CC BY
30
УДК 553.78
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И РАЗРАБОТКИ ХАНКАЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД
© A. М. Фархутдинов1*, И. М. Фархутдинов12, Р. А. Исмагилов2
1Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
2Институт геологии Уфимского научного центра РАН Россия, Республика Башкортостан, 450077 г. Уфа, ул. К. Маркса, 16/2.
Тел./факс: +7 (347) 272 82 56.
E-mail: [email protected]
В данной статье затрагиваются вопросы использования геотермальной энергии в России на конкретном примере истории открытия, изучения и эксплуатации Ханкальского месторождения термальных вод. Описывается период предшествующих и способствовавших открытию месторождения исследований.
Ключевые слова: альтернативная энергетика, геотермальные воды, Ханкальское месторождение.
В настоящее время использованию нетрадиционных возобновляемых источников энергии в мире уделяется большое внимание. Геотермальным водам принадлежит значительная роль среди таких альтернативных видов ресурсов, как энергия Солнца, ветра, гидроэнергия. Строительство электростанций и сетей отопления, использующих термальные воды, является выгодным ввиду экономических и экологических преимуществ, а запасы геотермальных вод России с температурой от 40200 °С (глубина залегания до 3.5 км) могут обеспечить около 14 млн. м3 горячей воды в сутки, что эквивалентно 30 миллионам тонн условного топлива. В то же время данный ресурс в России используется явно недостаточно. К примеру, по установленной мощности геоэлектростанций, где используются высокотермальные воды с температурой от 110 °С и выше, Россия занимает в мире 13-е место после таких стран, как Коста-Рика и Никарагуа. Среднетемпературные термальные воды (40-110 °С) также не находят широкого применения.
В РФ разведано 67 гидротермальных месторождений, запасы термальных вод и пара которых оцениваются в 88.5*103 т/сут. и 302.4*103 м3/сут. соответственно. В настоящее время только 50 % из этих запасов используется для производства 1.5 млн. гигакалорий тепла, что эквивалентно сжиганию около 300 тыс. тонн условного топлива.
Наиболее перспективными территориями по геотермии в России являются Кавказ и Дальний Восток. В Кавказском регионе освоение месторождений термальных вод осуществляется крайне медленными темпами, и поэтому с каждым годом увеличивается разрыв между количеством разведанных ресурсов и количеством ресурсов, нашедших практическое применение [1].
Чеченская Республика находится на третьем месте среди регионов России (1-е место - Камчатка, 2-е - Дагестан) по подтвержденным запасам геотермальных вод (по категориям А + В + С -64.680 тыс. м3/сут).
Промышленное использование геотермальных вод Чеченской республики началось с середины семидесятых годов, когда здесь была организована работа пятнадцати термоводозаборов с температурой воды от 60 до 108 °С. К 1994 г. годовая добыча составляла 8.8 млн. м3 термальной воды. Основным потребителем термальной воды были сельское и коммунальное хозяйства (96 % от всего водопо-требления), а оставшаяся часть использовалась в розливе минеральной воды и бальнеологии.
Крупнейшим месторождением теплоэнергетических вод Чечни является Ханкальское, расположенное в 10 км к юго-востоку от г. Грозного. В тектоническом отношении приурочено к юго-восточному погружению Октябрьской антиклинальной структуры. Месторождение находилось в эксплуатации с 1976 по 1994 год, но из-за начала войны и последовавших экономических проблем его использование в промышленных масштабах прекратилось.
Первые геологические исследования Северного Кавказа в целом связаны с началом изучения минеральных вод. По поручению Петра I в 1717 г. лейб-медик, доктор медицины Г. Шобер описал минеральные источники. В 1771 г. И. А. Гильден-штедтом обследованы Горячеводские источники, в 1828 г. Г. Германом выполнены химические анализы минеральных вод, в 1852 г. Н.Н. Зинин определил состав растворенного газа в воде.
Новый этап в изучении вод связан с развитием буровых работ. До этих пор геологические и гидрогеологические исследования не являлись систематическими, носили описательный характер.
В 1860-70-е гг. Г. В. Абихом, Ф. Г. Кошкулем и А. М. Коншиным исследованы породы, из которых вытекают минеральные источники, определены температура, дебиты и химический состав вод. Впервые высказано предположение о взаимосвязи минеральных источников с нефтяными месторождениями и установлено антиклинальное строение Терского и Сунженского хребтов.
* автор, ответственный за переписку
В 1880-е гг. по результатам исследования геологии и геоморфологии района, И. В. Мушкетовым выделены две большие тектонические зоны -Большой Кавказ и Ставропольский выступ, предложен проект разработки минеральных вод с описанием водоносных горизонтов.
В начале XX века с ростом буровых работ накопилось много фактического материала по литологии, нефтеносности и водам карагано-чокракских отложений, к которым приурочены термальные воды Ханкальского месторождения. В 1904 году И. Н. Стрижовым детализировано геологическое и гидрогеологическое строение отдельных площадей Передовых хребтов. Он впервые указал на наличие в Октябрьском районе антиклинальной структуры.
В последующие годы геологами Эрни и Л.И. Баскаковым предложено начать бурение в этом районе, но оно было отложено в связи с отсутствием поверхностных признаков нефти. Только в 1911 г. английским обществом «Брей», промышленником-инженером Маканаки была заложена скважина 1-16, ставшая первооткрывательницей Октябрьского нефтяного месторождения, из которой 6 февраля 1913 года с глубины 560 м получен нефтяной фонтан дебитом около 20 т в сутки.
История геологической и гидрогеологической изученности Ханкальского месторождения термальных вод неразрывно связана с разведкой и разработкой Октябрьского нефтяного месторождения, к юго-восточной части которого первое приурочено. Еще в 20-е годы прошлого столетия получены мощные фонтаны термальной воды на 28-32 промысловых участках Октябрьского месторождения. Наиболее мощный фонтан дебитом 2500 м3/сут при устьевой температуре 96 °С был получен в 1928 г. из скважины 1-28.
В первые годы разработки района на нефть (1913-1914 гг.) началось изучение и подземных вод. Результаты бурения использованы К. А. Про-коповым для составления структурной карты Октябрьской антиклинали и проведения детальных исследований района на его нефтеносность. Однако, из-за Гражданской войны собранный большой фактический материал почти полностью утерян.
В 1920-е гг. начаты комплексные региональные гидрогеологические и геологические исследования, в результате которых дана классификация вод по химическому составу и обобщены материалы по подземным водам.
В 1925 г. начато бурение на XXII пласт Октябрьского месторождения глубиной 1600 м. К этому времени Н. Т. Линдтропом проведен гидродинамический анализ разработки нефтяных месторождений. Он пришел к заключению о существовании в карагано-чокракских отложениях региона водонапорного режима. В этом же году вышла в свет работа Н. А. Кудрявцева «К строению Ново-Грозненского нефтеносного района», подробно описывающая геологическое строение и тектонику района.
В 1928-1929 гг. вступают в разработку XIX, XX, XXI пласты, и в работах Я.В. Герасимова, Н.Н. Славянова и др. дается подробная характеристика состава, температуры и дебитов подземных вод.
В 1930-е гг. в результате детального изучения состава подземных вод появились данные по радиоактивности вод и присутствию в них редких элементов. К этому периоду относятся труды А. Д. Архангельского и Э. С. Залманзон, посвященные литологии и подземным водам Грозненского района.
В 1934-35 гг. на северном крыле Октябрьской антиклинали К. К. Коровиным проведены радиоразведочные работы, построены поперечные профили и структурная карта, выявившая некоторые тектонические особенности района: погружение складки на восток и присутствие разрыва, протягивающегося вдоль северного крыла.
Большой вклад в изучение геологического строения, гидрогеологии, гидрохимии и геотермии области внес Г. М. Сухарев. В своих работах он обобщил большой фактический материал по водам нефтяных и газовых месторождений, затронул проблему использования термальных вод Северного Кавказа [2]. Г. М. Сухарев вошел в состав редакционной коллегии опубликованного позже (в 1968 г.) IX тома «Гидрогеологии СССР» (Северный Кавказ). Наряду с его работами в эти годы выходят в свет труды В. М. Николаева, С. А. Шагоянца по гидрологии Северного Кавказа и Предкавказья [3-5, 6].
В 1962 году Тематической экспедицией Сев-кавгеолуправления камеральным путем составлены гидрогеологические карты всей территории Чечни (К-38-Ш, IV, IX, X). По листу К-38-Ш проведена гидрогеологическая съемка масштаба 1:200 000 и составлена гидрогеологическая карта (Т. М. Лама-нова), изданная в 1965 г. В результате поисково-разведочного бурения Т. В. Лоскутовым (1964 г.) и А. И. Кашиным (1965 г.) по листам К-38-^ и К-38-IX составлены гидрогеологические карты. Н. А. Григорьевым, Е. Т. Мельниковой и др. выполнен большой объем региональных тематических исследований, составлены специализированные карты Северного Кавказа масштаба 1:500 000 (1973 г.).
В 1963 г. опубликована монография Г. М. Сухарева и М. В. Мирошникова «Подземные воды нефтяных и газовых месторождений Кавказа» с детальным анализом гидрогеологических, гидрохимических и геотермических условий. В следующем году был составлен региональный отчет «Ревизионное обследование разведочных и эксплуатационных скважин Северного Кавказа, перспективных на термальные воды» под руководством К. И. Шейпака, выделяющий территорию Чечено-Ингушской АССР, как одну из наиболее перспективных, и содержащий каталог буровых скважин Северного Предкавказья, перспективных для получения термальных вод.
В 1964-66 гг. в Севкавгеолуправлении под руководством А. И. Хребтова составлены гидротер-
мальные карты наиболее перспективных районов Северного Кавказа (масштаб 1:500 000) и более общие карты по термальным водам Северного Кавказа (масштаб 1:200000), к ним сделаны объяснительные записки.
Начало промышленного освоения геотермальных ресурсов стало возможным благодаря накопленным фактическим и теоретическим материалам. В соответствии с Постановлением Совета Министров СССР от 19 апреля 1963 г. № 445 «О развитии работ по использованию в народном хозяйстве глубинного тепла Земли» Мингазпром СССР возглавил деятельность по освоению и использованию данного вида энергии. С этого времени работы по развитию геотермальной энергетики становятся объектом постоянного внимания со стороны планирующих и директивных органов. Научно-исследовательские и производственные работы по расширению использования геотермальных вод в народном хозяйстве определены «Мероприятиями по увеличению использования в 1987-1990 гг. нетрадиционных источников энергии в народном хозяйстве». Перспективы развития геотермальной энергетики сформулированы в «Энергетической программе СССР».
В это время начали проводиться специальные исследования по геотермии Северного Кавказа, к которым относятся работы А. И. Хребтова, И. Ю. Коцарева, С. П. Власовой, С. А. Джамалова [7, 8].
В марте 1964 г. в Москве проведено Второе Всесоюзное совещание по геотермическим исследованиям. 25 мая 1964 года Бюро Обкома КПСС и Советом Министров Чечено-Ингушской АССР принято Постановление 1296 «О мерах по развитию тепличного парникового хозяйства и увеличению производства овощей гидропонным способом на базе использования термальных вод и тепловых отходов промышленных предприятий республики». Согласно этому постановлению намечено строительство крупного хозрасчетного теплично-парникового комбината площадью 100 тыс. м2 на базе термальных вод в Ханкальской долине.
Постановка разведочных работ на термальные воды в Ханкальской долине обосновывается благоприятными гидрогеотермическими условиями участка и близостью его к потребителю. Появляется ряд исследований по оценке и перспективам использования в этом районе геотермальной энергии для нужд народного хозяйства ЧИАССР, среди них особо выделяются труды В. Б. Крылова и А. А. Шпака.
В семидесятые годы институтом ВНИПИгаз-добыча проведена детальная разведка месторождения, рассчитаны фильтрационные параметры пластов, оценены и утверждены ГКЗ СССР эксплуатационные запасы термальных вод по состоянию на 01.01.1968 г. Регулярные отборы воды на месторождении начаты лишь в 1974 г., когда полностью ввелось в эксплуатацию теплично-парниковое хозяйство.
Ханкальское месторождение термальных вод является многопластовым с водонапорным режимом, всего выделяется 22 водоносных пласта, представленных карагано-чокракскими отложениями (I-Х^ - караганского горизонта и XV-ХХII - чо-кракского). Данные пласты сложены в основном кварцевым песчаником, содержащим целый ряд горизонтов слабо минерализованных термальных вод с общей минерализацией от 0.6 до 3.5 г/л и с температурой от 65 до 110°С. Площадь Ханкаль-ского месторождения оценивается примерно в 1520 км2.
Эксплуатацию термальных вод Ханкальского месторождения осуществляло Северо-Кавказское управление по использованию глубинного тепла Земли. Основными эксплуатационными объектами на Ханкальском термоводозаборе являлись IV-VII и ХШ песчаные пласты карагана и ХХП пласт чо-крака, средняя мощность которых 43, 46 и 28 м соответственно. В последующем добыча воды из XXII пласта была запрещена Госгортехнадзором с целью охраны серноводских источников от истощения, хотя по результатам работ установлена возможность отбора из этого пласта 3000 м3/сут.
Анализ разработки Ханкальского месторождения термальных вод показал невозможность прироста разведанных запасов за счет расширения существующего термоводозабора без искусственного их восполнения. В связи с этим в 1981-1982 гг. произведена опытно-промышленная эксплуатация самого продуктивного XIII пласта карагана с обратной закачкой отработанных термальных вод для поддержания пластового давления, т.е. с использованием метода искусственного восполнения запасов. Результаты опытно-промышленной разработки XIII пласта с поддержанием пластового давления выявили принципиальную возможность использования данного метода для увеличения производительности Ханкальского термоводозабора с целью покрытия дефицита, а также перспективной потребности в тепле. В процессе этих работ проведен большой комплекс гидродинамических исследований, продолженных в 1982 г., результаты которых легли в основу расчетов по созданию подземной циркуляционной системы.
Обратная закачка отработанных термальных вод в эксплуатационные горизонты является весьма эффективным средством борьбы с загрязнением окружающей среды.
Выполненными работами доказана возможность дальнейшего расширения термоводозабора путем внедрения системы поддержания пластового давления по всем основным эксплуатационным объектам и возможность увеличения объемов добычи термальных вод. В СССР это была первая геотермальная циркуляционная система (5 добывающих и 4 нагнетательных скважины).
В 1981 г. составлен «Технико-экономический доклад о возможности теплоснабжения г. Грозного
и его пригородов термальными водами» в объеме 70 тыс. м3/сут. с последующим возвратом отработанных вод обратно в недра.
В результате гидродинамических исследований установлена плохая приемистость скважин в северо-западной части месторождения (700-800 м3/сут. при репрессиях до 100 кг/см2). Традиционные методы воздействия на призабойную зону нагнетательных скважин, такие как кислотная обработка, компрессование, гидроударное воздействие успеха не имели. Работы в этом направлении планировалось продолжить. Но с 1994 г. из-за начала войны эксплуатация Ханкальского месторождения прекратилась.
В настоящее время его воды используются местным населением кустарным способом и после сливаются на поверхность.
В 2011 г. «Российско-французская металлоге-ническая лаборатория» в составе консорциума «Геотермальные ресурсы» инициировала грандиозный проект по строительству геотермальной станции на территории Ханкальского месторождения. Проведены предварительные работы по изучению возможности использования геотермальных вод территории, в ходе которых собраны и проанализированы материалы предыдущих исследований за
1963-2001 гг. К 2015 г. планируется постройка геотермальной станции, и, в случае успеха данного проекта, это будет качественно новый этап, новая глава в истории эксплуатации и исследования Хан-кальского месторождения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хуторской М. Д. Перспективы развития геотермальной энергетики в России: Доклад в НИЛ ВИЭ, 2011.
2. Сухарев Г. М., Мирошников М. В. Подземные воды нефтяных и газовых месторождений Кавказа. М.: Гостоптех-издат, 1963. 328 с.
3. Николаев В. М. Подземные воды караганских отложений Терско-Сунженской нефтеносной области // Труды Гроз-НИИ. Вып. 8. М., 1960.
4. Николаев В. М. Подземные воды чокракских отложений Терско-Сунженской нефтеносной области // Труды Гроз-НИИ. Вып. 9. М., 1960.
5. Николаев В. М. Термальные воды Терско-Сунженской нефтеносной области // Термальные воды СССР и вопросы их теплоэнергетического использования. М.: Изд-во АН СССР, 1963. С. 218-245.
6. Шагоянц С. А. Подземные воды центральных и восточных частей Северного Кавказа и условия их формирования. М.: Госгеолтехиздат, 1959.
7. Хребтов А. И. Геотермические условия и термальные воды Центрального Предкавказья. М.: Наука, 1965. 110 с.
8. Коцарев И. Ю., Власова С. П. Геотермические условия среднемиоценовых отложений Северного Кавказа // Изв. вузов. Нефть и газ. 1963. №12. С. 124-125.
Поступила в редакцию 01.11.2013 г.
ISSN 1998-4812
Вестннк EamKHpcKoro yHHBepcHTeTa. 2014. T. 19. №1
97
HISTORY OF DISCOVERY AND DEVELOPMENT OF THE KHANKALA THERMAL WATERS DEPOSIT
© A. M. Farkhutdinov1*, I. M. Farkhutdinov1, R. A. Ismagilov2
1Bashkir State University 32 Frunze St., 450074 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
2Institute of Geology of the Ufa Science Centre 16/2 Karl Marks St., 450077 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
Phone: + 7 (965) 929 95 61.
E-mail: [email protected]
The problem of geothermal energy as one of the source of alternative energy is studied. The place of Russia in the world development of this type of energy is discussed briefly. The most significant regions of Russia for utilization of thermal waters such as the Caucasus and the Far East are highlighted The Chechen Republic stands out among the rest in the Caucasus as one of the most promising territories for expansion in the use of this alternative energy source. The concrete example of the history of the discovery, study and exploitation of the biggest deposit of thermal waters in the Republic is described. The deposit is named after nearest settlement "Khankala". The information about the period leading up to the discovery of the deposit is given. A work of the main researches who worked in the region, from the very first steps in the study of groundwater found there in the 18th century, right through to the present time, when thermal waters of the Khankala deposit are used by local population in primitive way after 2 wars in the Chechen Republic and subsequent economic problems is shown. The technology of reinjection that was applied during the exploitation of the Khankala deposit is discussed. The geological structure, the hydro-geological characteristics and other properties, as well as main problems faced, such as poor injectivity of the wells is described. Finally we outline future plans for utilization of geothermal waters of this deposit.
Keywords: alternative energy, geothermal waters, the Khankala deposit.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Khutorskoi M. D. Perspektivy razvitiya geotermal'noi energetiki v Rossii: Doklad v NIL VIE, 2011.
2. Sukharev G. M., Miroshnikov M. V. Podzemnye vody neftyanykh i gazovykh mestorozhdenii Kavkaza [Underground Water of Oil and Gas Fields of the Caucasus]. Moscow: Gostoptekhizdat, 1963.
3. Nikolaev V. M. Trudy GrozNII. No. 8. M., 1960.
4. Nikolaev V. M. Trudy GrozNII. No. 9. M., 1960.
5. Nikolaev V. M. Termal'nye vody SSSR i voprosy ikh teploenergeticheskogo ispol'zovaniya. Moscow: Izd-vo AN SSSPp. 1963. Pp. 218-245.
6. Shagoyants S. A. Podzemnye vody tsentral'nykh i vostochnykh chastei Severnogo Kavkaza i usloviya ikh formirovaniya [Underground Waters of the Central and Eastern Parts of the North Caucasus and Conditions of Their Formation]. Moscow: Gosgeoltekhizdat, 1959.
7. Khrebtov A. I. Geotermicheskie usloviya i termal'nye vody Tsentral'nogo Predkavkaz'ya [Geothermal Conditions and Thermal Waters of the Central Ciscaucasia]. Moscow: Nauka, 1965.
8. Kotsarev I. Yu., Vlasova S. P. Izv. vuzov. Neft' i gaz. 1963. No. 12. Pp. 124-125.
Received 01.11.2013.
