanie odnawialności źródła.

Dotychczasowe badania i zdobyte doświadczenie obejmują:

Geotermia Pyrzyce w celu poprawy chłonności warstwy złożowej wód geotermalnych wprowadzała następujące metody czyszczenia otworów zatłaczających:

  • W 2008 roku zastosowała metodę polegającą na tzw. miękkim kwasowaniu (MK), celem którego jest usunięcie skutków kolmatacji -  między innymi węglanu wapnia (CaCO3) – podobnie jak kwasowania standardowego. Poprzez zatłaczanie do filtra, strefy, strefy przyodwiertowej oraz warstwy wodonośnej małego stężenia zatłaczanego kwasu solnego – 0,1 – 0,2% nie jest konieczny odbiór kwasu i jego unieszkodliwianie. Rozpuszcza w warstwie wodonośnej węglany wytrącające się na filtrze i strefie przyodwiertowej. Metoda ta poprawiła pracę otworów zatłaczających jednak jej wadą było nie rytmiczne systematyczne stosowanie zabiegów – usuwanie przyczyn a nie zapobieganie powstawaniu inkrustacji.
  • Od 2009 roku metoda miękkiego kwasowania była udoskonalana przy współudziale firmy MARCOR - jako metoda super miękkiego kwasowania (SMK) polegająca na ciągłym dozowaniu znacznie niższych niż określono w programie miękkiego kwasowania dawek 30% odtlenionego kwasu solnego z dodatkiem antyskalanta lub dyspergatora do przepływającej solanki przed filtrami i wymiennikami ciepła. Jej celem jest zapobieganie powstawaniu i wytrącaniu się osadu z eksploatowanej wody termalnej, a co za tym idzie zapobieganie kolmatacji strefy złożowej w otworach zatłaczających. Ma za zadanie stabilizację odczynu pH solanki i utrzymywanie odpowiedniego stężenia rozpuszczonego CO2 w solance, poprzez wymuszenie odpowiedniego stężenia CO2 w fazie gazowej (na skutek zachwiania równowagi CaCO3 – CO2). W metodzie SMK ilości dozowanego odtlenionego kwasu solnego o stężeniu handlowym ok. 30% wynoszą kilkadziesiąt g kwasu na 1 m3 solanki. Metoda ta powinna być wspomagana poprzez dozowanie niedużych dawek antyskalanta i/lub dyspergatora co pozwala obniżyć dawkę kwasu solnego. W metodzie SMK proces degradacji kwasu solnego zachodzi wyłącznie w rurze zatłaczającej (reakcja szybka) a nie w otworze zatłaczającym, lub w warstwie złożowej.
  • W 2010 roku na podstawie badań nad metodą MK i SMK Przedsiębiorstwo Geologiczne POLGEOL S.A. zakończyło prace nad projektem prac geologicznych, zmierzających do poprawy chłonności warstwy złożowej poprzez wykonanie zabiegów intensyfikacji i dozowania preparatów kondycjonujących dla otworów geotermalnych „Geotermii Pyrzyce”. Projekt ten wraz z przygotowanymi przez MARCOR instrukcjami stanowi dokumentację techniczną niezbędną do realizacji przedmiotowego projektu.