Ulepszony system geotermalny wykorzystuje technologię ropy naftowej i gazu do wydobywania energii niskowęglowej. Część 2.

Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) sfinansował projekt o nazwie FORGE, w ramach którego będzie wiercony i szczelinowany gorący granit przy użyciu najlepszych technologii naftowych i gazowych. Ogólnym celem jest sprawdzenie, czy woda pompowana do jednej studni może krążyć w granicie i ogrzewać przed pompowaniem drugiej studni, aby napędzać turbiny wytwarzające energię elektryczną.

John McLennan z Wydziału Inżynierii Chemicznej Uniwersytetu Utah jest głównym badaczem tego projektu DOE. Prezentacja webinaru na ten temat była sponsorowana przez NSI w dniu 6 kwietnia 2022 r.: FObserwatorium Badań nad Energią Geotermalną rontier (FORGE): aktualizacja i spojrzenie w przyszłość

Część 1 dotyczyła tych pytań do Johna McLennana:

Q1. Czy możesz przedstawić krótką historię energii geotermalnej?

Q2. Co to są wzmocnione systemy geotermalne i gdzie stosuje się szczelinowanie?

Q3. Opowiedz nam o lokalizacji projektu FORGE w Utah i dlaczego została wybrana.

Ten opis jest częścią 2, która odpowiada na trzy dodatkowe pytania poniżej:

Q4. Jaka jest podstawowa konstrukcja studni zatłaczającej i produkcyjnej?

Do tej pory wykonano sześć odwiertów. Pięć z tych odwiertów to odwierty monitoringowe wiercone pionowo, co jest zgodne ze strategią laboratorium terenowego. Kable światłowodowe i geofony w odwiertach monitorujących mogą odwzorowywać chronologiczny rozwój szczelin hydraulicznych łączących odwiert zatłaczający, który został wywiercony, z planowanym odwiertem produkcyjnym.

Odwiert iniekcyjny został wywiercony do zmierzonej głębokości 10,987 8520 stóp (rzeczywista głębokość pionowa 5 stóp ± poniżej poziomu gruntu). Wiązało się to z wierceniem w pionie, a następnie zbudowaniem zakrzywionego odcinka pod kątem 100°/65 stóp wywierconego otworu, a na koniec utrzymaniem bocznego odcinka pod kątem 4,300° do pionu na około 105 stóp w azymucie nieco na południe od wschodu (NXNUMXE). Ten kierunek faworyzuje kolejne szczeliny hydrauliczne prostopadle do odwiertu.

Po wierceniu wszystkie 200 stóp odwiertu z wyjątkiem najniższego poziomu zostały obudowane (obudowa o większej średnicy 7 cali została wykorzystana do przemieszczania znacznych ilości wody przy ograniczonym tarciu i stratach związanych z pompowaniem pasożytniczym) i zacementowana do powierzchni (w celu hydraulicznego odizolowania przestrzeni pierścieniowej) .

Pytanie 5. Czy mógłbyś podsumować trzy zabiegi szczelinowania w odwiercie iniekcyjnym i ich wyniki?

W kwietniu 2022 r. wykonano pompowanie trzech szczelin hydraulicznych w pobliżu kończyn dolnych (paznokci) otworu zatłaczającego. Geofony w trzech odwiertach, oprzyrządowanie powierzchniowe i czujniki światłowodowe w odwiercie zapewniają wgląd w zmieniającą się geometrię szczelin podczas pompowania. W oparciu o interpretację tych geometrii szczelin, odwiert produkcyjny zostanie następnie wywiercony, aby przeciąć te chmury mikrosejsmiczności.

Kolejno pompowano trzy stopnie szczeliny. Pierwszy celował w całą długość otworu odwiertu (dolne 200 stóp, które nie zostały osłonięte). Tym zabiegiem była slickwater (woda o obniżonym tarciu). 4,261 baryłek (~179,000 50 galonów) pompowano z szybkością do 2100 uderzeń na minutę (220 galonów na minutę). Po krótkim zamknięciu odwiert został zawrócony w temperaturze około XNUMX°F.

Następny etap polegał na pompowaniu śliskiej wody z szybkością do 35 uderzeń na minutę przez 20-metrowy odcinek obudowy, który został perforowany 120 ładunkami kumulacyjnymi, aby zapewnić dostęp do formacji przez obudowę i osłonę cementową. przepompowano 2,777 baryłek śliskiej wody; a potem studnia płynęła z powrotem.

Ostatni etap polegał na przepompowaniu 3,016 baryłek usieciowanego (o zwiększonej lepkości) płynu przez perforowaną obudowę z szybkością do 35 uderzeń na minutę. Pompowano mikropropant. W przyszłości zostaną przeprowadzone oceny w celu oceny konieczności i wykonalności podparcia szczelin w celu zapewnienia przewodnictwa utworzonych szczelin.

Wstępna obróbka trzeciego etapu sugeruje wzrost szczeliny pseudopromieniowej wokół studni pośrodku. Sprzyja to oddzieleniu istniejącego wtryskiwacza od przyszłego producenta rzędu 300 stóp. Scenariusz komercyjny może wymagać większego przesunięcia; jednak ten program eksperymentalny musi najpierw ustalić możliwość połączenia dwóch sąsiednich odwiertów za pomocą szczelinowania hydraulicznego.

Q6. Jaki jest potencjał zastosowania komercyjnego?

W środowisku komercyjnym powstałoby wiele szczelin hydraulicznych w celu połączenia studni. W laboratorium terenowym FORGE długość boku zostanie poświęcona testowaniu nowych technologii. Obejmują one metody określania charakterystyki złoża, techniki szczelinowania hydraulicznego i perforacji, zgodność — nominalnie równy przepływ przez każdą szczelinę hydrauliczną oraz charakterystykę cyrkulacji przez te sieci szczelin i szybkość, z jaką następuje wyczerpywanie termiczne. Kontrakty badawcze są wynajmowane innym podmiotom (uniwersytetom, laboratoriom krajowym, podmiotom przemysłowym) w celu opracowania tych technologii i przetestowania ich w FORGE.

W komercyjnym układzie EGS zimna woda byłaby wtryskiwana i przechodziła przez szereg utworzonych hydraulicznie szczelin, uzyskując w tym procesie ciepło. Ciepła woda byłaby odprowadzana na powierzchnię przez studnię produkcyjną. Na powierzchni zostałaby wdrożona standardowa technologia geotermalna do wytwarzania energii elektrycznej (organiczna instalacja z cyklem Rankine'a (ORC), wykorzystująca wtórny organiczny płyn roboczy, który jest odparowywany do postaci pary w celu napędzania turbiny/generatora; lub bezpośredni odparowywanie do pary). Wytworzona woda, po odebraniu ciepła, jest zawracana do obiegu.

Strona FORGE nie będzie producentem energii. Ma służyć do testowania i opracowywania technologii, które będą promować komercjalizację tego rodzaju energii geotermalnej. Sukces koncentruje się wokół rozwoju technologii. Już poczyniono znaczne postępy poprzez promowanie stosowania kompaktowych wierteł z polikrystalicznego diamentu (PDC), które umożliwiają radykalny wzrost szybkości penetracji. Protokoły oceny pomiarów podpowierzchniowych i szkolenie całego personelu platformy wiertniczej poprawiły ekonomikę wiercenia tego projektu geotermalnego.

Wydaje się, że szczelinowanie hydrauliczne można skutecznie przeprowadzić – ale prawdziwym sprawdzianem jest wydajność cyrkulacji i odzysk ciepła po wykonaniu odwiertu produkcyjnego.

Sukces EGS tutaj może być zastosowany gdzie indziej. Rozważ zastosowanie szczelinowania hydraulicznego w hybrydowych zastosowaniach EGS, w których konwencjonalne zastosowania napotkały geotermalny odpowiednik suchego otworu – naturalne szczeliny nie zostały napotkane podczas wiercenia, ale mogły zostać przecięte przez szczelinowanie.

Sukces w FORGE oznacza testowanie technologii, które w przeciwnym razie nie byłyby brane pod uwagę, przekazywanie opłacalnych technologii przemysłowi prywatnemu i ogólne wspieranie rozwoju geotermii.