Геотермальные исследования - Geothermal exploration

Геотермальная вентиляция в Hengill разведочное месторождение, Исландия.

Геотермальная разведка это исследование недр в поисках жизнеспособных активных геотермальных регионов с целью строительства геотермальной электростанции, где горячие жидкости приводят в действие турбины для производства электроэнергии.[1] Методы разведки включают широкий спектр дисциплин, включая геология, геофизика, геохимия и инженерное дело.[2]

Геотермальные регионы с достаточным тепловым потоком для топливных электростанций находятся в рифтовые зоны, зоны субдукции и мантийные перья. Горячие точки характеризуются четырьмя геотермальными элементами. В активной области будут:[1]

  1. Источник тепла - мелкий магматический тело, распадающиеся радиоактивные элементы или окружающее тепло от высокого давления
  2. Резервуар - Коллекция горячих камней, из которых можно извлечь тепло.
  3. Геотермальная жидкость - газ, пар и вода, обнаруженные в резервуаре.
  4. Зона подпитки - зона вокруг резервуара, который восстанавливает геотермальную систему.

Разведка включает в себя не только идентификацию горячих геотермальных тел, но также и экономически эффективные регионы с низкой плотностью для бурения и уже существующие водопроводные системы, существующие в недрах.[3] Эта информация позволяет повысить эффективность производства геотермальных установок, а также снизить затраты на бурение.

Целых 42% всех расходов, связанных с геотермальная энергия добычу можно отнести к разведке. Эти затраты в основном связаны с буровыми работами, необходимыми для подтверждения или опровержения жизнеспособности геотермальных регионов.[4] Некоторые геотермальные эксперты заявили, что развитие методов и технологий геологоразведочных работ может принести наибольший прогресс в отрасли.[5]

Методы разведки

Бурение

Бурение дает наиболее точную информацию в процессе разведки, но также является наиболее дорогостоящим методом разведки.

Температурные градиентные отверстия (TGH), разведочные скважины (узкие скважины) и полномасштабные эксплуатационные скважины (wildcats) предоставляют наиболее надежную информацию о геологической среде.[4] Градиенты температуры, тепловые карманы и другие геотермические характеристики могут быть измерены непосредственно после бурения, что дает ценную информацию.

Глубина геотермальных разведочных скважин редко превышает 4 км. Подземные материалы, связанные с геотермальными полями, варьируются от известняк к сланец, вулканические породы и гранит.[1] Большинство пробуренных геотермальных разведочных скважин, вплоть до эксплуатационной, все еще находятся в стадии разведки. Большинство консультантов и инженеров считают, что разведочные работы будут продолжаться до тех пор, пока одна эксплуатационная скважина не будет успешно завершена.[4]

Как правило, первые дикий кот скважина имеет вероятность успеха 25%. После более тщательного анализа и исследования показатели успеха увеличиваются до диапазона от 60% до 80%. Хотя расходы значительно различаются, затраты на бурение оцениваются в 400 долларов за фут.[4] Таким образом, становится все более важным изучить другие способы разведки до начала буровых работ. Чтобы увеличить шансы на успешное бурение, инновации в дистанционное зондирование технологии развивались за последние 2 десятилетия. Эти менее затратные способы разведки подразделяются на несколько областей, включая геологию, геохимию и геофизику.

Геофизика

Сейсмология

Сейсмология сыграл значительную роль в нефть и газ промышленность и в настоящее время адаптируется к геотермальной разведке.[4] Сейсмические волны распространяются и взаимодействуют с подземными компонентами и соответственно реагируют. Существуют две подкатегории, относящиеся к источнику сейсмического сигнала.[6] Активная сейсмология основана на использовании искусственных / искусственных колебаний на поверхности или вблизи поверхности. Пассивная сейсмология в качестве источников использует землетрясения, извержения вулканов или другую тектоническую активность.[7]

В пассивных сейсмических исследованиях используется естественное распространение волн через землю.[7] Геотермальные поля часто характеризуются повышенной сейсмичностью. Землетрясения меньшей магнитуды происходят намного чаще, чем землетрясения большей магнитуды.[6] Следовательно, эти микроземлетрясения (MEQ), с величиной ниже 2,0 на шкала Рихтера, используются для выявления свойств недр, связанных с геотермальной разведкой.[7] Высокая скорость MEQ в геотермальных регионах дает большие наборы данных, которые не требуют длительного полевого развертывания.

Активная сейсмология, имеющая историю в нефтегазовой отрасли, включает изучение распространения искусственных колебательных волн. В этих исследованиях геофоны (или другие сейсмические датчики) разбросаны по территории исследования. Чаще всего используются геофоны в линию, со смещением, по центру и веера.[6]

Многие аналитические методы могут применяться к активным сейсмологическим исследованиям, но, как правило, все они включают: Принцип Гюйгенса, Принцип Ферма и Закон Снеллиуса. Эти основные принципы могут быть использованы для выявления подповерхностных аномалий, отражающих слоев и других объектов с высоким контрасты импеданса.[6]

Сила тяжести

Гравиметрия исследования используют изменения плотности для характеристики свойств геологической среды.[6] Этот метод хорошо применяется при выявлении плотных подземных аномалий, в том числе гранитных тел, которые жизненно важно обнаружить в проектах геотермальной разведки. Подземный Линии разломов также можно отождествить с гравитационными методами. Эти разломы часто идентифицируются как основные места бурения, поскольку их плотность намного меньше плотности окружающего материала. Развитие аэрогравитационных исследований дает большие объемы данных, которые можно использовать для трехмерного моделирования геологической среды с относительно высоким уровнем точности.

Изменения в грунтовые воды уровни также могут быть измерены и идентифицированы гравитационными методами. Этот элемент подпитки необходим при создании продуктивных геотермальных систем. Плотность пор и последующая общая плотность зависят от потока жидкости и, следовательно, изменяют гравитационное поле. При сопоставлении с текущими погодными условиями это можно измерить и смоделировать для оценки скорости подпитки геотермальных резервуаров.[1]

К сожалению, есть много других факторов, которые необходимо понять, прежде чем данные гравиметрического исследования можно будет интерпретировать. Среднее гравитационное поле, создаваемое Землей, составляет 920 см / c ^ 2. Обеспокоенные объекты создают значительно меньшее гравитационное поле. Следовательно, приборы должны обнаруживать отклонения от 0,00001%. Другие факторы, включая высоту, широту и погодные условия, должны быть тщательно соблюдены и приняты во внимание.[6]

Удельное сопротивление и магнитотеллурика

Магнитотеллурика (MT) измерения позволяют обнаруживать удельное сопротивление аномалии, связанные с продуктивными геотермальными структурами, в том числе недостатки и наличие Cap Rock, и позволяют оценить температуру геотермальных резервуаров на различных глубинах. MT успешно внесла свой вклад в успешное картирование и разработку геотермальных ресурсов по всему миру с начала 1980-х годов, в том числе в США и странах, расположенных на Тихоокеанское огненное кольцо таких как Япония, Новая Зеландия, Филиппины, Эквадор и Перу.

Геологические материалы обычно плохо проводят электричество и обладают высоким удельным сопротивлением. Однако гидротермальные жидкости в порах и трещинах земли увеличивают проводимость подземного материала. Это изменение проводимости используется для картирования геологии недр и оценки состава подземного материала. Измерения удельного сопротивления производятся с использованием серии зондов, расположенных на расстоянии от десятков до сотен метров друг от друга, для обнаружения электрического отклика Земли на вливание электрических импульсов с целью восстановления распределения электрического сопротивления в горных породах. Поскольку текущие геотермальные воды могут быть обнаружены как зоны с низким сопротивлением, можно составить карту геотермальных ресурсов, используя такой метод. Однако следует проявлять осторожность при интерпретации зон с низким удельным сопротивлением, поскольку они также могут быть вызваны изменениями типа породы и температуры.

Магнитное поле Земли изменяется по интенсивности и ориентации в течение дня, вызывая обнаруживаемые электрические токи в земной коре. Диапазон частот этих токов позволяет проводить мультиспектральный анализ изменения локального электромагнитного поля. В результате возможна томографическая реконструкция геологии, поскольку токи определяются лежащей в основе реакцией различных горных пород на изменяющееся магнитное поле.[8]

Магниты

Поток в исландском геотермальном разведочном поле.

Наиболее распространенное применение магнетизма в геотермальной разведке включает определение глубина точки Кюри или температура Кюри. В точке Кюри материалы изменятся с ферромагнитный к парамагнитным. Определение температуры Кюри для известных подземных материалов дает оценку будущей производительности завода. Например, титаномагнетитит, обычный материал в геотермальных полях, имеет температуру Кюри между 200-570 градусами Цельсия. Простые геометрические аномалии, смоделированные на разных глубинах, используются для наилучшей оценки глубины Кюри.[1]

Геохимия

Эта наука широко используется в геотермальных исследованиях. Ученые в этой области связывают свойства поверхностных флюидов и геологические данные с геотермальными телами. Температура, изотопные отношения, элементные отношения, концентрация ртути и CO2 - все это точки данных, подлежащие тщательному изучению. Геотермометры и другие приборы размещаются вокруг полевых участков для повышения точности оценок подземной температуры.[4]

Геотермальный потенциал США

Геотермальная энергия является недостаточно развитым энергетическим ресурсом и требует дальнейшего изучения и разведки.[2] Согласно Министерство энергетики США Одни только геотермальные возможности Юты, если они будут полностью развиты, могут обеспечить 1/3 потребности штата в электроэнергии. В настоящее время США планируют организовать национальные геотермальные базы данных, расширить USGS ресурсов на национальном уровне и разработки геофизических проектов для подтверждения достижений в области разведочных технологий.[5] Ниже перечислены округа и регионы США, которые потенциально могут использовать геотермальную энергию и требуют дальнейшего изучения.[9]

Штат СШАОкруг / Регион
АризонаКочиз, Грэм, Гринли, Марикопа, Пима, Пинал, Яуапиа, Юма
КалифорнияАльпийский, Колуза, Контра Коста, Империал, Инио, Керн, Озеро, Лассен, Лос-Анджелес, Модок, Моно, Монтерей, Напа, Оранжевый, Россыпь, Сливы, Риверсайд, Сан-Бернардино, Сан-Диего, Сан-Луис-Обиспо, Санта-Барбара, Шаста , Сьерра, Сонома, Вентура
КолорадоАрчулета, Чаффи, Фремонт, Гарфилд, Ганнисон, Минерал, Орей, Парк, Рутт, Сагуаш
АйдахоАда, Адамс, Медвежье озеро, Блейн, Бойсе, Бонневиль, Камас, Каньон, Карибу, Кассия, Кастер, Элмор, Франклин, Фремонт, Драгоценный камень, Лемхи, Онейда, Овайхи, Пайетт, Тетон, Твин-Фолс, Вэлли, Вашингтон
МонтанаБиверхед, Дир Лодж, Галлатин, Джефферсон, Льюис и Кларк, Мэдисон, Парк, Рузвельт, Роузбад, Сандерс, Серебряный лук, Стиллуотер
НевадаКарсон-Сити, Черчилль, Дуглас, Лось, Эврика, Гумбольдт, Линкольн, Лион, Най, Першинг, Стори, Уошу, Белая сосна
Нью-МексикоДонна Ана, Грант, Идальго, Мак-Кинли, Рио-Арриба, Сан-Мигель, Сандовал, Валенсия
ОрегонБейкер, Клакамас, Крук, Харни, Кламат, Лейк, Лейн, Линн, Малер, Марион, Уматилла, Юнион, Васко
ЮтаBox Elder, Cahce, Davis, Iron, Juab, Millard, Salt Lake, San Pete, Sevier, Uintah, Utah, Weber, Washington, Benton, Grant, King, Lincoln, Okanogan, Skamania
Аляска (не графства)Адак, Акутан, Бараноф, Горячие источники острова Белл, Горячие источники Чена, Горячие источники Круг, Годдард, Макушин, Горячие источники Мэнли, Источники Мелози, Моржовой, Нэнси, Портедж, Паломнические источники, Горячие источники Серпентин, Ситка, Уналаска
НебраскаШайенн, Кея Паха, Кимбалл, Скоттсблафф
Северная ДакотаМаклин
Северная ДакотаБьютт, Корсон, Дьюи, Фолл-Ривер, Хокон, Хардинг, Джексон, Джонс, Лоуренс, Мид, Меллетт, Пеннингтон, Перкинс, Стэнли, Тодд, Трипп, Зибах
ТехасАтакоса, Белл, Бексар, Бразория, Бурлесон, Кончо, Даллас, Эль-Пасо, Фолс, Гонсале, Хардин, Хилл, Карнес, Живой Дуб, МакЛеннан, Милам, Наварро, Президио, Уэбб
ВайомингХот-Спрингс, Линкольн, Натрона

внешние ссылки

использованная литература

  1. ^ а б c d е * Манцелла, Адела, «Геофизические методы в геотермальных исследованиях», Итальянский национальный исследовательский совет. [1]
  2. ^ а б * Hulen, J.B. & Wright, P.M. (2001). «Геотермальная энергия - чистая устойчивая энергия на благо человечества и окружающей среды». Министерство энергетики США.
  3. ^ * XDT - Геотермальная веб-страница. "XDT - Ten Dimensional Technologies. 01 августа 2010 г. Интернет. 04 декабря 2010 г. <http://www.xdtek.com/Geothermal.html >.
  4. ^ а б c d е ж * Дженнеджон, Дэн (2009). «Исследования и разработки в области геотермальной разведки и бурения». Ассоциация геотермальной энергии.[2]
  5. ^ а б * (2010). «Федеральная межведомственная геотермальная деятельность». Офис программы геотермальных технологий по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерство энергетики США.
  6. ^ а б c d е ж * Бургер, Х., Шихан А., Джонс, К. (2006). «Введение в прикладную геофизику». W.W. Norton & Company, Inc.
  7. ^ а б c * Фулджер Г. (1982). «Геотермальная разведка и мониторинг резервуаров с использованием землетрясений и пассивного сейсмического метода». Геотермия, Том 11, Выпуск 4.
  8. ^ * Уильям Э. Глассли. «Геотермальная энергия: возобновляемые источники энергии и окружающая среда».
  9. ^ * «Совместная веб-страница ресурсов». ГЕО-ТЕПЛОЦЕНТР. 01 января 2008 г. Интернет. 07 декабря 2010 г. <http://geoheat.oit.edu/colres.htm >.