TWO-STAGE EXTRACTION OF GEOTHERMAL RESOURCES IN HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF UKRAINE
An analysis of energy consumption was carried out for the return of processed heat transfer to the heat exchanger using an additional geothermal circulation system (GCS). To estimate energy consumption, factual data on the rotation of adjacent formation waters in the oil industry are used. It has be...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/434 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103706317979648 |
|---|---|
| author | Morozov, Yu. Bacherikov, О. |
| author_facet | Morozov, Yu. Bacherikov, О. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Yu. Morozov",
"institution": "Institute of Renewable Energy NAS Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "О. Bacherikov",
"institution": "Institute of Renewable Energy NAS Ukraine, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Morozov, Yu. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:19Z |
| description | An analysis of energy consumption was carried out for the return of processed heat transfer to the heat exchanger using an additional geothermal circulation system (GCS). To estimate energy consumption, factual data on the rotation of adjacent formation waters in the oil industry are used. It has been shown that dividing the heat transfer fluid into two stages with the initial stage of pumping the recovered heat transfer into the sedimentary clay horizon significantly reduces energy consumption during the operation of the GCS.
At the second stage of GCS operation, when the spent coolant is returned to the productive formation, the thermal power of the system depends on the distance between the injection and production wells. To solve this problem, a relationship has been established between the thermal performance of the GCS and the duration of its operation on the distance and time of coolant filtration between injection and production wells. For a given coolant flow rate, thermal and filtration characteristics of the productive formation, and the duration of operation of the GCS in a certain temperature regime, an equation was obtained that allows one to calculate the minimum permissible distance between wells of a geothermal field. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2023.4(75).79-84 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:39:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
79
Відновлювана енергетика. №4/2023 | Геотермальна енергетика
УДК 621.548:620.92:624.13 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.4(75)79-84
ДВОСТАДІЙНЕ ВИДОБУВАННЯ ГЕОТЕРМАЛЬНИХ РЕСУРСІВ У ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ УМОВАХ
УКРАЇНИ
Отримано 13 жов. 2023 р.; рекомендовано до публікації 20 груд. 2023 р.
Доступно онлайн 30 груд. 2023 р.
Ю. П. Морозов1, О. В. Бачеріков2
Автор для коресподенції: Юрій Морозов,
e-mail: geotherm@ukr.net
Проведено аналіз енерговитрат на повернення від-
працьованого теплоносія в надра при видобутку тепла за допомогою геотермальної циркуляційної
системи (ГЦС). Для оцінки енерговитрат використано фактичні дані повернення супутніх пластових
вод у нафтовидобувній промисловості. Показано, що розділення видобутку теплоносія на дві стадії з
початковим етапом закачування відпрацьованого теплоносія у вище розташований поглинаючий го-
ризонт значно скорочує енерговитрати під час експлуатації ГЦС.
На другій стадії роботи ГЦС при повернені відпрацьованого теплоносія в продуктивний пласт теп-
лова продуктивність системи залежить від відстані між нагнітальними й видобувними свердлови-
нами. Для вирішення цієї задачі встановлено залежності між тепловою продуктивністю ГЦС і три-
валістю її роботи від відстані й часу фільтрації теплоносія між нагнітальними і видобувними
свердловинами. При заданому дебіті теплоносія, тепловій і фільтраційній характеристиці продук-
тивного пласта, тривалості роботи ГЦС у визначеному температурному режимі отримано рів-
няння, що дають змогу розраховувати мінімально допустиму відстань між свердловинами геотер-
мального родовища.
Ключові слова: геотермальна циркуляційна система, видобувні й нагнітальні свердловини, відпрацьо-
ваний теплоносій, енерговитрати, двостадійне видобування, поглинальний горизонт, дебіт тепло-
носія, теплова продуктивність, температурний режим, геотермальне родовище.
TWO-STAGE EXTRACTION OF GEOTHERMAL RESOURCES
IN HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF UKRAINE
Received Nov. 13. 2023; accepted Dec. 20. 2023
Available online Dec. 30. 2023
Yu. Morozov1, O. Bacherikov2
Author for correspondence: Yurii Morozov,
e-mail: geotherm@ukr.net
An analysis of energy consumption was carried out for the
return of processed heat transfer to the heat exchanger using
an additional geothermal circulation system (GCS). To estimate energy consumption, factual data on the rotation
of adjacent formation waters in the oil industry are used. It has been shown that dividing the heat transfer fluid
into two stages with the initial stage of pumping the recovered heat transfer into the sedimentary clay horizon
significantly reduces energy consumption during the operation of the GCS.
At the second stage of GCS operation, when the spent coolant is returned to the productive formation, the thermal
power of the system depends on the distance between the injection and production wells. To solve this problem,
a relationship has been established between the thermal performance of the GCS and the duration of its operation
1 Doc. of Tech. Sciences.
https://orcid.org/0000-0002-0497-7439
2 Cand. of Tech. Sciences.
https://orcid.org/0000-0001-7085-7796
1 Institute of Renewable Energy NAS Ukraine,
Kyiv, Ukraine
1 д-р техн. наук.
https://orcid.org/0000-0002-0497-7439
2 канд. техн. наук.
https://orcid.org/0000-0001-7085-7796
1, 2 Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, м. Київ, Україна
80
Відновлювана енергетика. №4/2023 | Геотермальна енергетика
on the distance and time of coolant filtration between injection and production wells. For a given coolant flow
rate, thermal and filtration characteristics of the productive formation, and the duration of operation of the GCS
in a certain temperature regime, an equation was obtained that allows one to calculate the minimum permissible
distance between wells of a geothermal field.
Key words: geothermal circulation system, production and injection wells, waste coolant, energy consumption,
two-stage production, absorption horizon, coolant flow rate, thermal productivity, temperature regime,
geothermal field.
Вступ. Геотермальні циркуляційні системи (ГЦС) є осно-
вним напрямом добування теплоти Землі. Як показав
досвід роботи кримських ГЦС, однією з головних про-
блем під час їх експлуатації є зворотне закачування від-
працьованих, тобто охолоджених, термальних вод. При
цьому важливим є не тільки можливість забезпечити за-
качування води, але і величина тиску, необхідного для
здійснення закачування, яка разом з дебітом повністю
визначає енергетичні витрати на роботу ГЦС. Досвід ро-
боти ГЦС показав, що величина тиску нагнітальної свер-
дловини зростає протягом експлуатації ГЦС, додатково
збільшуючи енергетичні витрати [1].
Технологія повернення відпрацьованих термальних вод
в надра є важливою складовою геотермальних проектів
і від величини енерговитрат на цей процес залежить ре-
нтабельність отримання гідротермального тепла.
Для вибору оптимального рішення питання повернення
відпрацьованих термальних вод (ВТВ) доцільно викори-
стовувати численні дослідження й практичний досвід
захоронення супутніх пластових вод (СПВ) при розробці
нафтогазових родовищ [2, 3].
Досвід
Зокрема, досвід розробки нафтогазових родовищ пока-
зує, що для охорони довкілля найбезпечнішим і еконо-
мічно найдоцільнішим є спосіб повернення СПВ у підзе-
мні горизонти.
На початковій стадії розробки родовищ весь об’єм СПВ
повертають у вище розташовані високопроникні водо-
носні горизонти. Якщо в процесі розробки родовища ві-
дбулось суттєве падіння пластового тиску переходять до
другої стадії, на якій разом з поверненням СПВ у погли-
наючий водоносний горизонт частину об’єму СПВ зака-
чують через нагнітальні свердловини назад у продукти-
вний горизонт з метою підтримки пластового тиску
(ППТ). У гідрогеологічних умовах України видобуток гео-
термальних ресурсів з використанням циркуляційної си-
стеми в більшості випадків також може бути реалізова-
ний тільки з підтримкою пластового тиску.
Як СПВ, так і термальні води залягають у глибоких про-
никних горизонтах, мають подібний хімічний склад і пе-
ребувають в аналогічних термобаричних умовах. Тому
технологія повернення СПВ у надра може бути прийнята
за основу і для повернення ВТВ у геотермальній цирку-
ляційній системі.
У технології повернення як СПВ, так і ВТВ першочергове
значення має вибір вище розташованого приймального
пласта.
Гідрогеологічне обґрунтування
У центральній частині України в межах Дніпровсько-До-
нецької западини (ДДЗ) відомі такі водоносні компле-
кси: кайнозойський, крейдовий, юрський, тріасовий,
кам’яновугільний [2, 3]. З них найбільше відповідає гід-
рогеологічним і гідродинамічним вимогам збереження
довкілля при поверненні СПВ у надра водоносний ком-
плекс тріасу.
Тріасовий водоносний комплекс не має тектонічних по-
рушень і літологічно представлений різнозернистими
пісковиками. Пластові води мають хлоридно-натрієвий
та хлоридно-кальцієво-натрієвий склад з мінераліза-
цією від 55 до 140 г/дм3 і не використовуються в народ-
ному господарстві.
Водоносний горизонт тріасу відповідає головній вимозі
до поглинальних пластів: він надійно ізольований у по-
крівлі й підошві потужними товщами глин регіональ-
ного простягання в тріасових та пермських відкладах,
що зумовлює дуже повільний водообмін і виключає
його зв’язок з іншими водоносними горизонтами в
цьому регіоні.
Тріасовий водоносний горизонт добре витриманий за
товщиною, характеризується високими ємнісними й
фільтраційними властивостями. Товщина в межах ДДЗ
становить до 350 м, пористість досягає 30 %, а середня
проникність змінюється від 300–600 до 1479–3141 мД.
Це забезпечує високу поглинальну здатність водонос-
ного горизонту й можливість прийому намічених
об’ємів СПВ [2].
Важливим питанням є сумісність СПВ з водою тріасового
горизонту. Основне ускладнення при змішування СПВ з
пластовою водою може викликати утворення і випа-
дання в осад гіпсу, карбонатів кальцію та магнію. Ці
реакції відбуваються тільки в лужному середовищі. Досвід
повернення СПВ у нафтогазовій галузі показує, що під-
тримка кислого середовища під час підготовки СПВ для
повернення в надра запобігає кольматації привибійної
зони поглинального пласта і забезпечує тривалий тер-
мін роботи нагнітальних свердловин без помітного зни-
ження їх приймальності [3].
Таким чином, на основі досліджень та багатолітнього
промислового досвіду тріасовий водоносний горизонт
81
Відновлювана енергетика. №4/2023 | Геотермальна енергетика
районований як поглинальний для повернення СПВ у
надра в межах ДДЗ. А проведений вище аналіз дозволяє
рекомендувати водоносні горизонти тріасу для зворот-
ного закачування ВТВ ГЦС.
Зворотне повернення частини СПВ у продуктивний го-
ризонт для підтримки пластового тиску на другій стадії
розробки родовища не вимагає складних рішень, але
витрати на цей процес значно вищі, ніж на повернення
в поглинальний водоносний горизонт тріасу. Цей фак-
тор є визначальним при переході на другу стадію ро-
боти ГЦС.
Перша стадія
Оцінку енергетичних витрат на реалізацію цих процесів
зроблено на основі фактичних даних повернення СПВ у
надра на Малодівицькому нафтовому родовищі в 2017–
2018 роках. У роботі [2] наведено дані повернення СПВ
на другій стадії розробки родовища в поглинальний во-
доносний горизонт тріасу (Тп) та в продуктивні горизо-
нти (С-8-9, Б-12) для підтримки пластового тиску. При
цьому річний обсяг повернення СПВ у продуктивні гори-
зонти через нагнітальні свердловини N9 і N14 становив
35 770 м3, а у водоносний горизонт тріасу через нагніта-
льні свердловини N25, 36, 41 за аналогічний період до-
сягнув 222 285 м3.
Результати аналізу параметрів нагнітання СПВ в надра
на Малодівицькому нафтовому родовищі наведено в
таблиці. При цьому, виходячи з наявних даних [2], кое-
фіцієнт приймальності свердловин визначали за форму-
лою:
Кп = Qн/Рг.
Показники енергетичних витрат на повернення СПВ у
надра (на прикладі Малодівицького нафтового родо-
вища) наведено в таблиці.
Як видно з таблиці, коефіцієнт приймальності водонос-
ного горизонту тріасу приблизно в 2–10 разів вищий,
ніж при нагнітанні в продуктивні горизонти для ППТ.
Таке співвідношення можна враховувати і для гідротер-
мальних родовищ ДДЗ з аналогічними геологічними
умовами.
У нафтогазовій промисловості система ППТ використо-
вується як основний метод підвищення коефіцієнта на-
фтогазовилучення. При видобутку геотермальних ресу-
рсів такої задачі немає. Тому початок і обсяги
закачування відпрацьованого теплоносія в продуктив-
ний горизонт визначаються співвідношенням вартості
закачування відпрацьованого теплоносія в надра і вар-
тості отриманого від цього додаткового тепла. Цю зале-
жність можна виразити формулою:
СВТВ · VВТВ<Ст · DVTВ · CTB · (TП – ТК) ,
де СВТВ – вартість повернення 1м3 ВТВ у продуктивний
горизонт;
VВТВ – об’єм повернення ВТВ у продуктивний гори-
зонт;
Ст – вартість одиниці тепла;
DVTВ – об’єм додатково видобутих термальних вод;
CTB – теплоємність термальної води;
TП і ТК – початкова і кінцева температура термаль-
ної води.
Отримані результати рекомендовано використовувати
при виборі горизонтів і співвідношення об’ємів повер-
нення ВТВ при двостадійному видобуванні геотермаль-
них ресурсів на основі циркуляційної системи.
На другій стадії, коли пластовий тиск знижується, що ви-
значається конкретними гідрогеологічними умовами
роботи ГЦС, повернення відпрацьованого теплоносія ві-
дбувається в продуктивний пласт. Тоді актуальною є ві-
дстань між нагнітальною і видобувною свердловинами.
Видобування глибинної теплоти Землі за допомогою
ГЦС відбувається шляхом теплообміну геотермального
теплоносія з підземним проникним шаром і гірським
масивом, що його оточує.
ГЦС складається з видобувної свердловини, проміжного
теплообмінника, нагнітальної свердловини й підземного
проникного шару. Геотермальний теплоносій (термальна
вода) під дією пластової енергії або шляхом примусового
відкачування (наприклад, шляхом застосування занурю-
ваного насоса, газліфту або гідроліфту) надходить до про-
міжного теплообмінника, де віддає теплоту сітьовій воді,
яка направляється до теплоспоживача. Охолоджена
Таблиця. Показники енергетичних витрат на повернення СПВ у надра
Table. Indicators of energy costs for turning SPV into subsoil
Мета повернення
СПВ у надра
Індекс горизонту
нагнітання СПВ
Номери нагніта-
льних свердло-
вин
Показники нагнітання
Тиск на гирлі
свердловини
(Рг), Мпа
Приймальність
свердловини
(Qн), м3/добу
Коефіціент прий-
мальності
(Кп), м3/добу/
/МПа
1 2 3 4 5 6
Підтримка пласто-
вого тиску
С-8+9 9 10 42 4,2
Б-12 14 10 56 5,6
Утилізація (у водо-
носний горизонт
тріасу)
Тп 25
36
41
5
5
5
51
291
267
10,2
58,2
53,4
82
Відновлювана енергетика. №4/2023 | Геотермальна енергетика
термальна вода з теплообмінника за допомогою нагні-
тального насоса закачується через нагнітальну свердло-
вину в підземний проникний пласт.
Отже, рух геотермального теплоносія утворює замкне-
ний циркуляційний контур. Втрати термальної води ви-
значаються тільки незначними витоками, яких можливо
повністю уникнути.
Основними технологічними показниками ГЦС є темпе-
ратура геотермального теплоносія і його витрати, відс-
тань між нагнітальними і видобувними свердловинами,
а також тиск нагнітання відпрацьованого теплоносія.
Відстань між нагнітальною і видобувною свердлови-
нами ГЦС повинна забезпечити задану теплову продук-
тивність при необхідному терміні її експлуатації.
Отже, задача ставиться в такий спосіб: задано дебіт теп-
лоносія, теплові й фільтраційні характеристики пласта,
тривалість роботи ГЦС у визначеному температурному
режимі. Необхідно визначити відстань між нагніталь-
ною і підіймальною свердловинами ГЦС при заданій
схемі розміщення свердловин.
У разі визначення відстані між нагнітальною і підій-
мальною свердловинами при заданому дебіті теплоно-
сія до моменту початку зниження температури на вході
в підіймальну свердловину можна розглядати гідроди-
намічну й теплову задачі окремо, оскільки в цьому разі
нас цікавить тільки швидкість фільтрації за найкорот-
шою відстанню між свердловинами.
Теплові зміни в’язкості й густини води, коефіцієнтів
проникності й пористості в основному впливають на
зміни тиску в пласті і практично не впливають на його
швидкість руху за найкоротшою відстанню між свердло-
винами при постійних витратах теплоносія.
Найпростішою моделлю теплообміну є миттєвий те-
плообмін між частками порід, що утворюють скелет
пласта. Якщо не враховувати теплоприток від гірського
масиву, що оточує пласт, то час пересування температу-
рного фронту (τт) можна записати так [5]:
4
т
т
С (1-m)τ = 1+ τ
C m k
⋅ ⋅
, (1)
де С4 – об’ємна теплоємність часток, що утворюють
проникний скелет підземного пласта, Дж/м3⋅К;
Ст – об’ємна теплоємність геотермального теплоно-
сія, Дж/м3⋅К;
m – коефіцієнт пористості скелета пласта;
τк – час руху рідини між нагнітальною і підіймальною
свердловинами, год.
Час початку зниження температури рідини на вході в підій-
мальну свердловину визначається найкоротшою (центра-
льною) стрічкою току, або ж часткою рідини, яка рухається
за найкоротшою відстанню між свердловинами.
Детальний розгляд відстані між нагнітальною та видо-
бувною свердловинами ГЦС розглянуто в [6].
Наведемо основні положення, які визначають відстань
між свердловинами зазначеними вище.
Еквіпотенціальні лінії (ізобари) в разі спільної дії однієї
експлуатаційної та однієї нагнітальної рівнодебітних
свердловин у необмеженому пласті являють собою
кола, центри яких розташовані на прямій, що проходить
через центри свердловин. Серед кіл є одне, що має без-
кінечно великий радіус – пряма, яка розділяє відстань
між свердловинами і всю площину току навпіл. Поло-
вина всіх кіл кінцевого радіуса R лежить з одного боку
від цієї прямої, інші кола – з іншого боку.
Лінії току являють собою кола, що проходять через
центри обох свердловин. Центри всіх цих кіл розташо-
вані на прямій – еквіпотенціальній лінії, що розділяє ві-
дстань між свердловинами навпіл (рис. 1). Кола – лінії
току ортогональні колам – еквіпотенціальним лініям.
Рис. 1. Фільтраційне поле джерела і стока
Fig. 1. Source and drain filtration field
Час проходження τк часткою відстані О1О2 = 2R у разі мо-
делювання свердловин точковим джерелом і стоком
визначається [7]:
24
3k
Н m R
G
πτ ⋅ ⋅ ⋅
= ⋅ , (2)
де R – половина відстані між нагнітальною і підіймаль-
ною свердловинами, м;
G – об’ємні витрати геотермального теплоносія, м3/год.
Враховуючи, що відстань між свердловинами Rсв = 2R, і
позначивши ƒ коефіцієнт неоднорідності пласта на підс-
таві залежності (1), отримаємо:
83
Відновлювана енергетика. №4/2023 | Геотермальна енергетика
т
m
3
(1 )Н 1
св
ч
р
G fR
C m
C m
τ
π
⋅ ⋅
=
−
⋅ + ⋅
(3)
Коефіцієнт неоднорідності продуктивного пласта за
його товщиною враховує, що час початку зниження тем-
ператури визначається максимальною швидкістю руху
геотермального теплоносія, якщо пласт неоднорідний
за фільтраційними показниками за товщею пласта, або
експлуатується декілька пластів або пропластків.
Значення коефіцієнта фільтраційної неоднорідності пла-
ста визначається на основі відомої формули Дюпюї [6]:
2
ln
k c
к
c
P PК hq r
r
π
µ
−⋅ ⋅
= ⋅ , (4)
де q – об’ємні витрати теплоносія, м3/с.;
µ – коефіцієнт динамічної в’язкості, Па⋅с.;
К – коефіцієнт проникності пласта, м2;
Рк – тиск на контурі дії тиску, Па;
Рс – тиск у свердловині, Па;
rс – радіус свердловини, м;
rс – радіус контуру дії тиску, м.
Виходячи з формули Дюпюї, співвідношення мінімаль-
них і максимальних витрат пропластків геотермального
теплоносія, що визначає величину неоднорідності філь-
траційних показників продуктивного пласта, виража-
ється залежністю:
min min min
max max max
q K hf
q K h
⋅
= =
⋅
, (5)
де Kmin, Kmax – відповідно мінімальний і максимальний
коефіцієнт проникності;
hmin, hmax – товщина проникного пласта, що відповідає
мінімальному і максимальному значенню коефіцієнта
проникності.
Моделювання свердловин у вигляді джерел і стоків
припускає взаємодію між ними. Однак для більшості ві-
домих геотермальних циркуляційних систем взаємодію
між свердловинами не виявлено. Отже, дію кожної зі
свердловин можна розглядати незалежно одна від од-
ної. На рис. 2 показано принципову схему моделювання
руху геотермального теплоносія. Час початку зниження
температури геотермального теплоносія визначається
часом руху часток рідини за найкоротшою відстанню.
Установимо формулу для визначення відстані між нагні-
тальною та експлуатаційною свердловинами, прийма-
ючи рух рідини пласкорадіальним. Швидкість руху рі-
дини (ω) при цьому можна обчислити так:
Rω
τ
∂
=
∂
або
2
G
R H m
ω
π
=
⋅ ⋅ ⋅
. (6)
Рис. 2. Розрахункова схема визначення відстані між
свердловинами ГЦС:
ωф – швидкість дієвої підземної фільтрації; α – кут
нахилу напрямку природної підземної фільтрації від-
носно найкоротшої лінії току ГЦС
Fig. 2. Calculation scheme for determining the distance
between GCS wells:
ωф – rate of effective underground filtration; α – angle of
inclination of the direction of natural underground
filtration relative to the shortest flow line of the GCS
Прирівнюючи ці рівняння і розділяючи підставні, мо-
жемо записати:
1
0 0
2
êR
R
H m rdr G d
τ
τ
π τ⋅ ⋅ =∫ ∫ . (7)
Після елементарних перетворень маємо:
( )1 22
(1 )1
т
св
ч
ж
G f
R
C mH m
C m
τ τ
π
⋅ ⋅ −
=
−⋅ ⋅ + ⋅
. (8)
Де τ 1 – заданий час просування температурного
фронту другої стадії видобування геотермальних ресур-
сів у гідрогеологічних умовах України,
τ 2 – час просування температурного фронту першої
стадії видобування геотермальних ресурсів у гідрогео-
логічних умовах України.
Порівняння трьох варіантів визначення відстані між све-
рдловинами показує, що найбільша відстань за інших
рівних умов визначається залежністю, яка витікає з роз-
рахунку відстані у схемі незалежної роботи нагнітальної
та видобувної свердловин.
Співвідношення між розглянутими варіантами з визна-
чення Rс за залежностями (3), (8) становить відповідно
1:0,98:1,13.
Відстань між нагнітальними й підіймальними свердлови-
нами має гарантувати заданий час роботи в певному теп-
ловому режимі, тому слід враховувати найгірші припус-
тимі умови роботи ГЦС з погляду нерівномірності руху
геотермального теплоносія вздовж товщі пласта і в плані,
а також найбільшу швидкість руху теплоносія за найкорот-
84
Відновлювана енергетика. №4/2023 | Геотермальна енергетика
шою відстанню між свердловинами. На основі викладе-
ного для розрахунку відстані між нагнітальною і підіймаль-
ною свердловинами рекомендовано залежність (8).
Якщо в підземних проникних шарах ГЦС встановлено
природний рух термальної води (рис. 2), визначено на-
прямок цього руху і величину швидкості, то формулу
для визначення відстані між нагнітальною і підіймаль-
ною свердловинами можна записати так:
( )1 2
т2 cos
(1 )1
св
ч
ж
G f
R
C mH m
C m
τ τ
ω α τ
π
⋅ ⋅ −
= + ⋅ ⋅
−⋅ ⋅ + ⋅
, (9)
де ω – швидкість природної підземної фільтрації під-
земних вод;
α – кут, що характеризує напрямок руху фільтрації
підземних вод відносно осі, що з’єднує нагнітальну і
підіймальну свердловини.
Отже, пропонується експлуатація геотермального
родовища в дві стадії.
На першій стадії відбувається експлуатація геотермаль-
ного родовища на вилив геотермального теплоносія з
його закачуванням у верхні проникні горизонти до по-
ниження пластового тиску в продуктивному пласті, до-
статнього для закачування відпрацьованого геотермаль-
ного теплоносія в нагнітальну свердловину.
Друга стадія експлуатації проводиться в режимі ГЦС, де
відстань між видобувною та нагнітальною свердлови-
нами розраховується за формулою (9).
Для стимулювання дебіту видобувної свердловини мо-
жна крім зануреного насосу, який нестабільно працює
при високій температурі термальної води, запропону-
вати газліфт або гідроліфт [8].
Висновки
Практика закачування термальних вод у верхні пласти в
гідрогеологічних умовах України показує можливість і
доцільність цього технологічного способу.
Гідрогеологічні й технічні умови дозволяють застосовувати
двостадійну експлуатацію геотермального родовища.
Розділення видобутку теплової енергії за допомогою ге-
отермальної циркуляційної системи на дві стадії з поча-
тковим етапом закачування відпрацьованого теплоно-
сія у розташований вище поглинальний пласт значно
скорочує енергозатрати на повернення відпрацьова-
ного теплоносія в надра.
ПОСИЛАННЯ
1. Видобування геотермальної енергії: монографія /
Ю. П. Морозов. Київ: ІВЕ. 2022. 245 с.
2. Звіт з оцінки впливу на довкілля планової діяльності
з видобування корисних копалин НГВУ «Чернігівна-
фтогаз» ПАТ «Укрнафта» на Малодівицькому родо-
вищі. Київ. 2018 р. 171 с.
3. Звіт з оцінки впливу на довкілля планової діяльності
з видобування вуглеводнів (нафта, газ природний,
газ, розчинений у нафті, конденсат, супутні компоне-
нти – корисні копалини загальнодержавного зна-
чення) Кузьмичівсько-Недільного родовища, розта-
шованого на території Харківської області,
Богодухівський район, АТ «Укргазвидобування» Код
ЄДРПОУ 30019775. Київ. 2021 р. 121 с.
4. Меламед В. Г. О решении задачи Стефана путем све-
дения к системе обыкновенных дифференциальных
уравнений / В. Г. Меламед. ДАН СССР. 1957. Т. 116.
№ 4. С. 138–145.
5. Морозов Ю. П. Про розвиток геотермальної енерге-
тики в Україні / Ю. П. Морозов. Відновлювана енер-
гетика. 2007. № 3. С. 65–76.
6. Атрощенко П. П. О теплофизических свойствах гор-
ных пород с естественной влажностью в интервале
температур 20‒100°С / П. П. Атрощенко, Ю. Г. Бого-
молов, М. Д. Пархомов. Докл. АН БССР. 1976. Т. 20.
№ 5. С. 452–453.
7. Пыхачев Г. Б. Подземная гидравлика / Г. Б. Пыхачев,
Р. Г. Исаев. М.: Недра. 1973. 353 с.
8. Морозов Ю. П. Підвищення дебіту геотермальних све-
рдловин «геогідроліфт / Ю. П. Морозов. Відновлю-
вана енергетика. 2022. № 3. С. 88–92.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).88-92.
REFERENCES
1. Vydobuvannya heotermalʹnoyi enerhiyi: monohrafiya /
Yu. P. Morozov. Kyyiv: IVE. 2022. 245 s.
2. Zvit z otsinky vplyvu na dovkillya planovoyi diyalʹnosti z
vydobuvannya korysnykh kopalyn NHVU «Chernihiv-
naftohaz» PAT «Ukrnafta» na Malodivytsʹkomu rodo-
vyshchi. Kyyiv. 2018 r. 171 s.
3. Zvit z otsinky vplyvu na dovkillya planovoyi diyalʹnosti z
vydobuvannya vuhlevodniv (nafta, haz pryrodnyy, haz,
rozchynenyy u nafti, kondensat, suputni komponenty –
korysni kopalyny zahalʹnoderzhavnoho znachennya)
Kuzʹmychivsʹko-Nedilʹnoho rodovyshcha, roztashova-
noho na terytoriyi Kharkivsʹkoyi oblasti, Bohodukhiv-
sʹkyy rayon, AT «Ukrhazvydobuvannya» Kod YEDRPOU
30019775. Kyyiv. 2021 r. 121 s.
4. Melamed V. H. O reshenyy zadachy Stefana putem
svedenyya k systeme obyknovennykh dyfferentsy-
alʹnykh uravnenyy / V. H. Melamed. DAN SSSR. 1957.
T. 116. № 4. S. 138–145.
5. Morozov Yu. P. Pro rozvytok heotermalʹnoyi ener-
hetyky v Ukrayini / YU. P. Morozov. Vidnovlyuvana en-
erhetyka. 2007. № 3. S. 65–76.
6. Atroshchenko P. P. Pro teplofizychni vlastyvosti hir-
sʹkykh porid pryrodnoyi volohosti v intervali temperatur
20‒100°S / P. P. Atroshchenko, Yu. H. Bohomolov,
M. D. Parkhomov. Dokl. AN BRSR. 1976. Vyp. 20. №
5. S. 452–453.
7. Pykhachev H. B. Podzemnaya hydravlyka / H. B. Pykha-
chev, R. H. Ysaev. M.: Nedra/ 1973. 353 s.
8. Morozov Yu. P. Pidvyschennya debitu heotermalʹnykh
sverdlovyn «heohidrolift»/ YU. P. Morozov. Vidnovlyu-
vana enerhetyka. 2022. № 3. S. 88–92.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).88-92.
|
| id | veorgua-article-434 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:12:28Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/ef/8b827c3422edb5c4eda19d505ef42def.pdf |
| spelling | veorgua-article-4342026-07-18T06:32:19Z TWO-STAGE EXTRACTION OF GEOTHERMAL RESOURCES IN HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF UKRAINE ДВОСТАДІЙНЕ ВИДОБУВАННЯ ГЕОТЕРМАЛЬНИХ РЕСУРСІВ У ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ УМОВАХ УКРАЇНИ Morozov, Yu. Bacherikov, О. geothermal circulation system, production and injection wells, waste coolant, energy consumption, two-stage production, absorption horizon, coolant flow rate, thermal productivity, temperature regime, geothermal field. геотермальна циркуляційна система, видобувні й нагнітальні свердловини, відпрацьований теп-лоносій, енерговитрати, двостадійне видобування, поглинальний горизонт, дебіт теплоносія, теплова продуктивність, температурний режим, геотермальне родовище. An analysis of energy consumption was carried out for the return of processed heat transfer to the heat exchanger using an additional geothermal circulation system (GCS). To estimate energy consumption, factual data on the rotation of adjacent formation waters in the oil industry are used. It has been shown that dividing the heat transfer fluid into two stages with the initial stage of pumping the recovered heat transfer into the sedimentary clay horizon significantly reduces energy consumption during the operation of the GCS. At the second stage of GCS operation, when the spent coolant is returned to the productive formation, the thermal power of the system depends on the distance between the injection and production wells. To solve this problem, a relationship has been established between the thermal performance of the GCS and the duration of its operation on the distance and time of coolant filtration between injection and production wells. For a given coolant flow rate, thermal and filtration characteristics of the productive formation, and the duration of operation of the GCS in a certain temperature regime, an equation was obtained that allows one to calculate the minimum permissible distance between wells of a geothermal field. Проведено аналіз енерговитрат на повернення від-працьованого теплоносія в надра при видобутку тепла за допомогою геотермальної циркуляційної системи (ГЦС). Для оцінки енерговитрат використано фактичні дані повернення супутніх пластових вод у нафтовидобувній промисловості. Показано, що розділення видобутку теплоносія на дві стадії з початковим етапом закачування відпрацьованого теплоносія у вище розташований поглинаючий горизонт значно скорочує енерговитрати під час експлуатації ГЦС. На другій стадії роботи ГЦС при повернені відпрацьованого теплоносія в продуктивний пласт теплова продуктивність системи залежить від відстані між нагнітальними й видобувними свердловинами. Для вирішення цієї задачі встановлено залежності між тепловою продуктивністю ГЦС і тривалістю її роботи від відстані й часу фільтрації теплоносія між нагнітальними і видобувними свердловинами. При заданому дебіті теплоносія, тепловій і фільтраційній характеристиці продуктивного пласта, тривалості роботи ГЦС у визначеному температурному режимі отримано рівняння, що дають змогу розраховувати мінімально допустиму відстань між свердловинами геотермального родовища. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2023-12-30 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/434 10.36296/1819-8058.2023.4(75).79-84 Vidnovluvana energetika ; No. 4(75) (2023): Scientific and applied Journal renewable energy ; 79-84 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(75) (2023): Scientific and applied Journal renewable energy ; 79-84 Відновлювана енергетика; № 4(75) (2023): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 79-84 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2023.4(75) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/434/342 Copyright (c) 2023 Yu. Morozov, О. Bacherikov https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | geothermal circulation system production and injection wells waste coolant energy consumption two-stage production absorption horizon coolant flow rate thermal productivity temperature regime geothermal field. Morozov, Yu. Bacherikov, О. TWO-STAGE EXTRACTION OF GEOTHERMAL RESOURCES IN HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF UKRAINE |
| title | TWO-STAGE EXTRACTION OF GEOTHERMAL RESOURCES IN HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF UKRAINE |
| title_alt | ДВОСТАДІЙНЕ ВИДОБУВАННЯ ГЕОТЕРМАЛЬНИХ РЕСУРСІВ У ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ УМОВАХ УКРАЇНИ |
| title_full | TWO-STAGE EXTRACTION OF GEOTHERMAL RESOURCES IN HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF UKRAINE |
| title_fullStr | TWO-STAGE EXTRACTION OF GEOTHERMAL RESOURCES IN HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF UKRAINE |
| title_full_unstemmed | TWO-STAGE EXTRACTION OF GEOTHERMAL RESOURCES IN HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF UKRAINE |
| title_short | TWO-STAGE EXTRACTION OF GEOTHERMAL RESOURCES IN HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF UKRAINE |
| title_sort | two-stage extraction of geothermal resources in hydrogeological conditions of ukraine |
| topic | geothermal circulation system production and injection wells waste coolant energy consumption two-stage production absorption horizon coolant flow rate thermal productivity temperature regime geothermal field. |
| topic_facet | geothermal circulation system production and injection wells waste coolant energy consumption two-stage production absorption horizon coolant flow rate thermal productivity temperature regime geothermal field. геотермальна циркуляційна система видобувні й нагнітальні свердловини відпрацьований теп-лоносій енерговитрати двостадійне видобування поглинальний горизонт дебіт теплоносія теплова продуктивність температурний режим геотермальне родовище. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/434 |
| work_keys_str_mv | AT morozovyu twostageextractionofgeothermalresourcesinhydrogeologicalconditionsofukraine AT bacherikovo twostageextractionofgeothermalresourcesinhydrogeologicalconditionsofukraine AT morozovyu dvostadíjnevidobuvannâgeotermalʹnihresursívugídrogeologíčnihumovahukraíni AT bacherikovo dvostadíjnevidobuvannâgeotermalʹnihresursívugídrogeologíčnihumovahukraíni |