CC BY
19
© И.Н. Середкин, 2015
УДК 536.21+536.631 И.Н. Середкин
ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ ТЕПЛОВЫХ СВОЙСТВ ПОРОД ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМ И МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАМЧАТКИ
Представлены краткий обзор литературы и анализ состояния исследований тепловых свойств пород геотермальных месторождений Камчатки, полученных в период 1986-2014 гг.
Ключевые слова: геотермальные месторождения, горные породы, теплоемкость, теплопроводность.
Знания о тепловых свойствах горных пород необходимы как при оценке тепловых ресурсов геотермальных систем и месторождений, так и для математического моделировании процессов теплопереноса при оценке термодинамических параметров геотермальных систем и проектировании систем разработки [1] и являются ключевым параметром для численных моделей геотермальных систем [2]. При этом совершенствование методов измерений тепловых свойств горных пород приводит к существенным изменениям ранее полученных данных [1]. Целью настоящей работы является обзор публикаций по измерениям тепловых свойств пород геотермальных систем и месторождений Камчатки.
В настоящее время существует считанное количество опубликованных работ посвященных тепловым свойствам пород геотермальных систем и месторождений Камчатки (табл.1). В статье [3] представлены данные о тепловых свойствах образцов керна скважин Мутновского геотермального месторождения глубиной от 40 до 100 м. С целью изучения теплового потока в скважинах измерялась температура и ее градиент, его значение определялось расчетным путем с использованием уравнения Фурье. Необходимый для вычислений коэффициент теплопроводности горных пород определялся с помощью следующих установок: установка, основанная на стационарном методе двух плоских пластин без охранного чехла; установка, осно-
ванная на нестационарном методе цилиндрического зонда постоянной мощности; опытно-серийный прибор «Ламбда», основанный на стационарном методе разделенного стержня. Среднее значение коэффициента теплопроводности для верхней части (1,5^2 км) разреза Мутновского месторождения составило 1,7 Вт/м°С.
Яновским Ф.А. были исследованы различные породы геотермальных месторождений Камчатки: песчаники, алевролиты, аргиллиты, туфы, туфобрекчии, сланцы, диориты, эффузивы и т.д. [4]. Автор указывает, что для кристаллических интрузивных образований теплопроводность обусловлена в основном решеточной проводимостью слагающих породу твердых частиц. Поэтому эффузивные породы имеют меньшие значения теплопроводности и теплоемкости. Для одинаковых по литологии пород большее влияние на теплопроводность оказывают структурно-текстурные неоднородности, чем различия в вещественном составе. В [4] сделано предположение о росте теплопроводности вулканогенно-осадочных пород с возрастом и глубиной залегания и выделено две группы пород: метаморфизо-ванные отложения со средней теплопроводностью 2,73 Вт/моС и вулканогенно-осадочные и эффузивные кайнозойские отложения с теплопроводностью от 1,0 до 2,4 Вт/моС.
Таблица 1
Публикации по измерениям тепловых свойств пород геотермальных систем и месторождений Камчатки
Литературный источник Месторождение Теплопроводность Теплоемкость
Сугробов В.М., Яновский Ф.А. [3] Мутновское + н/д
Яновский Ф.А. [4] Мутновское, Паужетское, Начикинское, Апачинское, Малкинское + н/д
А.В. Кирюхин и др. [5,6] Паратунское, Малкинское, Долина Гейзеров + +
Пашкевич Р.И и др. [8] Паратунское, Мутновское, Авачинская система + +
Пашкевич Р.И и др. [9] Авачинская система + +
В [5,6] представлены данные, полученные с помощью метода инверсионного моделирования. Для 9 исследованных образцов были повторно измерены теплопроводность и температуропроводность на разработанной Ю.А. Поповым установке оптического сканирования [7].
В [8] приведены результаты измерений тепловых свойств образцов пород геотермальных систем и месторождений Камчатки на лабораторной установке оптического сканирования Ю.А. Попова в Московском научно-исследовательском центре ООО «Технологическая компания Шлюмберже» при комнатной температуре, а также при пластовых условиях. В [8] получены данные о зависимости свойств образца от давления и температуры. Измерения проводились при температурах от 20 до 200°С и избыточных давлениях от 0,1 до 30 МПа. Теплопроводность при разных температурах с увеличением давления от 0,1 до 30 МПа увеличивалась на 1,4 - 3,8 %. При повышении температуры от 20 до 200 оС теплопроводность образца понижалась на 10 %, а объемная теплоемкость увеличивалась на 30 %. В работе [9] представлены данные о тепловых свойствах 57 образцов пород с глубин 5 - 10 м Ава-чинской геотермальной системы, полученные на установке оптического сканирования Ю.А. Попова в Сколковском институте науки и технологий.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что к настоящему времени масштабные исследования тепловых свойств пород геотермальных систем и месторождений Камчатки не проводились, опубликовано только 6 работ, измерения при пластовых условиях были осуществлены в одном случае. Необходимо продолжить работы для получения представительных данных о тепловых свойствах пород геотермальных систем и месторождений Камчатки.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пашкевич P.M. Влияние свойств горных пород на результаты численного моделирования эксплуатации геотермальных систем // ГИАБ. ОВ 2 «Камчатка» (специальный выпуск). - 2014. - С.36-46.
2. Sipioa E.D., Chiesab S., Destroa E., Galgaroa A., Giarettaa A., Golad G., Manzellad A., Rock Thermal Conductivity as Key Parameter for Geothermal Numerical Models // Energy Procedia. -2013. - № 40. - C. 87-94.
3. Сугробов В.М., Яновский Ф.А. Измерение теплового потока в субповерхностных условиях // Геотермические и геохимические исследования высокотемпературных гидротерм. - М.: Наука, 1986. - С. 126-140.
4. Яновский Ф.А. О теплопроводности вулканогенно-осадочных пород Камчатки // Вулканология и сейсмология. - 1989. - № 5. - С.77-84.
5. Кирюхин А.В., Поляков А.Ю., Мушинский А.В., Топчиева О.М. Исследование тепловых свойств скальных пород геотермальных месторождений // Материалы ежегодной конференции, посвященной Дню вулканолога 3031 марта 2009 г., Петропавловск-Камчатский, 2010. - С.149-156.
6. Кирюхин А.В., Поляков А.Ю., Мушинский А.В. Измерения теплопроводности и удельной теплоемкости на примере вулканогенных горных пород // Вулканология и сейсмология. - 2014. - № 5. - С.27-37.
7. Попов Ю.А. Теоретические модели для определения тепловых свойств горных пород на основе подвижных источников тепловой энергии // Известия вузов. Сер. «Геология и разведка». - 1983. - № 9. - Статья 1. C. 97-105; 1984. - № 2. - Статья 2. - С. 83-91.
8. Пашкевич Р.И., Попов Е.Ю., Тарелко Н.Ф., Чернев И.И., Павлов К.А., Муратов П.В. Новые данные о тепловых свойствах пород геотермальных месторождений Камчатки // ГИАБ. ОВ 2 «Камчатка» (специальный выпуск). - 2014. - С. 36-46.
9. Пашкевич Р.И., Попов Е.Ю., Савельев Е.Г., Ромушкевич Р.А, Павлов К.А. Экспериментальные исследования тепловых свойств пород Авачинской геотермальной системы // ГИАБ № 11, Специальный выпуск № 63 «Камчат-ка-2», 2015. С. 7-23.ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Середкин Илья Николаевич - младший научный сотрудник, [email protected], Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук.
UDC 536.21+536.631
REVIEW OF THERMAL PROPERTIES OF ROCKS KAMCHATKA GEO-THERMAL FIELDS
Seredkin I.N., Junior Research Associate, [email protected], Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Russia.
Provides a brief literature review and analysis of the studies thermal properties of Kamchatka rocks received during the 1986-2014 years.
Key words: geothermal fields, rocks, specific heat, thermal conductivity. REFERENCES
1. Pashkevich R.I. Vlijanie svojstv gornyh porod na rezultaty chislennogo modeliro-vanija jekspluatacii geotermalnyh system (The Influence of rock properties on the results of numerical modeling of exploitation geothermal systems), GIAB, OV 2, «Kamchatka» (special issue), 2014, pp.36-46.
2. Sipioa E.D., Chiesab S., Destroa E., Galgaroa A., Giarettaa A., Golad G., Manzel-lad A., Rock Thermal Conductivity as Key Parameter for Geothermal Numerical Models (Thermal Conductivity as Key Parameter for Geothermal Numerical Models), Energy Procedia, 2013, No. 40, pp. 87-94.
3. Sugrobov V.M., Yanovskiy F.A. Izmereniye teplovogo potoka v subpoverkhnost-nykh usloviyakh, Geothermal and geochemical studies of high-temperature fluids (Measurement of heat flow in subpoverty conditions // Geothermal and geochemical researches of high-temperature hydrothermal), Moscow: Nauka, 1986, pp. 126-140.
4. Yanovskiy F.A. O teploprovodnosti vulkanogenno-osadochnykh porod Kamchatki, Vulkanologiya i seysmologiya (On the thermal conductivity of volcanogenic-sedimentary rocks of Kamchatka), 1989, No. 5, pp. 77-84.
5. Kiryukhin A.V., Polyakov A.Yu., Mushinskiy A.V., Topchiyeva O.M. Materialy yezhe-godnoy konferentsii, posvyashchennoy Dnyu vulkanologa 30-31 marta 2009 g. «Issledovaniye teplovykh svoystv skalnykh porod geotermalnykh mestorozhdeniy» (Study of thermal properties of hard rocks of geothermal fields), Petropavlovsk-Kamchatskiy, 2010, pp.149-156.
6. Kirjuhin A.V., Poljakov A.Ju., Mushinskij A.V. Izmerenija teploprovodnosti i udelnoj teploemkosti na primere vulkanogennyh gornyh porod (Measurement of thermal conductivity and specific heat capacity example on the volcanic rocks), Vulkanologiya i seysmologiya, 2014, No. 5, pp. 27-37.
7. Popov Yu.A. Teoreticheskie modeli dlya opredeleniya teplovyh svojstv gornyh porod na osnove podvizhnyh istochnikov teplovoj ehnergii (Theoretical model for determining thermal properties of rocks on the basis of movable sources of thermal energy), Izvestija vuzov, seriya «Geologija i razvedka», 1983, Statya 1, No 9, pp. 97-105; 1984, Statya 2, No 2, pp. 83-91.
8. Pashkevich R.I., Popov E.Yu., Tarelko N.F., Chernev I.I., Pavlov K.A., Muratov P.V. Novyye dannyye o teplovykh svoystvakh porod geotermalnykh mestorozhdeniy (New data on thermal rock properties geothermal fields of Kamchatka). Kamchatki, GIAB, OV 2, «Kamchatka» (special issue), 2014, pp.36-46.
9. Pashkevich R.I., Popov E.Yu., Savelyev E.G., Romushkevich R.A, Pavlov K.A. Eksperimentalnye issledovaniya teplovykh svoystv porod Avachinskoy geotermalnoy sistemy (Experimental investigation of thermal properties of rocks of Avachinsky geothermal system), GIAB No 11, «Kamchatka-2» (special issue), 2015. pp. 7-23.
