Полный текст

Введение Обширная территория Монголии весьма богата подземными пресными и минеральными термальными водами различного состава [1-10 и др.]. Многочисленные азотные минеральные термальные источники распространены главным образом в ее западной и северо-западной частях, а холодные - преимущественно в северо-восточной и восточной частях страны. Гидрогеология, гидрогеохимия, генезис термальных вод во многом дискуссионны и требуют дальнейшего изучения [3-10, 11-27]. Рассмотрим некоторые данные по месторождениям и проявлениям термальных вод Центральной Монголии, выявленных и исследованных в пределах Хангайского сводового поднятия [6, 7, 10]. Общие сведения о месторождениях термальных вод. Геологическое строение Месторождение термальных вод Сайхан Хульж Находится в 350 км к западу и северо-западу от Улан-Батора, на территории Булганского аймака, в 2 км к западу и к юго-западу от административного центра Могот сомона [2, 3, 8]. Абсолютная высота в районе месторождения около 1450 м. Проявления сульфатно-натриевых терм Сайхан Хульжи впервые были описаны В.А. Смирновым в 1927 г. В разные годы его посещали Ф.К. Шипулин (1941), В.Н. Попов (1946), О. Намнандорж, Ш. Цэрэн (1958) и Г.М. Шпейзер, Б.И. Писарский (1973), Нарангэрэл, Н. Лхагва (1974) и др. При проведении поисково-разведочных буровых работ получены новые данные по данному месторождению, которые сводятся к следующему. В геологическом строении участка месторождения термальных вод Сайхан Хульжи принимают участие эффузивные породы верхнего триаса и нижнеюрского возраста и нерасчлененные четвертичные отложения. Эффузивные породы представлены от светло-серых до темно-серых андезит-базальтами и андезит-порфирами, туфами, которые на участке разведки вскрыты всеми скважинами на глубинах 36,0-62,0 м. Четвертичные отложения представлены главным образом разнозернистыми песками с включениями и отдельными слоями валунно-гравийно-галечникового материала толщиной до 2,0-4,0 м. Установлено [7, 8], что термальные воды приурочены к зоне тектонического дробления эффузивных пород верхнего триаса и нижнеюрского возраста. Общая площадь очага разгрузки вместе с растеками минеральных вод достигает 0,3 км2. Термальные воды были вскрыты поисково-разведочными скважинами на глубинах от 6,0 (в рыхлых отложениях) до 202,0 м (в коренных породах) с температурой 20-55 оС и дебитами 0,3-4,6 л/с при понижениях соответственно 2,0-2,6 м. Термальные воды Сайхан Хульжинского месторождения относятся к так называемому хульжинскому типу [5, 14, 18] и характеризуются низкой минерализацией (не более 0,83 г/л), сульфатно-натриевым составом, высокой температурой (45-57 °C) и щелочной реакцией (рН = 8,45-8,65). В настоящее время на этих сульфатно-натриевых термах сезонно действует курорт местного значения. Высокие лечебные качества, значительные прогнозные запасы термальных вод и благоприятные природно-экономические условия местности создают предпосылки для дальнейшего расширения гидроминеральной базы Хульжи [8]. Месторождение термальных вод Отгонтэнгэр Находится на территории Дзабханского аймака, в 75 км к востоку от аймачного административного центра г. Улиастай, в сильно пересеченном горном районе Хангай. Оно расположено у северного подножья горы Отгонтэнгэр, вершина которой является самой высокой в горной стране Хангая (4031 м над уровнем моря). Первые сведения о проявлении термальных вод Отгонтэнгэр приводятся химиком В.А. Смирновым (1926). После этого его обследовали О. Намнандорж, Ш. Цэрэн (1957), З.П. Козловская (1964), Г.М. Шпейзер, Б.И. Писарский (1973), З. Нарангэрэл, Н. Лхагва и др. В геологическом строении месторождения минеральных вод Отгонтэнгэр [1-3, 7] принимают участие интрузивные породы палеозоя и четвертичные отложения. Интрузивные породы представлены гранитами, субщелочными гранитами средне- и крупнозернистыми ясно порфировидными лейкократовыми гранитами. Этот массив характеризуется интенсивным эрозионным расчленением и наложенной трещиноватостью [3, 10, 16 и др.]. Четвертичные отложения представлены гравийно-галечниковым материалом и слюдистым песком с валунами ледникового происхождения. Видимая толщина ледниковых отложений составляет 10-15 м [1, 8]. Установлено, что термальные воды приурочены к зоне тектонического дробления [16, 28, 29] интрузивных пород. Разгрузка термальных вод связана с обводненными оперяющими и поперечными второстепенными трещинами разного направления [7, 10, 28, 30-32]. Основной разлом проходит в долине р. Аршаан северо-западного направления и сопровождается зоной дробления. Общая площадь очага разгрузки термальных вод на дневной поверхности достигает 0,13 км2 (650´200 м). Самые высокотемпературные (50-55 °С - выходы № 9, 23) приурочены к узлам пересечения обводненных термами тектонических разломов и локализованы в центральной части участка. В пределах месторождения отмечены 40 горячих выходов с температурой 28-55 °С. Температура воды в 60 % отмеченных источников в среднем составляет 42-47 °С, в остальных не превышает 23-38 °С. Суммарный дебит горячих источников с температурой 42-55 °С равен 6,0 л/с. В результате режимных наблюдений в течение годичного цикла не отмечались изменения химического состава, температуры, дебита в зависимости от выпадения атмосферных осадков. Выходы горячей воды расположены на высоте до 40 м над урезом реки на расстоянии 0,5 км от русла. По химическому составу термальные воды относятся к Хульжинскому типу сульфатно-натриевых терм и характеризуются низкой минерализацией (до 0,29 г/л) и щелочной реакцией (рН = 7,0-9,0) с содержанием кремниевой кислоты 32-74 мг/л. В настоящее время на термальных водах Отгонтэнгэр сезонно действует курорт республиканского значения, который базируется на естественных выходах термальных вод, имеющих температуру до 57 °С [7, 8, 10]. Минеральные воды Отгонтэнгэрского месторождения используются для лечения болезней суставов, нервной системы, органов кровообращения, желудочно-кишечного тракта, кожных и гинекологических заболеваний. Месторождение термальных вод Шаргалжуут Месторождение находится на территории Баянхонгорского аймакав, в 60 км к северо-востоку от административного центра аймака г. Баянхонгорив, в 30 км к востоку от самонного центра Эрдэнэцогт. Абсолютная высота места выхода аршана 2500 м. Шаргалжуутское месторождение азотных терм в структурно-гидрогеологическом плане [30, 32] приурочено к гидрогеологическому массиву склона [6, 8], в котором распространены интрузивные породы триаса и перми. Установлено, что азотные минеральные воды приурочены к зоне тектонического дробления нижнепермских пород. Разгрузка азотных терм связана с региональным разломом субширотного простирания и поперечными обводненными разломами [6]. Ширина обводненной зоны дробления в пределах участка месторождения составляет 20-30 м. Общая площадь очага разгрузки - около 0,25 км2. Разведочными скважинами термальные воды вскрыты на глубинах от 3,0 м (в аллювиальных отложениях) до 120,0 м (в коренных породах) с температурой 6-48 °С и дебитами 1,10-1,92 л/с при понижениях соответственно 16,0 и 17,7 м. По химическому составу азотные термы Шаргалжуутинского месторождения - гидрокарбонатные натриевые. Они характеризуются низкой минерализацией (0,2-0,49 г/л), по О.К. Ланге гипертермальные (выше 42 °С), щелочной реакцией (рН = 8,5-9,3) и аномальным содержанием кремнокислоты (94,46-174,0 мг/л) и других элементов. Суммарный дебит горячих источников с температурой 48-90 °С составляет 51,0 л/с. Методы исследования. Технология бурения скважин для добычи термальных вод Технологические аспекты бурения [33-37] скважин для извлечения термальных вод обусловлены рядом природных факторов, которые необходимо учесть при проектировании гидрогеологической скважины [6, 10, 12, 13, 21, 22, 29, 36, 38-42]. В их числе температура термальных вод, пластовое давление в природном резервуаре, глубина залегания и минерализация термальных вод, а также буримость горных пород, в которых планируется проводка гидрогеологической скважины. Рассмотрим температурные условия бурения гидрогеологических скважин для добычи термальных вод (рис. 1). В условиях охлажденного разреза верхней части осадочного чехла мезокайнозойских впадин и речных долин Монголии [3, 7-10, 22] горячий подземный флюидопоток термальных вод неизбежно встречается с холодным потоком аллювиальных пресных подземных вод речных долин либо с потоками холодных подземных вод предгорных конусов выноса. По сути это основные, главные типы месторождений подземных вод, изучение которых в целях водоснабжения ведут многие десятилетия [3, 6-10, 12, 13, 33, 38, 39, 41, 43 и др.]. В ряде случаев Рис. 1. Принятая конструкция гидрогеологических скважин для извлечения термальных вод Сайхан Хульж, Монголия (1974) полевыми гидрогеологическими исследованиями доказано наличие локализованных потоков холодных подземных вод трещинно-жильного типа, приуроченных к обводненным разломам [6-10, 28, 30-32]. Здесь не исключена сосредоточенная разгрузка в аллювиальных отложениях горячих термальных и холодных питьевых или азотных минеральных вод по отдельным участкам обводненных транзитных разломных зон. Приведенные примеры совместной разгрузки горячих и холодных подземных вод позволяют сделать вывод о неизбежном разбавлении горячих термальных вод и их охлаждении в зонах смешивания с холодными водами. Процесс разбавления и охлаждения горячих термальных потоков при смешивании их с холодными пресными и минеральными водами в природных условиях не позволяет полностью использовать энергетический потенциал очага разгрузки термальных вод [36, 40]. Отталкиваясь от задачи сохранения максимально высоких природных значений температурных параметров термальных вод, необходимо предложить рациональный комплекс технико-технологических решений для их реализации на практике. Если в этом ключе решать задачу оптимизации конструкции [17, 33-35] скважины, можно прийти к выводу, что каждая промежуточная обсадная колонна в стволе гидрогеологической скважины будет выполнять двойную функцию. Помимо закрепления стенок скважины от осыпей и обвалов в рыхлых и слабосцементированных отложениях, обсадная колонна разобщает рабочее пространство скважины и природных резервуаров подземных вод от уже вскрытых бурением и может рассматриваться как термоизоляционный элемент крепи скважины, разобщающий именно тепловые потоки флюидных гидрогеологических систем - холодной и термальной. Результаты исследования В природных резервуарах с высокими значениями параметров фильтрационной среды (коэффициент фильтрации, уровнепроводность и др. [12, 33, 38]) особенно важно обеспечить надежное разобщение двух типов подземных вод в двух типах гидрогеологических структур: аллювиальных отложений, вмещающих и перераспределяющих потоки холодных пресных от термальных минеральных вод обводненных разломов. Очевидно, что несколько последовательно спущенных в скважину обсадных колонн с обязательным креплением заколонного пространства цементным раствором уже снижают суммарные потери теплопотока, который будет получен из этой скважины. Дополнительно для снижения потерь температуры термальных минеральных вод при их движении по стволу скважины на поверхность в составе конструкции скважины следует применять обсадные трубы (в том числе и эксплуатационные), выполненные из композитных термоизоляционных материалов. При этом будут достигнуты на 10-15 оС более высокие значения температуры терм, перехваченных скважиной, чем наблюдаются в очаге естественной разгрузки через аллювиальные отложения. Применение термокейсов (термоизолирующее направление) показало высокую эффективность при строительстве скважин в интервале многолетне-мерзлых пород на месторождениях нефти и газа Тюменской области, Республики Саха (Якутия) и на севере Красноярского края. В этих случаях многолетне-мерзлые породы изолируются от прогрева со стороны промывочной жидкости в скважине [23]. Однако авторами настоящей статьи предлагается использовать термокейсы для недопущения охлаждения термальных вод в стволе скважины при ее движении от забоя к устью. Одним из перспективных направлений снижения температуропроводности крепи скважины считается также использование в ее конструкции полимерных материалов на основе полиуретанов. Авторы предлагают обсадные колонны с двойной стенкой (технология «труба в трубе»), внутри которой находится теплоизолирующий материал - пенополиуретан. Его основным преимуществом для достижения поставленной задачи следует считать низкие значения коэффициента теплопроводности (0,019-0,03 Вт/м∙К), в то время как для стали обсадных колонн он составляет 27-40 Вт/м∙К, а небольшая весовая характеристика пенополиуретана не потребует использования дополнительного оборудования для спуска обсадных колонн. Использование этой технологии позволит уменьшить теплопотери по стволу скважины на 20-30 %, чем обеспечивается возможность получить на поверхности температуру воды, максимально приближенную к пластовой. В целом горно-геологические условия месторождения Шаргалжуутын являются благоприятными для бурения скважин с целью добычи термальных вод [6]. Единственной сложностью при проводке этих скважин представляется разбуривание кварцевых диоритов, распространенных на всей площади месторождения термальных вод. В этих условиях можно рекомендовать применение пневмо- и гидроударников с целью бурения пилотного ствола с последующим расширением его шарошечным долотом [43]. В качестве бурового станка может быть использована буровая установка УРБ-2А-2 на вездеходном шасси (УРАЛ, КАМАЗ) с глубиной бурения до 200-250 м. Конструкция скважины может быть следующей (рис. 2). Рис. 2. Новая конструкция гидрогеологических скважин для извлечения термальных вод Монголии: 1 - кондуктор, 324 мм, с зацементированным башмаком; 2 - техколонна I-219 мм, зацементирована; 3 - техколонна II-168 мм, зацементирована; 4 - щелевой фильтр в продуктивном пласте; 5 - эксплуатационная колонна, 127 мм, диаметр бурения 151 мм На рис. 2 выделены интервал рыхлых пород-коллекторов, кровля кристаллических пород, зона обводненного разлома с термальными водами. Предложенная новая конструкция гидрогеологической скважины решает перечисленные выше задачи эффективного освоения геотермальных ресурсов месторождения, перекрытого аллювиальными отложениями. Заключение Предложенные в настоящей статье технологические решения позволят уменьшить теплопотери по стволу скважины на 20-30 %. Планируется продолжить исследование в данном направлении. Технологические решения в цикле бурения и крепления гидрогеологической скважины для добычи термальных вод обеспечат реальный экономический эффект, измеряемый в единицах теплового потока, а также в денежном эквиваленте.

Об авторах

Дамдин Сурмаажав

Автор, ответственный за переписку.
Email: surmaajavdamdin@yahoo.com
17140, Монголия, г. Улан-Батор, ул. Чингуунжав-1

специалист

Андрей Гелиевич Вахромеев

Email: andrey_igp@mail.ru
664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128

доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры нефтегазового дела

Георгий Михайлович Толкачев

Email: gmtolkachev@mail.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29

профессор кафедры нефтегазовых технологий

Сергей Александрович Сверкунов

Email: dobro_75@mail.ru
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

аспирант кафедры нефтегазового дела

Николай Николаевич Мартынов

Email: martynovkoma@gmail.com
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

аспирант кафедры нефтегазового дела

Владимир Григорьевич Заливин

Email: zalivinvg@yandex.ru
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 287

PDF (Russian) - 59

PDF (English) - 83

Ссылки

• Ссылки не определены.