Un sistem geotermal îmbunătățit folosește tehnologia petrolului și gazelor pentru a extrage energie cu emisii scăzute de carbon. Partea 2.

Departamentul de Energie al SUA (DOE) a finanțat un proiect numit FORGE în care roca de granit fierbinte va fi forată și fracturată folosind cea mai bună tehnologie de petrol și gaze. Un obiectiv general este acela de a vedea dacă apa pompată într-o fântână poate fi circulată prin granit și încălzită înainte de a fi pompată în al doilea puț pentru a conduce turbinele care generează electricitate.

John McLennan, Departamentul de Inginerie Chimică, Universitatea din Utah, este co-investigatorul principal pentru acest proiect DOE. O prezentare webinar pe această temă a fost sponsorizată de NSI pe 6 aprilie 2022: FObservatorul Rontier pentru Cercetare în Energie Geotermală (FORGE): O actualizare și perspectivă

Partea 1 a abordat aceste întrebări lui John McLennan:

Î1. Puteți oferi o scurtă istorie a energiei geotermale?

Q2. Ce sunt sistemele geotermale îmbunătățite și unde se aplică fracking-ul?

Q3. Spuneți-ne despre site-ul proiectului FORGE din Utah și de ce a fost selectat.

Acest articol este Partea 2, care abordează trei întrebări suplimentare de mai jos:

Î4. Care este proiectarea de bază a puțurilor de injecție și producție?

Până în prezent, au fost forate șase puțuri. Cinci dintre aceste puțuri sunt puțuri de monitorizare forate vertical, ceea ce este în concordanță cu strategia de a fi un laborator de teren. Cablurile de fibră optică și geofoanele din puțurile de monitorizare pot mapa creșterea cronologică a fracturilor hidraulice care interconectează o sondă de injecție, care a fost forată, și o sondă de producție viitoare.

Sonda de injecție a fost forată la o adâncime măsurată de 10,987 ft (o adâncime verticală reală de 8520 ft ± sub nivelul solului). Aceasta a presupus forarea verticală și apoi construirea unei secțiuni curbe la 5°/100 ft forată și, în final, menținerea unei laterale la 65° față de verticală, pentru aproximativ 4,300 de picioare într-un azimut chiar la sud de est (N105E). Această direcție favorizează fracturile hidraulice ulterioare fiind ortogonale la sondă.

După forare, toate, cu excepția celor mai de jos 200 de picioare ale puțului, au fost acoperite (carcasa cu diametru mai mare de 7 inci a fost folosită pentru a muta cantități semnificative de apă cu frecare limitată și pierderi de pompare parazite) și cimentate la suprafață (pentru a izola hidraulic spațiul inelar) .

Î5. Ați putea să rezumați cele trei tratamente de frac în godeul de injecție și rezultatele lor?

În aprilie 2022, trei fracturi hidraulice au fost pompate în apropierea extremităților inferioare (degetul) ale puțului de injecție. Geofoanele din trei puțuri, instrumentele de suprafață și senzorii cu fibră optică de fund oferă o vedere a geometriilor fracturilor în evoluție în timpul pompării. Pe baza interpretării acestor geometrii de fractură, puțul de producție va fi în continuare forat pentru a intersecta acești nori de microseismitate.

Trei stadii de fractură au fost pompate consecutiv. Primul a vizat toată lungimea gaurii deschise a puțului (cele 200 de picioare inferioare care nu fuseseră acoperite). Tratamentul a fost slickwater (apă cu frecare redusă). Au fost pompate 4,261 bbl (~179,000 gal) la viteze de până la 50 bpm (2100 gpm). După închidere pentru scurt timp, puțul a fost revărsat la temperaturi de aproximativ 220°F.

Următoarea etapă a implicat pomparea apei slick la viteze de până la 35 bpm printr-o secțiune de carcasă lungă de 20 de picioare care a fost perforată cu 120 de încărcături de formă pentru a oferi acces la formațiune prin carcasă și manta de ciment. S-au pompat 2,777 bbl de slickwater; și apoi fântâna a fost revărsată.

Etapa finală a presupus 3,016 bbl de fluid reticulat (vâscozificat) pompat prin carcasa perforată la viteze de până la 35 bpm. A fost pompat micropropant. În viitor, se vor face evaluări pentru a evalua necesitatea și viabilitatea fracturilor de sprijin pentru a asigura conductivitatea fracturilor create.

Prelucrarea preliminară a celei de-a treia etape sugerează creșterea fracturii pseudo-radiale, în jurul puțului din centru. Acest lucru favorizează o separare între injectorul existent și viitorul producător de ordinul a 300 de picioare. Un scenariu comercial poate necesita o compensare mai mare decât aceasta; totuși, acest program experimental trebuie să stabilească mai întâi capacitatea de a interconecta două puțuri adiacente cu fracturare hidraulică.

Î6. Care este potențialul de aplicare comercială?

Într-un cadru comercial, s-ar crea o multitudine de fracturi hidraulice pentru interconectarea puțurilor. La laboratorul de teren FORGE, lungimea lateralului va fi dedicată testării noilor tehnologii. Acestea includ metode pentru determinarea caracteristicilor rezervorului, tehnici de fracturare hidraulică și perforare, conformitate - debit nominal egal prin fiecare fractură hidraulică și caracteristicile de circulație prin aceste rețele de fractură și viteza la care este experimentată epuizarea termică. Contractele de cercetare sunt acordate altor părți (universități, laboratoare naționale, entități industriale) pentru a dezvolta aceste tehnologii și a le testa la FORGE.

Într-un cadru comercial EGS, apa rece ar fi injectată și ar trece prin gama de fracturi create hidraulic, dobândind căldură în acest proces. Apa caldă va fi produsă la suprafață prin puțul de producție. La suprafață, tehnologia geotermală standard ar fi implementată pentru generarea de energie electrică (o centrală organică cu ciclu Rankine (ORC), folosind un fluid de lucru organic secundar care este transformat în vapori pentru a antrena o turbină/generator; sau, fulger direct la abur). Apa produsă, după ce a fost scoasă căldura, este recirculată.

Site-ul FORGE nu va fi un producător de energie. Acesta este destinat a fi utilizat pentru a testa și dezvolta tehnologii care vor promova comercializarea acestui tip de energie geotermală. Succesul se concentrează pe dezvoltarea tehnologiei. Deja, s-au făcut progrese semnificative prin promovarea aplicării biților compacti de diamant policristalin (PDC) care permit creșteri dramatice ale ratelor de penetrare. Protocoalele de evaluare a măsurătorilor subterane și instruirea întregului personal de pe amplasamentul platformei au îmbunătățit economia de foraj a acestui proiect geotermal.

Se pare că fracturarea hidraulică poate fi efectuată eficient – ​​dar adevăratul test constă în eficiența circulației și recuperarea căldurii după forarea sondei de producție.

Succesul EGS aici poate fi aplicat în altă parte. Luați în considerare utilizarea fracturării hidraulice pentru aplicații hibride EGS în care aplicațiile convenționale au întâlnit echivalentul geotermal al unei găuri uscate - fracturi naturale nu au fost întâlnite în timpul forării, dar ar putea fi intersectate prin fracturare.

Succesul la FORGE înseamnă testarea tehnologiilor care altfel nu ar fi luate în considerare, transmiterea tehnologiilor viabile industriei private și încurajarea dezvoltării geotermale în general.