Бурение геотермальных скважин

Бурение скважин к бассейнам залегания природной геотермальной воды и пара не многим менее актуально, чем добыча нефти и газа. Однако сведений о таких месторождениях значительно меньше, поскольку на сегодняшний день высокоэффективных геофизических технологий разведки их не существует. Это превращает в единственный надежный метод поиска сами разведочные геотермальные скважины, бурение которых, к тому же, требует более надежного и термоустойчивого парка буровой аппаратуры.

Разведочные геотермальные скважины

«Проверочное» бурение геотермальных скважин, как правило, осуществляется на небольшую глубину – в десятки, максимум в сотни метров, имея целью определить:

• локальные геотермические градиенты
• гидрогеологические условия залегания
• литологию месторождений

«Подсказками» для перспективных мест бурения в этом случае служат косвенные данные

• микросейсмическая активность, геохимические исследования воды в поверхностных водоемах, их гидротермальная активность и т.д. Методология самих буровых работ в основном ничем не отличается от традиционной разведки залегания нефтегазовых пластов
• при этом делая упор на скважины с незначительным диаметром и отсутствием обсадки

Продуктивные геотермальные скважины

Последующий процесс бурения уже полноценных, продуктивных геотермальных скважин существенно осложняется, поскольку его сопровождают определенные трудности, в первую очередь:

• непрочность породы
• крайне высокие температуры и давление
• большой расход теплоносителя
• более быстрая коррозия металлов бурового оснащения

В связи с этим, процесс бурения оказывается не только затратным и трудоемким, но и опасным – причем выход из строя оборудования, не принадлежащего к самому высокому классу надежности, зачастую происходит еще до того, как достигается проектная глубина.

Геотермальные скважины для тепловых насосов

Тем не менее, актуальность использования такого альтернативного (и при этом экологически чистого) источника энергии, как геотермальное тепло самой планеты – огромна, и в перспективе способна стать в один ряд с солнечными батареями, где совершенствование технологий и повышение КПД панелей идет вперед семимильными шагами.

Что касается аппаратуры геотермального направления, то ее роль выполняют тепловые насосы, для установки которых и производится бурение скважин для геотермального отопления, (глубиной, обычно, от 20 до 150 и более метров). При этом, если пробуривается такого типа геотермальная скважина, цена ее зависит от множества факторов, влияющих на обустройство шахты и создание геотермального зонда.

1. Особенности устройства шахты

   На расчетную глубину (а, значит, и на будущую требуемую мощность тепловых насосов), влияют, прежде всего:

   • климат данного региона
   • геологические особенности местности
   • виды почв, сквозь которые проводятся геотермальные скважины

   Не углубляясь в точные физико-математические расчеты, следует сказать, что средняя тепловая эффективность геотермальной скважины равна примерно 60-65 Вт/метр. Иначе говоря, 10-15 КВт, требующиеся для обогрева среднего дома, потребуют глубины скважины порядка 160-180 метров (что для уровня бытовых потребителей довольно дорогостояще, поскольку предполагает использование высокопрофессионального оборудования). Выходом из ситуации в этих случаях считается бурение не одной, а целого комплекса менее глубоких скважин – по 70-90 м каждая – с погружением в шахты поглощающих контуров.

   Если же геологические особенности поверхностных слоев делают бурение вертикальной скважины невозможной (либо крайне нецелесообразной), проводится наклонное бурение под требуемым углом, с общей глубиной погружения всего до 12-15 м.

   Достаточная мощность при этом достигается радиальным расположением скважин и их количеством (от 5 до 10) с расположенным неглубоко под поверхностью центральным коллектором с отводом на тепловой насос.

2. Технология создания геотермального зонда

   Конструктивно геотермальный зонд представляет собой композитную трубу с циркулирующим внутри антифризом, отделенную от стенок скважины специальным раствором бетона повышенной теплопроводности. Монолитность подобных конструкций служит практически пожизненной гарантией скважин, а максимальную эффективность теплоотдачи системы обеспечивает взаимное расположение шахт на расстоянии 20-25 м друг от друга.

3. Преимущества подобных скважин

   К ним следует отнести:

   • размещение поглотителей тепла под поверхностью земли (и как следствие – отсутствие зависимости от климата)
   • безопасность оборудования
   • возможность монтажа даже под каменистыми грунтами
   • возможность совмещения отопительной системы с кондиционирующей (поскольку температуры на глубине в несколько десятков метров не зависят от сезона)