Hidrológiai tájékoztató, 1986
1. szám, április - ÁLTALÁNOS VONATKOZÁSÚ CIKKEK - Dr. Tanczenberger Sándor: Hévízkutakban létrejövő vízkőkiválások és megakadályozásuk lehetőségei
Hévízkutakban létrejövő vízkőkiválások és megakadályozásuk lehetőségei DR. TANCZENBERGER SÁNDOR Dél-zalai Víz-, Csatornamű és Fürdő Vállalat, Nagykanizsa Nemzetközi összehasonlításban Magyarország a geotermikus energiahasznosítási lehetőségekben kedvező teltételekkel rendelkezik. A geotermikus készletek hasznosításának legfőbb technikai és gazdasági akadálya a hasznosítás folyamán a rezervoárban, a hévízkútban, a felszíni berendezésekben és a visszasajtoló létesítményeknél fellépő vízkőkiválás, mely nem csak a nagy, hanem a közepes, vagy kis hőmérsékletű hévizeknél is előfordul. A hévízkutak nagy részénél fellépő vízkőkiválási problémák megoldása nélkül számos geotermikus készlet kiaknázhatatlan, vagy hasznosítása nagymértékben gazdaságtalan. Megállapítható, hogy Magyarországon az energiakiváltásra alkalmazott hévizek több mint 90%-át jelenleg a pannóniai rétegösszletből termelik, ahol bizonyos termelési korlátozások mellett a kövesedés még elviselhető mérték alatt marad, ugyanakkor a komplex hasznosítás lehetőségét jobban biztosító nagyobb hőmérsékletű készletek kiaknázása az ismert problémák miatt minimális. A kőkiválásra hajlamos hévízkutakra tervezett hőhasznosító berendezések jelentős része nem épült meg, vagy ahol megépült ott nem lehet azokat üzemeltetni (Táska, Földes stb.). X. A vízkőkiválást előidéző és befolyásoló tényezők A kismértékben oldódó vízkőképző ásványok, mint a CaCO.s kristályosodása bizonyos geológiai, fizikai és vegyi körülmények hatására alakul ki. Az olyan geológiai tényezők mint a víz áramlása a reservoárban és az ásványos összetétel ugyanúgy közrejátszanak a vízkőképződésben, mint a fizikai tényezők, így a termelési ütem, a nyomás és hőmérséklet. Mindemellett a vízkőképződés fő okai vegyi okok, így a legfontosabb az, hogy a rezervoárbeli oldékonyságok a kúttalpi és felszíni nyomás és hőmérsékletviszonyok megváltozásával ugyancsak megváltoznak. A hévíztároló vize vegyi egyensúlyban van a tároló kőzeteivel, a szénhidrogénekkel, és egyéb, a tárolóban jelenlevő anyaggal mint pl.: a C0 2, N 2, H 2S-el. Bármilyen beavatkozás, mint a rétegmegnyitás és a termelés során létrehozott kúttalpi depresszió a legtöbb vegyi paramétert megváltoztatja. A kútba belépő és felfelé áramló fluidumnak ki kell alakítani a saját új termodinamikai egyensúlyát. A termelés során kialakuló termodinamikai körülmények között az oldott C0 2 kilép az oldatból, ami megváltoztatja a vízösszetételt és a pH-t. A kőkiválást a kútban főleg a kristályosodás kinetikája, a fludium dinamikája, a cső felületi jellemzői és különösen ezen tényezők együttes hatása befolyásolja. A kutatási eredmények azt mutatták, hogy a kőkiválásnál a legkritikusabb lépés a kristálycsírák csőfalon való kialakulása. A termodinamikai tényezőkön kívül — a hőmérséklet, nyomás vízösszetétel — tehát más tényezők is befolyásolják a kőkiválást, mint a tapadás, kristályosodás kinetikája, a folyadékok dinamikája és az idegen anyagok adszorbciója a növekedő kristályfelületre. A kőkiválás gyakran társulhat üledékképződéssel, bár az üledékek nem vezetnek szükségszerűen kőképződéshez. A kőkiválás könnyen megindulhat a hévíz nagy metakovasav tartalma következtében az áramló fluidumban lebegő „szálakon" is, azonban ennek nem lehet elsődleges jelentősége a kőkiválás mechanizmusában. A D—6 kút esetében jelentős kőkiválás volt egyidejű üledékképződés nélkül. A kőkiválás kialakulásának helye azt mutatja, hogy a csőfelületen történő kristálymagképződés a legkritikusabb a kőkiválás szempontjából, azonban ez nem zárja ki annak lehetőségét sem, hogy a fluidumban is * Előadásként elhangzott az MHT Zala megyei Körzeti CsoI.ort 1985. március 27-i előadóülésén. kifejlődjenek szubmikroszkópikus kalcitkristályok. Az ilyen szubmikroszkópikus kristályok megtapadhatnak a csőfelületen és iniciálják a további kristálynövekedést ami már kőképződéshez vezet. A hévizek hasznosítása során többféle kőképződési mechanizmus fordulhat elő, melyek közül a legjelentősebb a folyadékfázisból történő kiválás, ami mind a rezervoárban, mind a hévízkútban és a felszíni berendezésekben is létrejöhet. A folyadékfázisból történő kiválás alapvetően kétféle úton mehet végbe, nevezetesen a szilárd felületen kialakuló és megtapadó kristálymagok és ezek továbbnövekedése, vagy az ún. ütközéses mechanizmus folytán. Az első típus kristályai normális alakúak és egyöntetű képet mutatnak, míg a második típusra az olyan geometriai rendellenességek jellemzőek, mint a kontinuitási hiány és a görbültség. 2. A vízkőkiválás előrejelzési lehetőségei és szükségessége A geotermikus energiahasznosítás, a hévízkutak és a hozzájuk kapcsolt berendezések üzemeltetése szempontjából még az esetlegesen kedvezőtlen üzemi tapasztalatok előtt a tervezési fázisban nagyjelentőségű kérdés a vízkövesedési hajlam előrejelzése. A korrekt előrejelzés alapján sokszor elkerülhető a nagy gazdasági és erkölcsi kár okozása és preventív beavatkozással megteremthetők a problémamentes üzemeltetés feltételei. A különböző vízöszetételek és termodinamikai körülmények által befolyásolt vízkövek képződésére vonatkozóan az irodalomból számos közlemény ismert. A jelenleg ismeretes előrejelző modellek komoly hiányosságokkal rendelkeznek, így nem alkalmasak a termelés során felmerülő vízkövesedési gondok pontos és alapos kiértékelésére. E problémák megoldására O. J. Vetter, V. Kandarpa és H. Harouaka [2] olyan új modellt fejlesztett ki, ami figyelembe veszi azokat a fő paramétereket, melyek vízkőképződéshez vezetnek a tároló, a kút és a felszíni berendezések különböző helyein. Az új modell tekintetbe veszi az összes lehetséges vízösszetételt a keveredést megelőzően, a keveredés során, illetve az után bármely helyen. Ezen túlmenően tartalmazza vizsgált helyre jellemző specifikus nyomás és hőmérséklet adatokat. A kifejlesztett modell az oldékonyságokat és az ionszorzatokat nem az alapvető termodinamikai menynyiségek — szabad energia, entalpia stb. — függvényeként számítja, hanem egy sokkal gyakorlatiasabb megközelítést alkalmaz, ami a geotermikus hasznosításoknál nagyon jól használható, ahol nagyon rövid időn belül jelentős nyomás és hőmérséklet változások játszódnak le. A bonyolult program és az adatbázis hiányában az előzetes vizsgálatok során a gyakorlatban J. E. Oddo és M. B. Tomson [1] által kifejlesztett eljárás alkalmazható, mely a terepi gyakorlatban mérésre kerülő paraméterek alapján határozza meg a CaCO^ telítettségi indexet az I s-t. Számítási eljárásuk figyelembe veszi azt, hogy a vizsgált oldatok vegyi egyensúlya a hőmérséklettel, a nyomással és az ionos feszültséggel változik. Eljárásuk során a nyomás általi fluidumkompresszibilitás hatását kiegyenlítettnek veszik a hőmérséklet által létrehozott termikus expanzióval úgy, hogy ez a kettő kioltja egymást. Az I s számítások a rendszer különböző pontjaira elvégezhetők, az eredmény azonban akkor a legjobb, ha a rendszer egyetlen pontján sem képződik karbonátos vízkő. 3. A kőkiválás megelőzésének lehetőségei A kőkiválás megelőzése gyakran válik a hévíztermelés lehetőségének, fenntartásának kritikus pontjává. A kőmegelőzési program megválasztásánál számos téa 17
