Покращена геотермальна система використовує нафту та газову технологію для видобутку низьковуглецевої енергії. Частина 2.

Міністерство енергетики США (DOE) профінансувало проект під назвою FORGE, де розжарені гранітні породи будуть буритися та розбиватися з використанням найкращих нафтогазових технологій. Загальна мета полягає в тому, щоб побачити, чи може вода, закачана в одну свердловину, циркулювати через граніт і нагріватися перед закачуванням другої свердловини для приводу турбін, які виробляють електроенергію.

Джон Макленнан, кафедра хімічної інженерії, Університет Юти, є співголовним дослідником цього проекту Міністерства охорони здоров'я. Презентація вебінару на цю тему була спонсорована NSI 6 квітня 2022 року: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): Оновлення та перспективи

Частина 1 розглядала ці питання Джону Макленнану:

Q1. Чи можете ви надати коротку історію геотермальної енергії?

Q2. Що таке покращені геотермальні системи і де застосовується гідророзрив?

Q3. Розкажіть про сайт проекту FORGE в штаті Юта і чому його обрали.

Цей опис є частиною 2, в якій розглядаються три додаткові запитання нижче:

Q4. Яка основна конструкція нагнітальної та експлуатаційної свердловин?

На сьогоднішній день пробурено шість свердловин. П’ять із цих свердловин є вертикально пробуреними моніторинговими свердловинами, що відповідає стратегії польової лабораторії. Волоконно-оптичні кабелі та геофони в моніторингових свердловинах можуть відображати хронологічне зростання гідравлічних розривів, що з’єднують нагнітальну свердловину, яка була пробурена, і майбутню експлуатаційну свердловину.

Нагнітальну свердловину пробурили до виміряної глибини 10,987 8520 футів (справжня вертикальна глибина 5 футів ± нижче рівня землі). Це означало вертикальне буріння, а потім побудову криволінійної ділянки на 100°/65 футів, пробурених, і, нарешті, підтримання бічної частини під 4,300° до вертикалі приблизно на 105 футів за азимутом на південь від сходу (NXNUMXE). Цей напрямок сприяє тому, що наступні гідророзриви будуть ортогональними до свердловини.

Після буріння всі свердловини довжиною 200 футів, окрім самих нижніх, було обсаджено (для переміщення значної кількості води з обмеженими втратами на тертя та паразитарними перекачуваннями використовувалася обсадна труба більшого діаметру 7 дюймів) і зацементована на поверхню (для гідравлічної ізоляції затрубного простору) .

Q5. Чи не могли б ви узагальнити три процедури ГРП у нагнітальній свердловині та їх результати?

У квітні 2022 року в районі нижніх кінцівок (пальця) нагнітальної свердловини було прокачено три ГРП. Геофони в трьох свердловинах, поверхневі прилади та свердловинні волоконно-оптичні датчики забезпечують уявлення про зміну геометрії тріщини під час відкачування. Виходячи з інтерпретації цих геометрій тріщин, видобувна свердловина буде потім пробурена для перетину цих хмар мікросейсмічності.

Послідовно відкачували три стадії перелому. Перший був спрямований на всю довжину свердловини (нижні 200 футів, які не були обсаджені). Ця обробка була сліковою (водою зі зниженим тертям). 4,261 баррелей (~179,000 50 галлонов) було перекачувано зі швидкістю до 2100 ударів на хвилину (220 галлонов на хвилину). Після короткого закриття свердловину повернули назад при температурі близько XNUMX°F.

Наступний етап включав перекачування плавної води зі швидкістю до 35 ударів на хвилину через 20-футову секцію обсадної колони, яка була перфорована 120 кумулятивними зарядами, щоб забезпечити доступ до пласта через обсадну колону та цементну оболонку. було закачено 2,777 баррелей плавної води; а потім колодязь потекли назад.

Останній етап включав 3,016 баррелей зшитої (в’язкої) рідини, прокачуваної через перфорований кожух зі швидкістю до 35 уд/хв. Закачали мікропропант. Надалі будуть проведені оцінки для оцінки необхідності та життєздатності підпірних переломів для забезпечення електропровідності створених переломів.

Попередня обробка третього етапу передбачає зростання псевдорадіальної тріщини навколо свердловини в центрі. Це сприяє розділенню між існуючим інжектором і майбутнім виробником на відстані близько 300 футів. Комерційний сценарій може вимагати більшого зміщення, ніж цей; однак, ця експериментальна програма повинна спочатку встановити можливість з'єднання двох сусідніх свердловин за допомогою гідравлічного розриву пласта.

Q6. Який потенціал для комерційного застосування?

У комерційних умовах для з’єднання свердловин буде створено безліч гідравлічних розривів. У польовій лабораторії FORGE довжина бортика буде присвячена випробуванню нових технологій. Сюди входять методи визначення характеристик колектора, методи гідравлічного розриву пласта та перфорації, відповідність – номінально рівний потік через кожну гідравлічну тріщину, а також характеристики циркуляції через ці мережі тріщин і швидкість, з якою відбувається теплове виснаження. Дослідницькі контракти надаються іншим сторонам (університетам, національним лабораторіям, промисловим підприємствам) для розробки цих технологій та їх випробування в FORGE.

У комерційних установках EGS холодна вода буде впорскуватися і проходити через безліч гідравлічно створених тріщин, одержуючи тепло в процесі. Гаряча вода буде виходити на поверхню через виробничу свердловину. На поверхні буде впроваджено стандартну геотермальну технологію для виробництва електроенергії (установка з органічним циклом Ренкіна (ORC), що використовує вторинну органічну робочу рідину, яка перетворюється на пару для приводу турбіни/генератора; або пряме спалювання в пару). Отримана вода після відведення тепла повертається в рециркуляцію.

Сайт FORGE не буде виробником електроенергії. Він призначений для тестування та розробки технологій, які сприятимуть комерціалізації цього виду геотермальної енергії. Успіх зосереджується навколо розвитку технологій. Вже було досягнуто значних успіхів завдяки застосуванню полікристалічних алмазних компактних долото (PDC), які дозволяють різко підвищити швидкість проникнення. Протоколи оцінки наземних вимірювань та навчання всього персоналу бурової установки покращили економіку буріння цього геотермального проекту.

Здається, що гідравлічний розрив може бути проведений ефективно, але справжній тест полягає в ефективності циркуляції та рекуперації тепла після буріння експлуатаційної свердловини.

Успіх EGS тут може бути застосований деінде. Розгляньте можливість використання гідравлічного розриву пласта для гібридних систем EGS, де звичайні застосування стикалися з геотермальним еквівалентом сухої свердловини – природних тріщин не спостерігалося під час буріння, але їх можна було перетинати шляхом розриву пласта.

Успіх у FORGE означає тестування технологій, які інакше не розглядалися б, передачу життєздатних технологій приватній промисловості та заохочення геотермального розвитку в цілому.