بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از انرژي زمین گرمایی جهت مصارف نیروگاهی و غیرنیروگاهی در شمال غرب کوه سبلان در حال توسعه است. براي استخراج سیال داغ از زمین سه حلقه چاه تا عمق 3000 متر حفر شده است. بررسیهاي زمین شناسی و آزمونهاي تولید چاه نشان میدهد که تراوایی مخزن در حد متوسط تا ضعیف است و چاههاي تولیدي داراي دبی پایینی هستند. یکی از روشهاي مناسب جهت افزایش دبی، شکافت هیدرولیکی است.
به منظور اجراي موفق شکافت هیدرولیکی باید پارامترهاي موثر در آن از جمله ثابت هاي الاستیک و تنش هاي برجا تعیین شود. در این مطالعه، مقدار تنش هاي برجا با استفاده از اطلاعات چاه NWS3 تخمین زده شده است. بر این اساس میزان تنش برجاي قائم، تنش افقی حداکثر، تنش افقی حداقل و فشار منفذي در عمق مورد مطالعه به ترتیب 8/6، 5/68، 3/44 و 2/37 مگا پاسکال بدست میآید.
مقدمه
استفاده از انرژي زمین گرمایی از سال 1354 بمنظور شناسایی پتانسیل هاي منابع انرژي زمین گرمایی در نواحی شمال و شمال غرب ایران در محدوده اي به وسعت 260 هزار کیلومتر مربع آغاز گردید. در طی مطالعات مقدماتی زمین شناسی، ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی تا سال 1361، مناطقی در اطراف سبلان، دماوند، خوي- ماکو و پنج بخش کوچکتر در منطقه سهند جهت تمرکز فعالیتهاي فاز اکتشاف تکمیلی شناسایی شدند. پس از یک وقفه نسبتاً طولانی، در سال 1369 گزارش- هاي موجود مجدداً بازنگري گردید و منطقه زمین گرمایی مشگین شهر بعنوان اولین اولویت جهت ادامه مطالعات اکتشافی معرفی شد.
سپس برنامه فاز اکتشاف تکمیلی تهیه و مطالعات سطح الارضی شامل عملیات ژئوفیزیکی، زمین شناسی،
بررسی هاي ژئوشیمیایی و ماهوارهاي در شمال غرب سبلان صورت گرفت. نتیجه این مطالعات منجر به تخمین درجه حرارت مخزن در حد240 درجه سانتیگراد و تعیین نقاط حفاريهاي اکتشافی در دامنه هاي شمالی سبلان، جنوب شهرستان مشگین شهر گردید. عملیات حفاري چاههاي اکتشافی زمین گرمایی در آبان ماه 1381 آغاز و طی مدت 18 ماه، سه حلقه چاه اکتشافی - تولیدي - عمیق تا عمق 3200، 3176 و 2260 متر و دو حلقه چاه تزریقی با عمق حدود 650 متر حفر گردیدند. بعد از حفاري، آزمونهاي تست چاه بمنظور تعیین پارامترهاي مخزن از جمله قابلیت تولید سیال انجام شد.
نتایج آزمونهاي تست چاه و بررسی عوامل کنترل کننده نفوذپذیري در چاهها وجود تراوایی متوسط تا ضعیف را نشان داد.
وجود تراوایی کافی براي حرکت سیال داغ از چاههاي تزریقی به سمت چاههاي تولیدي، یکی از مهمترین شرایط استفاده از حرارت موجود در سنگهاست. هر چه میزان تراوایی مخزن بالاتر باشد، قابلیت جابجایی سیال بالاتر بوده و تولید انرژي حرارتی نیز افزایش مییابد. طبق اندازهگیريها و محاسبات انجام شده، افزایش تراوایی سنگ مخزن با روشهاي مصنوعی بسیار ضروري است.
روشی که به منظور افزایش تراوایی در مخزن پیشنهاد میشود، روش شکافت هیدرولیکی است. طی فرآیند شکافت هیدرولیکی با استفاده از اعمال فشار یک سیال در عمق معین، سنگ دیواره چاه شکسته میشود و زونهایی با تراوایی بالا ایجاد میگردد. بمنظور اجراي موفق شکافت هیدرولیکی در مخزن اطلاعات مرتبط با پارامترهاي الاستیکی سنگ و تنش- هاي برجا مورد نیاز است. نقش تنشهاي برجا در هندسه شکستگی و میزان فشار لازم جهت ایجاد شکستگی و توسعه آن غیر قابل انکار است.
در اینجا سعی شده با مجموعه اطلاعات حاصل از حفاري چاههاي ژئوترمالی در شمال غرب سبلان تخمینی از میزان تنش هاي برجا بدست آید.
زمینشناسی عمومی منطقه
پروژه زمین گرمایی شمال غرب سبلان در بخش شمال غربی توده آتشفشانی سبلان، نزدیک مشگین شهر واقع شده است.
آتشفشان سبلان در 40 کیلومتري جنوب غربی اردبیل و در 25 کیلومتري جنوب شرق مشگین شهر قرار دارد. ساختار آتشفشانی سبلان از نوع نقطهاي و استراتوولکان است. آتشفشان مرکزي با مکانیسمی شبیه به آتشفشان استرو مبولی ایتالیا در محل تقاطع شکستگیهاي اصلی بر روي یک هورست قدیمی با روند شرقی- غربی از بین سنگهاي آتشفشانی آندزیت پورفیري ائوسن بالایی فوران کرده و مخروط بلند خود را ساخته است.
لیتولوژي غالب مشاهده شده در سطح زمین شامل رسوبات آبرفتی کواترنر میباشد که این رسوبات عمدتاً شامل قطعات آتشفشانی است. رخنمونهاي سنگی موجود در منطقه عمدتاً داراي جنس آندزیتی هستند - شکل. - 1 اطلاعات زمین شناسی زیر سطحی محدوده مورد مطالعه به کمک سه چاه اکتشافی حفر شده در دره موئیل بدست آمده است. این چاهها ابتدا وارد رسوبات تراستی کواترنري و سپس به داخل سنگهاي آتشفشانی تراکیآندزیت و آندزیت پلیوسن نفوذ نموده است
از نظر تکتونیکی منطقه مورد مطالعه در یک زون فشارشی پیچیده واقع شده است. ناحیه سبلان در محل برخورد صفحات ایران، اوراسیا و عربی قرار دارد. بررسی ساختارهاي تکتونیکی منطقه نشان میدهد که جهت اصلی گسلهاي منطقه NE، NW وN-S میباشد اما سایر عوارض و خطوط ساختاري مشاهده شده در منطقه در جهات WNW تا W و NNW قرار دارند
در پیمایشهاي صحرایی صورت گرفته در 6 ناحیه اطراف کوه سبلان جهت تعیین میدان تنش با استفاده از آنالیز خش گسل، عوارضی از جمله گسلش نرمال و پله گسل مشاهده شده است که این شواهد نشان دهنده وجود زونهاي کششی منطقهاي میباشد.
مواد و روشها
پایین بودن دبی جریان در مخزن ژئوترمال شمال غرب سبلان بعنوان یک مشکل اساسی مطرح است. استفاده از شکافت هیدرولیکی بعنوان راه حل مناسبی براي افزایش دبی جریان پیشنهاد شده است. در فرآیند شکافت هیدرولیکی
شکل - 1 نقشه زمین شناسی منطقه مورد مطالعه
تعیین مقدار تنشهاي برجا در مشخص نمودن هندسه شکستگیها، نقطه آغاز، گسترش و بسته شدن شکستگیهاي مصنوعی ایجاد شده اهمیت فراوانی دارد. تنشهاي برجاي موجود شامل تنش قائم، تنش افقی حداکثر، تنش افقی حداقل و فشار منفذي هستند.
تعیین تنشهاي برجا
جهت تعیین تنشهاي برجا از دادههاي چاه NWS3 استفاده شده است. دهانه این چاه در ارتفاع 2277 متر بالاتر از سطح دریا بوده و تا عمق 3176 متري بصورت زاویه دار حفاري شده است. دادههاي اولیه چاه از سطح زمین تا عمق 2560 متري وجود دارد. به دلیل اینکه آزمون نشت در عمق 357 متري چاه مذکور انجام شده، تعیین تنشهاي برجا با استفاده از روش- هاي مختلف در این عمق صورت گرفته است. اطلاعات اولیهاي که از حفاري و آزمایش چاه NWS3 در اختیار است شامل عمق مورد بررسی، ستون سنگ شناسی، فشار گل حفاري، آزمون نشت و سطح آب زیرزمینی است. در ادامه سعی شده است با بکار بردن این اطلاعات مقدار تنشهاي برجا تخمین زده شود.
براي تعیین مقادیر سه تنش اصلی در منطقه، از روشهاي زیر استفاده شده است:
- سنگ شناسی: تغییرات دانسیته لیتولوژيهاي مختلف با عمق تعیین شده است. با آگاهی از دانسیته موجود در هر عمق، میزان تنش قائم محاسبه شد.
- نشت: آزمون برجاي انجام شده در تعیین مقدار دقیق تنش افقی حداقل استفاده شده است.
- ضریب :K با استفاده از روابط تجربی شامل ضریب K تنش افقی حداقل محاسبه می شود.
- تئوري اندرسون: بمنظور تعیین تنش افقی حداکثر، مورد استفاده قرار گرفته است.
- آب زیرزمینی: فشار منفذي در مخازن ژئوترمال هیدرواستاتیک می باشد و با توجه به میزان تغییرات فشار منفذي با عمق فشار منفذي محاسبه گردید.
