Ученые разработали инновационную методику поиска и разведки участков земных недр, перспективных для извлечения тепловой энергии, заключенной в сухих горячих породах. В основе подхода лежат результаты магнитотеллурического зондирования земных недр, по которым удается оценить расположение и энергетический потенциал ресурсов. Авторы протестировали разработанную методику во всемирно известных термальных областях Хенгилл (Исландия), Лардерелло-Травале (Италия) и Сульц-су-Форе (Франция). Ее применение в России будет особенно актуально в регионах с повышенным тепловым потоком — на Камчатке, в Краснодарском и Ставропольском краях, в Забайкалье, на юге Западной Сибири, Северном Кавказе, — где «чистая» энергетика могла бы стать альтернативой традиционной, основанной на использовании истощающихся месторождений ископаемого топлива. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Renewable Energy.
Вячеслав Спичак на первой в мире петротермальной станции в Сульц-су-Форе (Эльзас, Франция), данные из которой были использованы в проекте. Источник: Вячеслав Спичак.
Поскольку прогнозируемые объемы добычи ископаемого топлива — нефти, природного газа и угля — снижаются, а их извлечение из труднодоступных и глубоких горизонтов земных недр требует все больше материальных и финансовых ресурсов, важно развивать другие виды энергетики, в частности, петротермальную. В ее основе лежат технологии извлечения тепловой энергии, которая заключена в сухих горячих породах, расположенных на глубинах 3–10 километров.
В настоящее время энергетический потенциал того или иного региона и конкретного резервуара оценивают, опираясь на результаты бурения нескольких разведочных скважин, расположение и глубина которых часто определяются недостаточно обоснованно. Поскольку стоимость бурения достигает 75% от общей стоимости всех геологоразведочных работ, такие затратные подходы сводят на нет преимущества «зеленой» энергетики. Кроме того, бурение методом «проб и ошибок» не позволяет определить пространственные границы резервуара, что, в свою очередь, ведет к очень приблизительным оценкам как его энергетического потенциала, так и сроков возможной эксплуатации. Наконец, бурение заведомо избыточного количества скважин негативно влияет на окружающую среду.
Ученые из Центра геоэлектромагнитных исследований Института физики Земли РАН (Москва) разработали подход к разведке петротермальных ресурсов, основанный на построении глубинных 2D/3D моделей температуры, петрои теплофизических свойств пород. В нем используются результаты магнитотеллурического зондирования — индукционного метода, при котором измеряют естественное электромагнитное поле на поверхности Земли. Совместный анализ построенных моделей с помощью методов искусственного интеллекта позволяет создать «паспорт» участка недр, который можно использовать для поиска областей земной коры с заданными свойствами пород.
Вячеслав Спичак на награждении премией «Человек года в науке» в Троицком научном центре РАН. Источник: Вячеслав Спичак.
Достаточными индикаторами для поиска участков земных недр, перспективных для развития петротермальной энергетики, оказались температура и проницаемость пород. На заброшенном нефтяном поле Пехельброн в Сульц-су-Форе (Франция) ученые выделили два участка недр с температурой, превышающей 150°C, и повышенной проницаемостью. Один из них совпадает с первым в мире резервуаром петротермальной энергии, разрабатываемым с 90-х годов. Второй расположен на глубинах 2,5–3,5 километров в другой части разреза и может представлять интерес для бурения новых разведочных скважин.
«Предложенный подход значительно снизит стоимость разведки петротермальных резервуаров, а также нагрузку на окружающую среду, создаваемую в ходе таких работ. Разработанные методики могут быть также востребованы для преобразования нерентабельных месторождений углеводородов в источники петротермальной энергии. Наш коллектив планирует продолжать исследования, направленные на повышение точности оценки петротермальных ресурсов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Вячеслав Спичак, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией методологии интерпретации электромагнитных данных Центра геоэлектромагнитных исследований Института физики Земли РАН.
Справочно:
*** Российский научный фонд создан в 2013 году по инициативе Президента России. РНФ поддерживает ключевые фундаментальные и прикладные исследования в интересах науки, экономики и общества.
На основе компетентной экспертизы Фонд выявляет наиболее перспективные исследовательские проекты, поддерживает молодых ученых и стимулирует развитие уникальной научной инфраструктуры.
За 10 лет Фонд профинансировал 20 тысяч проектов на общую сумму более 220 миллиардов рублей. В работе над проектами приняли участие 80 тысяч исследователей из 83 регионов России.
