Термальные подземные воды Ханкальского месторождения: формирование, использование, прогнозы

Актуальность темы исследования
В последние годы в мире значительное внимание уделяется
нетрадиционным возобновляемым источникам энергии, среди которых важное
значение принадлежит термальным подземным водам ввиду экологической
безопасности и экономической рентабельности использования. Россия обладает
большими геотермальными ресурсами, однако в промышленном масштабе они
практически не применяются. К наиболее перспективным территориям по
геотермии относится Чеченская Республика, занимающая 3-тье место среди
регионов Российской Федерации по утвержденным эксплуатационным запасам
месторождений термальных подземных вод, из которых наиболее крупным
является Ханкальское месторождение.
Чеченская Республика расположена в пределах Восточно-Предкавказского
артезианского бассейна, гидрогеологические, гидрогеохимические и
геотермические условия которого отражены в трудах целого ряда исследователей:
И.Г. Киссина, Б.Ф. Маврицкого, Ф.А. Макаренко, А.И. Хребтова, В.П. Крылова,
Г.М. Сухарева, И.С. Зекцера, С.А. Шагоянца, М.К. Курбанова, А.Б. Алхасова и др.
Вместе с тем вопросы использования термальных подземных вод изучены
недостаточно, работы по исследованию и прогнозу эксплуатации термальных вод
с применением современных компьютерных технологий единичны.
В связи с неуклонным ростом потребностей Чеченской Республики в
электро- и теплоэнергии изучение термальных подземных вод региона с
применением геостатистической оценки и математического моделирования
своевременно и актуально.
Цель исследования
Цель настоящей работы – установить особенности формирования
термальных подземных вод Ханкальского месторождения и выявить характер
изменения температур при их использовании.
Задачи исследования
1. Провести анализ гидрогеологических условий территории юго-востока
Восточно-Предкавказского артезианского бассейна и фактов определяющих
распространение термальных вод.
2. Построить карту распределения температур в пределах Ханкальского
месторождения термальных подземных вод и структурную карту основного
продуктивного пласта.
3. Разработать математическую модель прогноза изменения
температурного режима в процессе эксплуатации Ханкальского месторождения
термальных подземных вод.
4. Дать рекомендации по дальнейшей эксплуатации Ханкальского
месторождения термальных подземных вод.
Защищаемые положения
1. Основные тепловые ресурсы термальных подземных вод юго-востока
Восточно-Предкавказского артезианского бассейна связаны с караган-
чокракскими отложениями среднего миоцена. Гидрогеологические и
геотермические особенности территории определили расположение и
характеристики крупнейшего месторождения исследуемой области –
Ханкальского, для которого уточнена структура основного продуктивного пласта.
2. На Ханкальском месторождении термальных подземных вод
установлена вертикальная и латеральная зональности распределения температур,
определяющими для которых являются глубина залегания водоносного
комплекса, структурно-тектонический фактор и направление движения
подземных вод.
3. Эксплуатация Ханкальского месторождения термальных подземных вод
с применением дублетной циркуляционной системы обратной закачки приведет к
постепенному снижению температурного фона. При разработке необходимо
учитывать расстояние между забоями нагнетательной и продуктивной скважин,
направление движения подземных вод и влияние тектонических нарушений.
Рекомендуется установка и периодическая эксплуатация нескольких дублетных
циркуляционных систем различных продуктивных пластов.
Научная новизна
Показано, что наиболее перспективными для использования термальных
подземных вод в пределах Чеченской Республики являются караган-чокракские
отложения среднего миоцена, для которых дана оценка тепловых ресурсов.
Разработана структурная карта по кровле основного продуктивного пласта
Ханкальского месторождения термальных подземных вод с помощью методов
геостатистики. Составлена карта распределения температур в пределах
исследуемой области на основе компьютерного моделирования. Впервые для
условий Ханкальского месторождения термальных подземных вод осуществлено
моделирование эксплуатации с применением дублетной циркуляционной
системы, оценено изменение температурного режима при обратной закачке
использованных вод. Обоснованы рекомендации по проведению дальнейших
гидрогеологических работ на Ханкальском месторождении термальных
подземных вод.
Личный вклад
Сбор, анализ, интерпретация и обобщение использованных при работе над
диссертацией материалов отчетов 1964–2009 гг. Оценка запасов и расчет
тепловых ресурсов подземных вод среднемиоценовых караган-чокракских
отложений исследуемой области, составление картографических построений,
включая создание структурной карты основного продуктивного пласта и карты
распределения температур в пределах Ханкальского месторождения термальных
подземных вод. Моделирование использования термальных подземных вод с
оценкой изменения их температурного режима при осуществлении обратной
закачки использованных вод и после завершения эксплуатации. Разработка
рекомендаций по дальнейшей эксплуатации Ханкальского месторождения
термальных подземных вод.
Фактический материал и методы исследования
В работе использованы фондовые материалы: отчеты за 1964–2009 гг. из
архивов Федерального государственного унитарного научно-производственного
предприятия «Российский Федеральный Геологический Фонд»; данные полевых
работ и геохимических анализов, проведенных в 2013 г. Грозненским
государственным нефтяным техническим университетом им. акад.
М.Д. Миллионщикова. Проанализированы результаты гидрогеологических и
геохимических исследований по 15 скважинам, данные опытно-фильтрационных
работ по 5 скважинам территории Ханкальского месторождения термальных
подземных вод. Обработка информации выполнялась в Microsoft Office Excel,
картографические построения осуществлялись с помощью программ Isatis и
CorelDRAW. Расчеты изменения температурного режима подземных вод в
процессе их добычи и последующего нагнетания осуществлялись на основе
математического моделирования с использованием программы Metis,
разработанной Патриком Гобле [Goblet, 1980].
Научно-практическая значимость работы
В результате исследования выполнены расчеты и оценка тепловых ресурсов
термальных подземных вод среднемиоценовых караган-чокракских отложений
Чеченской Республики, подсчет эксплуатационных запасов Ханкальского
месторождения термальных подземных вод. Выделены зоны повышенных температур
на территории Ханкальского месторождения. Дан прогноз использования тепловых
ресурсов при обратной закачке отработанных термальных вод, определена скорость
восстановления температуры после завершения разработки, а также сформулированы
рекомендации оптимального режима эксплуатации. Разработанные и адаптированные
методы оценки температурного режима, создания структурной карты продуктивного
пласта Ханкальского месторождения, а также математического моделирования
обратной закачки могут быть использованы при обосновании условий эксплуатации
месторождений термальных подземных вод Восточно-Предкавказского артезианского
бассейна и других регионов России.
Апробация работы
По материалам диссертационного исследования опубликовано 20 научных работ,
в том числе 9 – в ведущих изданиях, рекомендованных ВАК. Полученные результаты
использованы при составлении отчета Государственного геологического музея им.
акад. В.И. Вернадского по теме «Разработка трехмерной цифровой модели резервуара
геотермальных вод. Разработка алгоритма математического моделирования
распределения температуры в пределах резервуара геотермальных вод» (2013 г.).
Научные конференции, в которых принял участие диссертант: межвузовская
научно-практическая конференция «Региональные проблемы водопользования в
изменяющихся климатических условиях», Уфа, 11–12 ноября 2014 г.; международная
научно-практическая конференция «GEOENERGY», Грозный, 19–21 июня 2015 г.;
Всероссийская научно-практическая конференция «Современные проблемы
естествознания», Уфа, 17 ноября 2015 г.; третий международный форум
«Возобновляемая энергетика: пути повышения энергетической и экономической
эффективности», Крым, г. Ялта. 17–19 ноября 2015 г.
Большую помощь при проведении настоящего исследования оказали
к.г.-м.н. С.В. Черкасов, Ph.D. Шанталь де Фуке, Ph.D. Эммануэль Леду.
Выполнению диссертационной работы содействовали сотрудники Грозненского
государственного нефтяного технического университета имени академика
М.Д. Миллионщикова д.т.н. М.Ш. Минцаев, д.г.н., профессор Ш.Ш. Заурбеков,
к.г.-м.н. А.А. Шаипов, к.г.-м.н. М.М. Лабазанов. В ходе работы автор пользовался
консультациями и всесторонней поддержкой д.г.-м.н., профессора
М.А. Камалетдинова, главного геолога Центра МСНР ФГУГП
«Гидроспецгеология» С.В. Святовца. Завершению диссертационного
исследования способствовали постоянное внимание к работе научных
руководителей д.г.н., профессора А.М. Гареева и Ph.D. Патрика Гобле. Всем
названным ученым автор выражает глубокую признательность.
Глава 1. История исследований