wyniki badań hydrogeologicznych prowadzących do rozpoznania i

wyniki badań hydrogeologicznych prowadzących do rozpoznania i

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE nr 45, t. 14, rok 2012 – ISSN 1896-771X
WYNIKI BADAŃ HYDROGEOLOGICZNYCH
PROWADZĄCYCH DO ROZPOZNANIA
I UDOSTĘPNIENIA
ZASOBÓW WÓD TERMALNYCH
NA TERENIE GMINY KLESZCZÓW
Krzysztof Jasnos1a, Piotr Kołba2b,
Henryk Biernat3c, Bogdan Noga4d
Zakład Komunalny KLESZCZÓW Sp. z o.o., ul. Główna 41, 97-410 Kleszczów
SOLPARK KLESZCZÓW Sp. z o.o., ul. Sportowa 8, 97-410 Kleszczów
3
Przedsiębiorstwo Geologiczne POLGEOL S.A., ul. Berezyńska 39, 03-908 Warszawa
4
Instytut Mechaniki Stosowanej i Energetyki, Politechnika Radomska,
ul. Krasickiego 54, 26-600 Radom
e-mail: [email protected], [email protected],
c
[email protected], [email protected]
1
2
Streszczenie
W artykule przedstawione zostały wyniki badań, które prowadzone były na terenie gminy Kleszczów za pomocą
dwóch otworów geotermalnych. Po zakończonych badaniach hydrogeologicznych pierwszy z wykonanych otworów
pełni rolę otworu eksploatacyjnego, a drugi chłonnego. W obydwóch otworach wykonano badania geologiczne, hydrogeologiczne oraz geofizyczne. Na zakończenie badań przeprowadzono jeszcze badania chłonności warstwy wodonośnej za pomocą pompowania z otworu Kleszczów GT-1 do otworu Kleszczów GT-2.
THE RESULTS OF THE HYDROGEOLOGICAL RESEARCH
LEADING TO KNOW AND DEVELOP THE RESOURCES
OF THERMAL WATER IN THE KLESZCZÓW DISTRICT
Summary
The article presents the results of research that were conducted on two geothermal wells in Kleszczów. After completion of the hydrogeological test, it was decided that the first well acts as production well and the second one
acts as the injection well. The geological, hygrogeological and geophysical tests were performed on both wells. Final test was conducted on aquifer absorbency by pumping thermal water
from Kleszczów GT-1 well to
Kleszczów GT-2 well.
1. WSTĘP
Miejscowość Kleszczów położona jest na południu
go Bełchatów S.A. i Elektrownia Bełchatów S.A.
województwa łódzkiego w powiecie bełchatowskim. Od
W centralnej części gminy znajduje się największe
Łodzi dzieli ją odległość 75 km, od Częstochowy 65 km,
w kraju wyrobisko odkrywkowe Kopalni Węgla Brunat-
a od Krakowa i Warszawy - 175 km. Ponad 30% terenu
nego Bełchatów o głębokości około 200 m. W sąsiedz-
gminy zajmują odkrywkowa Kopalnia Węgla Brunatne-
64
Krzysztof Jasnos, Piotr Kołba, Henryk Biernat, Bogdan Noga
twie Kleszczowa znajduje się góra Kamieńsk, coraz
warstwy wodonośne jury środkowej. Stalowe ele-
popularniejsze w kraju miejsce sportów zimowych.
menty systemów geotermalnych narażone są na
Władze gminy Kleszczów postanowiły wykonać badania
niekorzystne działanie korozji [3], która rozwija się
prowadzące do rozpoznania i udokumentowania zasobów
głównie w rurociągach tłocznych i otworach zatła-
wód termalnych (wód podziemnych które charakteryzu-
czających. W związku z tym otwór chłonny Klesz-
ją się temperaturą na powierzchni wyższą od 20oC),
czów GT-2 został wykonany z rur z tworzywa
które mogłyby być wykorzystywane do celów ciepłowni-
sztucznego wzmocnionych włóknem szklanym -
czych, balneologicznych i rekreacyjnych.
typu fiberglass. Strefa złożowa została poszerzona
Badania związane z rozpoznaniem zasobów wód termal-
i zafiltrowana filtrem typu Johnson. Po wykonaniu
nych na terenie gminy Kleszczów prowadzone były
badań geologicznych i geofizycznych w otworze
trójetapowo:
tym wykonano badania hydrogeologiczne polega-
−
jące na pompowaniu oczyszczającym i pomiaro-
Etap I - realizowany był w okresie od lipca do
wym.
listopada 2009r. zgodnie z projektem prac geolo-
−
gicznych [6]. Podczas tego etapu wykonano otwór
i lipca 2011r. miał na celu rozpoznanie właściwości
badawczy Kleszczów GT-1 do głębokości 1620 m
chłonnych ujętej warstwy wodonośnej oraz stwier-
[5]. Za pomocą tego otworu rozpoznana została
dzenie więzi hydraulicznej pomiędzy otworem eks-
rzeczywista budowa geologiczna rejonu badań oraz
ploatacyjnym Kleszczów GT-1 i chłonnym Klesz-
udostępniono dolnojurajską wodę termalną. Otwór
czów GT-2. Podczas tego etapu wykonano za po-
ten jest wykonany w technologii rur stalowych
mocą pompy głębinowej pompowanie eksploata-
ponieważ korozja w otworach eksploatacyjnych
cyjno-zatłaczające z otworu Kleszczów GT-1 do
rozwija się w zdecydowanie mniejszym stopniu [4].
Kleszczów GT-2. Z przeprowadzonych dotychczas
Warstwa wodonośna ujmująca wody termalne nie
podobnych badań wynika, że możliwości eksplo-
jest zafiltrowana (otwór bosy). Następnie prze-
atacyjne instalacji geotermalnych nie zależą od
prowadzone zostały badania hydrogeologiczne polegające
na
pompowaniu
możliwości
oczyszczającym
wydobywczych
ale
od
możliwości
chłonnych warstwy wodonośnej [3].
i pomiarowym. W wyniku przeprowadzonej analizy okazało się, że wydobyta woda termalna będzie
2. WYNIKI BADAŃ
mogła być wykorzystana do celów ciepłowniczych,
GEOLOGICZNYCH
co w tym przypadku było równoznaczne z podję-
−
Etap III - realizowany na przełomie czerwca
ciem decyzji o wykonaniu kolejnego etapu badań.
Rejon Kleszczowa znajduje się na pograniczu dwóch
Etap II - realizowany w okresie od grudnia 2010r.
regionalnych mezozoicznych jednostek geologicznych:
do marca 2011r. zgodnie z aneksem do projektu
niecki mogileńsko-łódzkiej i niecki miechowskiej (Niż
prac geologicznych [1] zakończony został wykona-
Polski). Obie jednostki rozdziela elewacja radomszczań-
niem otworu Kleszczów GT-2 do głębokości 1725
ska, zamykająca od południowego zachodu nieckę
m, w utworach jury dolnej. Otworem tym w celu
mogileńsko-łódzką.
powiększenia powierzchni roboczej ujęto również
65
WYNIKI BADAŃ HYDROGEOLOGICZNYCH PROWADZĄCYCH DO ROZPOZNANIA…
Stratygrafia faktyczna otworu Kleszczów GT-1 znacznie
profilu jury górnej co może wskazywać, że otwór ten
odbiega od stratygrafii zakładanej w projekcie prac
przechodzi przez strefę dyslokacyjną Kleszczów -
geologicznych. W stosunku do stanu projektowanego
Kodrąb.
zostały znacznie rozbudowane utwory jury górnej (rys.
Podczas wykonywania otworu Kleszczów GT-1 bardzo
1), a utwory jury dolnej zostały ujęte fragmentarycznie
trudne było zlokalizowanie utworów jury dolnej, które
[1]. W tym przypadku przesunięcie lokalizacji otworu
powinny być ujęte w celu eksploatacji wody termalnej.
Kleszczów GT-1 o kilkadziesiąt metrów w kierunku NE
Tuż pod górną warstwą utworów jury dolnej zlokalizo-
mogłoby skutkować bardzo słabymi parametrami wody
wany został kolejny uskok, po którego przekroczeniu
termalnej lub wręcz nawet jej brakiem. Mogłoby się
Rys. 1. Przekrój geologiczny w rejonie prowadzonych badań
okazać, że po przejściu jury górnej od razu zostałyby
nawiercono utwory triasu górnego. Tak więc do eksplo-
nawiercone utwory triasu górnego, który posiada gorsze
atacji zostały ujęte jedynie górne warstwy poziomu
warunki kolektorskie od jury dolnej. Z kolei przesunięcie
wodonośnego jury dolnej.
lokalizacji otworu Kleszczów GT-1 o kilkadziesiąt
W pobliżu otworu chłonnego Kleszczów GT-2 przebiega
metrów w kierunku zachodnim można byłoby ująć wodę
główna strefa dyslokacyjna Kamieńsk – Żłobnica. Strefa
termalną z niżej położonych warstw jury dolnej. Na
ta ma znaczący wpływ na miąższość i głębokość wystę-
pewno skutkowałoby to uzyskaniem większej tempera-
powania poszczególnych ogniw stratygraficznych.
tury. W przypadku ujęcia warstwy wodonośnej o więk-
3. WYNIKI BADAŃ
HYDROGEOLOGICZNYCH
szej miąższości można byłoby się spodziewać również
wyższej wydajności eksploatacyjnej.
W rejonie prowadzonych badań w otworach archiwal-
Badania hydrogeologiczne polegające na pompowaniu
nych w trakcie przewiercania utworów jury górnej
oczyszczającym i pomiarowym w otworze Kleszczów
występowały dość duże zaniki i ucieczki płuczki. Należa-
GT-1 wykonano po zakończeniu prac wiertniczych
łoby je wiązać głównie ze strefami dyslokacyjnymi
i ujęciu warstwy wodonośnej jury dolnej. Badania te
występującymi w tym rejonie. W otworze Kleszczów
przeprowadzono na początku listopada 2009 r.
GT-1 ucieczki płuczki występowały w środkowej części
66
Krzysztof Jasnos, Piotr Kołba, Henryk Biernat, Bogdan Noga
kątnym przelewem o szerokości 50 cm.
W trakcie pompowania oczyszczającego i pomiarowego
badania temperatury i położenia zwierciadła wody
Pompowanie oczyszczające prowadzono
realizowano przy użyciu sondy z automatyczną rejestra-
241 m ze średnią wydajnością 250 m3/h. Pulsacyjny
p.p.t. Pomiarów wydajności pompowania dokonywano
elektromagnetycznym,
również
pomocą
dźwigu gazowego (air-lift) opuszczonego na głębokość
cją danych opuszczonej do otworu na głębokość 120 m
przepływomierzem
za
charakter
z
pracy
kompresora
uniemożliwiał
płynną
rejestrację i stopniowe zwiększanie wydajności. Wartości
automatyczną rejestracją danych, zamontowanym przy
wydajności chwilowej w trakcie pompowania oczyszcza-
głowicy otworu na rurociągu odprowadzającym wodę.
jącego wahały się od 190 do ponad 300 m3/h.
Pompowanie oczyszczające prowadzono przy użyciu
Pompowanie pomiarowe przeprowadzono na trzech
dźwigu gazowego (air-lift) ze wzrastającą wydajnością
stopniach dynamicznych, a łączny czas pompowania
od około 100 m3/h do 202 m3/h. Wydajność 200 - 202
wynosił 8 godzin. Ostatni, trzeci stopień pompowania
m3/h utrzymywano przez okres około godziny przed
pomiarowego wykonywany był z wydajnością 240,6
zakończeniem pompowania oczyszczającego. Na koniec
m3/h przy temperaturze wypływu solanki wynoszącej
pompowania uzyskano klarowną solankę bez piasku i
45,9oC [2].
zawiesiny pylastej. Przy wydajności 202 m3/h temperatura wody osiągnęła 50oC, a zwierciadło wody ustabili-
W trakcie prowadzonego pompowania pomiarowego
zowało się na głębokości 87,7 m [5].
otworu Kleszczów GT-2 zwierciadło wody w obserwowanym otworze Kleszczów GT-1 wykazywało bardzo
Pompowanie pomiarowe przeprowadzono przy użyciu
nieznaczne wahania, rzędu kilku centymetrów. Może to
pompy głębinowej opuszczonej do otworu na głębokość
świadczyć o bardzo słabej więzi hydraulicznej między
127 m, dla trzech stopni dynamicznych po trzy godziny
otworami geotermalnymi.
na każdym stopniu. Ostatni, trzeci stopień pompowania
pomiarowego charakteryzował się wydajnością pompo-
Przed przystąpieniem do pompowania eksploatacyjno-
wania 200,6 m3/h i temperaturą solanki na wypływie na
zatłaczającego dokonano połączenia otworów Kleszczów
poziomie 52,2oC.
GT-1 i Kleszczów GT-2 rurociągiem tłocznym o długości około 3200 m. Przyjęto, że eksploatacja wody ter-
Badania hydrogeologiczne w otworze Kleszczów GT-2
malnej prowadzona będzie otworem Kleszczów GT-1
przeprowadzono po zakończeniu prac wiertniczych oraz
natomiast otwór Kleszczów GT-2 będzie pełnił rolę
ujęciu warstw wodonośnych jury środkowej i dolnej.
otworu chłonnego (rys. 2). Ze względu na korozyjne
W trakcie pompowania oczyszczającego i pomiarowego
działania schłodzonej wody termalnej rurociąg ten
badania temperatury i położenia zwierciadła wody
został wykonany podobnie jak otwór Kleszczów GT-2 z
realizowano przy użyciu sondy z automatyczną rejestra-
rur z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem
cją danych, opuszczonej do otworu Kleszczów GT-2 na
szklanym. Na rurociągu tłocznym tuż przed otworem
głębokość 220 m. Pomiarów wydajności pompowania
chłonnym zainstalowana została bateria filtrów świeco-
dokonywano przy użyciu skrzyni przelewowej z prosto-
wych.
Rys. 2. Schemat pompowania eksploatacyjno-zatłaczającego
67
WYNIKI BADAŃ HYDROGEOLOGICZNYCH PROWADZĄCYCH DO ROZPOZNANIA…
W trakcie pompowania eksploatacyjno-zatłaczającego
Podczas pompowania pomiarowego z otworu Kleszczów
prowadzono pomiary temperatury i położenia zwiercia-
GT-1 uzyskano wydajność 202,6 m3/h przy temperatu-
dła wody w otworze eksploatacyjnym Kleszczów GT-1,
rze 52.2oC. W przypadku otworu Kleszczów GT-2
przy użyciu sondy z automatyczną rejestracją danych,
zarejestrowana wydajność eksploatacyjna wynosi 240,6
opuszczonej do otworu na głębokość 140 m. Przy otwo-
m3/h. Wyższa wydajność zanotowana w otworze Klesz-
rze GT-1 zamontowano ponadto ciśnieniomierz elektro-
czów GT-2 niż ta zanotowana w otworze Kleszczów GT-
niczny. Pomiarów wydajności pompowania dokonywano
1 może wynikać z faktu dopływu wody termalnej
przy użyciu wodomierza elektromagnetycznego, zainsta-
z warstwy jury środkowej (otwór Kleszczów GT-1
lowanego przed otworem chłonnym Kleszczów GT-2.
ujmuje jurę dolną).
Przed otworem GT-2 wykonano ponadto zautomatyzo-
Podczas pompowań pomiarowych otworu Kleszczów
wane pomiary ciśnienia i temperatury wody oraz kon-
GT-2 zaobserwowano bardzo małą więź hydrauliczną
trolne pomiary ciśnienia przed i za filtrami świecowymi
pomiędzy otworem Kleszczów GT-1 i Kleszczów GT-2.
przy użyciu manometrów.
Przyczyną tego stanu może być zwiększony przypływ
Pompowanie eksploatacyjno-zatłaczające przeprowadzo-
wody termalnej z jury środkowej. Inną przyczyną takie-
no
go stanu może być budowa geologiczna a w szczególno-
przy
użyciu
pompy
głębinowej
zamontowanej
ści występowanie dyslokacji.
w otworze Kleszczów GT-1. Przy jednoczesnym ciągłym
pompowaniu i zatłaczaniu trwającym 168 godzin uznać
Zaobserwowana bardzo słaba więź hydrauliczna między
można, że udokumentowano wystarczającą odnawialność
otworami może być spowodowany również zbyt krótkim
zasobów eksploatacyjnych w wysokości 150 m3/h. Od-
okresem pompowania pomiarowego. Niemniej jednak,
powiadająca tej wydajności depresja w otworze eksplo-
fakt ten może mieć wpływ na przyszłą eksploatację
atacyjnym Kleszczów GT-1 wynosi 55 m, natomiast
całego obiegu geotermalnego.
ciśnienie zatłaczania wynosiło około 4,4 bar. Temperatura wody termalnej na wypływie z otworu Kleszczów
Temperatura zanotowana przy wypływie z otworu
GT-1 wynosi 52,2 C [2].
Kleszczów GT-2 (45,9oC) jest niższa od tej notowanej
o
w otworze Kleszczów GT-1 (52,2oC) mimo większej
4. PODSUMOWANIE
głębokości (Kleszczów GT-1 - 1620 m, Kleszczów GT-2
Uzyskane wyniki z badań geologicznych wykonanych
- 1725 m). W tym przypadku niższa temperatura może
otworami Kleszczów GT-1 i Kleszczów GT-2 potwierdzi-
świadczyć o
ły złożoną (blokową) budowę geologiczną analizowanego
z warstw jury środkowej.
rejonu. W otworze GT-1 stwierdzono dwie strefy dyslo-
głównym dopływ chłodniejszej
wody
W trakcie pompowania eksploatacyjno - zatłaczającego
kacyjne, pierwszą w utworach jury górnej, druga spo-
ustalono maksymalną wydajność eksploatacji złoża
wodowała wyklinowanie utworów jury dolnej. Dodatko-
otworem Kleszczów GT-1 na poziomie 150 m3/h przy
wo pomiędzy otworami Kleszczów GT-1 i Kleszczów
ciśnieniu zatłaczania 4,4 bara.
GT-2 stwierdzono koleją strefę dyslokacji. Występowanie stref dyslokacyjnych ma ogromy wpływ na uzyskane
Z uwagi na złożoną budowę geologiczną jak również
parametry wody termalnej.
warunki hydrogeologiczne i zastosowanie nowych materiałów w otworach i rurociągach tłocznych praca duble-
W otworze Kleszczów GT-2 w celu powiększenia strefy
tu geotermalnego będzie wymagała ciągłej obserwacji
chłonnej do przyszłego zatłaczania ujęte zostały dwa
i kontroli podczas przyszłej przemysłowej eksploatacji.
poziomy wodonośne: jura środkowa, jura dolna. Zabieg
ten pozwolił na zwiększenie powierzchni czynnej otworu
chłonnego. W ten sposób schłodzona woda termalna
będzie ponownie zatłaczana do dwóch warstw wodonośnych.
68
Krzysztof Jasnos, Piotr Kołba, Henryk Biernat, Bogdan Noga
Literatura
1.
Biernat H., Gryszkiewicz I., Bentkowski A., Martyka P.: Aneks do projektu prac geologicznych w celu wykonania
otworu poszukiwawczo-rozpoznawczego za wodami termalnymi w Kleszczowie. Warszawa: Przedsiębiorstwo Geologiczne POLGEOL S.A., 2009.
2.
Biernat H., Kapuściński J., Niewiarowicz J., Martyka P.: Dokumentacja hydrogeologiczna ustalająca zasoby
eksploatacyjne ujęcia wód termalnych w Kleszczowie wraz z określeniem warunków wtłaczania wód wykorzystanych do górotworu. Warszawa: Przedsiębiorstwo Geologiczne POLGEOL S.A., 2011.
3.
Biernat H., Kulik S., Noga B.: Problemy związane z eksploatacją ciepłowni geotermalnych wykorzystujących
wody termalne z kolektorów porowych. “Technika Poszukiwań Geologicznych, Geotermia, Zrównoważony Rozwój” 2010, 1-2, s. 17 - 28.
4.
Biernat H., Kulik S., Noga B., Kosma Z.: Problemy korozji przy zatłaczaniu wykorzystanych wód termalnych.
“Modelowanie Inżynierskie” 2010, nr 39, t. 8., s. 13 - 18.
5.
Biernat H., Posyniak A., Bentkowski A.: Dokumentacja otworowa otworu geotermalnego Kleszczów GT-1. War-
6.
Bujakowski W., Barbacki W., Bielec A., Graczyk S., Hołojuch G., Pająk L., Tomaszewska B.: Projekt prac
szawa: Przedsiębiorstwo Geologiczne POLGEOL S.A., 2009.
geologicznych w celu wykonania otworu poszukiwawczo-rozpoznawczego za wodami termalnymi w Kleszczowie.
Kraków: PAN, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią, Zakład Energii Odnawialnej, 2008.
7.
Kapuściński J., Nagy S., Długosz P., Biernat H., Bentkowski A., Zawisza L., Macuda J., Bujakowska K.: Zasady
i metodyka dokumentowania zasobów wód termalnych i energii geotermalnej oraz sposoby odprowadzania wód
zużytych: poradnik metodyczny. Warszawa: Departament Geologii Ministerstwa Ochrony Środowiska, Zasobów
Naturalnych i Leśnictwa, 1997.
69