A projekt eredményei

A geotermikus iparban felmerülő konkrét problémák komplex kezelésére irányuló K+F projektünk:

• olyan műszaki-tudományos eredmények létrehozását tűzte ki célul, melyek a gyakorlatban is hasznosíthatóak.
• a jelenleg elérhető technológiáknál lényegesen költség-hatékonyabb, innovatív fúrási és üzemeltetési megoldásokat eredményez. 
• olyan jól definiálható elemekre bontott know-how fejlesztési dokumentumcsomag kialakítására és új prototípusok, technológia és szolgáltatások kifejlesztése irányult, melynek alkalmazásával a kiépített termál rendszerek hosszú távon, nagy üzembiztonsággal és költséghatékony működéssel lesznek fenntarthatók.

Projektünk legfontosabb műszaki-tudományos eredményei

1. Ferdítéses, felületnövelt kútkiképzési technológiára alapuló kísérleti rendszer létesítése
2. Scaling vizsgálatokon és geokémiai monitoring hálózat adatainak elemzésén alapuló innovatív üzemeltetési megoldások
3. Reambulált kút-egymásra hatási vizsgálatok, valamint új hidrogeológiai modell készítése

1. Ferdítéses, felületnövelt kútkiképzési technológiára alapuló kísérleti rendszer létesítése

a. Fúrástechnológiai fejlesztések

Kialakítottuk a tervezett egy termelő és egy visszasajtoló kútból álló tesztrendszert. A termelő kút vertikális kialakítású, 1921 m talpmélységű, míg a hazai geotermikus iparban újdonságnak számító, irányított ferdefúrásos technológiával létesített, ferde kialakítású visszasajtoló kút 1750 méter mély. 

A két műszaki egységet ilyen módon sem Magyarországon, sem a környező országokban nem alkalmazzák! (Az olajiparban ugyan ismert ez az eljárástechnika, azonban a nagyobb mélységek és nyomások miatt mind a műszaki konstrukció, mind az eljárástechnika nagyon magas költségekkel bír, így ennek átvétele sem műszakilag sem gazdaságilag nem megoldás a termálrendszerek kútkiképzéseire.)

A projekt során költséghatékonyan adaptáltuk a ferdefúrás olajiparban már elterjedt technológiáját a geotermikus kutak fúrására. Ehhez összesen tíz – a geotermikus iparág speciális igényeinek megfelelő – új fúrási- és kúttechnológiai eszközt és szerszámot fejlesztettünk ki és gyártattunk le (ferdítőpálya, cementező fej, stb.), melyek az elkészült gyártmánytervek segítségével piacképes, jövőbeli kútkivitelezések során alkalmazható kúttechnológiai eszközökké váltak.

A projekt keretében egy új iszaprendszert is kifejlesztettünk, melynek használatával a termálkutak kivitelezése során komoly költségmegtakarítást értünk el. Alkalmazásával a telepítési/szállítási költség 30%-kal, az iszapkezelési költség 15%-kal, az iszaprendszer üzemeltetéséhez felhasznált energia 75%-kal csökkent!

Egy hazánkban csak általunk alkalmazott megoldás segítségével minimalizálni tudtuk a kútkivitelezés kavicsolási fázisában felmerülő problémákat.

Nyeletési tesztek segítségével összehasonlítottuk a vertikális és a ferdített visszasajtoló kutak működését: tapasztalataink szerint a ferdített kutak – a ferdeség mértékétől függően – lényegesen több termálvizet képesek elnyelni, mint a függőleges kialakításúak, ráadásul a használatukkal jelentősen csökken a kutak üzemeltethetőségét veszélyeztető nyomáslengések kialakulásának esélye. A ferdített kútkialakítással tehát a korábbinál lényegesen hatékonyabb víz-visszasajtolást értünk el.

Az általunk kifejlesztett ferdítőpálya és egyéb fúrási eszközök, a ferde kút fúrásakor alkalmazott káliumos fúróiszap, speciális kavicsolási technika, illetve az általunk tervezett és kivitelezett új, korábbinál kompaktabb iszaprendszer mind hozzájárulnak ahhoz a jövőben az irányított ferde fúrású visszasajtoló kutak létesítésük gazdaságosabbá váljon és működési hatékonyságuk (nyelési kapacitásuk) nőjön.

Bízunk abban, hogy a projekt keretében végzett K+F tevékenység eredményeire és tapasztalataira építve – további tesztek és finomítások után – az irányított ferdefúrási technológiával létrehozott egy termelő-egy visszasajtoló kutas geotermikus rendszerek releváns opcióvá válhatnak a porózus rezervoárokon, sűrűn beépített városi környezetben megvalósítandó beruházások esetében.

b. Kísérleti tesztrendszeren elvégzett ásványtani, kőzettani és geokémiai vizsgálatok

A kutatófúrások során furadék- és magmintavételt végeztünk, s erre alapozva – a termáliparban egyedülálló módon – lehetőségünk nyílt a tesztkörnyezet minden eddiginél részletesebb geológiai és geokémiai megismerésére. A mintákon elvégzett ásványtani, geokémiai és kőzettani vizsgálatsorozat eredményéből következtethetünk például a hosszútávú geotermikus működtetést befolyásoló vízkémiai jelenségekre.

Méréssorozatunkkal nagymértékben pontosítottuk a termálvíz termelése és visszasajtolása szempontjából kiemelt jelentőségű rezervoárkőzetekről rendelkezésünkre álló ismeretanyagot. 

A megismert fiziko-kémiai folyamatok segítségével részletes képet kaptunk a termálvíz ipari hasznosítás során várható viselkedéséről, arról, hogy a kitermelt víz hogyan fog viselkedni a felszíni gépészeti rendszerben (korrodálja vagy éppen vízkőlerakódásokkal tömíti el a csőhálózatot, milyen típusú korrózió vagy vízkőkiválás várható, illetve milyen lehet ezeknek az intenzitása).

A projekt keretében általunk elvégzett vizsgálatsorozat – megfelelő mennyiségű és minőségű minta esetén – bármilyen földtani környezetben kialakított geotermikus rendszer kivitelezése során megvalósítható, alkalmazható, így az általunk kidolgozott eljárástechnikai dokumentáció nem csak a Dél-Alföld földtani közegéből származó minták esetén végezhető el.

A vizsgálatsorozat során szerzett ismeretanyag segítségével nem csak általános jellegű kutatási tevékenységet folytattunk, hanem az első kutatófúrásból származó minták segítségével közvetlenül is segítettük a ferdített pályás kutatófúrás kivitelezését. Pontosítottuk például, hogy a ferdítéses kútfúrási technológia során milyen jellegű fúróiszapra lehet szükség.

2. Scaling vizsgálatokon és geokémiai monitoring hálózat adatainak elemzésén alapuló innovatív üzemeltetési megoldások

A visszasajtolást és az üzemeltetést jelentősen nehezíti, néha el is lehetetleníti a kitermelt termálvízben található lebegtetett, oldott ionok, valamint gázok (sok esetben bakteriális úton is katalizált) kiválása. Jelenleg ezeket a problémákat legfeljebb részproblémaként vizsgálják, de megnyugtató és módszeres tudományos kutatás, főleg komplex módon mindeddig nem történt.

Az üzemeltetők egyik legfőbb problémája, hogy a különböző kiválásokat nem tudják kontrollálni, mert nem ismertek az azokat szabályozó geokémiai, bakteriológiai folyamatok. Emiatt egyre növekedő üzemeltetési költségek mellett folyamatosan fennáll a fűtési rendszer és a visszasajtoló üzem eltömődésének veszélye, így az üzemeltetés biztonsági kockázata igen magas.

A projekt keretében egy olyan geokémiai monitoringrendszer épült ki a már sikeresen működő újszegedi termálrendszeren, melynek segítségével folyamatos adatgyűjtés mellett rögzítettük és elemeztük a kiválási folyamatokat meghatározó paramétereket (pH, vezetőképesség, oldott anyag tartalom, hőmérséklet, további gépészeti paraméterek), ezáltal olyan új tudományos eredmények állnak majd rendelkezésre, amelyek alapján beállíthatók az adott rendszerre szabott egyedi üzemeltetési paraméterek - biztosítva ezzel a kiválások, a korrózió és az eltömődések csökkentését.

A kutatás során a kapott tudományos eredményekre alapozva, laboratóriumi kísérletekben meghatároztuk, hogy milyen paraméterek mellett használhatók az elméletben működő inhibíciós módszerek, és készült egy olyan vízkezelési dokumentáció, amelyet alkalmazva minimalizálhatók a kiválással kapcsolatos kockázatok. Ez az innovatív eljárástechnikai dokumentációcsomag lényegesen (akár 10-20%-kal) csökkenti a működési költségeket és növelheti az üzembiztonságot.

3. Reambulált kút-egymásra hatási vizsgálatok, valamint új hidrogeológiai modell készítése

A kutak kialakításához és a fenntartható rétegvíz-gazdálkodáshoz elengedhetetlen, hogy a kutakat olyan módon és területi sűrűséggel helyezzék el, hogy azok egymás működését ne, vagy csak korlátozottan és kontrolláltan befolyásolják, hiszen ennek hiányában olyan egymásra hatások indulhatnak el, amelyek ellehetetleníthetik a rendszerek működtetését.

Új rendszerek telepítésénél korábban nem vizsgáltak ilyen mértékű kút-interferenciákat, csak a hatósági engedélyezéshez szükséges védőtávolságokat volt kötelező meghatározni. A jövőben várhatóan növekedni fog a telepített rendszerek száma, így koncentrált városi hőpiacokon egyre több kutat fúrnak egyre közelebb egymáshoz, aminek hidrológiai hidrogeológiai hatásai jelenleg nem ismertek.

A Szegeden 2013-ban kialakított két geotermikus kaszkádrendszer 6 kútja, valamint a korábban létesült olajipari kutak jó lehetőséget biztosítottak arra, hogy a nagyszámú kút egymásra-hatását modellezzük és a várható üzemeltetési körülményeket prognosztizáljuk.

K+F projektünk keretében öt szegedi termálkút bevonásával – műszaki átalakításokat és a kutak beszondázását követően – ún. reambulált (azaz a már meglévő kutakat is figyelembe vevő) kút egymásra hatási vizsgálatokat végeztünk, illetve egy új hidrogeológiai modell is készült a két új (termelő + ferdített visszasajtoló) kút használata során szerzett tapasztalatainkra alapozva.

E kutatási csomag eredményeként egy olyan komplex hidrológiai előrejelzési és döntés-támogató know-how dokumentáció jött létre, amellyel a további kútlétesítések során felelősen meg lehet határozni a sűrűn telepített kutak egymáshoz viszonyított építési és üzemeltetési paramétereit.

Kutatásunk nemzetgazdasági és környezetvédelmi hasznossága

A kutatási projekt eredményei jelentős nemzetgazdasági és környezetvédelmi hasznot is hoznak, hiszen a pannon homokkőbe való visszasajtolás technológiai nehézségeinek leküzdésével:

• csökkentik a felszíni víztestekbe kerülő ásványi és szervesanyagokkal szennyezett termálvizek mennyiségét.
• hathatósan akadályozzák meg a hazai termálvíz-rezervoárok nyugalmi vízszint-süllyedését.
• olcsóbbá és piacképesebbé teszik az agrárgazdálkodói szektor számára a visszasajtolásos geotermikus projekteket.
• azáltal, hogy a megvalósítás kockázatai és a kivitelezés-működtetés költségei csökkenek, az önkormányzati és a közszféra számára is elérhetővé válik a geotermikus projektek saját finanszírozásban (európai uniós források nélkül) történő megvalósítása.