POSLOVNI PLAN Tehničko-tehnološko rješenje za optimalnu proizvodnju "GEOTERMALNO POLJE ZAGREB" LOKALITET ŠRC BLATO

Transcription

1 POSLOVNI PLAN Tehničko-tehnološko rješenje za optimalnu proizvodnju "GEOTERMALNO POLJE ZAGREB" LOKALITET ŠRC BLATO

2 Zagreb, rujan

3 NARUČITELJ izrade Studije: INA INDUSTRIJA NAFTE d.d. KOORDINATOR projektnoga zadatka (za Naručitelja): Mladen Škrlec, dipl. ing. naft. rud. IZVRŠITELJ izrade Studije: RUDARSKO-GEOLOŠKO-NAFTNI FAKULTET Dekan RGNF Prof. dr. sc. Goran Durn U izradi Poslovnog plana učestvovali su: VODITELJ: Prof. dr. sc. Miroslav Golub, dipl. ing. naft.rud. Prof. dr. sc. Damir Rajković, dipl. ing. naft. rud. Prof. dr. sc. Ranko Žugaj, dipl. ing. građ. Tomislav Kurevija, dipl.ing. naft. rud. 3

4 SADRŽAJ: TEHNIČKO-TEHNOLOŠKO RJEŠENJE 6 1. UVOD 7 2. RAZRADA LEŽIŠTA Zemljopisni položaj proizvodnog polja Kratki pregled istražnih radova Povijest proizvodnje bušotina Prikaz geološke građe Stratigrafski odnosi GEOTERMIJSKA OBILJEŽJA LEŽIŠTA I ŠIREG ISTRAŽNOG PROSTORA Geološko-Tehnološka svojstva ležišta i ležišnih fluida Fizikalna svojstva kolektorskih stijena Srednja šupljikavost kolektorskih stijena Klasifikacija ležišta Površina ležišta Obujam ležišta Statički tlak i statička temperatura u početnim uvjetima Fizikalno-kemijska i termodinamička svojstva geotermalne vode i u njoj otopljenih plinova Kemijski sastav vode proizvodnih bušotina Kemijski sastav plina Količina plina otopljenog u vodi Obujamski koeficijent vode Obujamska masa vode Obujamska specifična toplina vode Viskoznost vode Stlačivost vode i ležišnih stijena Fiziklna svojstva stijena Obujamska masa i obujamska specifična toplina stijena Toplinska vodljivost stijena Obujamska specifična toplina ležišta Propusnost i druga hidrodinamička svojstva ležišta TEHNIČKO-TEHNOLOŠKA MOGUĆNOST ISKORIŠTAVANJA LEŽIŠTA (PROIZVODNA OBILJEŽJA) I ZAŠTITA OKOLIŠA Proizvodna svojstva bušotina (indeks proizvodnosti) Povijest proizvodnje bušotina na lokalitetu blato Maksimalne količine proizvodnje i utiskivanja Utisno - drenažna površina ležišta Količine geotermalne vode koje se mogu proizvesti uz konstantnu temperaturu Dinamika promjene temperature u proizvodnim bušotinama Izračunate rezerve, njihova kategorizacija i klasifikacija Toplinska snaga i dinamika proizvodnje PROJEKTIRANJE PROIZVODNO-UTISNOG SUSTAVA Fizika protoka fluida u ležištu, koloni uzlaznih cijevi i priključnom 29 4

5 Proračun gubitka tlaka u proizvodnoj koloni Proračun gubitka tlaka u površinskom cjevovodu Gubitak topline fluida u uzlaznim cijevima Hidraulički i termodinamički proračun proizvodnog sustava Proračun za proizvodnu bušotinu KBNZ-1A Analiza rezultata za proizvodnu bušotinu KBNZ-1A Hidraulički i termodinački proračun za proizvodnu bušotinu KBNZ-1B Analiza rezultata za proizvodnu bušotinu KBNZ-1B Opremanje proizvodnih bušotina Podržavanje ležišnoga tlaka Hidraulički i termodinamički proračun utisnoga sustava Proračun gubitka tlaka u utisnom cjevovodu na površini Proračun gubitka tlaka u utisnom nizu i ležištu Hidraulički proračun za bušotinu KBNZ-2A Analiza rezultata proračuna za bušotinu KBNZ-2A Hidraulički proračun za bušotinu KBNZ-3α Analiza rezultata proračuna za bušotinu KBNZ-3α Opremanje utisnih bušotina Mjerne bušotine SPRIJEČAVANJE STVARANJA KAMENCA Zaštita od korozije TEHNOLOGIJA ZACIJEVLJENJA I OPREMANJA BUŠOTINA Konstrukcija i ispitivanje bušotina glede zaštite okoliša Hermetičnost kolone zaštitnih cijevi i bušotinske glave TEHNIČKO-TEHNOLOŠKA SHEMA ŠRC BLATO REKAPITULACIJA PARAMETARA NUŽNIH ZA IZRADU STUDIJE UTJECAJA NA OKOLIŠ ZA ŠRC BLATO 52 EKONOMSKO-FINANCIJSKA ANALIZA PROJEKTA UVOD EKONOMSKO-FINANCIJSKA ANALIZA PROJEKTA UKUPNA ULAGANJA Ulaganja u osnovna sredstva Ulaganja u obrtna sredstva Ukupna ulaganja Izvori financiranja UKUPNI PRIHOD I STRUKRURA UKUPNOG PRIHODA Ukupni prihod TROŠKOVI POSLOVANJA Energija Mjerenja i održavanje Indirektni troškovi Investicijsko održavanje Premije osiguranja Plaće Amortizacija Doprinosi Troškovi istraživanja Struktura ukupnog prihoda 62 5

6 5.11. Ostatak vrijednosti POKAZATELJI RENTABILNOSTI ULAGANJA Neto sadašnja vrijednost Interna stopa rentabilnosti Vrijeme povrata ulaganja Relativna sadašnja vrijednost projekta 64 LITERATURA 64 6

7 TEHNIČKO-TEHNOLOŠKO RJEŠENJE 7

8 1. UVOD Poglavarstvo Grada Zagreba prihvatilo je prijedlog Gradskoga ureda za gospodarstvo idejno-programskoga i urbanističkoga rješenja Športsko rekreacijske zone zapadno od nedovršene Sveučilišne bolnice Zagreb u Novom Zagrebu na lokaciji Blato na k.č. broj 500. Temeljem zaključka objavljenoga u Službenom glasniku Grada Zagreba (5/2003), lokalitet Blato površine m 2, koji je u pretežitom vlasništvu Grada Zagreba sadržavao bi ljetno i zimsko kupalište, športsko-rekreativnu zonu, hotel s kongresnim centrom i parkom, apartmansko naselje i utvrđene zelene površine. Navedeni prostor nalazi se unutar granica eksploatacijskog geotermalnog polja Zagreb (GPZ) za koje Ina-Naftaplin ima odobronje Ministarstva gospodarstva RH za eksploataciju (Rješenje: klasa UP/ /94-03/42; ur. Br ; Zagreb, ) INA d.d. je vertikalno integrirana naftna korporacija, utjecajan sudionik na tržištu nafte, derivata i plina u RH i susjednim zemljama, koja je stalnim unaprijeđenjem poslovanja i kvalitete proizvoda i usluga, usmjerena na stvaranje veće vrijednosti. Vizija kompanije jest biti uvažavan i poželjan partner, poznat po izvrsnosti proizvoda i usluga, poštenim i njegovanim odnosima i zaštiti interesa vlasnika, kupaca, radnika i drugih partnera. Kako bi se ostvarile temeljne vizije kompanije nužno je djelatnost podrediti očekivanjima i ciljevima svih zainteresiranih za djelovanje INA d.d., a to su prvenstveno vlasnici, kupci i zajednice u kojima kompanija obavlja djelatnost i to na način da se ne narušava sklad prirode. Temeljne vrijednosti kompanije su stoga: Korist vlasnika: ostvarivati primjereni rast vrijednosti imovine vlasnika i zainteresiranih investitora; Partnerstvo s kupcima: zadovoljavati potrebe i očekivanja kupaca i pridobiti njihovo povjerenje i trajnu privrženost; Respektiranje zajednice prepoznatljiv image: sveobuhvatna prisna suradnja i poštivanje kulturnih, vjerskih i drugih osebujnosti zajednica u kojima kompanija djeluje; Dobrobit radnika kreativnost i jedinstvenost: uvažavati potrebe, interese i sposobnosti radnika, poticajnim sustavom nagrađivanja i napredovanja budući da su nazamjenjiv kreativni potencijal, svekolika podrška i uporište za realizaciju ciljeva; Zaštita okoliša, zdravlja i sigurnost: trajna odgovornost i naglašeni prioritet u razvojnim nastojanjima kompanije. Sredstva javnog priopćavanja INA d.d. su: -javna glasila -Nafta znantveno stručni časopis (tradicija 50 godina) -INA časopis -INA glasnik -SING sindikat -redovite press konferencije -elektronski mediji (web i ostalo) Geotermalno polje Zagreb sastoji se od tri korisnička lokaliteta koji su definirani u Glavnom rudarskom projektu i Elaboratu o rezervama. Na GP-Zagreb izrađeno je ukupno 14 bušotina, a probna proizvodnja započela je bušotinom Mla-1. Glavnim rudarskim projektom i Elaboratom o rezervama na GPZ predviđeno je crpljenje, iskorištavanje i utiskivanje geotermalne vode u zatvorenom cirkulacijskom sustavu kod kojega nema štetnih utjecaja na okoliš. To potvrđuje i višegodišnja proizvodnja za potrebe ŠRC Mladost čije bušotine su namjenski izrađene za potrebe Univerzijade godine. Lokalitet Blato (Klinička bolnica Novi Zagreb /KBNZ/) sastoji se od ukupno 7 bušotina i to: -dvije proizvodne bušotine KBNZ-1A i KBNZ-1B -dvije utisne bušotine KBNZ-2A i KBNZ-3α -dvije mjerne bušotine KBNZ-2 i KBNZ-3B 8

9 -jedne likvidirane bušotine KBNZ-3 Za buduće korištenje u Rekreacijskom centru Blato koristile bi se prema tome ukupno četiri bušotine, od kojih bi dvije bile proizvodne, a dvije utisne. Preostale dvije bušotine unutar ležišta koristile bi se kao mjerne. U rekreacijskom centru manji dio geotermalne vode koristio bi se u balneološke svrhe pa u tom dijelu proizvodno utisni sustav ne bi bio zatvoren. Na to treba posebice obratiti pažnju pri utvrđivanju mjera zaštite okoliša glede zbrinjavanja krutoga otpada iz kompleksa bazena, a nakon tehnološke obrade prije utiskivanja geotermalne vode u ležište. Lokalitet ŠRC Mladost i ŠRC Blato (KBNZ) su jedna hidrodinamička cjelina s mogućnošću maksimalne proizvodnje od 77 l/s. Pri realizaciji tehničko-tehnološkog rješenja treba uzeti u obzir potrebe Rekreacijskoga centra Blato (65 l/s) i buduće tehnološke mogućnosti ŠRC Mladost (maksimalni protok od 12 l/s, a trenutni 9,0 l/s)) Prema ugovoru SN-3243/05 i opsegu posla iz Članka 2., izrada tehničko-tehnološkog rješenja za iskorištavanje geotermalne vode, obzirom na proizvodne karakteristike ležišta GPZ, odnosit će se isključivo za potrebe rekreacijskoga centra Blato (KBNZ), a za kojega će se izraditi Procjena utjecaja na okoliš sukladno odredbama Pravilnika o procjeni utjecaja na okoliš (NN 136/2004). Prema geološko-geofizičkim analizama i istražnim bušenjima šupljikave i propusne stijene, nosioci geotermalne vode zaliježu na cijelokupnom području grada Zagreba od Resnika na istoku do Svete Nedelje na zapadu. Geotermalnim ležištem smatra se samo onaj dio vodonosnika za koji je hidrodinamičkim ispitivanjima utvrđeno da predstavlja jednu hidrodinamičku cjelinu, uz dodatni uvjet da ona mora imati povoljna protočna svojstva. Tim uvjetima udovoljavaju dijelovi vodonosnika površine 54 km 2 na području od Cvjetnoga naselja, preko športskoga parka Mladost i Blato, do Stupnika i Lučkog. Prema Elaboratu o rezervama, rezerve geotermalne vode u tako definiranom ležištu svrstane su u B kategoriju, a iznose ukupno 77 l/s, uz nužan uvjet umjetnoga napajanja ležišta koji bi se ostvario utiskivanjem pothlađene geotermalne vode nakon iskorištenja toplinske energije. Jedinična energija izražena u toplinskim jedinicama po 1 m 3 geotermalne vode iznosi ukupno J/m 3 pri temperaturnom padu od 80 C do središnje godišnje temperature tla u Panonu od 11,6 C (Jelić). Gornja granica temperature (80 C) uzeta je kao temperatura diferencijalnoga mješanja obzirom na masene udjele proizvodnih bušotina i njihovih temperatura na ušću. Pri ovim rezervama konstantna temperatura bila bi tijekom narednih 37 godina pri optimalnom iskorištenju rezervi od 32 l/s. Ova studija razrađuje tehničko-tehnološki sustav Geotermalnoga polja Zagreb (GPZ), lokalitet Blato na području Kliničke bolnice Novi Zagreb (KBNZ), a koji je u hidrodinamičkoj cjelini s lokalitetom Mladost, razdvojenih rijekom Savom. Pod pojmom tehničkoga sustava ŠRC Blato (KBNZ) podrazumijevaju se: proizvodne i utisne bušotine površinski cjevovodi izmjenjivači topline utisne pumpe. Tehnološki sustav ŠRC Blato (2 proizvodne i 2 utisne bušotine) razrađen je primjenom godišnjeg stupnja iskorištenja kapaciteta od 50% s proizvodnjom geotermalne vode od m 3 /god (32 l/s)-varijanta (I) Maksimalna teoretska mogućnost proizvodnje (VARIJANTA (II)) uz godišnji stupanj od 100% iznosi m 3 /god (65 l/s). Ova varijanta predstavlja graničnu vrijednost proizvodnje ŠRC Blato koja bi se mogla iskoristiti za potrebe sustava dok iskorištenje raspoloživih rezervi od oko m 3 /god. predstavlja optimalnu varijantu. Maksimalna 9

10 količina proizvodnje od 65 l/s iskoristit će se samo u zimskim mjesecima, dok će ekspoloatacija, u ostalim razdobljima godine, biti znatno manja, pa se može pretpostaviti, srednja ili prosječna količina proizvodnje od oko 32 l/s. 2. RAZRADA LEŽIŠTA 2.1 ZEMLJOPISNI POLOŽAJ PROIZVODNOGA POLJA Geotermalno polje Zagreb nalazi se u području razmjerno najveće istraženosti vodonosnika, tj. području s najvećim brojem bušotina i ograničeno je koordinatama (Tablica 1): Tablica 2-1: Koordinate geotermalnoga polja Zagreb (GPZ), ŠRC Blato (KBNZ) Y X A B C D Topografija je ravničarska, nadmorska visina od oko 115 m, kojom dominira rijeka Sava. Zemljište je urbanizirano i manjim dijelom obradivo. Napravljeni su značajni građevinski zahvati na nasipu rijeke i jezeru Jarun. Klima je kontinentalna s prosječnom minimalnom temperaturom u siječnju od 0,6 C i maksimalnom u srpnju od 22,2 C, odnosno prosječnom godišnjom 11,8 C. Glavne komunikacije su željeznički i cestovni pravci na ulazu/izlazu iz Zagreba prema Karlovcu i Sisku. Geotermalno polje Zagreb nalazi se unutar granica grada Zagreba, a prikazano je na situaciji područja na slici

11 Slika 2-1: Situacija geotermalnoga polja Zagreb 11

12 2.2. KRATKI PREGLED ISTRAŽIVAČKIH RADOVA Geotermalno polje Zagreb otkriveno je negativnom naftnom bušotinom Stupnik godine, a to je utvrđeno kasnijim hidrodinamičkim ispitivanjem godine. Interpretacijom testa za utvrđivanje granice ležišta (reservoir limit test) izračunat je obujam ležišta od 1, m 3 geotermalne vode prosječne temperature od 57 C na dubini od m. Polje obuhvaća površinu od oko 54 km 2 a za njegovu interpretaciju bilo je nužno interpretirati šire područje površinskom geologijom i geofizičkim mjerenjima. Provedeni su slijedeći istraživački radovi: geološkim kartiranjem zahvaćen je cijeli prostor; obavljeno je 589 gravimetrijskih mjerenja s prosječnom gustoćom od 11 točaka/km 2 i 389 magnetometrijskih mjerenja prosječne gustoće promjera od 7 točaka/km 2 ; snimljeno je 20 geoelektričkih sondi te 70 km sezmičkih profila od čega je za ovu interpretaciju iskorišteno 58 km, odnosno 1,1 km profila/km POVIJEST PROIZVODNJE GEOTERMALNIH VODA IZ BUŠOTINA Bušotina KBNZ-1A, dovršena je god. i krajem iste godine pomoću izmjenjivača topline počela se koristiti za grijanje montažnih zgrada na gradilištu Sveučilišne bolnice. Tablica 2-2: Pregled opremljenih bušotina na lokaciji ŠRC Blato Bušotina Godina opremanja Dubina Sadašnje stanje Buduće stanje KBNZ-1A ,8 m proizvodna utisna KBNZ ,7 m mjerna mjerna KBNZ ,5 m likvidirana likvidirana KBNZ-3α ,0 m utisna mjerna KBNZ-3B ,7 m mjerna mjerna KBNZ-1B ,0 m proizvodna proizvodna KBNZ-2A ,0 m utisna mjerna Bušotina KBNZ-1A koristila se do kraja godine isključivo u zimskim mjesecima. Kako se geotermalna voda nakon izmjenjivača topline ispuštala u rijeku Savu, zbog ekoloških razloga, a i radi podržavanja ležišnoga tlaka, od početka godine proizvodna bušotina postala je KBNZ-1B, a geotermalna voda se poslije izmjenjivača topline utiskivala u, do tada proizvodnu bušotinu, KBNZ-1A. Treba napomenuti da je ovo trenutno stanje, do uključenja cijeloga lokaliteta s četiri bušotine u punu proizvodnju. Buduća namjena pojedinih bušotina prikazana je u Tablici

13 Slika 2-2: Pregled izbušenih bušotina na GPZ Zagreb (prema Slici 2-1) 13

14 Tablica 2-3: Tabelarni prikaz tehničke opremljenosti bušotina BUŠOTINA ZACJEVLJENJE LINER OTVORENI ZAVRŠNI =0,508 m =0,340 m =0,245 m =0,178 m KANAL ELEMENTI BUŠOTINE SKRETANJA KBNZ-1A 0-50 m m m m ,8 m KBNZ ,9 m m m 709, m m KBNZ-3alfa Skrenuta iz kolone =0,245 m na 269 m m A=39 29 L=375,57 m H v =825,15 m KBNZ-3B 0-50 m 0-255,5 m m 1171, m Cementni čep do 1378,7 m A= L=845,1 m H v =1000,2 m KBNZ-2A 0-61,5 m m m m A=67 53 L=217,45 m H v =1190,2 m Temeljem izrađenih bušotina te «in situ» uzimanjem uzoraka izrađen je prikaz geološke građe i definirani stratigrafski odnosi unutar samoga ležišta čime su dobivena bitna geotermijska obilježja istražnoga područja PRIKAZ GEOLOŠKE GRAĐE Za definiranje geotermalnoga vodonosnika na GP Zagreb izvršena je interpretacija geoloških, geofizičkih i hidrogeoloških podataka. Najznačajniji vodonosnik je kompleks sedimentnih stijena pretežito karbonatnoga sastava uz neposrednu podlogu tercijara s pretežito litotamnijskim vapnencima tercijara u ispitanim bušotinama Mla-1, Mla-2, Mla-3, KBNZ-1A, KBNZ-1B, KBNZ-3α, Sava-1, Stu-1 i Luč-1. U širem smislu pod pojmom Zagrebački geotermalni vodonosnik podrazumijevaju se propusne naslage, koje tvore litotamnijski vapnenci, dolomiti i brečokonglomerati koje se prostiru od Samobora na zapadu do Resnika na istoku i Dubranca na jugoistoku. Stupanj istraženosti tog područja vrlo je nizak. Geološka građa, a posebno raspored dobropropusnih zona vrlo je složen. U Elaboratu o rezervama prikazane su strukturne karte po krovini i podini pojedinih litoloških članova vodonosnika, ali samo za eksploatacijsko polje gdje je dokazano da ti litološki članovi, tj. litotamnijski vapnenci i dolomiti tvore jedinstvenu hidrodinamičku cjelinu tj. geotermalno ležište. Problemi pri opisu geološke građe eksploatacijskog polja u znatnijoj mjeri proizlaze iz činjenice što su najizdašnije bušotine morale biti završene već nakon što je raskriven mali dio najpropusnijeg dijela ležišta (gubici cirkulacije i drugi tehnički problemi). U takvim uvjetima nije bilo moguće snimiti potreban niz karotažnih mjerenja, a jezgrovanje je bilo još manje moguće. Zbog svega toga, maksimalna pažnja posvećena je termodinamičkim i hidrodinamičkim ispitivanjima. 14

15 2.5. STRATIGRAFSKI ODNOSI Na promatranom području GPZ stratigrafska pripadnost pojedinih naslaga bazirana je na određivanju kronostratigrafskih jedinica koreliranih u izrađenim bušotinama, a prema njihovim litološkim karakteristikama i superpoziciji. Ovaj postupak je nužan obzirom na nedovoljan broj paleontoloških podataka, a što se vidi iz samih stratigrafskih izvještaja. Kod interpretacije geološke građe ležišta u litotamnijskom facijesu primjenjen je regresivni model indiciran bušenjem i seizmičkim mjerenjima. Pritom su utvrđene slijedeće stijene: temeljno gorje, podloga tercijara i tercijarno-kvartarni slijed. TEMELJNO GORJE (Tg) To su najstarije nabušene stijene na promatranom području, a otkrivene su bušotinama KBNZ-2, KBNZ-3 i KBNZ-3B. Na području Medvednice prisutne su na površini. Temeljno gorje čine gnajsi, škriljavci i šejlovi niskoga stupnja metamorfizma. To su nepropusne stijene nepovoljnih vodonosnih karakteristika. PODLOGA TERCIJARA ( PT) Pretežno su zastupljeni dolomitima, iako u području Samoborskog gorja ima i klastita. Dolomiti su dobrih kolektorskih karakteristika, sekundarnog poroziteta što na širem području predstavlja značajne vodonosnike. U području geotermalnog polja Zagreb dolomiti isklinjavaju, te prema istoku i jugoistoku nisu prisutni. Registrirani su bušotinama KBNZ-1A i KBNZ-2 neposredno na škriljavcima. Oni su značajno zastupljeni na površini Samoborskog gorja i Zapadne Medvednice što vjerojatno rezultira značajnim područjem infiltracije oborinskih voda u podzemlje. Prema hidrogeološkoj klasifikaciji mogu se svrstati u dobre vodonosnike. TERCIJAR (T) Sedimenti imaju znatnu debljinu, koja u istočnom dijelu širega istražnog područja iznosi i više od 2000 m. Prema zapadu i sjeveru debljina im se smanjuje te se u području Medvednice i Samoborskoga gorja manifestiraju gotovo i na samoj površini. Prema tipu kolektora i litologije jasno se izdvajaju donji i srednji miocen od mlađih miocenskih i pliocenskih sedimenata. MIOCEN, Srednji i donji miocen (M 5 -M 1 ) Srednji i donji miocen registriran je u svim bušotinama, a litostratigrafsku jedinicu izgrađuju biogeni grebenski vapnenci, pješčenjaci, breče, konglomerati, brečokonglomerati i lapori. Najmanje debljine su u području stupničkoga uzdignuća, gdje se u podini nalaze škriljci. Biogeni vapnenci su glavni geotermalni vodonosnik, a rasprostranjeni su na čitavom području iako značajno variraju njihova kolektorska svojstva. Zapadno od spomenutoga, uzdignuća čine jednu hidrodinamičku cjelinu s mezozojskim dolomitima, dok su prema istoku i jugoistoku smješteni uz nepropusne lapore. U podini biogenih vapnenaca na osnovi podataka iz bušotina registrirane su debele naslage brečokonglomerata, koji su također najvjerojatnije vodonosnici iako slabijih kolektorskih karakteristika u odnosu na vapnence. Na stupničkom uzdignuću brečokonglomerati su smanjenje debljine, ili uopće nisu prisutni. Na bušotini KBNZ-2 debljina im iznosi oko 80 m, a na KBNZ-3 oko 20 m. Prema istoku biogeni vapnenci i konglomerati su razdvojeni nepropusnim naslagama, pretežito laporima, i to u dva vodonosnika. Kolektorska svojstva unutar brečokonglomerata pretežno su sekundarno formirana, iako se može očekivati i primarni porozitet što niti u jednoj bušotini nije zasebno ispitano. GORNJI MIOCEN ( M M 1 6) Neposrednu krovinu glavnoga geotermalnog vodonosnika (litotamnijski vapnenac) čine vapnoviti lapori (Prkos formacija). Iznad njih slijedi debela serija lapora s nešto pjeskovite 15

16 komponente (Ivanić Grad formacija). Na ovom području i unutar ove serije nema vodonosnika. Oni se javljaju istočnije u dubljim dijelovima savske depresije izvan istražnoga prostora. PLIOCEN (Pl) Izgrađen je od glinovito-laporovito-pjeskovitih sedimenata bez jasno diferenciranih pješčanih slojeva. Navedene komponente su različitih međusobnih odnosa, dok u mlađim sedimentima prevladavaju glinovito pjeskovite komponente. U smislu hidrogeologije određeni su kao kolektor slabe izdašnosti, a dobar su izolator pri vertikalnoj komunikaciji vode. Registriran je u svim bušotinama uz moguće prisustvo pješčanih leća zasićenih vodom koje kao vodonosnik nemaju značaja. KVARTAR (Q) Najmlađe naslage su kvartarni nanosi različitog tipa u kojima dominira šljunkoviti aluvion rijeke Save. Šljunci su dobar vodeni kolektor koji se koristi za opskrbu grada Zagreba pitkom vodom, a u neposrednoj vezi je s vodom rijeke Save. Na šljuncima se nalaze pijesci, pjeskovite gline, gline, ilovače i humus. Čitav taj pokrov je male debljine i nije kontinuiran, obzirom na aktivnosti vezane na eksploataciju šljunka uz jezera Jarun, Bundek, Čiće i druge. Geotermalne bušotine nisu karotažno snimane i geološki praćene od same površine, te im kvartar kao vodonosnik nedostaje ali bi ga svakako trebalo geološki utvrditi. 3. GEOTERMIJSKA OBILJEŽJA LEŽIŠTA I ŠIREGA ISTRAŽNOG PROSTORA Zagrebačko geotermijsko ležište nalazi se u širem istražnom prostoru Savske potoline. Panonski bazen ima povoljne geotermijske gradijente, što je posljedica povišenoga zemljinog toplinskog toka unutrašnjosti glede različitih fizikalnih procesa. Osnovni pokazatelj geotermijskih obilježja nekog područja očituje se njegovim geotermijskim gradijentom G t : t k t s Gt = Hk gdje su: t k - apsolutna statička temperatura na krovini ležišta, C t s - srednja godišnja tempertura tla na nekom području, C H k - dubina krovine ležišta, m Prosječna vrijednost geotermijskog gradijenta za Savsku potolinu je 0,048 C/m. Dio zagrebačkog vodonosnika ima znatno viši geotermijski gradijent od prosječnoga geotermijskog gradijenta Savske potoline. Na rubnim bušotinama iznosi 0,050-0,0535 C/m, dok je u središnjem dijelu 0,0575 do 0,0781 C/m. Unutar sedimentacijskog kompleksa postoji nekoliko pozitivnih anomalija izmjerenih bušenjem. Ove anomalije javljaju se uslijed spontane konvekcije u ležištima koja se očituju svojom debljinom i kod kojih je ustanovljena visoka vertikalna propusnost. Ležišta s visokom vertikalnom propusnošću imaju znatno izraženiji prijenos topline spontanom konvekcijom no što je to slučaj u nezasićenim stijenama ili ležištima slabe vertikalne propusnosti, gdje se prijenos topline ostvaruje kondukcijom. Visoka vertikalna propusnost uzrokuje malu temperaturnu razliku podinskoga i krovinskoga dijela ležišta. Na temelju izmjerenih podataka i omjera statičke temperature u bušotinama s promjenom dubine, bilo je moguće odrediti izotermni profil u odnosu na prognoznu dubinu podine za bušotine najveće proizvodnosti, a koje iz tehno-ekonomskih razloga (troškovi zbog gubitka cirkulacije i rizici od zaglave) nisu raskrile cijelu debljinu ležišta. 16

17 3.1. GEOLOŠKO-TEHNOLOŠKA SVOJSTVA LEžIŠTA I LEžIŠNIH FLUIDA Fizikalna svojstva kolektorskih stijena Podaci o kolektorskim stijenama su oskudni, prvenstveno zbog njihove male raskrivenosti bušenjem na lokalitetu ŠRC Blato. Osim toga, nedovoljno je uzorkovanje i kvaliteta mehaničkih jezgri, kao i mali broj elektrokarotažnih mjerenja iz kojih bi se interpretacijom dobili nužni pokazatelji o fizikalnim osobinama kolektora (procjene sekundarne šupljikavosti i propusnosti stijena) Srednja šupljikavost kolektorskih stijena Kolektori su izgrađeni od tri tipa litologije s primarnom, sekundarnom i kombiniranom šupljikavošću, a podaci o prozitetu utvrđeni su elektrokarotažnim mjerenjima. Prosječne vrijednosti za litotamijske vapnence tipa (I) je 0,0613 za litotamijske vapnence tipa (II) je 0,145 dok je za dolomite porozitet 0,0819. Iako su te vrijednosti dobivene iz maloga broja elektrokarotažnih mjerenja potvrđene su u komparaciji s proizvodnošću samih bušotina Klasifikacija ležišta Ležište je masivnoga tipa, a formirano je u dolomitima podloge tercijara te u litotamijskim vapnencima miocena. Za razliku od slojnih ležišta u masivnim ležištima, osim horizontalne, postoji još i vertikalna propusnost koja je najznačajniji element povišenih toplinskih tokova geotermalnoga ležišta glede bržega prijenosa topline. In contrario, u ležištima slabe vertikalne propusnosti prijenos topline je slab, a što potvrđuju i obavljena mjerenja Površina ležišta Ležište je omeđeno granicom kod koje dolazi do promjene kolektorskih svojstava, a što je vidljivo iz strukturnih karata. Unutar ležišta nalaze se bušotine dobre propusnosti, a izvan konturnoga dijela ležišta bušotine su slabije propusnosti. Površina vodonosnika dobivena je planimetriranjem segmenata na kartama efektivnih debljina. Između graničnih vrijednosti izopaha izračunate su površine pojedinih djelova ležišta zasićenih vodom, a njihovim zbrajanjem utvrđena je ukupna površina ležišta Obujam ležišta Obujam ležišta utvrđen se planimetriranjem karata efektivnih debljina čije površine su množene sa srednjom debljinom graničnih vrijednosti izopaha. Rezultati proračuna prikazani su u tablici 3-1. Tablica 3-1: Obujam ležišta i geotermalne vode Kolektor Obujam (km 3 ) Šupljikavosti (dio jedinice) Obujam vode (km 3 ) Litotamnijski vap. Tip (I) 0, ,0613 0, Litotamnijski vap. Tip (II) 0, ,1450 0, Dolomiti 1, , Ukupno: 0,

18 Statički tlak i statička temperatura u početnim uvjetima Na referntnoj dubini od 979m izmjeren je statički tlak od 104 bar uz temperaturu od 75 C. Inicijalna mjerenja statičkoga tlaka registrirala su na bušotinama to manje gradijente ležišnoga tlaka što je veći vremenski fond izrade bušotina. To je istovremeno osnovni pokazatelj dobre hidrodinamičke povezanosti bušotina, ali i slabe veze s napajalištem. Kod klasičnih naftnih ležišta postoje proračunske tehnike za detaljno proračunavanje istiskivanja po zonama. Međutim, kod geotermalnih ležišta ne postoji odgovarajuća metoda pa se preporuča da se profil pritoka odredi na osnovi procijenjene debljine ležišta po kojoj se odvija glavnina protoka, a što odgovara protočnoj debljini. Ona se može procijeniti na nekoliko načina, primjerice, usporedbom dinamičke i statičke temperature duž debljine ležišta. Kod utisnih bušotina jednostavnije je odrediti protočnu debljinu jer je kod njih izrazitija promjena temperature. Debljinu ležišta i veličinu protoka moguće je također dobro procijeniti probnim crpljenjem tijekom izrade kanala bušotine tzv. DST (Drill Stem Test) metodom Fizikalno-kemijska i termodinamička svojstva geotermalne vode i u njoj otopljenih plinova Kemijski sastav vode proizvodnih bušotina Sastav vode određen je laboratorijskom analizom (tablica 3-2). Obzirom na kemijski sastav bitno je naglasiti sljedeće: voda je pogodna za liječenje (balneoterapiju) degenerativnih bolesti kralježnice i zglobova, reumatskih bolesti i nekih oblika kroničnih ginekoloških bolesti. Analizu vode i klasifikaciju preporuka za liječenje izradio je Zavod za fizikalnu medicinu i rehabilitaciju Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu god.; ne postoji taloženje kamenca u cjevovodima u radnim uvjetima obzirom na zadane p,t uvjete a niti u izmjenjivačima topline. Jedino u slučaju dužega zastoja u proizvodnji primjećena je pojava kamenca i mikroorganizama; korozivnost površinske opreme ovisi o kvaliteti materijala (kod ugljičnog čelika korozija je umjerena, a brzina korozije ovisi o oksidaciji) Tablica 3-2: Fizikalno-kemijska svojstva geotermalne vode za proizvodne i utisnu bušotinu FIZIKALNA SVOJSTVA KBNZ-1A KBNZ-1B KBNZ-3alfa Boja uzorka bistar bez boje malo zamućeno Miris uzorka po sumporovodiku po vodik-sulfidu Nema PH vrijednost 7,13 7,23 7,44 Gustoća, kg/dm 3 1,0018 1,0013 1,0008 El.vodljivost, Scm -1 0, ,8 Suspendirana tvar 29, ,04 Ispareni ostatak kod 105 C, , ,7 mg/dm 3 Salinitet, gnacl/dm 3 1,492 1,984 0,146 Temperatura, C KEMIJSKA SVOJSTVA (mg/dm 3 ) (mg/dm 3 ) (mg/dm 3 ) Amonij (NH + 4 ) 3,5 5,9 1,4 Litij (Li + ) 0,28 0,21 0,2 Natrij (Na + ) Kalij (K + )

19 Magnezij (Mg +2 ) 28 16,4 19 Kalcij (Ca +2 ) Stroncij (Sr +2 ) 1,3 1,6 0,85 Barij (Ba +2 ) Mangan (Mn +2 ) 0 0,02 0,17 Željezo (Fe +2 ) 2,04 0,46 6,1 Željezo (ukupno) 3,16 0,46 7,0 Klorid (Cl - ) Hidrokarbonat (HCO - 3 ) Karbonat (CO -2 3 ) Sulfat (SO -2 4 ) Ukupno 2083, , ,62 OTOPLJENI PLINOVI KBNZ-1A KBNZ-1B KBNZ-3alfa (mg/dm 3 ) (mg/dm 3 ) (mg/dm 3 ) CO 2, slobodan 8, Kisik, otopljen Meta-silicijeva kiselina, 63, H 2 SiO 3 Kemijska potrošnja KMnO 4 7,1 3,32 - Sumporovodik 0,288 0,426 - TVRDOĆA Ukupna tvrdoća, d 12,56 10,27 - Kalcijeva tvrdoća, d 6,02 6,44 - Magnezijeva tvrdoća, d 6,54 3,83 - Karbonatna tvrdoća, d 12,56 10,27 - Nekarbonatna tvrdoća, d Indeks zasićenja - 1,36-0,08 - LANGELIER 20 C Indeks zasićenja SIIFF 20 C 0,094 0,16 - Indeks zasićenja SIIFF 40 C 0,544 0,61 - KLASIFIKACIJA PO PALMERU Primarni salinitet S 1 42,92 51,58 53,72 Sekundarni salinitet S Primarni alkalinitet A 1 41,14 35,16 15,24 Sekundarni alkalinitet, a 2 15,94 13,26 31,04 MIKROBIOLOŠKA ANALIZA Ukupan broj mezofilnih heterotrofa /1ml Broj koliformnih bakterija /100ml Broj Escherichia coli /100ml željezne bakterije Sulfato-reducirajuće bakterije

20 Kemijski sastav plina Količina otopljenoga plina u geotermalnoj vodi u ležišnim uvjetima nije određena već je plin izmjeren pri dinamičkom tlaku na ušću. Izdvojeni volumen plina koji se oslobodi iz vode pri standardnim uvjetima je nizak, sastavom približno ujednačen te se tehnološki može potpuno zbrinuti utiskivanjem u ležište. Sastav otopljenog plina u geotermalnoj vodi prikazan je u tablici 3-3. Tablica 3-3: Rezultati analize plina otopljenoga u vodi na primjeru proizvodne bušotine KBNZ-1B Lokalitet Bušotina ŠRCBlato KBNZ-1B Volumni sadržaj vol % Ugljični dioksid (CO 2 ) 98,31 Metan (CH 4 ) 1,21 Dušik (N 2 ) 0, Količina plina otopljenog u vodi U geotermalnoj vodi nalazi se iznimno mala količina otopljenoga plina od svega 0,1 m 3 /m 3 koji gotovo ne mijenja fizikalna svojstva vode Obujamski koeficijent vode Obujamski koeficijent vode u kojoj nema otopljenog plina računa se prema obrascu [10]: B = 1 Δ V ( 1+ ΔV ) w wp gdje je: ΔV wp - promjena obujma za vrijeme dok ležišni tlak ne bude jednak atmosferskom tlaku ΔV wt - promjena obujma pri padu ležišne temperature od početnih do standardnih uvjeta izračunato za uvjete pri atmosferskom tlaku Pri ležišnim uvjetima (104 bara, 80 C) obujamski koeficijent je: wt B wi = (1-0,0015) (1 + 0,022) B wi = 1,020 Na ušću proizvodne bušotine u standardnim uvjetima (1 bar, 80 C): B wu = (1-0) (1 + 0,022) B wu = 1,022 Pri srednjim uvjetima tlaka i temperature u utisnoj bušotini (50 bara, 50 C) obujamski koeficijent iznosi: B wut = (1-0,0002) (1 + 0,013) B wut = 1,013 20

21 Obujamska masa vode Obujamska masa vode računa se po obrascu [10: ρwsc ρw = Bw gdje je:ρ owsc, obujamska masa vode pri standardnim uvjetima (1001,5 kg/m 3 ) Pri ležišnim uvjetima obujamska masa bit će: ρ ρ wl wl = 1001,5 1,020 = 981,86 kg/m 3 a pri standradnim uvjetima na ušću proizvodne bušotine ona je: ρ ρ wl wl = 1001,5 1,022 = 979,9 kg/m Obujamska specifična toplina vode Specifična toplina vode kod ležišnih uvjeta iznosi [9]: c wl = 4,166 kj/kg C a kod uvjeta ušća: c wu = 4,195 kj/kg C Obujamska specifična toplina vode za ležišne uvjete iznosi: (cρ o ) wl = 4, J/m 3 C a za uvjete ušća: Viskoznost vode (cρ o ) wu = 4, J/m 3 C Viskoznost vode u ležišnim i prozvodnim uvjetima je [10 ]: μ iw = 0, Pas Pri srednjim uvjetima tlaka i temperature u utisnoj bušotini iznosi: μ iw = 0, Pas 21

22 Stlačivost vode i ležišnih stijena Ukupna stlačivost vode i ležišne stijene bit će: C T = bar Fizikalna svojstva stijena Obujamska masa i obujamska specifična toplina stijena Ovaj podatak je određen prema literaturi [10 ]: (ρ o ) s = 2,44 g/cm 3 Specifična toplina stijena također je procijenjena prema literaturi [10 ]: (cρ) s = 800 kj/kg C Na temelju toga dobivena je specifična obujamska toplina stijena: (cρ o ) s = 1, J/m 3 C Toplinska vodljivost stijena Toplinska vodljivost stijena izračunava se pomoću jednadžbe [10 ]: λ = 0,142 (ρ o ) s 2,86 Wm -1 C -1 (2.4) gdje je: (ρ o ) s - gustoća stijena, g/cm 3 Za lokalitet Blato toplinska vodljivost stijena bit će: λ = 1,821 Wm -1 C -1 Ovaj podatak odnosi se na stijene neposredno iznad i ispod ležišta. Iz toplinske vodljivosti moguće je odrediti i promjenu temperature ležišta. Za proračun pada temperature duž kanala bušotine u praksi se primjenjuje srednja vrijednost toplinske vodljivosti stijena od krovine ležišta do ušća bušotine. Budući da na lokalitetu Blato postoji dovoljan broj mjerenja temperatura na ušću svih izrađenih bušotina, proračun temperaturnog profila uzduž kanala svih bušotina nije nužan Obujamska specifična toplina ležišta Specifična obujamska toplina ležišta (cρ o ) L je nužan parametar za procjenu rezervi geotermalne energije. Ova fizikalna veličina računa se prema obrascu [13 ]:: ( cρ o ) L φ ( cρ o ) w + ( 1 φ) ( cρ o ) s = (2.5) 6 6 ( cρ ) = 0,096 ( 4, ) + 0,904 ( 1, ) o 6 3 ( cρ ) = 2, J/m K C o L L Ovdje je računato s prosječnom vrijednošću efektivne poroznosti φ=0,096, koja se određuje karotažnim mjerenjima ili analiziranjem jezgri u laboratorijskim uvjetima. Sukladno sastavu 22

23 stijena i mjerenjima u bušotini KBNZ-1A dokazano je da kroz dolomite (φ = 0,0819), protječe 78 % geotermalne vode a kroz vapnence 22 % (φ = 0,145) Propusnost i druga hidrodinamička svojstva ležišta Propusnost na jezgrama nije mjerena zbog njihovoga nedovoljnog broja i nereprezentativnosti uzoraka. Zbog složenosti geološkog profila ležišta i nedostatka jezgrovanja obavljen je umjesto toga velik broj hidrodinamičkih mjerenja u svrhu određivanja transmisivnosti, kapaciteta ležišta, propusnosti i hidrodinamičke povezanosti bušotina. U hidrodinamičkim mjerenjima korištene su metodologije: porasta tlaka; pada tlaka (RLT - Reservoir Limit Test) i testa interferencije. Rezultati hidrodinamičkih mjerenja prikazani su u tablici 3-4. Tablica 3-4: Svojstva ležišta PODRUČJE Debljina ležišta h (m) Propusnost ležišta k (μm 2 ) Protočna debljina ležišta hp (m) kh/μ (μm 2 m/mpas) kh (μm 2 m) KBNZ-1B 47 8, KBNZ-1A, KBNZ-1B 18 0, ,5 5 KBNZ-3α, KBNZ-1B 36 2, KBNZ-2A 30 0, ,25 0,5 Debljina ležišta (h) dobivena je testom interferencije (uz pretpostavku ujednačene poroznosti i ujednačene ukupne stlačivosti sustava), a ovako određene debljine manje su od ukupne debljine ležišta. Razlog odstupanja može se objasniti da slabopropusni dijelovi ležišta pri hidrodinamičkim mjerenjima presporo reagiraju na promjene tlaka. U tablici 3-4 također su prikazane veličine protočnih debljina ležišta (hp) u kojoj se kreće glavnina protoka utiskivane vode. Ova protočna debljina dobiva se mjerenjem profila pritoka na proizvodnim bušotinama KBNZ-1A i KBNZ-1B. Utvrđena srednja vrijednost protočne debljine za lokalitet Blato je 36 m. Ova vrijednost mogla bi se i povećati raskrivanjem ukupne debljine proizvodnoga dijela ležišta. Temeljem analize porasta tlaka i interferencije, hidrodinamička svojstva ležišta imaju sljedeće značajke: velika protočna sposobnost, naročito u središnjem dijelu (KBNZ-1B); izrazita heterogenost u vertikalnom i arealnom smislu što uključuje i pukotinske zone; indiciranje barijera; vrlo dobra hidrodinamička povezanost bušotina, osim na KBNZ-2A Mjerenje pada tlaka kod određivanja obujma pora, odnosno granice ležišta ( reservoir limit test ), izvedeno je na primjeru proizvodne bušotine KBNZ-1B. Tijekom testa postignuto je 23

24 polu-ustaljeno stanje protjecanja, odnosno zahvaćene su granice ležišta. Iz toga slijedi da se ležište ponaša kao ograničeno. Obujam pora prema analizi ovoga testa iznosi: V p = 1, m 3 To je znatno više od obujma u dijelu ležišta obuhvaćenog ovim projektom. Iz toga je moguće zaključiti da na zagrebačkom lokalitetu vjerovatno ima još povoljnih geotermijskih akumulacija. Međutim, zbog izrazite heterogenosti sustava i nedostataka odgovarajućih istraživačkih radova teško je predvidjeti njihov položaj. 4. TEHNIČKO-TEHNOLOŠKA MOGUĆNOST ISKORIŠTAVANJA LEŽIŠTA (PROIZVODNA OBILJEŽJA) I ZAŠTITA OKOLIŠA 4.1. PROIZVODNA SVOJSTVA BUŠOTINA (INDEKS PROIZVODNOSTI) Na lokalitetu Blato (KBNZ), INA S.D. Naftaplin izradila je ukupno sedam geotermalnih bušotina od kojih je jedna negativna s obzirom na količine geotermalne vode. U tablici 4-1 prikazani su indeksi proizvodnosti pri maksimalnom protoku za bušotine koje će se koristiti kao proizvodne i utisne. Tablica 4-1: Indeks proizvodnosti bušotina (J) BUŠOTINA INDEKS PROIZVODNOSTI KOLEKTOR (m 3 /dan/bar) KBNZ-1A (pro.) 100 Litotam. vapn. II, Dolomiti KBNZ-1B (pro.) 1300 Dolomiti KBNZ-2A (utis.) 550 Litotam. vapnenci II KBNZ-3α (utis.) 900 Litotam. vapnenci II U bušotini KBNZ-2A, pri pokusima utiskivanja određen je indeks injektivnosti s vrijednostima sličnima indeksu proizvodnosti. U hidrauličkom proračunu on je funkcionalno vezan na temperaturu geotermalne vode pri utiskivanju. Testom interferencije određen je međudjelovanje dviju proizvodnih bušotina na pad njihove proizvodnosti. Glede toga, u tehničko-tehnološkom rješenju ne predviđaju se maksimalne količine protoka, s obzirom na ugrađenu opremu i izdašnost ležišta, već će se maksimalna količina umanjiti (varijanta I i II) s obzirom na pokazatelje proizvodnosti koji proizlaze iz testa interferencije POVIJEST PROIZVODNJE BUŠOTINA NA LOKALITETU BLATO Bušotina KBNZ-1A, dovršena je god. i krajem iste godine počela se koristiti za grijanje montažnih zgrada pomoću izmjenjivača topline na gradilištu Sveučilišne bolnice i bila je u proizvodnji do kraja godine. Kako se geotermalna voda nakon izmjenjivača topline ispuštala u rijeku Savu, zbog ekoloških razloga, a i radi podržavanja ležišnoga tlaka promijenjena je tehnologija proizvodnje, tako da je od početka godine proizvodna bušotina postala KBNZ-1B, a geotermalna voda se poslije izmjenjivača topline utiskuje u, do 24

25 tada proizvodnu bušotinu, KBNZ-1A. Treba napomenuti da je ovo stanje privremeno, do uključenja cijelog lokaliteta s četiri bušotine u punu proizvodnju MAKSIMALNE KOLIČINE PROIZVODNJE I UTISKIVANJA Iako ležište GP Zagreb čini jedinstvenu hidrodinamičku cjelinu postoje dva odvojena tehnološka sustava za iskorištavanje geotermalne energije. Sustav na Mladosti ima tri aktivne bušotine od kojih su: Proizvodna Mla-3 s proizvodnjom q wmax = 50 l/s Utisne bušotine Mla-1 i Mla-2. Sustav na ŠRC Blato ima četiri aktivne bušotine od kojih su - proizvodna KBNZ-1A s količinom od q w max = 5 l/s (400 m 3 /dan) - proizvodna KBNZ-1B s q wmax = l/s (5200 m 3 /dan) - utisna KBNZ-3α za koju se procjenjuje da može primiti q wmax = 50 l/s - utisna KBNZ-2A za koju se procjenjuje da može primiti q wmax = 35 l/s Međutim radi što ravnomjernijega kretanja fronta utiskivane vode predviđeno je da zbroj proizvodnje na oba lokaliteta ne prelazi 77 l/s UTISNO - DRENAŽNA POVRŠINA LEŽIŠTA Pothlađeni geotermalni fluid u trenutku svoga prodora u proizvodnu bušotinu neće zahvatiti cijelu površinu ležišta, pa će s tim u svezi, proizvodna bušotina imati dvostruko napajanje. Geotermalna voda koja se iscrpi proizvodnom bušotinom nadomješta se utiskivanom vodom niže temperature. Ova utiskivana voda kreće se u ležištu u obliku klina pa je u trenutku njenzina prodora u proizvodnu bušotinu zahvaćena površina protjecanja manja od ukupne površine ležišta. Omjer zahvaćene i ukupne površine pri iskorištavanju geotermalne energije naziva se arealnim koeficijentom obuhvata. Glavnina utiskivane vode u tom trenutku poprima početnu temperaturu ležišta na račun prijenosa topline od matriksa ležišnih stijena. Pri tome, pad temperature geotermalne vode u proizvodnoj bušotini započet će kada u nju prodre pothlađena zona. Arealni koeficijent obuhvata ovisi prvenstveno o rasporedu proizvodnih i utisnih bušotina i omjeru viskoznosti utiskivane i proizvedene geotermalne vode. Zbog heterogenosti ležišta, karakter kretanja pothlađene fronte može se izraziti površinom koja će biti manja u usporedbi s površinom koja je dobivena planimetriranjem na karti izopaha geotermalnoga ležišta. Na primjeru ŠRC Blato utisno drenažna površina je A = m 2 (planimetriranjem m 2 ) iz koje se određuje količina geotermalne vode za proizvodnju pri izotermnoj temperaturi od 80 0 C KOLIČINE GEOTERMALNE VODE KOJE SE MOGU PROIZVESTI UZ KONSTANTNU TEMPERATURU Vrijeme proizvodnje pri konstantnoj temperaturi uspostavlja odnos proizvodnih rezervi u ležištu i izdašnosti bušotine [13 ]:: A h p cρ o ( To Tw ) A h p ( cρ o ) L L τ = = (god) ct ΔW cρ T T ΔW cρ Budući da je: W p pct ( ) ( ) o w p o τ = ΔW ct w p ( o ) w 25

26 ukupna količina proizvedene geotermalne vode pri konstantnoj temperaturi, ona se izračunava kao [13 ]: W pct h p ( cρ) ( cρ) w A L = (m 3 ) gdje je: A -protočna površina ležišta, m 2 h p -protočna debljina (srednja vrijednost za sve zone), m (cρ) W -obujamska specifična toplina vode, J/m 3 C (c ρ) L -obujamska specifična toplina ležišta, J/m 3 C ΔW p -godišnja količina proizvedene geotermalne vode, m 3 /god Za ŠRC Blato je: W pct = A h p ( cρ) L ,153 = 6 ( cρ) 4, w 10 6 W pct = m DINAMIKA PROMJENE TEMPERATURE U PROIZVODNIM BUŠOTINAMA Za potrebe ŠRC Blato, prema projektnom zadatku, razmotrit će se dvije varijante iskorištavanja primarnih rezervi (optimalna i maksimalna) iz čega proizlazi promjena temperature obzirom na količine proizvedene kapljevine (W pct ) [13]: t L = t i + ( t t ) g i erf q A [ λ ( cρ ) ] o s 1/ 2 ( cρo ) ( cρ) A h p 1 / 2 L w ( cρo ) w τct q w w gdje je: t L -temperatura geotermalne vode na ušću u nekom vremenu τ, C t i -temperatura injektirane geotermalne vode, C t g -početna temperatura geotermalne vode na ušću, C q w -projektirana, optimalna količina protoke, m 3 /god A -protočna površina ležišta, m 2 h p -protočna debljina (srednja vrijednost za sve zone), m (cρ) W -obujamska specifična toplina vode, J/m 3 C (c ρ) L -obujamska specifična toplina ležišta, J/m 3 C (cρ) S -obujamska specifična toplina stijena, J/m 3 C τ ct λ -vrijeme proizvodnje pri konstantnoj temperaturi, god -koeficijent toplinske vodljivosti stijena, J/s m C Pri proračunu koristit će se temperaturni pad od 80 C do 30 C za dvije varijante prosječne proizvodnje za ŠRC Blato. 26

27 Varijanta I (optimalna): Godišnja proizvodnja od m 3 /g (prosječno 32 l/s) s obzirom na mogućnosti davanja i ugrađenoj proizvodnoj, vrijeme konstantne temperature postiže se tijekom 37 godina proizvodnje (prikazano u tablici varijanta I). Varijanta II (maksimalna): Godišnja proizvodnja od m 3 /g (prosječno 65 l/s) obzirom na mogućnosti davanja i ugrađenoj proizvodnoj opremi, vrijeme konstantne temperature postiže se tijekom 18 godina proizvodnje. (prikazano u tablici varijanta II) Prema predviđenom tehničko-tehnološkom rješenju za ŠRC Blato (65 l/s) i razvojnim mogućnostima ŠRC Mladost (sadašnja proizvodnja 9,0 l/s a maksimalna do 12 l/s), varijanta II predstavlja optimalno iskorištavanje geotermalne energije. Tablica 4-2: Promjena temperature u proizvodnoj bušotini t L ( C) τ ( god) Varijanta I (optimalno) t 0 L C (pri m 3 /god) Varijanta II (maksimalno) t 0 L C (pri m 3 /god.) 1 80,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 80, ,00 79, ,00 78, ,00 76, ,00 73,81 27

28 22 80,00 71, ,00 69, ,00 68, ,00 66, ,00 65, ,00 64, ,00 62, ,00 61, ,00 61, ,00 60, ,00 59, ,00 58, ,00 57, ,00 57, ,00 56, ,99 56, ,93 55, ,79 55, ,57 54, ,25 54, ,87 53, ,44 53, ,96 53, ,45 52, ,93 52, ,39 52, ,85 51, ,31 51, ,77 51, IZRAČUNATE REZERVE, NJIHOVA KATEGORIZACIJA I KLASIFIKACIJA Ukupne rezerve mogu se svrstati u B kategoriju. Prema Pravilniku o prikupljanju podataka, načinu njihova evidentiranja, utvrđivanju rezervi i bilanciranju, kod ležišta s 28

29 umjetnim napajanjem, odnosno obnovljivom ležištu, izračunate rezerve iskazuju se u (l/s). Glavnim rudarskim projektom razmotreni su tehnički i ekonomski aspekti za dvije dinamike iskorištavanja, a elaboratom o rezervama definirane su rezerve sukladno varijanti koja daje povoljnije ekonomske učinke, a pritom osigurava i optimalno vrijeme iskorištavanja uz konstantnu temperaturu. Prema toj procjeni, ukupne rezerve lokaliteta Mladost i Blato iznose ukupno 77 l/s. Količina topline akumulirana u vodi iznosi J/m 3 proizvedene geotermalne vode pri temperaturnom padu od 80 C na ušću bušotine do srednje godišnje temperature tla u Panonu od 11,6 C. Tako na primjer, na lokalitetu Blato, temperatura geotermalne vode se neće promijenjati narednih 37 godina (varijanta I) uz nepromjenjivi kemizam vode tijekom optimalne proizvodnje. Budući da će se u poglavlju 4.8. dokazati rentabilnost proizvodnje, ukupne rezerve se mogu ujedno klasificirati kao bilančne i vanbilančne. Bilančna kakvoća je dio količine topline akumulirane u vodi za projektirani temperaturni pad. U primarnom krugu tijekom sniženja temperature od 80 C do 30 C u izmjenjivaču topline, bilančna kakvoća (jedinična toplina) iznosi: 205,5 MJ/m 3 (približno 73,1 % od bilančne kakvoće). Vanbilančna kakvoća je dio ukupne količine topline akumulirane u vodi, koja se za sada ne može rentabilno iskoristiti pa se vraća natrag u ležište utisnim bušotinama. Uz sniženje temperature od 30 C do 11,6 C vanbilančna kakvoća 75,6 MJ/m 3 (26,9 % od ukupne kakvoće) TOPLINSKA SNAGA I DINAMIKA PROIZVODNJE Proizvodna bušotina KBNZ-1B ima dnevnu proizvodnju od 5200 m 3 /d temperature 82 C dok KBNZ-1A uz protok od 400 m 3 /d daje temperaturu od 70 C. Primjenom diferencijalnog miješanja, pri izobarnoj promjeni stanja na ušću proizvodnih bušotina, dobiva se srednja temperatura protoke od približno 80 C sukladno masenim udjelima proizvodnje. Ukupna toplinska snaga za dvije termodinamičke varijante proizvodnje sukladno tablicama 4-3 i 4-4 izračunava se jednadžbom [1 ]: Pt = q wp ( cp) wu ( t tw) gdje je: tu -temperatura vode na ušću proizvodne bušotine (80 C) t w -temperatura na izlazu iz izmjenjivača topline u prvom cirkulacijskom krugu (kaskadni niz 30 C). u Pri proračunu snage korištena je statička temperatura ležišta, jer su mjerenja pokazala zanemarivo mali pad temperature kroz kanal bušotine tijekom velikih obroka crpljenja. Prema varijanti I i II za optimalnu i maksimalno moguću proizvodnju u kaskadnom nizu, toplinska snaga prikazana je tablicima 4-3 i 4-4. Ovo su ujedno i toplinske snage na temelju kojih će se dimenzionirati izmjenjivači topline. Tako na primjer, pri maksimalnoj proizvodnji (varijanta II), u cirkulacijskom krugu snaga izmjenjivača biti će oko 13,5 MW t, a pri optimalnoj proizvodnji približno 6,5 MW t. 29

30 Tablica 4-3: Bilančna toplinska snaga sustava za dvije varijante proizvodnje s temperaturnim padom od 80 C do 30 C Lokacija VARIJANTA SNAGA (P t ) I m 3 /g (32 l/s) 6,70 MWt ŠRC Blato II m 3 /g (65 l/s) 13,61 MW t 5. PROJEKTIRANJE PROIZVODNO-UTISNOGA SUSTAVA Projektiranje proizvodno-utisnoga sustava bušotina podliježe zakonitostima jednofaznoga, dvofaznog ili višefaznog protjecanja u kanalu bušotine i površinskoj opremi. U razmatranom sustavu ŠRC Blato protjecanje je jednofazno što čini jedinstveni niz ležištebušotina-korisnik-utisno mjesto-ležište te se može smatrati zatvorenom hidrodinamičkom i termodinamičkom cjelinom, u kojoj su svi fizikalni parametri funkcionalno vezani. Promjena bilo kojega parametra odražava se na njegovo funkcioniranje u cjelini glede optimalnih hidrodinamičkih i termodinamičkih uvjeta proizvodnje. To se prvenstveno odnosi na projektiranje podzemne i nadzemne proizvodne opreme. Proizvodno-utisni sustav čini: - proizvodni niz s protokom fluida od ležišta do korisnika i - utisni niz u kojemu se razmatra protjecanje fluida od korisnika do utisnih bušotina i njegova povrata u ležište. Osnovni parametri za projektiranje proizvodno-utisnoga sustava nalaze se u Elaboratu o rezervama geotermalne vode zagrebačkog geotermalnog ležišta (lokalitet: ŠRC Blato), dok su preostali parametri pri uvjetima ušća funkcionalno vezani na tlakove, temperature i proizvodnju, a dobiveni su mjerenjima ili proračunom FIZIKA PROTOKA FLUIDA U LEŽIŠTU, KOLONI UZLAZNIH CIJEVI I PRIKLJUČNOM CJEVOVODU Proračun gubitka tlaka u proizvodnoj koloni Proračun gubitka tlaka u proizvodnoj koloni temelji se na zakonitostima jednofaznoga protjecanja geotermalne vode u okomitim cijevima. Količina otopljnog plina u vodi od 0.1 m 3 /m 3 nema značajnijega utjecaja na protok pa dvofazno protjecanje nije razmatrano. Prema tome, pad tlaka u proizvodnoj koloni bit će [12 ]: D 2 w w t 5 P v ρ L = ρw g Lt + f 10 tu 2 D 30

31 gdje je: Δp - pad tlaka u cjevovodu, bar ρ w - gustoća vode, kg/m 3 g - gravitacija, m/s 2 f - koeficijent trenja v w - brzina protoka vode, m/s L t - efektivna duljina tubinga, m - unutarnji promjer tubinga, m D tu Gustoća vode izračunata je i korigirana za promjenu volumena vode zbog otopljenog plina [11]: ρw = ρw(s, p, t) + Δ ρw Proračun pada tlaka izveden je za različita davanja bušotina za ugrađenu proizvodnu opremu. Za proračun su uzete optimalne i maksimalne količine davanja obzirom na godišnja doba i potrebe korisnika Proračun gubitka tlaka u površinskom cjevovodu Proračun gubitka tlaka u površinskom cjevovodu izračunava se pomoću [12]: 2 Lc vw 5 Δp pc = f ρ w 10 Dcu 2 gdje je: D cu - unutarnji promjer cjevovoda, m L c - ekvivalnetna duljina cjevovoda, m Gubitak tlaka po ovom obrascu prikazan je tablicama 5-3, 5-8 i 5-10, 5-12 za dvije proizvodne i dvije utisne bušotine Gubitak topline fluida u uzlaznim cijevima Za jednofazno protjecanje geotermalne vode proračun pada temperature u bušotini temelji sa na sljedećem obrascu [13]: Γ L ( a t zc wh = t wf Γ Lzc + 1 e ) a gdje su: t wh - temperatura vode na ušću bušotine, C t wf - temperatura na dnu bušotine, C Γ - geotermijski gradijent, K/m a - pokazatelj prolaza topline e - baza prirodnog logaritma - duljina proizvodnog niza, m L zc 31

32 Budući da se protjecanje odvija u turbulentnom području, pokazatelj prolaza topline a bit će: a = 2 λ mw c tzm p w π f(τ( gdje je vremenska funkcija f(τ) jednaka: f( τ) = ln 1+ 64,71 c λ tzm o pzm π τ r 2 zv gdje su: τ - vrijeme rada bušotine, h c pzm - specifična toplina stijena kanala bušotine, J/kg C λ tzm - koeficijent toplinske vodljivosti stijena kanala bušotine, W/m C c pzm - obujamska specifična toplina stijena kanala bušotine, J/m 3 C c pw - specifična toplina vode, J/kg C r zv - polumjer proizvodnoga niza, m Proračun gubitka topline fluida u priključnom cjevovodu na površini izračunava se pomoću [13]: k Dcv π Lc t = + k t zm (t p t zm ) exp m w cpw gdje su: t k - temperatura vode na kraju cjevovoda, C t zm - temperatura tla, C t p - temperatura vode na početku cjevovoda, C k - koeficijent prolaza topline, W/m 2 C m w - maseni protok vode, kg/s D cv - vanjski polumjer cjevovoda, m - duljina cjevovoda, m L c Hidraulički i termodinamički proračun proizvodnog sustava Na temelju hidrauličkoga i termodinamičkog proračuna projektirati će se tehničko-tehnološko rješenje mogućnosti primjene obzirom na zahtjeve korisnika. Proračun će se obaviti za dvije proizvodne i dvije utisne bušotine i to: Proizvodnja iz bušotina: -KBNZ-1A s proizvodnjom od oko 400 m 3 /d temperature 70 C -KBNZ-1B s proizvodnjom od oko 5200 m 3 /d temperature 82 C Utiskivanje u bušotine s temperaturom utiskivanja od 30 C: -KBNZ-2A (2400 m 3 /d) -KBNZ-3α (3200 m 3 /d) Količina utiskivane vode i njezina temperatura ovise o tehničko-tehnološkom rješenju odnosno kaskadnom korištenju topline. 32

33 5.2. PRORAČUN ZA PROIZVODNU BUŠOTINU KBNZ-1A Ulazni podaci za proračun proizvodnoga sustava bušotine KBNZ-1A (*-promjenjivi parametri, **-parametri dobiveni u međukoraku proračuna): IP - indeks proizvodnosti, m 3 /d/bar 100 q w - proizvedena količina vode, m 3 /d * k w h - kapacitet ležišta, 10-3 μm 2 m 5867 p r - prosječni ležišni tlak (dobiven linearnom ekstrapolacijom dinamičkog tlaka na dnu bušotine), bar 112,259 (TSP) p wf - dinamički tlak na dnu bušotine, bar * p wh - dinamički tlak na ušću bušotine, bar * μ w - viskoznost vode, mpas ** B w - volumetrijski koeficijent vode u ležištu 1,0159 R s - količina plina otopljenog u vodi, m 3 /m 3 0,1 r e - drenažni radijus, m 600 r w - polumjer bušotine, m 0,2159 S - stupanj oštećenja pribušotinske zone 0 Δp - pad tlaka u cjevovodu, bar * ρ w - gustoća vode, kg/m 3 ** g - ubrzanje sile teže, m/s 2 9,81 f - koeficijent trenja ** v w - brzina protoka vode, m/s ** TSP - težišna sredina perforacija, m 1100 L zc1 - efektivna duljina proizvodne kolone, m 831,06 L zc2 - efektivna duljina LINERA, m 268,94 D zc1u - unutarnji promjer proizvodne kolone, m 0,2266 D zc2u - unutarnji promjer LINERA, m 0,14416 s - salinitet, g NaCl/dm 3 1,492 t wf - temperatura na dnu bušotine, C 70 t wh - temperatura na ušću bušotine, C * Rezultati proračuna dinamičkih tlakova na dnu bušotine KBNZ-1A: Tablica 5-1: Dinamički tlakovi na dnu bušotine u funkciji proizvodnje q w (m 3 /d) p wf (bar) 109,36 108,36 33

34 Rezultati za pad tlaka u okomitom proizvodnom nizu bušotine KBNZ-1A Postojeća proizvodna oprema (od 0 do TSP m): Prva zaštitna kolona: Druga zaštitna kolona: Treća zaštitna kolona: Liner: D zc1v = 0,508 m L 1 = 50 m D zc2v = 0,340 m L 2 = 248 m D zc3v = 0,2445 m L 3 = 862 m D ln = 0,1683 m L ln = 269 m D zc1v - vanjski promjer I. zaštitne kolone, m D zc2v - vanjski promjer II. zaštitne kolone, m D zc3v - vanjski promjer III. zaštitne kolone, m D ln -vanjski promjer linera, m Tablica 5-2: Pad tlaka u okomitom proizvodnom nizu u funkciji proizvodnje q w (m 3 /d) p wf (bar) p wh (bar) Δp (bar) ,36 3,36 106, ,36 2,38 106,00 Osnovni podaci za projektiranje proizvodnoga sustava na površini: D cu - unutarnji promjer priključnoga cjevovoda, 0,075 (m) L c - duljina priključnoga cjevovoda, 30,5 (m) Tablica 5-3: Rezultati proračuna gubitka tlaka u priključnom cjevovodu bušotine KBNZ-1A q w (m 3 /d) Δp PC (bar) 0,083 0,161 Parametri za termodinamički proračun proizvodnog sustava: D zc1v - vanjski promjer I zaštitne kolone, m 0,2445 D zc2v - vanjski promjer II zaštitne kolone, m 0,1683 t wf - dinamička temperatura na dnu bušotine, C 70,0 τ - vrijeme rada bušotine, sati c pzm - specifična toplina stijena kanala bušotine, J/kg C 800 ρ zm - srednja obujamska masa stijena kanala bušotine, kg/m λ tzm - koeficijent toplinske vodljivosti stijena kanala bušotine, W/m C 1,82 c pzm - obujamska specifična toplina stijena kanala bušotine, J/m 3 C ,952 c pw - specifična toplina vode, J/kg C

35 λ tw - koeficijent toplinske vodljivosti vode, W/m C 0,598 λ tč - koeficijent toplinske vodljivosti čelika (sivi lijev), W/m C 58 Γ - geotermijski gradijent, C/m 0,0645 D cv - vanjski promjer priključnoga cjevovoda, m 0,08 D vi - vanjski promjer izolacije, m 0,16 p 1 - apsolutni tlak na početku cjevovodu, 10 5 Pa * p 2 - apsolutni tlak na kraju cjevovoda, 10 5 Pa * t p - temperatura vode na početku priključnog cjevovoda, C * t k - temperatura vode na kraju priključnog cjevovoda, C * t sr - srednja temperatura vode, C * t zm - srednja godišnja temperatura tla, C 11,6 t zr - srednja godišnja temperatura zraka, C 10,0 λ ti - koeficijent toplinske vodljivosti izolacije, W/m C 0,04 k - koeficijent prolaza topline, W/m 2 C * a - pokazatelj prolaza topline * e - baza prirodnoga logaritma 2,7183 f(τ) - vremenska funkcija rada bušotine * m w - maseni protok vode, kg/s * α - koeficijent prijelaza topline, W/m 2 C * λ zr - koeficijent toplinske vodljivosti zraka (kod 10 C), W/m C 0,024 β - volumni koeficijent temperaturnog rastezanja vode (kod 10 C), C -1 0,0002 ν - kinematička viskoznost, m 2 /s * Q b - dnevna količina topline za projektirani temperaturni pad od 50 C, kj/d * Q u - ukupna dnevna količina topline za temperaturni pad do stanja okoline, kj/d Tablica 5-4: Rezultati proračuna gubitka topline u okomitom proizvodnom nizu i priključnom cjevovodu bušotine KBNZ-1A pri različitim protocima q w (m 3 /dan) t wf ( C) t wh ( C) t k ( C) Q b GJ/dan Q u GJ/dan ,53 67,46 61,7 84, ,94 67,88 82,2 112, Analiza rezultata za proizvodnu bušotinu KBNZ-1A: Prema rezultatima proračuna može se zaključiti: 1. S obzirom na ugrađenu bušotinsku opremu, maksimalna eruptivna proizvodnja iznosi do 500 m 3 /d s temperaturom vode na ušću od 70 C. 2. Razmjerno mali indeks proizvodnosti (100 m 3 /dan/bar) ograničava njene mogućnosti, a optimalna proizvodnja postigla bi se kod 400 m 3 /d. Povećanje proizvodnje je moguće ugradnjom dubinske pumpe. 3. Utiskivanjem proizvedene vode u bušotine KBNZ-2A i KBNZ-3α postiže se podržavanje ležišnoga tlaka što omogućuje eruptivni rad proizvodnih bušotina u cijelom proizvodnom nizu. 35

36 4. Protjecanje vruće geotermalne vode kroz manji promjer kolone u svakodnevnoj praksi rezultira na površini manjim gubitkom temperature, ali istovremeno i većim otporima protjecanju, odnosno većim gubitkom ležišnoga tlaka i obrnuto HIDRAULIČKI I TERMODINAMIČKI PRORAČUN ZA PROIZVODNU BUŠOTINU KBNZ-1B Ulazni podaci za proračun proizvodnoga sustava bušotine KBNZ-1B (*-promjenjivi parametri, **-parametri dobiveni u međukoraku proračuna): IP - indeks proizvodnosti, m 3 /dan/bar 1300 q w - proizvedena količina vode, m 3 /d * k w h - kapacitet ležišta, 10-3 μm 2 m p r - prosječni ležišni tlak (dobiven linearnom ekstrapolacijom točaka dinamičkog tlaka na dnu bušotine), bar 105,82 (TSP) p wf - dinamički tlak na dnu bušotine, bar * p wh - dinamički tlak na ušću bušotine, bar * μ w - viskoznost vode, mpas ** B w - volumetrijski koeficijent vode za ležišne uvjete 1,022 R s - količina plina otopljenog u vodi, m 3 /m 3 0,1 r e - drenažni polumjer, m 600 r w - polumjer bušotine, m 0,2159 S - stupanj oštećenje pribušotinske zone 0 Δp - pad tlaka u cjevovodu, bar * ρ w - gustoća vode, kg/m 3 ** g - gravitacija, m/s 2 9,81 f - koeficijent trenja ** v w - brzina protoka vode, m/s ** TSP - težišna sredina perforacija, m 1036 L zc1 - efektivna dužina proizvodne kolone, m 1114 L zc2 - efektivna dužina LINERA, m 225 D zc1u - unutarnji promjer proizvodne kolone, m 0,2266 D zc2u - unutarnji promjer LINERA, m 0,15478 s - salinitet, g NaCl/dm 3 1,9846 t wf - temperatura na dnu bušotine, C 82 t wh - temperatura na ušću bušotine, C * Rezultati proračuna dinamičkih tlakova na dnu bušotine KBNZ-1B: Tablica 5-6: Rezultati proračuna dinamičkih tlakova na dnu bušotine KBNZ-1B za različita davanja q w (m 3 /d) p wf (bar) 104,66 103,51 102,35 101,81 100,97 36

37 Rezultati proračuna za pad tlaka u okomitom proizvodnom nizu bušotine KBNZ-1B Postojeća proizvodna oprema (od 0 do TSP m): Prva zaštitna kolona: D zc1v = 0,508 m L 1 = 53 m Druga zaštitna kolona: D zc2v = 0,340 m L 2 = 199,18 m Treća zaštitna kolona: D zc3v = 0,2445 m L 3 = 1132 m Liner: D ln = 0,178 m L ln = 225 m D zc1v -vanjski promjer I. zaštitne kolone, m D zc2v -vanjski promjer II. zaštitne kolone, m D zc3v -vanjski promjer III. zaštitne kolone, m -vanjski promjer linera, m D ln Tablica 5-7: Rezultati proračuna pada tlaka u okomitom proizvodnom nizu q w (m 3 /d) p wf (bar) p wh (bar) Δp (bar) ,66 5,44 99, ,51 4,12 99, ,35 2,71 99, ,81 2,01 99, ,50 1,62 99,88 Podaci za projektiranje proizvodnoga sustava i priključnoga cjevovoda: D cu - unutarnji promjer priključnoga cjevovoda 0,238m L c - duljina cjevovoda 815,5 m Tablica 5-8: Rezultati proračuna gubitka tlaka u priključnom cjevovodu bušotine KBNZ-1B q w (m 3 /d) Δp PC (bar) 0,0001 0,051 0,18 0,38 0,51 0,58 Ulazni podaci za termodinamički proračun proizvodnog sustava: D zc1v - vanjski promjer proizvodne kolone, m 0,2445 D zc2v - vanjski promjer LINERA, m 0,178 T wf - dinamička temperatura na dnu bušotine, K 353,16 τ - vrijeme rada bušotine, h c pzm - specifična toplina stijena kanala bušotine, J/kgK

38 ρ zm - srednja obujamska masa stijena kanala bušotine, kg/m λ tzm - koeficijent toplinske vodljivosti stijena kanala bušotine, W/m C 1,82 c pzm - obujamska specifična toplina stijena kanala bušotine, J/m 3 C ,952 c pw - specifična toplina vode, J/kg C 4166 λ tw - koeficijent toplinske vodljivosti vode, W/m C 0,598 λ tč - koeficijent toplinske vodljivosti čelika, W/m C 58 Γ - geotermijski gradijent, C/m 0,0781 D cv - vanjski promjer priključnoga vodovoda, m 0,250 D vi - vanjski promjer izolacije, m 0,33 p 1 - apsolutni tlak na početku cjevovodu, 10 5 Pa * p 2 - apsolutni tlak na kraju cjevovoda, 10 5 Pa * t p - temperatura fluida na početku priključnoga vodovoda, C * t k - temperatura fluida na kraju priključnoga vodovoda, C * t sr - srednja protočna temperatura fluida, C * t zm - temperatura tla (zemlje), C 283,16 t zr - temperatura zraka, C 284,76 λ ti - koeficijent toplinske vodljivosti izolacije, W/m C 0,04 k - koeficijent prolaza topline, W/m 2 C * a - pokazatelj prolaza topline * e - baza prirodnog logaritma 2,7183 f(τ) - vremenska funkcija rada bušotine * m w - protočna masa vode, kg/s * α - koeficijent prijelaza topline, W/m 2 C * λ zr - koeficijent toplinske vodljivosti zraka kod 10 C, W/m C 0,024 β - volumenski koeficijent temperaturnog rastezanja vode (kod 10 C), C -1 0,0002 ν - kinematička viskoznost, m 2 /s * Q b - dnevna količina topline za projektirani temperaturni pad od 50 C, kj/d * Q u - ukupna dnevna količina topline za temperaturni pad do stanja okoline, kj/d * Tablica 5-9: Rezultati proračuna gubitka topline u okomitom proizvodnom nizu i priključnom cjevovodu bušotine KBNZ-1B pri različitim protocima q w (m 3 /dan) t wf ( C) t wh ( C) t k ( C) Q b GJ/dan Q u GJ/dan ,45 79,10 308,3 421, ,72 79,55 616,5 843, ,81 79,70 924,8 1265, ,83 79, ,6 1461, ,84 79, ,8 1574,3 38

39 Analiza rezultata za proizvodnu bušotinu KBNZ-1B: Prema rezultatima proračuna za proizvodnu bušotinu KBNZ-1B ustanovljen je pad tlaka i temperature u kanalu bušotine te u površinskom proizvodnom i utisnom cjevovodu. Iz toga se može zaključiti da maksimalna projektirana proizvodnja iznosi 5600 m 3 /dan (65 l/s) s temperaturom geotermalne vode od 80 C. Ovo je granična vrijednost ukupne proizvodnje za ŠRC Blato s obzirom na proizvodne mogućnosti KBNZ-1A. Ova količina proizvodnje može se umanjiti u skladu s tehničko-tehnološkim rješenjem. To u praksi znači da se proizvodnja iz KBNZ-1A (400 m 3 /dan) može oduzeti od ukupne proizvodnje iz KBNZ-1B što daje 5200 m 3 /dan. Ova raspodjela proizvodnih mogućnosti u omjeru 5200/400 ovisit će o potrebama izvedbenoga projekta ŠRC Blato OPREMANJE PROIZVODNIH BUŠOTINA Dubinska proizvodna oprema Podzemni proizvodni niz prikazan je istovjetan na obje bušotine KBNZ-1A, 1B, te je prikazan na slikama 5-1 i 5-2 Nadzemna proizvodna oprema Osnovni dijelovi nadzemne bušotinske opreme su tipska bušotinska glava i erupcijski uređaj za geotermalna ležišta i na svim proizvodnim i utisnim bušotinama su jednake. (slika 7-1). Oprema je dimenzionirana s obzirom na temperaturu u ležištu i ležišnom tlaku s određenim koeficijentom sigurnosti. Na geotermalnim bušotinama GP Zagreb ugrađeni su erupcijski uređaji za radni tlak od 210 bara (3000 psi). 39

40 Slika 5-1: Proizvodni niz bušotine KBNZ-1A 40

41 Slika 5-2 Proizvodni niz bušotine KBNZ-1B 5.5. PODRŽAVANJE LEŽIŠNOGA TLAKA Hidrodinamički i termodinamički proračuni protoka fluida pokazali su izravnu ovisnost stabilnosti eruptivnoga rada proizvodnih bušotina o podržavanju ležišnoga tlaka. Utiskivanje vode u ležište ima dvostruku ulogu i to kao metoda za podržavanje tlaka u ležištu uz istovremeno zbrinjavanje pothlađene geotermalne vode glede strogih ekoloških zahtjeva Hidraulički i termodinamički proračun utisnoga sustava Hidrodinamički proračuni nužan je za optimiranje sustava za utiskivanje i utvrđivanje uvjeta protjecanja kod kojih će gubitak tlaka biti minimalan glede manjega internog utroška energije postrojenja za utiskivanje. Na osnovi rezultata proračuna, projektira se dovodni površinski 41

42 cjevovodni sustav, utisni niz i druga dubinska oprema, te stupanj raskrivanja. Budući da je u praksi to vrlo teško ostvariti, nužno je imati odgovarajuće rezerve u propusnoj moći ležišta i raspoloživom tlaku za utiskivanje u cjelokupnom utisnom nizu Proračun gubitka tlaka u utisnom cjevovodu na površini Proračun gubitka tlaka u utisnom cjevovodu istovjetan je proračunu gubitka tlaka u površinskom cjevovodu za proizvodni sustav. Proračun se odnosi na sadašnje stanje utisnih vodova. U razmatranje su uzeti hidraulički gubici koji nastaju vodoravnim protjecanjem vode temperature 30 C, a što odgovara izlaznoj temperaturi geotermalne vode iz kaskadnoga niza na izmjenjivaču topline u drugom cirkulacijskom krugu Proračun gubitka tlaka u utisnom nizu i ležištu Dinamički tlak na dnu bušotine izračunava se po sljedećem obrascu [12]: p 2 v w ρ w L t 5 wf = ρ w g L t f 10 2 D tu Proračun gubitka tlaka pri protjecanju vode iz bušotine u ležište temelji se na [12]: q w 53,57 10 = μ B w w 3 k w h ( p p ) ( ln(r /r ) 3/4 + S) e w wf r 5.6. HIDRAULIČKI PRORAČUN ZA BUŠOTINU KBNZ-2A Rezultati proračuna gubitka tlaka u površinskom utisnom cjevovodu Ulazni podaci za proračun: L U - duljina utisnoga cjevovoda, m 1627,5 D U - unutarnji promjer cjevovoda, m 0,238 t inj - temperatura utiskivanja, C 30 μ wi - viskoznost vode kod t inj, mpas 0,921 ρ wi - gustoća vode u uvjetima protjecanja za 30 C, kg/m 3 997,3 p inj - tlak utiskivanja, bar 15,0 Tablica 5-10: Rezultati proračuna gubitka tlaka u utisnom cjevovodu na površini q wi (m 3 /d) 2400 Δp U (bar) 30 C 0,210 42

43 Rezultati proračuna gubitka tlaka u utisnoj bušotini KBNZ-2A Podaci za proračun gubitka tlaka u utisnoj bušotini: q w - utiskivana količina vode, m 3 /d * p wh - dinamički tlak na ušću bušotine, bar 15,0 L pk - dužina utisnog niza, m okomito 1114 koso 1150 D pk - unutarnji promjer utisnog niza, m 0,2266 p r - ležišni tlak, bar 113,79 I - indeks injektivnosti kod 30 C, (m 3 /dan)/bar 295 Tablica 5-11: Gubitak tlaka u utisnom nizu bušotine KBNZ-2A pri 30 C q w Δp p r + Δp p wf (m 3 /d) (bar) (bar) (bar) , ,43 123, Analiza rezultata proračuna za bušotinu KBNZ-2A Pri projektiranju utisne bušotine razmatrano je postojeće stanje ugrađene opreme s temperaturom geotermalne vode od 30 C. Toplinska stanica i utisna bušotina povezala bi se cjevovodom duljine 1627,5 m i vanjskog promjera 0,250 m za projektiranu količinu od 2400 m 3 /d s padom tlaka od 0,210 bara HIDRAULIČKI PRORAČUN ZA BUŠOTINU KBNZ-3α Rezultati proračuna gubitka tlaka u površinskom utisnom cjevovodu Ulazni podaci za proračun: L U - duljina utisnoga cjevovoda, m 1023,5 D U - unutarnji promjer utisnog cjevovoda, m 0,238 t inj - temperatura utiskivanja, C 30 μ wi - viskoznost vode kod t sr, mpa s 0,921 ρ wi - gustoća vode u uvjetima protjecanja, kg/m 3 997,3 p inj - tlak utiskivanja, bar 15,0 Tablica 5-12: Rezultati proračuna gubitka tlaka u utisnom cjevovodu na površini q w (m 3 /d) 3200 Δp U (bar) 30 C 0,217 43

44 Rezultati proračuna gubitka tlaka u utisnoj bušotini KBNZ-3α Podaci za proračun gubitka tlaka u utisnoj bušotini: q w - utiskivana količina vode, m 3 /d * p wh - dinamički tlak na ušću bušotine, bar 15,0 L pk - dužina utisnog niza, m okomito 818 koso 975 D pk - unutarnji promjer utisnog niza, m 186,7 m 0, ,3 m 0,1548 p r - ležišni tlak, bar 83,55 I - index injektivnosti, m 3 /dan bar 558 Tablica 5-13: Gubitak tlaka u utisnom nizu bušotine KBNZ-3α pri 30 C q w Δp p r + Δp p wf (m 3 /d) (bar) (bar) (bar) ,108 89,65 93, Analiza rezultata proračuna za bušotinu KBNZ-3α Pri projektiranju utisne bušotine razmatrano je postojeće stanje ugrađene opreme s temperaturom geotermalne vode od 30 C. Toplinska stanica i utisna bušotina povezala bi se cjevovodom duljine 1023,5 m i vanjskog promjera 0,250 m za projektiranu količinu od 3200 m 3 /d s padom tlaka od 0,217 bara OPREMANJE UTISNIH BUŠOTINA Oprema utisnih bušotina Podzemni utisni niz prikazan je na primjeru: KBNZ-2A (sl. 5-1) KBNZ-3α (sl. 5-2) Nadzemna oprema za utiskivanje Osnovni dijelovi nadzemne bušotinske opreme su tipska bušotinska glava i erupcijski uređaj koji su na svim proizvodnim i utisnim bušotinama istovjetni (Slika 7-1). Oprema je dimenzionirana s obzirom na temperaturu u ležištu i ležišnom tlaku ali određenim koeficijentom sigurnosti. Na geotermalnim bušotinama GP Zagreb ugrađeni su erupcijski uređaji za radni tlak od 210 bara (3000 psi). 44

45 Slika 5-3: Utisni niz bušotine KBNZ-2A 45

46 Slika 5-4: Utisni niz bušotine KBNZ-2A 5.9. MJERNE BUŠOTINE Na lokalitetu ŠRC Blato, osim proizvodnih i utisnih bušotina nalaze se još dvije mjerne bušotine. One služe za povremenu kontrolu ležišnih parametara tlaka i temperature. Označene su kao: 1. KBNZ-2, 2. KBNZ-3B 46

47 6. SPRIJEČAVANJE STVARANJA KAMENCA I ZAŠTITA OD KOROZIJE Slane vode sadrže otopljene soli, koje se s promjenom tlaka i temperature talože u sloju, proizvodnim i utisnim bušotinama i u površinskoj opremi. Jednom započeti proces stvaranja kamenca ima tendenciju napredovanja što u krajnjem slučaju može dovesti do potpunoga začepljenja proizvodne opreme. Glavni uzročnici za stvaranje kamenca su : kalcij-karbonat (CaCO 3 ) kalcij-sulfat (CaSO 4 ) barij-sulfat (BaSO 4 ) kamenci željeza. Kalcij-karbonat je najčešći kamenac iz slanih voda. Voda sadrži kalcij i hidrokarbonatne ione koji se ne talože dok nema promjene tlaka i temperature. Ako se smanji tlak, oslobađa se ugljik-dioksid iz vode i dolazi do taloženja kalcij-karbonata. Kako se voda iz ležišta kreće prema pribušotinskoj zoni i dalje kanalom bušotine prema površini, počinje pad tlaka što oslobađa CO 2 koji je bio vezan na kalcij karbonat u otopini. Kalcij-sulfat nastaje kao posljedica prezasićenja. Voda može sadržavati kalcij i sulfat-ione u otopini sve dok nema poremećaja ravnoteže. Slana voda, koja sadrži kalcij-sulfat, je stabilna sve do trenutka promjene tlaka tijekom proizvodnje. Barij sulfat kao kamenac taloži se isključivo zbog nekompatibilnosti voda. Kada se miješa voda koja sadrži barij-ione s vodom koja sadrži sulfat-ione, taloži se barij sulfat. Topivost barij-sulfata je tako niska da do taloženja dolazi gotovo trenutno. Kamenci željeza kao FeO (Fe 2 O 3 ) i željezni sulfidi su najčešći produkti korozije. Na osnovu kemijske analize primjećuje se pojava hidrokarbonatnih iona (HCO 3 ), sulfatnih (SO 4 ) i kalcijevih (Ca ++ ) iona koja ukazuje da je moguće stvaranje kamenca u uvjetima protoka. Stvaranje kamenca Najbolji način spriječavanja stvaranja kamenca je prevencija. U praksi se primjenjuju opće metode kao što su: a) sprječavanje miješanja inkompatibilnih voda b) promjena sastava voda - razrijeđenjem vode - kontrolom PH-vrijednosti - uklanjanjem uzročnika za formiranje kamenca - uklanjanjem otopljenoga plina - omekšavanjem vode c) kontrola fizikalnih parametara (tlaka, temperature i brzine protoka) d) doziranje inhibitora kamenca U slučaju geotermalnih voda odabire se obično metoda kontrole fizikalnih parametara protoka: -Temperatura bitno utječe na stvaranje kamenca zbog utjecaja na stvaranje iona. Kalcijkarbonat je slabije topiv kod viših temperatura pa dolazi do taloženja, dok je barij-sulfat više topiv kod viših temperatura. -Promjena tlaka slabo djeluje na taloženje barij-sulfata i kalcij-sulfata, međutim znatno utječe na stvaranje kalcij-karbonata. Smanjivanjem tlaka dolazi do oslobađanja ugljik-dioksida iz vode i taloženja kamenca kalcij-karbonata. 47

48 -Brzina protoka utječe na formiranje kamenca samo indirektno, ali promjene protoka mogu osloboditi ugljik-dioksid, čime se povećava ph-vrijednost vode te dolazi do stvaranja kamenca kalcij-karbonata. Na osnovu PVT analiza i razmatranja indeksa taloženja i topivosti CaSO 4 za geotermalne vode Zagreb uočeno je da do odlaganja kamenca ne dolazi ako je radni tlak unutar proizvodno-utisnih opreme veći od 3 bara. Prema sastavu vode u kojoj ima otopljenih plinova CO 2 ( mg/l) i H 2 S (0,2-0,6 mg/l), te obzirom na relativno umjerenu mineralizaciju ( mg/l), treba računati s pojavom korozije proizvodne opreme. Na osnovi podataka o količini Ca ++ (mg CaCO 3 /l) i alkalitetu (mg CaCO 3 /l) pri promjenama temperature u tijeku proizvodnje izračunava se Langelierov indeks korozivnosti (LI) i Ryznarov indeks stabilnosti vode (SI) koji za ŠRC Blato iznose LI = -0,50, a SI = 8,0. Ove vrijednosti sa sigurnošću potvrđuju moguću pojavu korozije. Za spriječavanje korozije može poslužiti inhibiranje, plastificiranje i ugradnja antikorozivnih metala. Međutim, uzimajući u obzir uvjete u kojima nastaje korozija, na lokalitetu ŠRC Blato primjenit će se proizvodnja u zatvorenom ciklusu (osim balneologije) gdje nema značajnija utjecaja korozije na djelotvornost procesa proizvodnje, obzirom na unaprijed određene p,t parametre. 7. TEHNOLOGIJA ZACIJEVLJENJA I OPREMANJA BUŠOTINA Proizvodne, utisne i mjerne bušotine ŠRC Blato tehničko-tehnološki su opremljene da u potpunosti garantiraju hermetičnost proizvodnje u zatvorenom cirkulacijskom krugu. S time u svezi potpuno je onemogućen utjecaj geotermalne vode na podzemne tokove pitke vode. Proizvodna kolona od dna do površine obložena je zaštitnim cijevima i zacementirana po čitavoj dubini. Istražnim bušotinama INA d.d. SD Naftaplin ustanovljena je dubina zalijeganja vodonosnika geotermalne vode koja se očekuje u litotamnijskim vapnencima i dolomitima na dubini od 800 do 1200 m. Prognozni litološki stup čine: Kvartar 7-50 m gline, šljunci Pliocen m glinoviti lapori i pješčenjaci Miocen m pješčenjaci, litotamnijski vapnenci Podloga tercijara m vapnenci, dolomiti, škriljavci KONSTRUKCIJA I ISPITIVANJE BUŠOTINA GLEDE ZAŠTITE OKOLIŠA Proizvodne i utisne bušotine su zacijevljene na način koji je prikazano na slikama 5-1 do 5-4 i u tablici

49 Tablica 7-1: Karakteristike zacijevljenja bušotina Naziv zaštitne kolone Promjer Kvaliteta cijevi Težina Dubina ugradnje, m mm in kg/m lb/ft Uvodna kolona H Prva tehnička kolona 339,7 13 3/8 H Druga tehnička kolona 244,5 9 5/8 H Slotirani liner 177,8 7 H Uvodne kolone promjera 506 mm (20 ) i kolona 339,7 mm (13 3/8 ) imaju zadatak izoliranja površinskih šljunaka, površinske i pitke vode od zagađenja. Proizvodna kolona promjera 244,5 mm (9 5/8 ) ugrađuje se do dubine krovine proizvodnoga intervala geotermalnoga ležišta zasićenoga geotermalnom vodom. Proizvodna kolona promjera 177,8 mm (7 ) ugrađuje se kao slotirani liner nasuprot proizvodnih intervala, gdje je zacementiran međuprostor između linera (7 ) i proizvodne kolone 9 5/ HERMETIČNOST KOLONE ZAŠTITNIH CIJEVI I BUŠOTINSKE GLAVE Hermetičnost bušotine ispituje se s tlakom od 80% nazivnog unutarnjeg tlaka i to u trajanju od 30 minuta uz dozvoljeni pad od svega 10%. Tipsko rješenje erupcijskih uređaja bit će ugrađeno na proizvodnim i utisnim bušotinama, a prikazano je na sl Brtvljenje se izvodi sa primarnim i sekundarnim brtvama. Hermetičnost brtvenih prstenova određuje se tlakom od 80% nazivnoga tlaka u bušotini odnosno na tlak najslabijega površinskog sklopa i to u trajanju od dva puta po pet minuta a za koje vrijeme pad tlaka nije dozvoljen. 49

50 Slika 7-1: Nadzemna bušotinska oprema za proizvodne i utisne bušotine 8. TEHNIČKO-TEHNOLOŠKA SHEMA ŠRC BLATO Tehničko-tehnološka shema ŠRC Blato prikazuje primjenu geotermalne vode u zatvorenom cirkulacijskom krugu snage do 13,5 MW t ali bez ukupnog stupnja djelovanja izmjenjivača topline. Sastavnice tehničko-tehnološkoga rješenja ŠRC Blato su (slika 8-1): dvije proizvodne bušotine (KBNZ-1B i KBNZ-1A, ukupna proizvodnja 5600 m 3 /d temperature 80 C zatvoreni cirkulacijski krug koji se sastoji od: -izmjenjivača topline za toplinsku stanicu (kaskadno iskorištenje 13,6 MW t, slika 8-1) -separatora plina na ulazu u krug za balneologiju -postrojenja za obradu balneološke vode s filtracijom i odlagalištem tehnološkog otpada -cirkulacijskih pumpi za utiskivanje pothlađene (iskorištene) geotermalne vode dvije utisne bušotine KBNZ-2A s količinom utiskivanja od 2400 m3/d i KBNZ-3α s količinom od 3200 m 3 /d s temperaturom utiskivanja od 30 C. 50