Egy továbbfejlesztett geotermikus rendszer olaj- és gáztechnológiát használ az alacsony szén-dioxid-kibocsátású energia bányászatára. 2. rész.

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma (DOE) finanszírozta a FORGE nevű projektet, amelyben a forró gránitkőzetet a legjobb olaj- és gáztechnológia segítségével fúrják és repesztik. Az általános cél annak megállapítása, hogy az egyik kútba szivattyúzott víz keringethető-e a grániton keresztül, és felmelegíthető-e, mielőtt egy második kútba felszivattyúznák az elektromos áramot termelő turbinákat.

John McLennan, a Utah-i Egyetem Vegyészmérnöki Tanszéke a DOE projekt társ-vezető kutatója. Az NSI 6. április 2022-án egy webináriumot tartott erről a témáról: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): Frissítés és előretekintés

Az 1. rész ezekkel a kérdésekkel foglalkozott John McLennannek:

Q1. El tudná mondani a geotermikus energia rövid történetét?

Q2. Mik azok a továbbfejlesztett geotermikus rendszerek, és hol alkalmazzák a repesztést?

Q3. Meséljen nekünk a FORGE projekt utahi helyszínéről és arról, hogy miért választották.

Ez az írás a 2. rész, amely három további kérdéssel foglalkozik az alábbiakban:

Q4. Mi a besajtoló és termelő kutak alapvető kialakítása?

Eddig hat kutat fúrtak. Ezek közül öt kút függőlegesen fúrt megfigyelő kút, ami összhangban van a terepi laboratórium stratégiájával. A megfigyelő kutakban található száloptikai kábelek és geofonok feltérképezhetik a megfúrt injektáló kutat és a közelgő termelő kutat összekötő hidraulikus repedések időrendi növekedését.

A befecskendező kutat 10,987 8520 láb mért mélységig fúrták (a valódi függőleges mélység 5 láb ± a talajszint alatt). Ez magában foglalta a függőleges fúrást, majd egy 100°/65 láb fúrt ívben ívelt szakasz felépítését, végül pedig a függőlegeshez képest 4,300°-os oldalirányú fenntartást, körülbelül 105 lábnyi irányszögben, kelettől délre (NXNUMXE). Ez az irány kedvez a későbbi hidraulikus repedéseknek, amelyek merőlegesek a kútra.

A fúrás után a kút legalsó 200 ft kivételével az egészet beburkolták (nagyobb átmérőjű, 7 hüvelykes burkolatot használtak jelentős mennyiségű víz mozgatására korlátozott súrlódással és parazita szivattyúzási veszteséggel), és a felszínre cementezték (a gyűrű alakú tér hidraulikus elszigetelésére) .

Q5. Összefoglalnád az injekciós kútban végzett három frac kezelést és azok eredményeit?

2022 áprilisában három hidraulikus törést pumpáltak a befecskendező kút alsó végtagjai (a lábujja) közelében. A három kútban található geofonok, a felszíni műszerek és a fúrólyuk száloptikai érzékelők áttekintést nyújtanak a szivattyúzás során kialakuló törési geometriákról. Ezen törési geometriák értelmezése alapján a termelő kutat legközelebb úgy fúrják meg, hogy a mikroszeizmicitás felhőit metszi.

Három törési szakaszt egymás után pumpáltak. Az első a kút teljes nyíláshosszát célozta meg (az alsó 200 láb, amely még nem volt burkolva). Ez a kezelés slickwater volt (csökkentett súrlódású víz). 4,261 hordót (~179,000 50 gal) szivattyúztak 2100 bpm-ig (220 gpm). Rövid bezárás után a kutat körülbelül XNUMX °F hőmérsékleten visszaáramoltattuk.

A következő lépésben 35 ütés/perc sebességgel csúszós vizet pumpáltak egy 20 láb hosszú burkolaton keresztül, amelyet 120 formájú töltettel perforáltak, hogy hozzáférést biztosítsanak a képződményhez a burkolaton és a cementköpenyen keresztül. 2,777 hordó csúszós vizet szivattyúztak; majd a kutat visszafolyták.

Az utolsó szakaszban 3,016 bbl térhálósított (viszkozizált) folyadékot pumpáltak át perforált burkolaton 35 ütés/perc sebességgel. Mikropropantot szivattyúztak. A jövőben értékelések készülnek a kitámasztott törések szükségességének és életképességének felmérésére, hogy biztosítsák a keletkezett repedések vezetőképességét.

A harmadik szakasz előzetes feldolgozása pszeudo-radiális törésnövekedést sejtet, a kút körül a központban. Ez a meglévő befecskendező és a jövőbeli gyártó 300 láb nagyságrendű elválasztását részesíti előnyben. Egy kereskedelmi forgatókönyv ennél nagyobb ellentételezést igényelhet; ennek a kísérleti programnak azonban először meg kell határoznia a két szomszédos kút hidraulikus rétegrepesztéssel történő összekapcsolásának képességét.

Q6. Milyen lehetőségek rejlenek a kereskedelmi alkalmazásban?

Kereskedelmi környezetben számos hidraulikus repedés jön létre a kutak összekapcsolására. A FORGE terepi laboratóriumban az oldal hossza az új technológiák kipróbálására lesz fordítva. Ezek magukban foglalják a tározó jellemzőinek meghatározására szolgáló módszereket, a hidraulikus repesztési és perforálási technikákat, a megfelelőséget – névlegesen egyenlő áramlást az egyes hidraulikus repedéseken, valamint az e repedési hálózatokon való keringés jellemzőit és a hőkimerülés sebességét. A kutatási szerződéseket más felek (egyetemek, nemzeti laboratóriumok, ipari szervezetek) bérbe adják ezen technológiák fejlesztésére és a FORGE-nál történő tesztelésére.

Kereskedelmi EGS-beállítás esetén hideg vizet fecskendeznek be, és áthaladnak a hidraulikus úton létrehozott repedéseken, és hőt vesznek fel a folyamat során. A meleg vizet a termelő kúton állítanák elő a felszínre. A felszínen szabványos geotermikus technológiát alkalmaznának a villamosenergia-termeléshez (organikus Rankine-ciklusú (ORC) erőmű, amely másodlagos szerves munkafolyadékot használ, amelyet gőzzé alakítanak ki, hogy turbinát/generátort hajtsanak végre, vagy közvetlen villanással gőzzé). A megtermelt vizet a hő elvezetése után visszavezetik.

A FORGE oldal nem lesz áramtermelő. Olyan technológiák tesztelésére és fejlesztésére kívánják használni, amelyek elősegítik az ilyen típusú geotermikus energia kereskedelmi forgalomba hozatalát. A siker középpontjában a technológiai fejlesztés áll. Már eddig is jelentős előrelépések történtek a polikristályos gyémánt kompakt bitek (PDC) alkalmazásának elősegítésével, amelyek lehetővé teszik a behatolási sebesség drámai növelését. A felszín alatti mérések értékelési jegyzőkönyvei és a fúrótorony-telephely összes személyzetének képzése javította a geotermikus projekt fúrási gazdaságosságát.

Úgy tűnik, hogy a hidraulikus rétegrepesztés hatékonyan kivitelezhető – de az igazi próbatétel a keringés hatékonyságában és a termelőkút fúrása utáni hővisszanyerésben rejlik.

Az EGS sikere máshol is alkalmazható. Fontolja meg a hidraulikus rétegrepesztés alkalmazását hibrid EGS-alkalmazásokhoz, ahol a hagyományos alkalmazások a száraz lyuk geotermikus megfelelőjével találkoztak – természetes repedésekkel nem találkoztak a fúrás során, de a repesztés metszi őket.

A FORGE sikere azt jelenti, hogy olyan technológiákat tesztelnek, amelyekre egyébként nem gondolnának, életképes technológiákat adnak át a magániparnak, és általánosságban ösztönzik a geotermikus fejlesztéseket.